[发明专利]制造富勒烯的方法及所用设备

说明书

                        技术领域

本发明涉及制造富勒烯的方法及制造用设备，更详细地说，涉及一种可大量、简易、高收率制造富勒烯，特别是制造碳纳米管的制造方法及制造用设备。

                        背景技术

碳纳米管是碳同素异形体并由厚度达到数原子层的石墨片状重叠卷成圆柱状而构成的单层或多层形式，其直径为约0.5nm～10nm、长度达到约数μm左右的微细材料。

碳纳米管，在多方面作为材料使用而引人注目，例如，半导体超集成电路及纤维材料、吸氢材料、催化剂等，以及已经实用的冷阴极管。特别是碳纳米管作为新型碳材料，引人注目，因为，从理论上，它具有特别的电学性质，尽管很细但表面积大，纵横比大，具有中空的独特形状，来自该独特形状的特殊的表面性质等。

从上述实际情况看，人们希望开发一种可大量、简易、高收率地制造碳纳米管的方法。

另一方面，作为碳的同素异形体的富勒烯也期待着应用于感光元件、光电转换元件、太阳能电池、光学限制器、增色剂、非线性光学元件、转换元件、超导体、晶体管、Josephson装置、传感器、二极管、催化剂和发射体等。与碳纳米管同样，希望开发一种可大量、简易、高收率地制造富勒烯的方法。

早先，作为碳纳米管制造方法，是在减压下于惰性气体环境中，对碳和钴等催化剂金属的混合物用激光光束照射，使碳蒸发，合成纳米管，并，例如在冷却回收棒上回收碳纳米管，而该棒的端部是逐渐变细，以及采用碳棒作电极，减压下于惰性气体中进行电弧放电，以在碳棒上使碳纳米管成长的方法，例如公开于，特开平6-280116号公报、特开平6-157016号公报中，对富勒烯也提出了同样的制造方法。

通过将碳和钴等催化剂金属混合的混合物用激光光束照射的方法中，必需有激光光源，所以，装置是大规模的。而在进行电弧放电的方法中，由于作为电极的碳棒本身作为碳纳米管和富勒烯的原料，所以，制造的碳纳米管和富勒烯的量会受到用作电极的碳棒大小所限制。

                        发明的公开

本发明的目的是提供一种可以解决上述有关技术中存在的问题的用于制造富勒烯的新型方法及制造设备。

本发明另一目的是提供一种可大量、简易而高收率地制造富勒烯类，特别是碳纳米管的制造方法及制造设备。

为了达到上述目的而提出的制造富勒烯的本发明方法，是在碳棒电极对之间，进行电弧放电的同时，往碳棒电极对之间施加含碳气体。

按本发明方法，往碳棒电极对之间施加作为富勒烯原料的含碳气体，其可制造的富勒烯量不受作为电极使用的碳棒大小的限制，可以长时间，大量、简易地高收率制造富勒烯类，特别是制造碳纳米管。

按本发明，要求含碳气体是连续地施加到碳棒电极对之间的部分。含碳气体是以含烃类气体作为主要成分的气体。含碳气体，理想的是含甲烷。另外，含碳气体，要求含有硫。

按本发明的方法，在生成富勒烯类，特别是生成碳纳米管时，含碳气体，除甲烷外，还含有作为促进剂的硫，因此可以促进富勒烯，特别是碳纳米管的生成。

本发明中所用的含碳气体，理想的有甲烷和硫化氢，含碳气体除甲烷外，通过使用含硫的硫化氢作为促进剂，可以促进富勒烯，特别是碳纳米管的生成。

在本发明的方法中，含碳气体可通经噻吩中，使含碳气体含有硫。

在本发明的方法中，使含碳气体以鼓泡通入噻吩中，使含碳气体中含有硫。

在本发明的方法中，在碳棒电极对之间部分，除了施加含碳气体外，还供给氢气和/或惰性气体。这里，作为惰性气体，可以使用氦气和氩气，另外，还可以使用氙气、氪气和氮气等。

按本发明的方法，希望碳棒电极对中，作为阳极的碳棒电极最好含有催化剂金属。该催化剂金属是由选自Co、Ni、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ta、W、Au、Th、U、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Lu中的1种或2种或以上的金属构成。由于作为阳极的碳棒电极含有上述催化剂金属，可以有效地制造含有这些催化剂金属的含金属的富勒烯。

为了达到上述目的，所提出的本发明的制造富勒烯的设备包括：一对碳棒电极和在碳棒电极对之间连续供给含碳气体的气体给料装置。