JPH06345413A - 極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の製造方法 - Google Patents
極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の製造方法Info
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- JPH06345413A JPH06345413A JP5137452A JP13745293A JPH06345413A JP H06345413 A JPH06345413 A JP H06345413A JP 5137452 A JP5137452 A JP 5137452A JP 13745293 A JP13745293 A JP 13745293A JP H06345413 A JPH06345413 A JP H06345413A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 プラズマガン２からプラズマを発生させ、こ
の中に含炭素原料を供給して加熱・分割させ、プラズマ
ガン陽極３上に、円筒状の熱分解炭素固形物１０を析出
させる。この固形物を冷却後、極細炭素チューブ及び炭
素超微粒子を分離する。 【効果】 外径約１０〜数１０Å、内径数Å〜２０Åと
いう細さで、０．２ｍｍに達するような極めて長尺、か
つ黒鉛層が発達した炭素チューブが得られる。また、外
径約１０Å〜数１００Åで球状に近く、また同心球状に
中央まで黒鉛層が発達した炭素微粒子が得られる。
の中に含炭素原料を供給して加熱・分割させ、プラズマ
ガン陽極３上に、円筒状の熱分解炭素固形物１０を析出
させる。この固形物を冷却後、極細炭素チューブ及び炭
素超微粒子を分離する。 【効果】 外径約１０〜数１０Å、内径数Å〜２０Åと
いう細さで、０．２ｍｍに達するような極めて長尺、か
つ黒鉛層が発達した炭素チューブが得られる。また、外
径約１０Å〜数１００Åで球状に近く、また同心球状に
中央まで黒鉛層が発達した炭素微粒子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は極細炭素チューブ及び炭
素超微粒子の製造方法に関する。詳しくは、きわめて長
尺の極細黒鉛質チューブと、中心まで黒鉛層が発達した
球状黒鉛質超微粒子を製造する方法に関する。
素超微粒子の製造方法に関する。詳しくは、きわめて長
尺の極細黒鉛質チューブと、中心まで黒鉛層が発達した
球状黒鉛質超微粒子を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】極細炭素チューブとは、黒鉛シートを継
目なく丸めた形状の、外径約７Å〜数１００Å、長さ数
μｍ〜数ｍｍの１重ないし多重層構造をもつチューブを
指す。炭素超微粒子とは、黒鉛シートを球状もしくは多
角形状に継目なく丸めた形状の、外径約１０Å〜数１０
０Åの１重ないし多重層構造をもつ粒子を指す。
目なく丸めた形状の、外径約７Å〜数１００Å、長さ数
μｍ〜数ｍｍの１重ないし多重層構造をもつチューブを
指す。炭素超微粒子とは、黒鉛シートを球状もしくは多
角形状に継目なく丸めた形状の、外径約１０Å〜数１０
０Åの１重ないし多重層構造をもつ粒子を指す。
【０００３】前者はＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５４，５
６（１９９１）で初めて報告され、大量生成条件につい
てはＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５８，２２０（１９９
２）で紹介されている。また後者は、前者の製造に際し
一緒に生成され、上記の文献その他に性状が記載されて
いる。
６（１９９１）で初めて報告され、大量生成条件につい
てはＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５８，２２０（１９９
２）で紹介されている。また後者は、前者の製造に際し
一緒に生成され、上記の文献その他に性状が記載されて
いる。
【０００４】これらは、従来、Ｈｅ，Ａｒその他のガス
中で２つの炭素電極間で直流電圧をかけてアーク放電さ
せ、陽極に堆積したコーキング（炭素）中から採取され
ていた。極細炭素チューブは、主として量子細線、極微
小電極、分子輸送用極細管及びマイクロマシン用駆動ワ
イヤ等、電子素子やバイオ関連及びマイクロマシン関連
における画期的な高機能材料としての応用が期待され
る。また、炭素超微粒子は高強度・高安定性と高電気伝
導性を有し、マイクロマシン用潤滑剤や電子材料等とし
て応用可能と考えられる。
中で２つの炭素電極間で直流電圧をかけてアーク放電さ
せ、陽極に堆積したコーキング（炭素）中から採取され
ていた。極細炭素チューブは、主として量子細線、極微
小電極、分子輸送用極細管及びマイクロマシン用駆動ワ
イヤ等、電子素子やバイオ関連及びマイクロマシン関連
における画期的な高機能材料としての応用が期待され
る。また、炭素超微粒子は高強度・高安定性と高電気伝
導性を有し、マイクロマシン用潤滑剤や電子材料等とし
て応用可能と考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の製法による極細
炭素チューブは、長さとしては高々サブμｍから数μｍ
の短いものしか製造できなかった。このため、上述のよ
うな用途の中で適用範囲が限定され、またハンドリング
も極めて困難なため、実用化は早期には期待できない。
また、従来の炭素超微粒子の製造方法では、一般に中空
部分を有した多角形状のものしか得られず、例えばマイ
クロマシン用潤滑剤としては強度、潤滑性等の点で問題
がまだある。なお、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５９，７
０７（１９９２）には、前者の炭素チューブに高エネル
ギーの電子線を照射することによって、真球度が高く、
中央まで同心球状に黒鉛層が発達した球状炭素超微粒子
が生成されることが報告されている。しかし原料の炭素
チューブや電子線照射装置は極めて高価であり、製造法
としては実用的でない。
炭素チューブは、長さとしては高々サブμｍから数μｍ
の短いものしか製造できなかった。このため、上述のよ
うな用途の中で適用範囲が限定され、またハンドリング
も極めて困難なため、実用化は早期には期待できない。
また、従来の炭素超微粒子の製造方法では、一般に中空
部分を有した多角形状のものしか得られず、例えばマイ
クロマシン用潤滑剤としては強度、潤滑性等の点で問題
がまだある。なお、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５９，７
０７（１９９２）には、前者の炭素チューブに高エネル
ギーの電子線を照射することによって、真球度が高く、
中央まで同心球状に黒鉛層が発達した球状炭素超微粒子
が生成されることが報告されている。しかし原料の炭素
チューブや電子線照射装置は極めて高価であり、製造法
としては実用的でない。
【０００６】本発明の目的は、従来法で生成されるもの
の数１００倍に達する極めて長尺の極細炭素チューブ
と、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５９，７０７（１９９
２）で記述されたものに匹敵する、中央まで同心球状に
黒鉛層が発達した球状炭素超微粒子とを安価で簡便に製
造する手法を提供することにある。
の数１００倍に達する極めて長尺の極細炭素チューブ
と、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５９，７０７（１９９
２）で記述されたものに匹敵する、中央まで同心球状に
黒鉛層が発達した球状炭素超微粒子とを安価で簡便に製
造する手法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の極細炭素チュー
ブ及び炭素超微粒子の製造方法は、熱プラズマを発生さ
せ、この中に含炭素原料を供給してこれを加熱・分解さ
せ、この反応ガスを基体上に凝縮させて固化物を生成さ
せ、次いでこの固化物を冷却した後、この固化物中から
極細炭素チューブ及び炭素超微粒子を分離することを特
徴とするものである。
ブ及び炭素超微粒子の製造方法は、熱プラズマを発生さ
せ、この中に含炭素原料を供給してこれを加熱・分解さ
せ、この反応ガスを基体上に凝縮させて固化物を生成さ
せ、次いでこの固化物を冷却した後、この固化物中から
極細炭素チューブ及び炭素超微粒子を分離することを特
徴とするものである。
【０００８】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。
る。
【０００９】本発明において、熱プラズマを発生させる
方法としては、特定種のプラズマガスを加熱電離する方
法が好ましい。具体的には直流アーク放電プラズマジェ
ット式プラズマガン機構や、１００ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ
程度の高周波誘導熱プラズマ発生機構が例示される。
方法としては、特定種のプラズマガスを加熱電離する方
法が好ましい。具体的には直流アーク放電プラズマジェ
ット式プラズマガン機構や、１００ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ
程度の高周波誘導熱プラズマ発生機構が例示される。
【００１０】なお、直流アーク放電プラズマジェット発
生機構と高周波誘導熱プラズマ発生機構を併用して熱プ
ラズマを発生させるようにしても良い。この場合、広い
容積にわたって原料供給速度の変化に対して安定な熱プ
ラズマを発生でき、極細炭素チューブ及び炭素超微粒子
を大量に合成できる。
生機構と高周波誘導熱プラズマ発生機構を併用して熱プ
ラズマを発生させるようにしても良い。この場合、広い
容積にわたって原料供給速度の変化に対して安定な熱プ
ラズマを発生でき、極細炭素チューブ及び炭素超微粒子
を大量に合成できる。
【００１１】このプラズマガスとしては、Ｈｅ，Ａｒ，
Ｈｅ／Ｏ2 ，Ａｒ／Ｏ2 もしくはＨｅ／Ａｒ／Ｏ2 が好
ましい。このガスを適切な手段を用いて加熱電離させ、
熱プラズマを発生させる。熱プラズマの最高到達温度は
２０００Ｋ以上、好ましくは３５００〜１５０００Ｋが
よい。
Ｈｅ／Ｏ2 ，Ａｒ／Ｏ2 もしくはＨｅ／Ａｒ／Ｏ2 が好
ましい。このガスを適切な手段を用いて加熱電離させ、
熱プラズマを発生させる。熱プラズマの最高到達温度は
２０００Ｋ以上、好ましくは３５００〜１５０００Ｋが
よい。
【００１２】この熱プラズマ中に供給される含炭素原料
としては、カーボンブラック、黒鉛、または炭素などの
炭素系物質のほか、含炭素化合物をも用いうる。含炭素
化合物としては、炭素と、炭素以外の酸素、イオウ、窒
素、水素のいずれか１種または複数種とからなる化合物
であることが好ましい。
としては、カーボンブラック、黒鉛、または炭素などの
炭素系物質のほか、含炭素化合物をも用いうる。含炭素
化合物としては、炭素と、炭素以外の酸素、イオウ、窒
素、水素のいずれか１種または複数種とからなる化合物
であることが好ましい。
【００１３】具体的には、該原料としては、次のような
化合物が好ましい。
化合物が好ましい。
【００１４】カーボンブラック、黒鉛等の炭素系物質、
ベンゼン、ピリジン、シクロペンタジエン、ピロール、
フラン、チオフェン等の単環の芳香族化合物および複素
芳香族化合物、もしくはそれらのメチル、ヒドロキシ、
またはメルカプト置換体、ナフタレン、キノリン、イン
デン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、
アントラセン、アクリジン、フェナントレン、フェナン
トリジン、フルオレン、カルバゾール、ジベンゾフラ
ン、ジベンゾチオフェン、アセナフチレン、ピレン、フ
ルオランテン等の縮合多環芳香族化合物および縮合多環
複素芳香族化合物、もしくはそれらのメチル、ヒドロキ
シ、またはメルカプト置換体、ビフェニル、２，２’−
（または４，４’−）ビピリジン、ｏ−（またはｍ−も
しくはｐ−）テルフェニル等の多環系環集合芳香族化合
物および多環系環集合複素芳香族化合物、もしくはそれ
らのメチル、ヒドロキシ、またはメルカプト置換体、ｏ
−（またはｐ−）ベンゾキノン、１，４−ナフトキノ
ン、９，１０−アントラキノン、９−フルオレノン等の
芳香族ケトンおよびキノン、もしくはそれらのメチル、
ヒドロキシ、またはメルカプト置換体、エチレン、１−
ブテン、１，３−ブタジエン、アセチレン、１−ブチ
ン、１，３−ブタジイン等の不飽和脂肪族炭化水素、も
しくはそれらのメチル、ヒドロキシ、またはメルカプト
置換体、メタン、エタン、プロパン、ｎ−（またはイ
ソ）ブタン、ｎ−（またはイソもしくはネオ）ペンタ
ン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ
−オクタン等の飽和脂肪族炭化水素、もしくはそれらの
メチル、ヒドロキシ、またはメルカプト置換体。
ベンゼン、ピリジン、シクロペンタジエン、ピロール、
フラン、チオフェン等の単環の芳香族化合物および複素
芳香族化合物、もしくはそれらのメチル、ヒドロキシ、
またはメルカプト置換体、ナフタレン、キノリン、イン
デン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、
アントラセン、アクリジン、フェナントレン、フェナン
トリジン、フルオレン、カルバゾール、ジベンゾフラ
ン、ジベンゾチオフェン、アセナフチレン、ピレン、フ
ルオランテン等の縮合多環芳香族化合物および縮合多環
複素芳香族化合物、もしくはそれらのメチル、ヒドロキ
シ、またはメルカプト置換体、ビフェニル、２，２’−
（または４，４’−）ビピリジン、ｏ−（またはｍ−も
しくはｐ−）テルフェニル等の多環系環集合芳香族化合
物および多環系環集合複素芳香族化合物、もしくはそれ
らのメチル、ヒドロキシ、またはメルカプト置換体、ｏ
−（またはｐ−）ベンゾキノン、１，４−ナフトキノ
ン、９，１０−アントラキノン、９−フルオレノン等の
芳香族ケトンおよびキノン、もしくはそれらのメチル、
ヒドロキシ、またはメルカプト置換体、エチレン、１−
ブテン、１，３−ブタジエン、アセチレン、１−ブチ
ン、１，３−ブタジイン等の不飽和脂肪族炭化水素、も
しくはそれらのメチル、ヒドロキシ、またはメルカプト
置換体、メタン、エタン、プロパン、ｎ−（またはイ
ソ）ブタン、ｎ−（またはイソもしくはネオ）ペンタ
ン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ
−オクタン等の飽和脂肪族炭化水素、もしくはそれらの
メチル、ヒドロキシ、またはメルカプト置換体。
【００１５】また、無機化合物としては、ＣＳ2 ，ＣＯ
等を該原料として用いることができる。
等を該原料として用いることができる。
【００１６】以上の含炭素化合物原料は、単独で、また
は２種以上を組合せて用いる。
は２種以上を組合せて用いる。
【００１７】熱プラズマ中に供給された原料は、２００
０Ｋ以上、好ましくは２５００Ｋ以上の温度域におい
て、熱プラズマによる熱分解によって炭素クラスタＣn
（１≦ｎ≦１００）が生成するのに十分な時間加熱され
る。その後、原料の熱分解によって生じた高温のガス
を、表面が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度に保たれた基体に
接触させる。この基体としては、黒鉛等、高温下で安定
なものが好ましい。また、熱分解によってプラズマガン
の一部あるいは別に設けられた水冷基板上に副生成され
る熱分解炭素固形物をこの基体とすることもできる。こ
の場合、発生している熱プラズマによって、その表面温
度が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度に保たれる部位に該熱分
解炭素固形物を生成させる必要がある。
０Ｋ以上、好ましくは２５００Ｋ以上の温度域におい
て、熱プラズマによる熱分解によって炭素クラスタＣn
（１≦ｎ≦１００）が生成するのに十分な時間加熱され
る。その後、原料の熱分解によって生じた高温のガス
を、表面が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度に保たれた基体に
接触させる。この基体としては、黒鉛等、高温下で安定
なものが好ましい。また、熱分解によってプラズマガン
の一部あるいは別に設けられた水冷基板上に副生成され
る熱分解炭素固形物をこの基体とすることもできる。こ
の場合、発生している熱プラズマによって、その表面温
度が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度に保たれる部位に該熱分
解炭素固形物を生成させる必要がある。
【００１８】このようにして、熱プラズマ中で分解によ
って生じた炭素クラスタが該基体上に凝縮され、極細炭
素チューブ及び炭素超微粒子が生成する。これらは熱プ
ラズマの発生停止後に冷却され、副生成した熱分解炭素
固形物と共に捕集される。また、この他にスス状物質が
生成される。なお、プラズマ反応部の内圧は１０〜７６
０Ｔｏｒｒに保つのが好ましい。
って生じた炭素クラスタが該基体上に凝縮され、極細炭
素チューブ及び炭素超微粒子が生成する。これらは熱プ
ラズマの発生停止後に冷却され、副生成した熱分解炭素
固形物と共に捕集される。また、この他にスス状物質が
生成される。なお、プラズマ反応部の内圧は１０〜７６
０Ｔｏｒｒに保つのが好ましい。
【００１９】以上において、特に中央まで同心球状に黒
鉛層が発達した球状炭素超微粒子を得るためには、超微
粒子の生成部位が長時間（約５分以上、好ましくは約１
０分以上）２３００Ｋ〜黒鉛気化温度の範囲に保たれる
ようにする。
鉛層が発達した球状炭素超微粒子を得るためには、超微
粒子の生成部位が長時間（約５分以上、好ましくは約１
０分以上）２３００Ｋ〜黒鉛気化温度の範囲に保たれる
ようにする。
【００２０】また、特に長尺の極細炭素チューブを得る
には、該チューブの生成部位において、長時間（約５分
以上、好ましくは約１０分以上）２３００Ｋ〜黒鉛気化
温度の範囲に一定に保たれ、さらにプラズマ熱分解によ
って生じる炭素クラスタが、成長中の該チューブ１本１
本にとぎれることなく一定の速度で気相から供給される
ようにする。
には、該チューブの生成部位において、長時間（約５分
以上、好ましくは約１０分以上）２３００Ｋ〜黒鉛気化
温度の範囲に一定に保たれ、さらにプラズマ熱分解によ
って生じる炭素クラスタが、成長中の該チューブ１本１
本にとぎれることなく一定の速度で気相から供給される
ようにする。
【００２１】この炭素クラスタの供給条件は、具体的に
は、１度生成した極細炭素チューブを含む炭素固形物
が、スクール状に厚み方向に堆積されないようにするこ
とである。もし、スクール状に厚み方向に堆積すると、
初期に生成した下層の該チューブへの炭素クラスタ供給
がとぎれやすい。
は、１度生成した極細炭素チューブを含む炭素固形物
が、スクール状に厚み方向に堆積されないようにするこ
とである。もし、スクール状に厚み方向に堆積すると、
初期に生成した下層の該チューブへの炭素クラスタ供給
がとぎれやすい。
【００２２】この供給条件は、例えば該チューブを生成
させる基体の表面に沿うように含炭素化合物原料が導入
された熱プラズマの流れ方向を定め、該基体の表面温度
が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度、好ましくは黒鉛気化温度
直下近傍を保つように該熱プラズマを接触されるように
すると実現できる。このようにすると、従来の黒鉛電極
アーク法で得られる該チューブの数１０〜数１００倍の
長さのものが生成される。
させる基体の表面に沿うように含炭素化合物原料が導入
された熱プラズマの流れ方向を定め、該基体の表面温度
が２３００Ｋ〜黒鉛気化温度、好ましくは黒鉛気化温度
直下近傍を保つように該熱プラズマを接触されるように
すると実現できる。このようにすると、従来の黒鉛電極
アーク法で得られる該チューブの数１０〜数１００倍の
長さのものが生成される。
【００２３】また、副生成物として熱分解炭素固形物が
熱プラズマに面して生成する時、その表面が長尺極細炭
素チューブ及び中央まで同心球状に黒鉛層が発達した球
状炭素微粒子の生成する条件に適する部位になりやす
い。
熱プラズマに面して生成する時、その表面が長尺極細炭
素チューブ及び中央まで同心球状に黒鉛層が発達した球
状炭素微粒子の生成する条件に適する部位になりやす
い。
【００２４】以上のようにして生成された極細炭素チュ
ーブ及び炭素超微粒子は、捕集後、副生成した熱分解炭
素固形物から分離されて得られる。
ーブ及び炭素超微粒子は、捕集後、副生成した熱分解炭
素固形物から分離されて得られる。
【００２５】なお、有機溶媒または水溶性有機溶媒を少
量加えた水中に該チューブ及び該超微粒子を分散させた
後溶媒を乾燥させる；または、機械的に該固形物のプラ
ズマに接していた黒いビロード状部分をかき取る（この
部分に該チューブ及び該超微粒子が存在する）、等の方
法によってこの分離を行なうことができる。この分離の
後、必要があれば、有機溶媒に分散させた後、１００μ
ｍ程度の孔径のメンブレンフィルターを用い数回濾過す
ることによって、極細炭素チューブを濾別物質として、
また炭素超微粒子を分散濾液として分別できる。
量加えた水中に該チューブ及び該超微粒子を分散させた
後溶媒を乾燥させる；または、機械的に該固形物のプラ
ズマに接していた黒いビロード状部分をかき取る（この
部分に該チューブ及び該超微粒子が存在する）、等の方
法によってこの分離を行なうことができる。この分離の
後、必要があれば、有機溶媒に分散させた後、１００μ
ｍ程度の孔径のメンブレンフィルターを用い数回濾過す
ることによって、極細炭素チューブを濾別物質として、
また炭素超微粒子を分散濾液として分別できる。
【００２６】以上の極細炭素チューブ及び炭素超微粒子
の合成方法において、原料供給系からプラズマ発生系、
プラズマ反応部、捕集部に至る経路内は、全て外気から
遮断されている。外気と遮断するには、第１図のよう
に、真空ポンプによって排気さらにガス置換されたチャ
ンバ内に、該経路の部材全体または主要部分を設置すれ
ばよい。
の合成方法において、原料供給系からプラズマ発生系、
プラズマ反応部、捕集部に至る経路内は、全て外気から
遮断されている。外気と遮断するには、第１図のよう
に、真空ポンプによって排気さらにガス置換されたチャ
ンバ内に、該経路の部材全体または主要部分を設置すれ
ばよい。
【００２７】
【作用】本発明の極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の
製造方法によると、連続的に供給される含炭素化合物原
料から該チューブ及び該超微粒子を製造できる。特に、
応用価値の高い、極めて長尺で黒鉛化度の高い該チュー
ブ、及び中央まで同心球状に黒鉛層が発達した炭素超微
粒子を安価で簡便に製造できる。
製造方法によると、連続的に供給される含炭素化合物原
料から該チューブ及び該超微粒子を製造できる。特に、
応用価値の高い、極めて長尺で黒鉛化度の高い該チュー
ブ、及び中央まで同心球状に黒鉛層が発達した炭素超微
粒子を安価で簡便に製造できる。
【００２８】
（実施例１）第１図は、直流アーク放電プラズマジェッ
トによって熱プラズマを発生させる極細炭素チューブ及
び炭素超微粒子の製造方法を示す縦断面図である。
トによって熱プラズマを発生させる極細炭素チューブ及
び炭素超微粒子の製造方法を示す縦断面図である。
【００２９】プラズマガス供給管１が接続されたプラズ
マガン２は、円筒状陽極（銅または黒鉛製）３と中央の
陰極（タングステンまたは黒鉛製）４からなる。プラズ
マガスが陰極４から陽極３方向に流れ、十分に混合され
る。陽極３と陰極４の間に直流電圧を印加しアーク放電
させて、陽極３の下流に熱プラズマのジェット５を生ぜ
しめる。両極は損耗しないよう水冷する。この下流に連
続的に含炭素化合物原料を原料供給管６から供給する。
プラズマガン２はチャンバ７内に配置されている。チャ
ンバ７内は排気ポンプ８により排気されている。
マガン２は、円筒状陽極（銅または黒鉛製）３と中央の
陰極（タングステンまたは黒鉛製）４からなる。プラズ
マガスが陰極４から陽極３方向に流れ、十分に混合され
る。陽極３と陰極４の間に直流電圧を印加しアーク放電
させて、陽極３の下流に熱プラズマのジェット５を生ぜ
しめる。両極は損耗しないよう水冷する。この下流に連
続的に含炭素化合物原料を原料供給管６から供給する。
プラズマガン２はチャンバ７内に配置されている。チャ
ンバ７内は排気ポンプ８により排気されている。
【００３０】第１図の装置において、原料として液体ベ
ンゼンを７．４ミリリットル／３０ｍｉｎの速度でＨｅ
（流量０．２リットル／ｍｉｎ）及びＯ2 （流量０．０
３リットル／ｍｉｎ）を随伴ガスとして原料供給系から
供給した。このベンゼンは、ヒータ式予熱器で８０℃に
予熱され、気化されて、そのまま保温された状態でプラ
ズマガン２の約７ｍｍ下流へ送られる。
ンゼンを７．４ミリリットル／３０ｍｉｎの速度でＨｅ
（流量０．２リットル／ｍｉｎ）及びＯ2 （流量０．０
３リットル／ｍｉｎ）を随伴ガスとして原料供給系から
供給した。このベンゼンは、ヒータ式予熱器で８０℃に
予熱され、気化されて、そのまま保温された状態でプラ
ズマガン２の約７ｍｍ下流へ送られる。
【００３１】プラズマガスとしては、Ａｒを１．０リッ
トル／ｍｉｎ、Ｈｅを０．８リットル／ｍｉｎの割合で
供給した（以上、流量は全て常温常圧時換算）。
トル／ｍｉｎ、Ｈｅを０．８リットル／ｍｉｎの割合で
供給した（以上、流量は全て常温常圧時換算）。
【００３２】その他の主な条件は次の通りである。
【００３３】プラズマガン電力 ４．４ｋＷ〜
５．４ｋＷ（水冷損失込） 反応部内圧 ５０Ｔｏｒｒ プラズマ発生時間 ３０ｍｉｎ その結果、プラズマガン陽極３上において、プラズマジ
ェット５の周囲を囲むように円筒状の熱分解炭素固形物
１０が析出した。冷却後、この炭素固形物１０を取り出
したところ、その円筒状の内壁のプラズマジェット１１
に触れていた部分に、極細炭素チューブ及び炭素超微粒
子が生成していることが認められた。
５．４ｋＷ（水冷損失込） 反応部内圧 ５０Ｔｏｒｒ プラズマ発生時間 ３０ｍｉｎ その結果、プラズマガン陽極３上において、プラズマジ
ェット５の周囲を囲むように円筒状の熱分解炭素固形物
１０が析出した。冷却後、この炭素固形物１０を取り出
したところ、その円筒状の内壁のプラズマジェット１１
に触れていた部分に、極細炭素チューブ及び炭素超微粒
子が生成していることが認められた。
【００３４】図２に、３０ｍｉｎの反応で得られた炭素
固形物１０の内壁の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を
示す。炭素超微粒子の凝集した上に、非常に細長い炭素
チューブが存在していることがわかる。ＳＥＭ写真か
ら、この内の一本の長さを調べた所、少くとも０．２ｍ
ｍあることが判明した。ただし、その片方の先端は、炭
素超微粒子の凝集した中に埋もれていたため、これより
も長い可能性もある。これは従来の黒鉛電極アーク法で
得られるものの数１０〜数１００倍以上の長さに相当す
る。
固形物１０の内壁の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を
示す。炭素超微粒子の凝集した上に、非常に細長い炭素
チューブが存在していることがわかる。ＳＥＭ写真か
ら、この内の一本の長さを調べた所、少くとも０．２ｍ
ｍあることが判明した。ただし、その片方の先端は、炭
素超微粒子の凝集した中に埋もれていたため、これより
も長い可能性もある。これは従来の黒鉛電極アーク法で
得られるものの数１０〜数１００倍以上の長さに相当す
る。
【００３５】図３に、この炭素固形物１０から脱離させ
た極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の透過型電子顕微
鏡（ＴＥＭ）写真を示す。このチューブの外径は５．４
Å、内径は９Åであり、１０層のよく発達した黒鉛層か
ら成っていることがわかる。図中、矢印で示したもの
は、中心部まで同心球状に黒鉛層が発達した、ほとんど
球形の炭素超微粒子である。他にも多数の丸味の強い炭
素超微粒子が見られる。
た極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の透過型電子顕微
鏡（ＴＥＭ）写真を示す。このチューブの外径は５．４
Å、内径は９Åであり、１０層のよく発達した黒鉛層か
ら成っていることがわかる。図中、矢印で示したもの
は、中心部まで同心球状に黒鉛層が発達した、ほとんど
球形の炭素超微粒子である。他にも多数の丸味の強い炭
素超微粒子が見られる。
【００３６】図４に、この炭素固形物１０から脱離され
た別の部位の炭素超微粒子のＴＥＭ写真を示す。これら
のほとんどは中心部まで黒鉛層の発達した球状の超微粒
子である。
た別の部位の炭素超微粒子のＴＥＭ写真を示す。これら
のほとんどは中心部まで黒鉛層の発達した球状の超微粒
子である。
【００３７】なお、上述の長尺極細炭素チューブは、き
わめてしなやかかつ強じんであり、半径０．５μｍ程度
で曲げても全く折れることはなかった。
わめてしなやかかつ強じんであり、半径０．５μｍ程度
で曲げても全く折れることはなかった。
【００３８】（実施例２）実施例１と同一の条件（電力
は４．４ｋＷ）で、原料及び原料随伴ガスとして、ベン
ゼン／チオフェン＝３／１混合液を９．２ミリリットル
／３１ｍｉｎの流量でＨｅ０．２リットル／ｍｉｎと混
合供給し（ベンゼン／チオフェンは８０℃で予気化し
た）、プラズマジェットで３１ｍｉｎ熱分解した。結果
として、実施例１と同様の円筒状熱分解炭素固形物がプ
ラズマガン陽極に析出した。この固形物の内壁付着物を
ＳＥＭ及びＴＥＭ観察したところ、実施例１と同様の極
細炭素チューブ及び炭素超微粒子が認められた。
は４．４ｋＷ）で、原料及び原料随伴ガスとして、ベン
ゼン／チオフェン＝３／１混合液を９．２ミリリットル
／３１ｍｉｎの流量でＨｅ０．２リットル／ｍｉｎと混
合供給し（ベンゼン／チオフェンは８０℃で予気化し
た）、プラズマジェットで３１ｍｉｎ熱分解した。結果
として、実施例１と同様の円筒状熱分解炭素固形物がプ
ラズマガン陽極に析出した。この固形物の内壁付着物を
ＳＥＭ及びＴＥＭ観察したところ、実施例１と同様の極
細炭素チューブ及び炭素超微粒子が認められた。
【００３９】（実施例３）実施例１と同一の条件（電力
は５．０ｋＷ）で、原料及び原料随伴ガスとして、ベン
ゼン／ＣＳ2 ＝９／１混合液を６．４ｍｌ／３０ｍｉｎ
の流量でＨｅ０．２リットル／ｍｉｎと混合供給し（ベ
ンゼン／ＣＳ2 は８０℃で予気化した）、プラズマジェ
ットで３０ｍｉｎ熱分解した。結果として、実施例１と
同様の円筒状熱分解炭素固形物がプラズマガン陽極に析
出した。この固形物の内壁付着物をＳＥＭ及びＴＥＭ観
察したところ、実施例１と同様の極細炭素チューブ及び
炭素超微粒子が認められた。
は５．０ｋＷ）で、原料及び原料随伴ガスとして、ベン
ゼン／ＣＳ2 ＝９／１混合液を６．４ｍｌ／３０ｍｉｎ
の流量でＨｅ０．２リットル／ｍｉｎと混合供給し（ベ
ンゼン／ＣＳ2 は８０℃で予気化した）、プラズマジェ
ットで３０ｍｉｎ熱分解した。結果として、実施例１と
同様の円筒状熱分解炭素固形物がプラズマガン陽極に析
出した。この固形物の内壁付着物をＳＥＭ及びＴＥＭ観
察したところ、実施例１と同様の極細炭素チューブ及び
炭素超微粒子が認められた。
【００４０】（実施例４）実施例１と同一の条件、原料
系を用い（電力は４．４ｋＷ）、黒鉛円筒（外径８ｍ
ｍ，内径５ｍｍ，長さ７ｍｍ）をあらかじめプラズマガ
ン陽極のプラズマジェットの噴出する穴部（すなわち、
実施例１で熱分解炭素固形物が析出した位置）に固定し
て、５ｍｉｎ反応させた。冷却後、この黒鉛円筒を取出
し、内壁付着物をＳＥＭ及びＴＥＭ観察したところ、実
施例１と同様の極細炭素チューブ及び炭素超微粒子が認
められた。
系を用い（電力は４．４ｋＷ）、黒鉛円筒（外径８ｍ
ｍ，内径５ｍｍ，長さ７ｍｍ）をあらかじめプラズマガ
ン陽極のプラズマジェットの噴出する穴部（すなわち、
実施例１で熱分解炭素固形物が析出した位置）に固定し
て、５ｍｉｎ反応させた。冷却後、この黒鉛円筒を取出
し、内壁付着物をＳＥＭ及びＴＥＭ観察したところ、実
施例１と同様の極細炭素チューブ及び炭素超微粒子が認
められた。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、含炭素化合物原料か
ら、極細炭素チューブ及び炭素超微粒子を製造できる。
特に、外径約１０〜数１０Å、内径数Å〜２０Åという
細さで、０．２ｍｍに達するような極めて長尺、かつ黒
鉛層が発達した炭素チューブが得られる。また、外径約
１０Å〜数１００Åで球状に近く、また同心球状に中央
まで黒鉛層が発達した炭素微粒子が得られる。この極細
炭素チューブは、量子細線、極微小電極、分子輸送用極
細管、及びマイクロマシン用駆動ワイヤ等、電子素子や
バイオ関連及びマイクロマシン関連における画期的な高
機能材料となる。また、この炭素超微粒子は、マイクロ
マシン用潤滑剤や高電気伝導性電子材料等、高付加価値
用途に応用できる。
ら、極細炭素チューブ及び炭素超微粒子を製造できる。
特に、外径約１０〜数１０Å、内径数Å〜２０Åという
細さで、０．２ｍｍに達するような極めて長尺、かつ黒
鉛層が発達した炭素チューブが得られる。また、外径約
１０Å〜数１００Åで球状に近く、また同心球状に中央
まで黒鉛層が発達した炭素微粒子が得られる。この極細
炭素チューブは、量子細線、極微小電極、分子輸送用極
細管、及びマイクロマシン用駆動ワイヤ等、電子素子や
バイオ関連及びマイクロマシン関連における画期的な高
機能材料となる。また、この炭素超微粒子は、マイクロ
マシン用潤滑剤や高電気伝導性電子材料等、高付加価値
用途に応用できる。
【図１】本発明の実施例方法に用いられる極細炭素チュ
ーブ及び炭素超微粒子の製造装置の断面図である。
ーブ及び炭素超微粒子の製造装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例方法によって製造された極細炭
素チューブ及び炭素超微粒子の走査型電子顕微鏡写真で
ある。
素チューブ及び炭素超微粒子の走査型電子顕微鏡写真で
ある。
【図３】極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の透過型電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【図４】炭素超微粒子の透過型電子顕微鏡写真である。
２ プラズマガン ３ 陽極 ４ 陰極 ５ プラズマジェット １０ 析出した熱分解炭素固形物
Claims (1)
- 【請求項１】 熱プラズマを発生させ、この中に含炭素
原料を供給してこれを加熱・分解させ、この反応ガスを
基体上に凝縮させて固化物を生成させ、次いでこの固化
物を冷却した後、この固化物中から極細炭素チューブ及
び炭素超微粒子を分離することを特徴とする極細炭素チ
ューブ及び炭素超微粒子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13745293A JP3383685B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13745293A JP3383685B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06345413A true JPH06345413A (ja) | 1994-12-20 |
| JP3383685B2 JP3383685B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=15198944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13745293A Expired - Fee Related JP3383685B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 極細炭素チューブ及び炭素超微粒子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3383685B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006290698A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Yamaguchi Univ | カーボンナノ繊維の製造方法 |
| KR100684933B1 (ko) * | 2005-05-09 | 2007-02-20 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 도전성 탄소 나노물질의 제조를 위한 열플라즈마 반응기 및그 방법 |
| WO2016157787A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブを含む炭素ナノ構造体の製造方法 |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP13745293A patent/JP3383685B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006290698A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Yamaguchi Univ | カーボンナノ繊維の製造方法 |
| KR100684933B1 (ko) * | 2005-05-09 | 2007-02-20 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 도전성 탄소 나노물질의 제조를 위한 열플라즈마 반응기 및그 방법 |
| WO2016157787A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブを含む炭素ナノ構造体の製造方法 |
| JPWO2016157787A1 (ja) * | 2015-03-27 | 2018-01-18 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブを含む炭素ナノ構造体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3383685B2 (ja) | 2003-03-04 |
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