JPH07109115A - Production of carbon cluster - Google Patents
Production of carbon clusterInfo
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- JPH07109115A JPH07109115A JP5276092A JP27609293A JPH07109115A JP H07109115 A JPH07109115 A JP H07109115A JP 5276092 A JP5276092 A JP 5276092A JP 27609293 A JP27609293 A JP 27609293A JP H07109115 A JPH07109115 A JP H07109115A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
78等の物性を有するカーボンクラスターを効率よく製造
するための方法に関する。The present invention relates to C 60 , C 70 , C 76 , C
The present invention relates to a method for efficiently producing carbon clusters having physical properties such as 78 .
【０００２】[0002]
【従来の技術】カーボンクラスターとは、炭素原子が数
十個集合した性状の炭素分子（「フラーレン」と呼ばれ
ることもある）を指し、現在、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78
などの物質が知られている。このカーボンクラスター
は、１９８５年にクロト(Kuroto)とスモーリー(Smalle
y) らによって炭素により構成されたサッカーボール状
のクラスター分子の存在が実験的に確認され、次いで１
９９０年にクレッチマー(Kratschmer)とハフマン(Huffm
an) によりＣ60、Ｃ70の合成が発表されて以来、黒鉛お
よびダイヤモンドに次ぐ第３の新規な炭素物質として注
目を集めている。分子構造が解明された当初は固体潤滑
剤や触媒への応用が考えられていたが、その後Ｃ60の結
晶層間に微量のカリウムをドープすると超電導体（Tc＝
18K)になることが実証され、用途面での期待が一層高ま
っている。2. Description of the Related Art A carbon cluster refers to a carbon molecule (sometimes called a "fullerene") having a property in which dozens of carbon atoms are aggregated, and is currently C 60 , C 70 , C 76 , C 78.
Substances such as are known. This carbon cluster was created in 1985 by Kuroto and Smalle.
y) et al. experimentally confirmed the existence of soccer-ball-shaped cluster molecules composed of carbon.
In 990, Kratschmer and Huffm
Since the announcement of the synthesis of C 60 and C 70 by (an), it has attracted attention as the third new carbon material after graphite and diamond. When the molecular structure was first clarified, it was considered to be applied to solid lubricants and catalysts, but if a small amount of potassium is doped between the C 60 crystal layers after that, the superconductor (Tc =
18K) has been proved, and expectations in terms of applications are increasing.
【０００３】カーボンクラスターは、高温で気化させた
炭素蒸気を冷却再凝固する方法により生成されるが、炭
素を蒸発させる加熱手段として、燃焼法、抵抗加熱法、
レーザー加熱法、アーク放電法などが試みられている。
このうち、燃焼法は減圧下でベンゼンを燃焼源として酸
素およびアルゴン雰囲気下で燃焼させたり、内燃機関
（化学工業、2/25,1992)を用いて加熱する方法、抵抗加
熱法は炭素棒に通電して抵抗発熱する方法、そしてレー
ザー加熱法は黒鉛板に高エネルギーのレーザー光を照射
させる方法である。また、アーク放電法は前記したクレ
ッチマー(Kratschmer)等により大量合成法として報告(N
ature,347,354,1990) された方法で、５０〜２００Torr
のＨｅ雰囲気容器内で黒鉛電極間にアーク放電させて炭
素を蒸発させることによりカーボンクラスターを含むス
ート粉末として回収するプロセスである。Carbon clusters are produced by a method of cooling and resolidifying carbon vapor that has been vaporized at a high temperature. As a heating means for vaporizing carbon, a combustion method, a resistance heating method,
Laser heating method, arc discharge method and the like have been tried.
Among them, the combustion method is a method of burning under reduced pressure with benzene as a combustion source in an atmosphere of oxygen and argon, or a method of heating using an internal combustion engine (Chemical Industry, 2/25, 1992). The method of generating heat by resistance heating and the method of laser heating are the methods of irradiating a graphite plate with laser light of high energy. In addition, the arc discharge method is reported as a large-scale synthesis method by the above-mentioned Kratschmer (N
ature, 347, 354, 1990) by the method of 50-200 Torr
Is a process of recovering soot powder containing carbon clusters by causing arc discharge between graphite electrodes in the He atmosphere container to evaporate carbon.
【０００４】このほか、Ｃ60、Ｃ70を効率よく大量生成
させるとともにＣ60／Ｃ70生成比を制御し得る炭素クラ
スターの製造方法として、黒鉛るつぼ内に炭素との親和
力の大きい金属を充填し、不活性雰囲気中で該黒鉛るつ
ぼをインパルス抵抗加熱方式により金属炭化物が生成さ
れる温度以上まで加熱し、炭素クラスターを含む超微粒
子を生成させる方法（特開平４−342406号公報）が提案
されている。In addition, as a method for producing carbon clusters capable of efficiently producing large amounts of C 60 and C 70 and controlling the production ratio of C 60 / C 70 , a graphite crucible is filled with a metal having a high affinity for carbon. , A method of producing ultrafine particles containing carbon clusters by heating the graphite crucible in an inert atmosphere to a temperature at which a metal carbide is generated by an impulse resistance heating method or higher (JP-A-4-342406) has been proposed. There is.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】カーボンクラスターを
生成させるためには、炭素蒸気を気化発生するためにカ
ーボン源を３０００℃以上の高温で処理する必要があ
り、生成に要するエネルギーの消費量は著しく大きくな
る。したがって、これを工業的に製造するためには単位
エネルギー量当たりの生成収率を向上させることが課題
となるが、従来技術においては炭素の蒸発量が少なく、
しかも生成した炭素蒸気中に含まれるカーボンクラスタ
ーの含有率が概ね１５重量％に留まっているのが現状で
ある。In order to generate carbon clusters, it is necessary to treat the carbon source at a high temperature of 3000 ° C. or higher in order to vaporize and generate carbon vapor, and the energy consumption required for generation is extremely high. growing. Therefore, in order to industrially produce this, it is a problem to improve the production yield per unit amount of energy, but in the prior art, the evaporation amount of carbon is small,
Moreover, at present, the content of carbon clusters contained in the generated carbon vapor remains at about 15% by weight.
【０００６】本発明者は、炭素の蒸発、再凝固等のメカ
ニズムについて鋭意研究を重ねた結果、カーボン源から
生成させた炭素蒸気を再凝固時において一定温度以下に
保持された回収板の冷却面にスートとして堆積させる
と、スート中に存在するカーボンクラスターの含有率が
効果的に増大することを確認した。As a result of extensive studies on the mechanism of vaporization and resolidification of carbon, the present inventor has found that the cooling surface of the recovery plate in which the carbon vapor generated from the carbon source is maintained at a certain temperature or lower during resolidification. It was confirmed that the content of carbon clusters in the soot was effectively increased when the soot was deposited on the soot.
【０００７】本発明は前記の知見に基づいて開発された
もので、その目的は、優れた操業性で効率よくカーボン
クラスターを生成させることができるカーボンクラスタ
ーの製造方法を提供することにある。The present invention was developed on the basis of the above findings, and an object thereof is to provide a method for producing carbon clusters capable of efficiently producing carbon clusters with excellent operability.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるカーボンクラスターの製造方法は、カ
ーボン源を高温気化させた炭素蒸気を冷却再凝固させて
カーボンクラスターを回収する方法において、カーボン
クラスターを含む炭素蒸気のスートを表面温度が４０℃
以下の冷却面上に堆積させて回収することを構成上の特
徴とする。A method for producing carbon clusters according to the present invention for achieving the above object is a method for recovering carbon clusters by cooling and re-solidifying carbon vapor obtained by high temperature vaporization of a carbon source. Surface temperature of carbon vapor soot containing carbon clusters is 40 ℃
The characteristic feature of the structure is to deposit and collect on the following cooling surface.
【０００９】本発明において高温気化により炭素蒸気を
発生させるカーボン源は、燃焼法、抵抗加熱法、レーザ
ー加熱法、アーク加熱法を問わず、あらゆる手段により
カーボンクラスター含有スートを生成させる際に炭素蒸
気発生ソースとなる炭素質材料で、適度の黒鉛化度の発
達した性状のものが好ましく使用される。また、本発明
の目的に最も適した加熱手段は、カーボン源として炭素
電極棒を用い、該炭素電極棒間に直流アークを発生させ
て炭素蒸気を発生させるアーク放電法である。In the present invention, the carbon source for generating carbon vapor by high temperature vaporization is carbon vapor when the carbon cluster-containing soot is produced by any means regardless of combustion method, resistance heating method, laser heating method and arc heating method. A carbonaceous material as a generation source, which has a property with an appropriate degree of graphitization, is preferably used. The heating means most suitable for the purpose of the present invention is an arc discharge method in which carbon electrode rods are used as a carbon source and a direct current arc is generated between the carbon electrode rods to generate carbon vapor.
【００１０】カーボンクラスターは、カーボン源を所定
の加熱手段を用いて高温気化させ、発生したクラスター
を含む炭素蒸気をスートとして回収する工程で製造され
る。通常、スートの回収は加熱装置の系外に設けたバッ
グフィルターのような回収設備で気固分離する方法でお
こなわれるが、このスート回収を加熱系内において４０
℃以下の冷却面上に堆積させることが本発明の重要な構
成要件となる。この構成態様は、例えばアーク放電法を
用いる場合に加熱チャンバーの内部に炭素電極棒の周囲
を被包する状態に４０℃以下の温度に冷却した円筒板を
介設し、気化した炭素蒸気を円筒板の内面で再凝固させ
ながら堆積して回収する方法でおこなわれる。The carbon clusters are manufactured in a process of vaporizing a carbon source at a high temperature by using a predetermined heating means and collecting carbon vapor containing the generated clusters as soot. Usually, soot is collected by a gas-solid separation method using a collection facility such as a bag filter provided outside the heating system.
Depositing on a cooling surface below 0 ° C is an important constituent of the present invention. In this configuration mode, for example, when an arc discharge method is used, a cylindrical plate cooled to a temperature of 40 ° C. or lower is provided inside the heating chamber so as to enclose the periphery of the carbon electrode rod, and vaporized carbon vapor is cylindrical. It is carried out by a method of collecting and collecting while re-solidifying on the inner surface of the plate.
【００１１】スート回収を加熱系内で４０℃以下の冷却
面上に堆積させるのは、生成したカーボンクラスターが
加熱系内で高温分解する現象を防いで歩留を向上させる
ために機能する要件で、高温気化により蒸気となった炭
素が急冷されることによってカーボンクラスターの生成
効率を高めるものである。冷却温度が４０℃を越えるよ
うな緩やかな冷却では凝固した炭素はクラスターよりも
スートとなってクラスター含有率が低下する結果を与え
る。Depositing soot recovery on a cooling surface of 40 ° C. or lower in the heating system is a requirement that functions to prevent the phenomenon that the generated carbon clusters decompose at high temperature in the heating system and improve the yield. By rapidly cooling the vaporized carbon due to high temperature vaporization, the efficiency of carbon cluster formation is increased. When the cooling temperature is slower than 40 ° C., the solidified carbon becomes soot rather than clusters, resulting in a decrease in cluster content.
【００１２】回収されたスートは、例えばベンゼンのよ
うな有機溶媒を用いて抽出処理してカーボンクラスター
を分離捕集する。The collected soot is subjected to an extraction treatment using an organic solvent such as benzene to separate and collect carbon clusters.
【００１３】[0013]
【作用】本発明の特徴は、高温気化させたカーボンクラ
スターを含む炭素蒸気のスートを表面温度が４０℃以下
の冷却面に堆積させて、急冷しながら回収するところに
あり、この操作要件により一旦生成したカーボンクラス
ターが熱分解して揮散する現象は効果的に抑制される。
この作用を介して、スート中のクラスター含有率が１８
重量％を越える高収率でカーボンクラスターを生成させ
ることが可能となる。A feature of the present invention is that soot of carbon vapor containing high temperature vaporized carbon clusters is deposited on a cooling surface having a surface temperature of 40 ° C. or less and recovered while being rapidly cooled. The phenomenon that the generated carbon clusters are thermally decomposed and volatilized is effectively suppressed.
Through this action, the cluster content in the soot is 18
It becomes possible to generate carbon clusters in a high yield exceeding weight%.
【００１４】[0014]
【実施例】次に、本発明の実施例を比較例と対比しなが
ら具体的に説明する。なお、以下の実施例はアーク放電
法に基づくものであるが、本発明はこれに限られるもの
ではない。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples. The following examples are based on the arc discharge method, but the present invention is not limited to this.
【００１５】実施例１〜３、比較例１〜３ 下部に真空ポンプに連通する真空排気管２とヘリウムボ
ンベと連結するヘリウムガス導入管３を備えた加熱チャ
ンバー１の内部に、直流電源４に接続する炭素電極棒
５、６を端面間にギャップを設けてセットし、該炭素電
極棒の周囲を被包する状態に外周面に水冷蛇管７を巻設
した銅製の回収円筒板８を設置した図１（略断面図）に
示す生成装置を準備した。この装置を用い、炭素電極棒
の直径１３mm、電極間ギャップ１〜３mm、放電電流２１
９〜２２３Ａ、チャンバー内のヘリウム圧力９９〜１０
１Torrの条件で回収円筒板８の冷却度合を変動させてカ
ーボンクラスターの製造をおこなった。Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 Inside the heating chamber 1 provided with a vacuum exhaust pipe 2 communicating with a vacuum pump and a helium gas introducing pipe 3 connected to a helium cylinder, a DC power source 4 is connected. The carbon electrode rods 5 and 6 to be connected were set with a gap provided between the end faces, and a copper collecting cylindrical plate 8 having a water-cooled spiral pipe 7 wound around the outer peripheral face was placed in a state of enclosing the periphery of the carbon electrode rods. The generator shown in FIG. 1 (schematic cross-sectional view) was prepared. Using this device, the diameter of the carbon electrode rod is 13 mm, the gap between the electrodes is 1 to 3 mm, and the discharge current is 21 mm.
9 to 223A, helium pressure in chamber 99 to 10
Carbon clusters were manufactured by varying the cooling degree of the recovery cylindrical plate 8 under the condition of 1 Torr.
【００１６】操作開始後、炭素電極棒は白熱し、炭素蒸
気として気化したのち水冷された回収円筒板８の内面で
再凝固しスートとして徐々に堆積した。アーク放電終了
後に回収円筒板８からクラスターを含むスートを回収
し、これをソックスレー抽出器を用いてベンセン抽出し
たのちベンゼンを蒸発させてカーボンクラスター類を得
た。得られたスート回収率（蒸発炭素重量に対する比
率）およびスート中に含まれるカーボンクラスター含有
率を、変動させた回収円筒板８の設定温度と対比させて
表１に示した。After the operation was started, the carbon electrode rod became incandescent, vaporized as carbon vapor, and then re-solidified on the inner surface of the water-cooled recovery cylindrical plate 8 and gradually deposited as soot. After the arc discharge was completed, soot containing clusters was recovered from the recovery cylindrical plate 8, benzene was extracted using a Soxhlet extractor, and then benzene was evaporated to obtain carbon clusters. The obtained soot recovery ratio (ratio to the weight of evaporated carbon) and the carbon cluster content ratio in the soot are shown in Table 1 in comparison with the set temperature of the recovered cylindrical plate 8.
【００１７】[0017]
【表１】 [Table 1]
【００１８】表１の結果から、スート回収を加熱系内で
４０℃以下の冷却面上に堆積する方法を適用することに
よりカーボンクラスターの生成収率が高水準に保持され
ていることが判明する。From the results shown in Table 1, it is found that the production yield of carbon clusters is maintained at a high level by applying the method of depositing soot recovery on the cooling surface of 40 ° C. or less in the heating system. .
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上のとおり、本発明の方法に従えばカ
ーボン源を高温気化させた炭素蒸気を冷却再凝固させる
際に、スート回収操作を４０℃以下の冷却面に堆積しな
がらおこなうことにより、装置形態に大幅な変更を加え
ることなしに極めて効率よくカーボンクラスターを製造
することが可能となる。したがって、Ｃ60、Ｃ70、
Ｃ76、Ｃ78等のカーボンクラスターの製造技術として極
めて有用である。As described above, according to the method of the present invention, when cooling and re-solidifying the carbon vapor obtained by vaporizing the carbon source at a high temperature, the soot collecting operation is performed while depositing on the cooling surface of 40 ° C. or less. Thus, it becomes possible to manufacture carbon clusters extremely efficiently without making any significant changes to the apparatus form. Therefore, C 60 , C 70 ,
It is extremely useful as a manufacturing technology for carbon clusters such as C 76 and C 78 .
【図１】実施例で使用したカーボンクラスターの生成装
置を示した略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an apparatus for producing carbon clusters used in Examples.
１ 加熱チャンバー ２ 真空排気管 ３ ヘリウムガス導入管 ４ 直流電源 ５ 炭素電極棒 ６ 炭素電極棒 ７ 水冷蛇管 ８ 回収円筒板 1 heating chamber 2 vacuum exhaust pipe 3 helium gas introduction pipe 4 direct current power supply 5 carbon electrode rod 6 carbon electrode rod 7 water cooling pipe 8 recovery cylinder plate
Claims (2)
冷却再凝固させてカーボンクラスターを回収する方法に
おいて、カーボンクラスターを含む炭素蒸気のスートを
表面温度が４０℃以下の冷却面上に堆積させて回収する
ことを特徴とするカーボンクラスターの製造方法。1. A method of recovering carbon clusters by cooling and re-solidifying carbon vapor obtained by high-temperature vaporization of a carbon source, wherein soot of carbon vapor containing carbon clusters is deposited on a cooling surface having a surface temperature of 40 ° C. or less. A method for producing a carbon cluster, which is characterized in that the carbon cluster is collected.
ークを発生させて炭素蒸気を発生させるアーク放電法を
用いる請求項１記載のカーボンクラスターの製造方法。2. The method for producing a carbon cluster according to claim 1, wherein an arc discharge method is used in which a direct current arc is generated between carbon electrode rods serving as a carbon source to generate carbon vapor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276092A JPH07109115A (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Production of carbon cluster |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276092A JPH07109115A (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Production of carbon cluster |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07109115A true JPH07109115A (en) | 1995-04-25 |
Family
ID=17564696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5276092A Pending JPH07109115A (en) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | Production of carbon cluster |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07109115A (en) |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP5276092A patent/JPH07109115A/en active Pending
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