專(zhuān)利名稱(chēng)：碳納米角及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳納米角(カ-ボンナノホ-ン)，即碳納米管中直徑大的部分和直徑小的部分所夾持的圓錐或圓臺(tái)狀領(lǐng)域?yàn)橹饕Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明特別涉及碳納米角的構(gòu)成要素及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，具有納米級(jí)微細(xì)結(jié)構(gòu)的碳物質(zhì)倍受人們關(guān)注。人們期待所謂碳納米管、富勒烯、納米膠囊的這一類(lèi)碳物質(zhì)可以用于電子材料、催化劑、光材料等。
已知的是，碳納米管和富勒烯的結(jié)構(gòu)為，在其主要構(gòu)成元素碳上擔(dān)載有不同元素(異種元素)。由于具有這樣的結(jié)構(gòu)，所以在碳納米管和富勒烯的化學(xué)性質(zhì)和物性方面可以表現(xiàn)出各種各樣的多樣性，因此人們考慮可以將其應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域。
但是，對(duì)于碳納米角，至今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其擔(dān)載有不同元素的結(jié)構(gòu)或其制法。因此，碳納米角的化學(xué)性質(zhì)和物性受到限制。結(jié)果導(dǎo)致其可應(yīng)用的領(lǐng)域也受到限制。
鑒于這樣的狀況，本發(fā)明所要解決的課題是，提供可以具備多樣的化學(xué)性質(zhì)或物性的納米角的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供碳納米角的制備技術(shù)，其為在碳納米角中，將作為構(gòu)成要素的不同元素的粒子擔(dān)載在碳納米角的周邊或內(nèi)部。本發(fā)明提供向含有不同元素的碳注入能量，使不同元素和碳蒸發(fā)的、擔(dān)載有金屬、半導(dǎo)體的碳納米角的制備技術(shù)。不同元素為金屬、半導(dǎo)體或者它們的碳化物，且可以是它們的一種或者多種。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供碳納米角，其特征在于，在碳納米角的周邊或內(nèi)部擔(dān)載有含有碳以外原子的粒狀物質(zhì)。
這樣的碳納米角，根據(jù)所擔(dān)載的粒狀物質(zhì)的不同可以具有不同的化學(xué)性質(zhì)和物性，從而可以擴(kuò)大碳納米角的應(yīng)用范圍。這里所說(shuō)的粒狀物質(zhì)，是例如所謂的金屬、合金、半導(dǎo)體和它們的碳化物的物質(zhì)?？梢允沁@些物質(zhì)中的一種，也可以是多種。特別是，如果粒狀物質(zhì)的大小為1～50nm，則可得到具有顯著化學(xué)性質(zhì)和物性的碳納米角。此外，特別是使用具有催化作用的粒狀物質(zhì)的情況下，這樣的碳納米角可以用作將催化劑有效地配置在微小空間中的工具。
此外，本發(fā)明提供制造這樣的碳納米角的方法。也就是說(shuō)，提供碳納米角的制造方法，其特征在于，向?qū)⒃谄錁?gòu)成原子中包含有碳以外的物質(zhì)的粒狀物質(zhì)和碳的混合物中注入能量，使粒狀物質(zhì)和碳蒸發(fā)，由此制造擔(dān)載有粒狀物質(zhì)的碳納米角。粒狀物質(zhì)以含有選自金屬、合金、半導(dǎo)體及其碳化物中的至少一種物質(zhì)為好。如果使用具有催化作用的粒狀物質(zhì)，則可以作為將催化劑有效地分散配置在微小空間中的方法而使用。注入能量以在惰性氣體氣氛中進(jìn)行為好。作為注入能量的方法的一例，可以使用激光照射。
如此，不同元素?fù)?dān)載在碳納米角上，從而可以擴(kuò)大碳納米角的化學(xué)性質(zhì)和物性的多樣性。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1為在透射電子顯微鏡下對(duì)擔(dān)載有白金微粒的碳納米角進(jìn)行觀測(cè)所得的圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式的碳納米角的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
(1)準(zhǔn)備含有碳納米角所要擔(dān)載的粒狀物質(zhì)的石墨靶。作為可以在這里利用的粒狀物質(zhì)有，鉑族金屬、過(guò)渡金屬、堿金屬、堿土金屬。此外，還可以含有這些金屬的合金、金屬碳化物。再有，還可以含有硫?qū)僭鼗?カルコグナイド)元素、半導(dǎo)體。這些粒狀物質(zhì)不限于單一種類(lèi)，也可以是多種的組合。
如果增加石墨靶中的粒狀物質(zhì)的含量，則碳納米角所擔(dān)載的粒狀物質(zhì)的量增加。反之，如果減少石墨靶中的粒狀物質(zhì)的含量，則碳納米角所擔(dān)載的元素的量減少。
(2)將準(zhǔn)備的石墨靶置于惰性氣體氣氛中。這里的惰性氣體可以利用氬氣、氮?dú)?、氦氣、氖氣等?br> (3)對(duì)石墨靶注入能量。具有代表性的方法有，利用激光注入。
這里，能量的注入無(wú)論在氣氛氣的減壓下還是加壓下都能生成碳納米角，不過(guò)，如果在減壓下進(jìn)行則可以使粒狀物質(zhì)變小。粒狀物質(zhì)小則碳納米角的化學(xué)性質(zhì)和物性的變化顯著。具體地說(shuō)，如果粒狀物質(zhì)的大小為1～50nm時(shí)，容易制造具有顯著的化學(xué)性質(zhì)和物性的碳納米角。
(4)形成碳納米角。
無(wú)論碳納米角的結(jié)構(gòu)如何，以上方法都可以適用。也就是說(shuō)，對(duì)于單層、多層、松塔狀的碳納米角的結(jié)構(gòu)都可以適用。
此外，以磁性體作為粒狀物質(zhì)而擔(dān)載的碳納米角，通過(guò)使磁場(chǎng)發(fā)揮作用可以進(jìn)行任意的操作。作為使磁場(chǎng)發(fā)揮作用的操作，對(duì)于碳納米角以外的碳納米管、富勒烯，當(dāng)然也可以與碳納米角同樣地操作。
接著使用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
(第1實(shí)施例)在壓力1.013×105Pa(760托)、室溫、的氬氣氣氛中，使用4kW的CO2激光以脈沖寬度500ms、10Hz對(duì)含有1atm％的鉑的石墨靶進(jìn)行照射，如圖1所示，通過(guò)透射電子顯微鏡可以明確，形成了擔(dān)載有鉑微粒的碳納米角。生成物為黑色粉末，鉑微粒的直徑約為5nm。此時(shí)的收率為75w％以上、純度為約90％。
(第2實(shí)施例)在壓力1.013×105Pa(760托)、室溫、的氬氣氣氛中，使用4kW的CO2激光以脈沖寬度500ms、10Hz對(duì)含有1atm％的釓的石墨靶連續(xù)地進(jìn)行照射，形成了擔(dān)載有釓微粒的單層碳納米角。釓微粒的直徑約為5～10nm。此時(shí)的收率為75w％以上、純度為約90％。此擔(dān)載有釓的碳納米角通過(guò)磁場(chǎng)可以操作、輸送到所希望的場(chǎng)所。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，含有不同元素的粒狀物質(zhì)擔(dān)載碳納米角的一部分，由此可以擴(kuò)大碳納米角的化學(xué)性質(zhì)和物性的多樣性。
此外，根據(jù)本發(fā)明，擔(dān)載的粒狀物質(zhì)為催化劑時(shí)，可以有效地將催化劑配置在微小空間中，可以擴(kuò)大碳納米角的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.碳納米角，其特征在于，碳納米角中，在碳納米角的周邊或內(nèi)部擔(dān)載有含有碳以外的原子的粒狀物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米角，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)含有選自金屬、合金、半導(dǎo)體以及它們的碳化物中的至少一種物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米角，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)的大小為1～50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的碳納米角，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)具有催化作用。
5.制備碳納米角的方法，其特征在于，在該方法中，對(duì)粒狀物質(zhì)和碳的混合物注入能量，使前述粒狀物質(zhì)和碳蒸發(fā)，由此制備擔(dān)載有前述粒狀物質(zhì)的碳納米角，該粒狀物質(zhì)其構(gòu)成原子中包含碳以外的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制備碳納米角的方法，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)含有選自金屬、合金、半導(dǎo)體以及它們的碳化物中的至少一種物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的制備碳納米角的方法，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)的大小為1～50nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的制備碳納米角的方法，其特征在于，所述粒狀物質(zhì)具有催化作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的制備碳納米角的方法，其特征在于，所述能量的注入在惰性氣體氣氛中進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的制備碳納米角的方法，其特征在于，所述能量的注入是用激光照射進(jìn)行。
全文摘要
碳納米角，其在碳納米角的周邊或內(nèi)部擔(dān)載有含有碳以外的原子的粒狀物質(zhì)。
文檔編號(hào)B01J23/10GK1527794SQ0281412
公開(kāi)日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2002年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者湯田坂雅子, 男, 飯島澄男, 夫, 小海文夫, 充, 高橋邦充, 介, 糟屋大介 申請(qǐng)人:科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán), 日本電氣株式會(huì)社, 財(cái)團(tuán)法人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造研究所