JPWO2019073876A1 - ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法 - Google Patents
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Abstract
ナノカーボンを含む分散液を保持可能な多孔構造と、前記多孔構造の上端の少なくとも一部に接触するように配置された第１の電極と、前記多孔構造の下端の少なくとも一部に接触するように配置された第２の電極と、を備えることを特徴とするナノカーボン分離装置。
Description
本発明は、ナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法に関する。
近年、ナノメートル領域のサイズを有する炭素材料（以下、「ナノカーボン」という。）は、その機械的特性、電気的特性、化学的特性等から様々な分野への適用が期待されている。
ナノカーボンは、製造の段階で、性質の異なるナノカーボンが同時に生成される場合がある。電気的特性の異なるナノカーボンが混合した状態で、そのナノカーボンを電子材料として用いた場合、特性の低下等の問題が生じる可能性がある。そこで、性質の異なるナノカーボンを分離することが必要である。
ナノカーボンは、製造の段階で、性質の異なるナノカーボンが同時に生成される場合がある。電気的特性の異なるナノカーボンが混合した状態で、そのナノカーボンを電子材料として用いた場合、特性の低下等の問題が生じる可能性がある。そこで、性質の異なるナノカーボンを分離することが必要である。
ナノカーボンを分離するために、特許文献１には、導入配置する工程と、分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が記載されている。導入配置する工程は、異なる複数の電荷を持つナノカーボンミセル群に分散した、ナノカーボン材料の分散溶液と、該ナノカーボン材料と異なる比重を持つ保持溶液とを、電気泳動槽内に所定の方向に積層して導入配置する工程である。分離する工程は、該積層して導入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に電圧を印加することにより、該ナノカーボンミセル群を２以上のナノカーボンミセル群に分離する工程である。
しかし、特許文献１に記載の分離方法では、分離の開始時や終了時の分離溶液の導入・回収において、攪乱無く精緻に液体を出し入れする必要がある。そのため、分離溶液の導入・回収時に必要な時間が長くなる、という課題があった。
本発明は、性質の異なるナノカーボンの分離において、電気泳動槽内への分離溶液の導入・回収時の攪乱等による影響を抑制し、導入・回収を効率的に行えるようにした、ナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法を提供することを目的とする。
本発明のナノカーボン分離装置は、ナノカーボンを含む分散液を保持可能な多孔構造と、前記多孔構造の上端の少なくとも一部に接触するように設けられた第１の電極と、前記多孔構造の下端の少なくとも一部に接触するように設けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する直流電源と、を備える。
本発明のナノカーボンの分離方法は、ナノカーボンを含む分散液を多孔構造に保持させる工程と、前記多孔構造の上端の少なくとも一部に第１の電極を接触させ、前記多孔構造の下端の少なくとも一部に第２の電極を接触させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加して、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンを前記第１の電極側に移動させるとともに、前記分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを前記第２の電極側に移動させて、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する工程と、を有する。
本発明によれば、性質の異なるナノカーボンの分離において、電気泳動槽内への分離溶液の導入・回収時の攪乱等による影響を抑制し、導入・回収を効率的に行うことが可能となる。
本発明のナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［第１の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、ナノカーボンを含む分散液を保持可能な多孔構造１１と、多孔構造１１の上端（上面）１１ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造１１の下端（下面）１１ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
（ナノカーボン分離装置）
図１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、ナノカーボンを含む分散液を保持可能な多孔構造１１と、多孔構造１１の上端（上面）１１ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造１１の下端（下面）１１ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
多孔構造１１は、例えば、図１に示すように、内部に細かな孔（以下、「細孔」と言う。）が無数に空いた多孔質の柔らかい物体であるスポンジからなる。
多孔構造１１の外形は、ナノカーボンを含む分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）を浸潤させて、そのナノカーボンの分散液を保持可能な外形であれば、特に限定されない。多孔構造１１の外形としては、例えば、円柱形状、三角柱状、四角柱状、五角以上の多角柱状等が挙げられる。
多孔構造１１の外形は、ナノカーボンを含む分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）を浸潤させて、そのナノカーボンの分散液を保持可能な外形であれば、特に限定されない。多孔構造１１の外形としては、例えば、円柱形状、三角柱状、四角柱状、五角以上の多角柱状等が挙げられる。
多孔構造１１をなすスポンジは、特に限定されない。スポンジの材質は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンとを含む分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。スポンジは、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質体である。スポンジとしては、天然の海綿からなるもの、合成樹脂からなる人造のスポンジ等が挙げられる。また、多孔構造１１には、スポンジの代わりに、ゲル、軽石等が用いられてもよい。
また、多孔構造１１は、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していてもよい。すなわち、多孔構造１１は、所定の厚みの板状の単位が複数積層されてなるものであってもよい。厚さ方向は、例えば、図１における上下方向である。換言すると、厚さ方向は、例えば、ナノカーボンが分離する方向である。複数の単位（領域）は、互いに厚みが等しくてもよく、厚みが異なっていてもよい。多孔構造１１が、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していれば、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離した後、それぞれのナノカーボンが含まれる領域のみを取り出すことができる。
多孔構造１１の大きさ（高さ、外径、体積等）は、特に限定されず、多孔構造１１に保持させるナノカーボンの分散液の量に応じて、適宜調整される。
多孔構造１１における多孔率（多孔度）は、ナノカーボンミセルが通過でき、かつ、連続的に孔がつながり、上下の電極間に対して電位勾配が形成されるならば、いかなる多孔率をとっても良い。例えば、合成スポンジを用いた多孔構造１１における多孔率（多孔度）は、８０％以上９９．９％以下であることが好ましく、９０％以上９９％以下であることがより好ましい。一例を挙げるならば、空孔率９８．５％であるウレタンフォーム製吸水用スポンジ（そのような例；トラスコ中山ＴＲＵＳＣＯ 吸水スポンジ)を用いることができる。
多孔構造１１における多孔率が８０％以上であれば、多孔構造１１の全域において、細孔が連通する。このため、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、多孔構造１１が、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。一方、多孔構造１１における多孔率が９９．９％以下であれば、多孔構造１１に浸潤させたナノカーボンの分散液を、多孔構造１１へと安定に保持可能である。
多孔構造１１における多孔率が８０％以上であれば、多孔構造１１の全域において、細孔が連通する。このため、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、多孔構造１１が、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。一方、多孔構造１１における多孔率が９９．９％以下であれば、多孔構造１１に浸潤させたナノカーボンの分散液を、多孔構造１１へと安定に保持可能である。
多孔構造１１の多孔率は、多孔構造１１の総体積に対して、多孔構造１１の細孔が占める割合である。多孔構造１１の多孔率は、例えば、下記の式（１）で表わされる。
ａ１／Ａ１×１００・・・（１）
すなわち、多孔構造１１の多孔率は、多孔構造１１の細孔の全体積ａ１と、細孔を含む多孔構造１１の全体積Ａ１との比の百分率で表わされる。
ａ１／Ａ１×１００・・・（１）
すなわち、多孔構造１１の多孔率は、多孔構造１１の細孔の全体積ａ１と、細孔を含む多孔構造１１の全体積Ａ１との比の百分率で表わされる。
多孔構造１１の多孔率を求める方法としては、例えば、細孔を含む多孔構造１１の見かけの比重ｄ１と、含む多孔構造１１の真の比重Ｄ１とを求め、それらの比重に基づいて、多孔構造１１の多孔率を算出する方法が挙げられる。この方法では、下記の式（２）に基づいて、多孔構造１１の多孔率を算出する。
（Ｄ１−ｄ１）／Ｄ１×１００・・・（２）
（Ｄ１−ｄ１）／Ｄ１×１００・・・（２）
多孔構造１１の細孔の大きさ、すなわち、細孔の内径は、４０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、多孔構造１１の細孔の内径は、１ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下である。
多孔構造１１の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、多孔構造１１が、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
多孔構造１１の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、多孔構造１１が、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
なお、多孔構造１１の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、多孔構造１１の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
多孔構造１１の細孔の大きさを求める方法としては、例えば、多孔構造１１を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察し、その顕微鏡像から細孔の大きさを実測する方法等が挙げられる。
多孔構造１１は、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離が進行すると、ナノカーボンの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、多孔構造１１の色を背景として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を、目視にて確認することが好ましい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である。この場合、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、電界の向きが多孔構造１１の下端１１ｂから上端１１ａへ向かう。
第１の電極１２および第２の電極１３は、電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液に対して安定なものであれば特に限定されない。第１の電極１２および第２の電極１３としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
第１の電極１２は、多孔構造１１の上端１１ａに接触して、多孔構造１１の上端１１ａに固定されている。第２の電極１３は、多孔構造１１の下端１１ｂに接触して、多孔構造１１の下端１１ｂに固定されている。
第１の電極１２および第２の電極１３の構造は、特に限定されず、多孔構造１１の形状や大きさ等に応じて適宜選択される。第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、多孔構造１１の平面視において、円環状、円板状、棒状等が挙げられる。また、第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、多数の微細孔が均質に設けられた多孔板状が挙げられる。
第１の電極１２および第２の電極１３の構造は、特に限定されず、多孔構造１１の形状や大きさ等に応じて適宜選択される。第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、多孔構造１１の平面視において、円環状、円板状、棒状等が挙げられる。また、第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、多数の微細孔が均質に設けられた多孔板状が挙げられる。
なお、図１では、多孔構造１１の上端１１ａのほぼ全面に第１の電極１２が設けられ、多孔構造１１の下端１１ｂのほぼ全面に第２の電極１３が設けられた場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１２と第２の電極１３との間に充分に直流電圧を印加することができれば、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１２が設けられていればよく、また、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極１３が設けられていればよい。
図１に示すように、多孔構造１１が平板等の基板２０の面２０ａ上に配置された状態で、多孔構造１１の上端１１ａに設けられた第１の電極１２上に錘１７が配置されていることが好ましい。このようにすれば、多孔構造１１と、第１の電極１２および第２の電極１３との密着度を高くすることができる。
また、多孔構造１１と、第１の電極１２および第２の電極１３との密着度を高くするためには、次のように構成されることが好ましい。すなわち、多孔構造１１の上端１１ａに第１の電極１２が接触して設けられ、かつ多孔構造１１の下端１１ｂに第２の電極１３が接触して設けられた状態で、第１の電極１２および第２の電極１３を多孔構造１１の厚み方向に挟み込む手段が設けられることが好ましい。
直流電源１４は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加することができるものであれば特に限定されない。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液を保持可能な多孔構造１１を設ける。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、次のことを実現できる。すなわち、攪乱や精緻な作業を行わずに、速やかに電極間にナノカーボン分散液を導入し、分離を開始することができる。また、分離終了後の回収においても、分散溶液の攪乱による混合の影響を受けることなく、速やかに回収することができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図１〜図７を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１０の作用を説明する。
図１〜図７を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１０の作用を説明する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、保持工程と、接触工程と、分離工程とを有する。保持工程では、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させる。接触工程では、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１２を接触させ、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極１３を接触させる。分離工程では、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンとは、例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイス卜、グラフェン、フラーレン等の主に炭素から構成される炭素材料を意味する。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンとして単層カーボンナノチューブを含むナノカーボンの分散液から、半導体型単層カーボンナノチューブと、金属型単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。
単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。従来の製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する金属型単層カーボンナノチューブと半導体的な性質を有する半導体型単層カーボンナノチューブが統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が得られる。
単層カーボンナノチューブの混合物は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また、本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
まず、単層カーボンナノチューブの混合物が、界面活性剤とともに分散媒に分散した単層カーボンナノチューブ分散液（図２に示すナノカーボンの分散液３０）が調製される。
分散媒としては、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒としては、例えば、水（軽水）、重水、有機溶媒、イオン液体等が挙げられる。これらの分散媒の中でも、単層カーボンナノチューブが変質しないという理由から、水または重水が好適に用いられる。
界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤等が用いられる。単層カーボンナノチューブにナトリウムイオン等のイオン性の不純物が混入することを防ぐためには、非イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
非イオン性界面活性剤としては、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖等の疎水性部位とを有する非イオン性界面活性剤が用いられる。このような非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。
このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
上記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＬ２３、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＣ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＳ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＯ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＳ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート（分子式：Ｃ６４Ｈ１２６Ｏ２６、商品名：Ｔｗｅｅｎ６０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート（分子式：Ｃ２４Ｈ４４Ｏ６、商品名：Ｔｗｅｅｎ８５、シグマアルドリッチ社製）、オクチルフェノールエトキシレート（分子式：Ｃ１４Ｈ２２Ｏ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ、ｎ＝１〜１０、商品名：ＴｒｉｔｏｎＸ−１００、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（分子式：Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４０（ＣＨ２ＣＨ２０）４０Ｈ、商品名：ＴｒｉｔｏｎＸ−４０５、シグマアルドリッチ社製）、ポロキサマー（分子式：Ｃ５Ｈ１０Ｏ２、商品名：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ、シグマアルドリッチ社製）、ポリビニルピロリドン（分子式：（Ｃ６Ｈ９ＮＯ）ｎ、ｎ＝５〜１００、シグマアルドリッチ社製）等を用いることもできる。
単層カーボンナノチューブ分散液における非イオン性界面活性剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下であることがより好ましい。
非イオン性界面活性剤の含有量が０．１ｗｔ％以上であれば、電気泳動法によって、分離槽２０内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配を形成することができる。
一方、非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、単層カーボンナノチューブ分散液の粘度が高くなり過ぎることがない。このため、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
非イオン性界面活性剤の含有量が０．１ｗｔ％以上であれば、電気泳動法によって、分離槽２０内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配を形成することができる。
一方、非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、単層カーボンナノチューブ分散液の粘度が高くなり過ぎることがない。このため、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの含有量は、１μｇ／ｍＬ以上１００μｇ／ｍＬ以下であることが好ましく、５μｇ／ｍＬ以上４０μｇ／ｍＬ以下であることがより好ましい。
単層カーボンナノチューブの含有量が上記の範囲であれば、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
単層カーボンナノチューブの含有量が上記の範囲であれば、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
単層カーボンナノチューブ分散液を調製する方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。例えば、単層カーボンナノチューブの混合物と界面活性剤を含む分散媒の混合液を超音波処理して、分散媒に、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させる方法が挙げられる。この超音波処理により、凝集していた金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが充分に分離する。これにより、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散媒に金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが均一に分散したものとなる。したがって、後述する電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離し易くなる。なお、超音波処理により分散しなかった金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブは、超遠心分離により分離、除去することが好ましい。
次いで、保持工程にて、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる（図７のＳＴ１）。
保持工程では、図２に示すように、分散液槽４０内に多孔構造１１が配置される。続いて、分散液槽４０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、分散液槽４０内の多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
保持工程により単層カーボンナノチューブ分散液を保持した多孔構造１１は、保持された分散液が失われない限り、多孔構造１１のまま用いられても良いし、その多孔構造の周囲に液体の蒸散を防ぐ構造（被覆材）を取り付けられても良い。液体の蒸散を防ぐ被覆材の例としては、溶媒が通り抜けないものならばいかなる物も用いることができる。被覆材として、例えば、ポリ塩化ビニルフィルムやポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリプロピレンフィルムやポリアクリロニトリルフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタラートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムのような高分子フィルムや、油紙やパラフィルムなどの紙、ゴムフィルム、ゴムチューブ、ガラス膜による筐体やガラスチューブ、薄いプラスチック筐体、を用いることができる。また、多孔構造１１の上部、下部と周辺部の被膜材が、それぞれ分割されている構造をとることにより、後に示す接触工程において、上部及び下部へと用意に電極を接触させることができる。
保持工程では、図２に示すように、分散液槽４０内に多孔構造１１が配置される。続いて、分散液槽４０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、分散液槽４０内の多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
保持工程により単層カーボンナノチューブ分散液を保持した多孔構造１１は、保持された分散液が失われない限り、多孔構造１１のまま用いられても良いし、その多孔構造の周囲に液体の蒸散を防ぐ構造（被覆材）を取り付けられても良い。液体の蒸散を防ぐ被覆材の例としては、溶媒が通り抜けないものならばいかなる物も用いることができる。被覆材として、例えば、ポリ塩化ビニルフィルムやポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリプロピレンフィルムやポリアクリロニトリルフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタラートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムのような高分子フィルムや、油紙やパラフィルムなどの紙、ゴムフィルム、ゴムチューブ、ガラス膜による筐体やガラスチューブ、薄いプラスチック筐体、を用いることができる。また、多孔構造１１の上部、下部と周辺部の被膜材が、それぞれ分割されている構造をとることにより、後に示す接触工程において、上部及び下部へと用意に電極を接触させることができる。
次いで、接触工程にて、図３に示すように、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１２を接触させ、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極１３を接触させる工程が行われる（図７のＳＴ２）。
ここでは、予め、直流電源１４が、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
また、多孔構造１１と、第１の電極１２および第２の電極１３との密着度を高くするためには、多孔構造１１の上端１１ａに設けられた第１の電極１２上に錘１７を配置することが好ましい。
ここでは、予め、直流電源１４が、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
また、多孔構造１１と、第１の電極１２および第２の電極１３との密着度を高くするためには、多孔構造１１の上端１１ａに設けられた第１の電極１２上に錘１７を配置することが好ましい。
次いで、分離工程にて、図４に示すように、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブを第１の電極１２側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第２の電極１３側に移動させる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離する（図７のＳＴ３）。
第１の電極１２と第２の電極１３に、所定時間（例えば、１時間〜２４時間）、直流電圧を印加することにより、多孔構造１１内にて、電界が形成される。具体的には、電界の向きが多孔構造１１の下方から上方へ向かうように電界が形成される。この電界と、単層カーボンナノチューブの電荷とにより生じる電気泳動力により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離される。
界面活性剤を含む単層カーボンナノチューブ分散液中では、金属型単層カーボンナノチューブが正電荷を有し、半導体型単層カーボンナノチューブが極めて弱い負電荷を有する。
したがって、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物のうち、金属型単層カーボンナノチューブが第１の電極１２（陰極）側に移動し、半導体型単層カーボンナノチューブが第２の電極１３（陽極）側に移動する。その結果として、図５に示すように、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
本実施形態では、第１の電極１２側に分散液相Ａが形成され、第２の電極１３側に分散液相Ｂが形成される。
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１２と第２の電極１３との間の距離や単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの混合物の含有量等に応じて適宜調整される。
単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧を、０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下の間の任意の値とする。
例えば、第１の電極１２と第２の電極１３の距離（電極間距離）が３０ｃｍである場合、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧は、１５Ｖ以上４５０Ｖ以下であることが好ましく、３０Ｖ以上３００Ｖ以下であることがより好ましい。
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、多孔構造１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配が形成され、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、多孔構造１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配が形成され、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
また、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したとき、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界は、０．５Ｖ／ｃｍ以上１５Ｖ／ｃｍ以下であることが好ましく、１Ｖ／ｃｍ以上１０Ｖ／ｃｍ以下であることがより好ましい。
第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、多孔構造１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配が形成され、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、多孔構造１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配が形成され、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
分離工程における、多孔構造１１に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液の温度は、単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒が変質したり、蒸発したりしない温度であれば特に限定されない。
金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離が進行すると、金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多いナノカーボンの分散液は黒色となり、単層カーボンナノチューブの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、多孔構造１１の色を背景として、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離状態が、目視にて確認される。目視にて確認した場合に、単層カーボンナノチューブ分散液の色が変化しなくなった時点で分離工程が終了する。
単層カーボンナノチューブ分散液における呈色の状態は、カメラによる画像認識、あるいは、光吸収スペクトルの計測等を用いることにより、自動化することも可能である。
単層カーボンナノチューブ分散液における呈色の状態は、カメラによる画像認識、あるいは、光吸収スペクトルの計測等を用いることにより、自動化することも可能である。
次いで、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを回収する工程が行われる。すなわち、多孔構造１１から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとがそれぞれ回収（分取）される。
分散液相Ａと分散液相Ｂの回収方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
回収方法としては、例えば、次のような方法が用いられる。
回収方法としては、例えば、次のような方法が用いられる。
回収方法としては、例えば、図６に示すように、切断刃５０を用いる方法が挙げられる。
この回収方法では、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したまま、切断刃５０により、多孔構造１１が、その高さ方向と垂直に切断され、多孔構造１１が、その高さ方向において３つに分割される。すなわち、多孔構造１１が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造１１における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。なお、切断刃５０が仕切り板の一部として用いられてもよい。
この回収方法では、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したまま、切断刃５０により、多孔構造１１が、その高さ方向と垂直に切断され、多孔構造１１が、その高さ方向において３つに分割される。すなわち、多孔構造１１が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造１１における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。なお、切断刃５０が仕切り板の一部として用いられてもよい。
回収した分散液を、再び、多孔構造１１に保持させて、上述と同様にして、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。これにより、より純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
回収した分散液の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ−Ｗｉｇｎｅｒ−Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、および紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）等の手法により評価することができる。また、単層カーボンナノチューブの電気的特性について評価することによっても、分散液の分離効率を評価することができる。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって、分散液の分離効率を評価することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、単層カーボンナノチューブ分散液を多孔構造１１に保持させることによって、多孔構造１１へ単層カーボンナノチューブ分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築する。そして、その担面へと電極を接触させ電圧を印加する方法を用いることにより、単層カーボンナノチューブ分散液による分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。
また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、多孔構造１１から、分離した金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、多孔構造１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
［第２の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図８は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図８において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、多孔構造１１と、多孔構造１１の上端１１ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造１１の下端１１ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、多孔構造１１を収容する筐体１１０と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
（ナノカーボン分離装置）
図８は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図８において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、多孔構造１１と、多孔構造１１の上端１１ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造１１の下端１１ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、多孔構造１１を収容する筐体１１０と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、筐体１１０内の上面１１０ａに第１の電極１２が設けられ、筐体１１０内の下面１１０ｂに第２の電極１３が設けられている。
すなわち、本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、第１の実施形態のナノカーボン分離装置１０のように、第１の電極１２および第２の電極１３が、多孔構造１１に固定されていない。
すなわち、本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、第１の実施形態のナノカーボン分離装置１０のように、第１の電極１２および第２の電極１３が、多孔構造１１に固定されていない。
筐体１１０内の形状は、多孔構造１１の外形とほぼ同じ形状をなしている。これにより、筐体１１０内において、第１の電極１２と第２の電極１３の間に多孔構造１１を配置すると、第１の電極１２が多孔構造１１の上端１１ａに接触するとともに、第２の電極１３が多孔構造１１の下端１１ｂに接触するようになっている。また、多孔構造１１は、筐体１１０と着脱可能な程度に、第１の電極１２と第２の電極１３の間に保持される。
筐体１１０の材質は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液を保持可能な多孔構造１１を設ける。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、次のことを実現できる。すなわち、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させることによって、多孔構造１１へナノカーボンの分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築し、その担面へと電圧を印加する方法を用いれば、分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。結果として、大容量化や導入速度の向上を行うときの擾乱等を抑制し、速やかで効率的な分離を行うことができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図８〜図１３を用いて、ナノカーボン分離装置１００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１００の作用を説明する。なお、図８〜図１３において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図８〜図１３を用いて、ナノカーボン分離装置１００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１００の作用を説明する。なお、図８〜図１３において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、保持工程と、接触工程と、分離工程とを有する。保持工程では、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させる。接触工程では、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１２を接触させ、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極１３を接触させる。分離工程では、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
まず、第１の実施形態と同様にして、単層カーボンナノチューブ分散液（図９に示すナノカーボンの分散液３０）を調製する。
次いで、第１の実施形態と同様にして、保持工程にて、図９に示すように、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる（図７のＳＴ１）。
次いで、接触工程にて、図１０に示すように、筐体１１０内において、第１の電極１２と第２の電極１３の間に多孔構造１１が配置される。これにより、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１２が接触され、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極１３が接触される（図７のＳＴ２）。
次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程が行われる。分離工程にて、図１１に示すように、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブが第１の電極１２側に移動させられるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブが第２の電極１３側に移動させられる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離する（図７のＳＴ３）。
第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図１２に示すように、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、単層カーボンナノチューブ分散液は、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
分離工程が終了した後、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを回収する工程が行われる。すなわち、多孔構造１１から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとがそれぞれ回収（分取）される。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収するには、図１３に示すように、筐体１１０から、分散液相Ａ、分散液相Ｂおよび分散液相Ｃを含む多孔構造１１が脱離される。
続いて、第１の実施形態と同様にして、多孔構造１１が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造１１における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、多孔構造１１に保持させて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、単層カーボンナノチューブ分散液を多孔構造１１に保持させることによって、多孔構造１１へ単層カーボンナノチューブ分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築する。そして、その担面へと電極を接触させ電圧を印加する方法を用いることにより、単層カーボンナノチューブ分散液による分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。
また、本実施形態のナノカーボン分離装置１００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、多孔構造１１から、分離した金属型単層カーボンナノチューブまたは半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、多孔構造１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
［第３の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１４は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１４において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、多孔構造１１と、多孔構造１１の上端１１ａに接触するように配置された第１の電極２１０と、多孔構造１１の下端１１ｂに接触するように配置された第２の電極２２０と、を備える。本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、多孔構造１１が、被覆材２３０で被覆されている。また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極２１０に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極２２０に電気的に接続されている。
（ナノカーボン分離装置）
図１４は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１４において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、多孔構造１１と、多孔構造１１の上端１１ａに接触するように配置された第１の電極２１０と、多孔構造１１の下端１１ｂに接触するように配置された第２の電極２２０と、を備える。本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、多孔構造１１が、被覆材２３０で被覆されている。また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極２１０に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極２２０に電気的に接続されている。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００において、第１の電極２１０が陰極、第２の電極２２０が陽極である。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極２１０における多孔構造１１の上端１１ａに接する面２１０ａに多数の針状の突起（端子）２１１が設けられている。すなわち、第１の電極２１０は剣山状の構造をなしている。同様に、第２の電極２２０における多孔構造１１の下端１１ｂに接する面２２０ａに多数の針状の突起（端子）２２１が設けられている。すなわち、第２の電極２２０は剣山状の構造をなしている。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極２１０における多孔構造１１の上端１１ａに接する面２１０ａに多数の針状の突起（端子）２１１が設けられている。すなわち、第１の電極２１０は剣山状の構造をなしている。同様に、第２の電極２２０における多孔構造１１の下端１１ｂに接する面２２０ａに多数の針状の突起（端子）２２１が設けられている。すなわち、第２の電極２２０は剣山状の構造をなしている。
第１の電極２１０は、突起２１１が被覆材２３０を貫通して多孔構造１１に到達することにより、多孔構造１１の上端１１ａに固定される。同様に、第２の電極２２０は、突起２２１が被覆材２３０を貫通して多孔構造１１に到達することにより、多孔構造１１の下端１１ｂに固定される。
第１の電極２１０および第２の電極２２０の構造は、特に限定されず、多孔構造１１の形状や大きさ等に応じて適宜選択される。
第１の電極２１０および第２の電極２２０としては、上記の第１の電極１２および第２の電極１３と同様の材質のものが用いられる。
被覆材２３０は、多孔構造１１全体を被覆するフィルム状の材料である。被覆材２３０は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、液体の蒸散を防ぐことができるならば、いかなるものを用いることもできる。液体の蒸散を防ぐ被覆材の例としては、溶媒が通り抜けないものならばいかなる物も用いることができる。被覆材として、例えば、ポリ塩化ビニルフィルムやポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリプロピレンフィルムやポリアクリロニトリルフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタラートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムのような高分子フィルムや、油紙やパラフィルムなどの紙、ゴムフィルム、ゴムチューブ、ガラス膜による筐体やガラスチューブ、薄いプラスチック筐体、を用いることができる。また、被覆材２３０において、多孔構造１１の上端１１ａおよび下端１１ｂを覆う部分は、導電性フィルムを用いることもできる。導電性フィルムとしては、例えば、熱硬化性樹脂等の接着材に微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを、膜状に成形してなる異方性導電フィルム等が挙げられる。このようにすれば、多孔構造１１の上端１１ａに対する第１の電極２１０の密着度を高くすることができるとともに、多孔構造１１の下端１１ｂに対する第２の電極２２０の密着度を高くすることができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極２１０が陰極、第２の電極２２０が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置２００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置２００にあっては、第１の電極２１０が陽極、第２の電極２２０が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、第１の電極２１０と第２の電極２２０の間に、ナノカーボンの分散液を保持可能な多孔構造１１を設ける。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、次のことを実現できる。すなわち、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させることによって、多孔構造１１へナノカーボンの分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築し、その担面へと電圧を印加する方法を用いれば、分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。結果として、大容量化や導入速度の向上を行うときの擾乱等を抑制し、速やかで効率的な分離を行うことができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図１４〜図１８を用いて、ナノカーボン分離装置２００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置２００の作用を説明する。なお、図１４〜図１８において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１４〜図１８を用いて、ナノカーボン分離装置２００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置２００の作用を説明する。なお、図１４〜図１８において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、保持工程と、接触工程と、分離工程とを有する。保持工程では、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させる。接触工程では、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極２１０を接触させ、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極２２０を接触させる。分離工程では、第１の電極２１０と第２の電極２２０との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極２１０側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極２２０側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
まず、第１の実施形態と同様にして、単層カーボンナノチューブ分散液を調製する。
次いで、保持工程にて、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる（図７のＳＴ１）。
保持工程では、例えば、図１５に示すように、予め被覆材２３０に設けられた注入口２３１から、被覆材２３０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入される。そして、被覆材２３０内の多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。多孔構造１１への単層カーボンナノチューブ分散液の保持が終了した後、注入口２３１が封止される。
保持工程では、例えば、図１５に示すように、予め被覆材２３０に設けられた注入口２３１から、被覆材２３０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入される。そして、被覆材２３０内の多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造１１に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。多孔構造１１への単層カーボンナノチューブ分散液の保持が終了した後、注入口２３１が封止される。
次いで、接触工程にて、図１６に示すように、第１の電極２１０の突起２１１を、被覆材２３０における多孔構造１１の上端１１ａを覆う領域２３０Ａに貫通させて、多孔構造１１に到達させられる。これにより、多孔構造１１の上端１１ａの少なくとも一部に第１の電極２１０が接触される。これにより、多孔構造１１の上端１１ａに第１の電極２１０が固定される。同様に、第２の電極２２０の突起２２１を、被覆材２３０における多孔構造１１の下端１１ｂを覆う領域２３０Ｂに貫通させて、多孔構造１１に到達させられる。これにより、多孔構造１１の下端１１ｂの少なくとも一部に第２の電極２２０が接触される（図７のＳＴ２）。これにより、多孔構造１１の下端１１ｂに第２の電極２２０が固定される。
次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程にて、図１７に示すように、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブを第１の電極２１０側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第２の電極２２０側に移動させる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとが分離する（図７のＳＴ３）。
第１の電極２１０と第２の電極２２０に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図１７に示すように、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
分離工程が終了した後、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとが回収される。すなわち、多孔構造１１から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとがそれぞれ回収（分取）される。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収するには、図１８に示すように、被覆材２３０で被覆された多孔構造１１から、第１の電極２１０および第２の電極２２０が脱離される。
続いて、第１の実施形態と同様にして、多孔構造１１が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造１１における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、多孔構造１１に保持させて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、単層カーボンナノチューブ分散液を多孔構造１１に保持させることによって、次のことを実現できる。すなわち、多孔構造１１へ単層カーボンナノチューブ分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築し、その担面へと電極を接触させ電圧を印加する方法を用いることにより、単層カーボンナノチューブ分散液による分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。
また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、多孔構造１１から、分離した金属型単層カーボンナノチューブまたは半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、多孔構造１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
［第４の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１９は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１９において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置および図１４に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、多孔構造３１０と、多孔構造３１０の上端３１０ａに接触するように配置された第１の電極２１０と、多孔構造３１０の下端３１０ｂに接触するように配置された第２の電極２２０と、を備える。本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、多孔構造３１０が、被覆材３２０で被覆されている。また、本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極２１０に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極２２０に電気的に接続されている。
（ナノカーボン分離装置）
図１９は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１９において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置および図１４に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、多孔構造３１０と、多孔構造３１０の上端３１０ａに接触するように配置された第１の電極２１０と、多孔構造３１０の下端３１０ｂに接触するように配置された第２の電極２２０と、を備える。本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、多孔構造３１０が、被覆材３２０で被覆されている。また、本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極２１０に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極２２０に電気的に接続されている。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、多孔構造３１０が、多数の粒子３１１から構成される。
多孔構造３１０は、被覆材３２０内に充填された多数の粒子３１１から構成される。粒子３１１としては、被覆材３２０内に最密に充填した場合に、粒子間に隙間が生じる形状のものであれば特に限定されない。粒子３１１としては、例えば、球状の粒子、撒菱状の粒子、テトラポッド（登録商標）状の粒子等が挙げられる。
このような粒子３１１を、被覆材３２０内に充填することにより、粒子３１１同士の間に隙間が生じて、多孔構造３１０が形成される。このように、被覆材３２０内に、多数の粒子３１１からなる多孔構造３１０を形成することにより、多孔構造３１０によって、被覆材３２０内が多数の空間に区画される。
粒子３１１の材質は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。粒子３１１の材質としては、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。
粒子３１１の被覆材３２０に対する充填量は、特に限定されず、被覆材３２０内に収容されるナノカーボンの分散液の量（体積）に応じて適宜設定される。
なお、多孔構造３１０の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、多孔構造３１０の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
多孔構造３１０の細孔の大きさは、上述の多孔構造１１の細孔の大きさと同様に求められる。
多孔構造３１０、すなわち、多孔構造３１０を構成する粒子３１１は、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。
粒子３１１の外径（粒子３１１の最大長さ）は、特に限定されず、被覆材３２０内に収容されるナノカーボンの分散液におけるナノカーボンの混合物の含有量等に応じて適宜設定される。
多孔構造３１０の多孔率（多孔度）は、多孔構造３１０の総体積に対して、粒子３１１同士の間に生じた隙間が占める割合である。多孔構造３１０の多孔率は、下記の式（３）で表わされる。
ａ２／Ａ２×１００・・・（３）
すなわち、多孔構造３１０の多孔率は、多孔構造３１０の隙間の全体積ａ２と、隙間を含む多孔構造３１０の全体積Ａ２との比の百分率で表わされる。
ａ２／Ａ２×１００・・・（３）
すなわち、多孔構造３１０の多孔率は、多孔構造３１０の隙間の全体積ａ２と、隙間を含む多孔構造３１０の全体積Ａ２との比の百分率で表わされる。
多孔構造３１０の多孔率を求める方法としては、例えば、隙間を含む多孔構造３１０の見かけの比重ｄ２と、含む多孔構造３１０の真の比重Ｄ２とを求め、それらの比重に基づいて、多孔構造３１０の多孔率を算出する方法が挙げられる。この方法では、下記の式（４）に基づいて、多孔構造１１の多孔率を算出する。
（Ｄ２−ｄ２）／Ｄ２×１００・・・（４）
（Ｄ２−ｄ２）／Ｄ２×１００・・・（４）
多孔構造３１０の空隙の大きさを求める方法としては、例えば、多孔構造３１０を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察し、その顕微鏡像から細孔の大きさを実測する方法等が挙げられる。
被覆材３２０としては、被覆材２３０と同様のものが用いられる。被覆材３２０において、多孔構造３１０の上端３１０ａおよび下端３１０ｂを覆う部分は、被覆材２３０と同様に導電性フィルムを用いることが可能である。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、第１の電極２１０が陰極、第２の電極２２０が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置３００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置３００にあっては、第１の電極２１０が陽極、第２の電極２２０が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００によれば、第１の電極２１０と第２の電極２２０の間に、ナノカーボンの分散液を保持可能な多孔構造１１を設ける。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、次のことを実現できる。すなわち、ナノカーボンの分散液を多孔構造１１に保持させることによって、多孔構造１１へナノカーボンの分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築し、その担面へと電圧を印加する方法を用いれば、分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。結果として、大容量化や導入速度の向上を行うときの擾乱等を抑制し、速やかで効率的な分離を行うことができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図１９〜図２３を用いて、ナノカーボン分離装置３００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置３００の作用を説明する。なお、図１９〜図２３において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法、図１４に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置、および図１５〜図１８に示した第３の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１９〜図２３を用いて、ナノカーボン分離装置３００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置３００の作用を説明する。なお、図１９〜図２３において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、図２〜図６に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法、図１４に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置、および図１５〜図１８に示した第３の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、保持工程と、接触工程と、分離工程とを有する。保持工程では、ナノカーボンの分散液を多孔構造３１０に保持させる。接触工程では、多孔構造３１０の上端３１０ａの少なくとも一部に第１の電極２１０を接触させ、多孔構造３１０の下端３１０ｂの少なくとも一部に第２の電極２２０を接触させる。分離工程では、第１の電極２１０と第２の電極２２０との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極２１０側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極２２０側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
まず、第１の実施形態と同様にして、単層カーボンナノチューブ分散液を調製する。
次いで、保持工程にて、多孔構造３１０に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる（図７のＳＴ１）。
保持工程では、例えば、図２０に示すように、予め被覆材３２０に設けられた注入口３２１から、被覆材３２０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、被覆材３２０内の多孔構造３１０に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造３１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。多孔構造３１０への単層カーボンナノチューブ分散液の保持が終了した後、注入口３２１が封止される。
保持工程では、例えば、図２０に示すように、予め被覆材３２０に設けられた注入口３２１から、被覆材３２０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、被覆材３２０内の多孔構造３１０に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造３１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。多孔構造３１０への単層カーボンナノチューブ分散液の保持が終了した後、注入口３２１が封止される。
次いで、接触工程にて、図２１に示すように、第１の電極２１０の突起２１１を、被覆材３２０における多孔構造３１０の上端３１０ａを覆う領域２３０Ａに貫通させて、多孔構造３１０に到達させられる。これにより、多孔構造３１０の上端３１０ａの少なくとも一部に第１の電極２１０が接触される。これにより、多孔構造３１０の上端３１０ａに第１の電極２１０が固定される。同様に、第２の電極２２０の突起２２１を、被覆材３２０における多孔構造３１０の下端３１０ｂを覆う領域２３０Ｂに貫通させて、多孔構造３１０に到達させられる。これにより、多孔構造３１０の下端３１０ｂの少なくとも一部に第２の電極２２０が接触される（図７のＳＴ２）。これにより、多孔構造３１０の下端３１０ｂに第２の電極２２０が固定される。
次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程にて、図２２に示すように、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブを第１の電極２１０側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第２の電極２２０側に移動させる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離する（図７のＳＴ３）。
第１の電極２１０と第２の電極２２０に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図２２示すように、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
分離工程が終了した後、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが回収される。すなわち、多孔構造３１０から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとがそれぞれ回収（分取）される。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収するには、図２３に示すように、被覆材２３０で被覆された多孔構造３１０から、第１の電極２１０および第２の電極２２０が脱離される。
続いて、第１の実施形態と同様にして、多孔構造３１０が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造３１０における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、多孔構造３１０に保持させて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置３００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、単層カーボンナノチューブ分散液を多孔構造１１に保持させることによって、次のことを実現できる。すなわち、多孔構造１１へ単層カーボンナノチューブ分散液を含ませ独立に保持できる担体を構築し、その担面へと電極を接触させ電圧を印加する方法を用いることにより、単層カーボンナノチューブ分散液による分離を速やかに開始することができる。また、分離後の回収においても、溶液の攪乱の影響を受けずに、速やかに回収を行うことができる。
また、本実施形態のナノカーボン分離装置３００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、多孔構造３１０から、分離した金属型単層カーボンナノチューブまたは半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、多孔構造３１０内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
［第５の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図２４は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図２４において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、多孔構造４１０と、多孔構造４１０の上端４１０ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造４１０の下端４１０ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、多孔構造４１０をその長手方向に搬送するローラー４２０，４３０と、多孔構造４１０、第１の電極１２、第２の電極１３およびローラー４２０，４３０を収容する分離室４４０と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
（ナノカーボン分離装置）
図２４は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図２４において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、多孔構造４１０と、多孔構造４１０の上端４１０ａに接触するように配置された第１の電極１２と、多孔構造４１０の下端４１０ｂに接触するように配置された第２の電極１３と、多孔構造４１０をその長手方向に搬送するローラー４２０，４３０と、多孔構造４１０、第１の電極１２、第２の電極１３およびローラー４２０，４３０を収容する分離室４４０と、を備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、直流電源１４を備えていてもよい。直流電源１４は、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
多孔構造４１０は、例えば、図２４の紙面の左右方向に延在する四角柱状をなしている。
多孔構造４１０は、例えば、上記の多孔構造１１と同様の構造をなしている。
多孔構造４１０は、例えば、上記の多孔構造１１と同様の構造をなしている。
ローラー４２０，４３０は、多孔構造４１０を搬送する方向（多孔構造４１０の長手方向、図２４における矢印αの示す方向）に沿って所定の間隔を置いて、複数設けられている。
ローラー４２０，４３０が、図２４における矢印β、γの示す方向に回転することにより、多孔構造４１０がその長手方向に搬送される。
ローラー４２０，４３０が、図２４における矢印β、γの示す方向に回転することにより、多孔構造４１０がその長手方向に搬送される。
分離室４４０は、多孔構造４１０、第１の電極１２、第２の電極１３およびローラー４２０，４３０を収容することができるものであれば、特に限定されない。分離室４４０の材質は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。
分離室４４０には、多孔構造４１０にナノカーボンの分散液を注入するための注入口４４１が設けられている。
本実施形態のナノカーボン分離装置４００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置４００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置４００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置４００によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液を保持可能な多孔構造４１０を設ける。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、次のことを実現できる。すなわち、分散液を保持できる多孔構造１１に連続的に溶液を導入し、担面へと電圧を引加し続けることによって、攪乱なく溶液の導入と同時に分離を開始することができる。また、分離後の回収においても、多孔構造の回収は、速やかに行うことができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図２４を用いて、ナノカーボン分離装置４００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置４００の作用を説明する。
図２４を用いて、ナノカーボン分離装置４００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置４００の作用を説明する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、接触工程と、保持工程と、分離工程とを有する。接触工程は、多孔構造４１０の上端４１０ａの少なくとも一部に第１の電極１２を接触させ、多孔構造４１０の下端４１０ｂの少なくとも一部に第２の電極１３を接触させる工程である。保持工程は、ナノカーボンを含むナノカーボンの分散液を多孔構造４１０に保持させる工程である。分離工程は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程である。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（回収工程）を有していてもよい。
まず、第１の実施形態と同様にして、単層カーボンナノチューブ分散液を調製する。
次いで、接触工程にて、図２４に示すように、多孔構造４１０の上端４１０ａに第１の電極１２を接触させ、多孔構造４１０の下端４１０ｂに第２の電極１３を接触させる。
ここでは、予め、直流電源１４が、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
ここでは、予め、直流電源１４が、ケーブル１５を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１６を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
次いで、図２４に示すように、多孔構造４１０の上端４１０ａに接触させた第１の電極１２にローラー４２０を当接させるとともに、多孔構造４１０の下端４１０ｂに接触させた第２の電極１３にローラー４３０を当接させる。
次いで、保持工程にて、多孔構造４１０に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる。
保持工程では、例えば、図２４に示すように、予め分離室４４０に設けられた注入口４４１から、分離室４４０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、分離室４４０内の多孔構造４１０に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造４１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
保持工程では、例えば、図２４に示すように、予め分離室４４０に設けられた注入口４４１から、分離室４４０内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、分離室４４０内の多孔構造４１０に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、多孔構造４１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程にて、図２４に示すように、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブを第１の電極１２側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第２の電極１３側に移動させる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離される。
第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図２４に示すように、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散液相Ａと分散液相Ｂと分散液相Ｃとの３相に相分離される。分散液相Ａは、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ローラー４２０，４３０により、多孔構造４１０をその長手方向に搬送しながら、保持工程と分離工程を行う。すなわち、保持工程と分離工程とが連続して行われる。より詳細には、多孔構造４１０を搬送しながら、注入口４４１から分離室４４０内に単層カーボンナノチューブ分散液を注入すると、多孔構造４１０の移動に伴って、多孔構造４１０に保持された単層カーボンナノチューブ分散液は次第に、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。
分離工程が終了した後、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとが回収される。すなわち、多孔構造４１０から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとがそれぞれ回収（分取）される。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収するために、分離室４４０から、多孔構造４１０が取り出される。
続いて、第１の実施形態と同様にして、多孔構造４１０が、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とに分割される。また、分割と同時に、３つに分割した多孔構造４１０における、分散液相Ａに相当する部分と分散液相Ｃに相当する部分の間に仕切り板等が挿入され、分散液相Ｃに相当する部分と分散液相Ｂに相当する部分の間に仕切り板等が挿入される。そして、分散液相Ａに相当する部分と、分散液相Ｂに相当する部分と、分散液相Ｃに相当する部分とがそれぞれ回収される。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、多孔構造４１０に保持させて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置４００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、単層カーボンナノチューブ分散液を保持できる多孔構造１１に連続的に溶液を導入し、担面へと電圧を引加し続ける。これにより、攪乱なく溶液の導入と同時に分離を開始することができる。また、分離後の回収においても、多孔構造の回収は、速やかに行うことができる。
また、本実施形態のナノカーボン分離装置４００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、多孔構造４１０から、分離した金属型単層カーボンナノチューブまたは半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、多孔構造４１０内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
以上、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合に適用することができる実施形態を説明したが、多層カーボンナノチューブの混合物、二層カーボンナノチューブの混合物、グラフェンの混合物等を分離する場合にも、本発明を適用することができる。
この出願は、２０１７年１０月１０日に日本出願された特願２０１７−１９７２７６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０，１００，２００，３００，４００・・・ナノカーボン分離装置、
１１，３１０，４１０・・・多孔構造、
１２，２１０・・・第１の電極、
１３，２２０・・・第２の電極、
１４・・・直流電源、
１５，１６・・・ケーブル、
１７・・・錘、
２０・・・基板、
３０・・・ナノカーボンの分散液、
４０・・・分散液槽、
５０・・・切断刃、
１１０・・・筐体、
２１１，２２１・・・突起、
２３０，３２０・・・被覆材、
２３１，３２１，４４１・・・注入口、
３１１・・・粒子、
４２０，４３０・・・ローラー、
４４０・・・分離室。
１１，３１０，４１０・・・多孔構造、
１２，２１０・・・第１の電極、
１３，２２０・・・第２の電極、
１４・・・直流電源、
１５，１６・・・ケーブル、
１７・・・錘、
２０・・・基板、
３０・・・ナノカーボンの分散液、
４０・・・分散液槽、
５０・・・切断刃、
１１０・・・筐体、
２１１，２２１・・・突起、
２３０，３２０・・・被覆材、
２３１，３２１，４４１・・・注入口、
３１１・・・粒子、
４２０，４３０・・・ローラー、
４４０・・・分離室。
Claims (10)
- ナノカーボンを含む分散液を保持可能な多孔構造と、
前記多孔構造の上端の少なくとも一部に接触するように配置された第１の電極と、
前記多孔構造の下端の少なくとも一部に接触するように配置された第２の電極と、を備えるナノカーボン分離装置。 - 前記多孔構造は、スポンジから構成される請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
- 前記多孔構造は、多数の粒子から構成される請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
- 前記多孔構造は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に着脱可能に配置される請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
- 前記多孔構造が、被覆材で被覆されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノカーボン分離装置。
- 前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれに複数の突起が設けられる請求項５に記載のナノカーボン分離装置。
- 前記複数の突起は、前記被覆材を貫通して前記多孔構造に接触する請求項６に記載のナノカーボン分離装置。
- ナノカーボンを含む分散液を多孔構造に保持させる工程と、
前記多孔構造の上端の少なくとも一部に第１の電極を接触させ、前記多孔構造の下端の少なくとも一部に第２の電極を接触させる工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加して、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンを前記第１の電極側に移動させるとともに、前記分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを前記第２の電極側に移動させて、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する工程と、を有することを特徴とするナノカーボンの分離方法。 - 前記分離する工程の後に、前記分散液に含まれる前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンとを回収する工程を有する請求項８に記載のナノカーボンの分離方法。
- 前記保持させる工程、及び前記分離する工程が連続的に実行される請求項８に記載のナノカーボンの分離方法。
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