[发明专利]碳纳米材料制造装置及其利用

说明书

技术领域

本说明书涉及通过电弧放电来制造碳纳米材料的制造装置及其利用。

背景技术

近年来，单层或多层碳纳米管、碳纳米角、富勒烯、纳米胶囊这样的具有纳米级的微细结构的碳物质受到瞩目。期待将这些碳物质作为纳米结构石墨(石墨)物质应用到新的电子材料、催化剂、光材料等中。特别是，碳纳米角作为最接近实用于燃料电池的电极材料、气体吸藏材料的物质而受到瞩目。

以往，这样的碳纳米材料的制造方法使用电弧放电法、化学蒸镀(CVD)法、激光消融法等。特别是，通过电弧放电法制造的纳米管的原子排列的缺陷少，因此，开发了各种基于电弧放电的碳纳米粒子的制造方法(例如专利文献1～5)。这些方法中，通过使碳在真空中、大气中或液氮中气化而由碳形成碳纳米材料。另外，提出了通过利用水中电弧放电产生碳蒸气并使该碳蒸气快速冷却而生成碳纳米角的方法(例如非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-064004号公报

专利文献2：日本特开2008-37661号公报

专利文献3：日本特开2005-170739号公报

专利文献4：日本特开2002-348108号公报

专利文献5：日本专利第3044280号公报

非专利文献

非专利文献1：Sano Noriaki et al.,Journal of material chemistry2008,vol.18,P.1555-1560

发明内容

但是，上述方法均存在碳纳米材料的产量相对于碳原料的消耗量来说非常少的问题。另外，为了在真空中或液氮中生产碳纳米材料，在用于保持真空、低温的设备投资、维持管理上需要花费成本。而且，生产出的碳纳米材料的精制和回收需要繁杂的操作。因此，不能连续有效地大量生产碳纳米材料，从成本方面考虑，也存在不能产业利用、实用化的问题。而且，还难以使碳纳米材料与金属有效地复合。

本说明书是鉴于上述问题而完成的，其提供以低成本且高效率地制造单层或多层碳纳米材料的方法。

鉴于上述问题，本发明人对电弧放电法中碳纳米材料的产量低的原因进行了各种研究。其结果，得到以下启示：在利用电弧放电产生的碳蒸气骤冷而生成单层及多层碳纳米材料的同时，包含生成的单层碳纳米角的一部分碳纳米材料再次通过电弧放电而成为碳蒸气并消失。因此，本发明人发现，通过对能够将生成的碳纳米材料迅速地从电弧放电场供给到水性介质中的电极配置及对电极供给惰性气体的方式进行控制，能够防止碳纳米材料再次蒸发，从而能够有效地制造碳纳米材料。基于这样的见解，提供以下手段。

本说明书中公开的碳纳米材料的制造装置可以具备：

至少一部分浸渍于水性介质中的阴极；

以与上述阴极的浸渍于上述水性介质中的部位相对的方式在上述水性介质中隔着间隔而设置的阳极；

向上述阴极与上述阳极之间导入惰性气体而形成惰性气体气穴的机构；

在上述阴极与上述阳极之间施加电压以能够形成电弧放电产生区域的机构；以及

回收由在上述电弧放电产生区域准备的碳材料合成的上述碳纳米材料的机构。

此外，本说明书中公开的碳纳米材料可以采用包含碳纳米材料、水性介质和气体的泡状体的形态。

本说明书中公开的碳纳米材料的制造方法可以具备：在向水性介质中的阴极与阳极之间导入惰性气体而在上述水性介质中形成的惰性气体气穴中产生电弧放电、由在上述惰性气体气穴中准备的碳材料产生碳蒸气而合成上述碳纳米材料的工序；以及回收上述碳纳米材料的工序。

此外，上述回收工序可以作为回收上述水性介质上的泡状体的碳纳米材料的工序，上述回收工序可以作为回收上述水性介质中的碳纳米材料的工序，也可以作为回收上述水性介质上的气相中的碳纳米材料的工序。

根据本说明书的公开内容，还提供含有通过本发明的制造方法得到的碳纳米材料的增强材料、摩擦材料、导电性调节材料、电磁波吸收材料、放射线物质吸收材料、气体吸藏材料。此外，还提供具备含有这样的碳纳米材料的放射性物质吸附单元的放射性吸附装置、具备含有碳纳米材料的放射线吸收单元的放射性吸收装置。

附图说明

图1是示意性地表示本说明书中公开的碳纳米材料的制造装置的一例的概要的图。

图2是表示本说明书中公开的阴极的一例的图。

图3是表示本说明书中公开的碳纳米材料的制造装置的外壁的一例的图。