[發明專利]含硼碳材料的制造方法及含硼碳材料

在審

• 申請號: 201110363291.7
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102530912A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 小野泰一;秋山敏憲;齊藤雅弘;內海宏和
• 申請（專利權）人: 阿爾卑斯電氣株式會社;宮城縣政府
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00;H01B1/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張楠;陳建全

技術領域

本發明涉及含硼碳材料的制造方法。

背景技術

在下述的專利文獻1及專利文獻2中，公開了有關在碳納米管中摻雜硼而得到的含硼碳納米管的發明。

可是，在專利文獻1中，認為通過在2000℃以上的溫度下摻雜硼，能夠使含硼碳納米管的電阻降低。

但是，如后述的實驗結果所示，在以往的對碳納米管的加熱處理方法中，不能充分謀求含硼碳納米管的低電阻化。而且，在專利文獻1中，雖然將加熱處理規定為2000℃以上，但謀求通過更低溫的處理的低電阻化。

此外，在專利文獻2所述的發明中，認為通過將含碳物和含硼物的混合氣體導入至具有催化劑的基板上，可利用化學氣相生長法使含硼碳納米管生長，但裝置規模大，而且制造時間長，不能高生產率地制造低電阻的含硼碳納米管。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-256118號公報

專利文獻2：日本特開2008-222494號公報

發明內容

發明所要解決的問題

本發明是為解決上述以往的課題而完成的，其目的在于，提供一種特別是通過碳材料的改性處理可謀求與以往相比低電阻化的含硼碳材料的制造方法及利用該方法制造的低電阻的含硼碳材料。

用于解決問題的手段

本發明的含硼碳材料的制造方法，其特征在于，

通過對碳材料與硼的混合材料或碳材料與硼化合物的混合材料以流過電流的狀態進行加熱，將硼摻雜在所述碳材料中。

在本發明中，優選以不從外部對所述混合材料施加壓力的方式進行加熱。由此，能夠以粉體狀態摻雜粉體的碳材料，在摻雜處理前后能夠維持碳材料的形態，能夠有效地利用碳材料的特性。

此外，在本發明中，優選對所述混合材料以不受到壓力的方式通過具有擋塊(stopper，也稱為限動構件)功能的模具進行加熱。

在本發明中，優選通過放電等離子體燒結機(Spark?Plasma?Sintering，SPS)，對所述混合材料以流過電流的狀態進行加熱，將硼摻雜在所述碳材料中。放電等離子體燒結機通常是粉體燒結中采用的裝置，能夠一邊對被處理物進行加壓一邊通電加熱，但在本發明中，只要能夠保持粉體且通過通電而進行加熱即可，因此即使是不以產生等離子體為目的的稱為通電加熱燒結裝置的裝置，也能夠得到同樣的效果。

此外，在本發明中，優選所述混合材料中采用結晶性的所述碳材料。此時，通過在流過所述電流的狀態下的加熱，能夠將所述結晶性的碳材料的晶體結構中的碳原子置換為硼。

此外，在本發明中，作為所述碳材料，優選采用碳納米管、石墨、活性炭、碳纖維或石墨化碳。此外，作為所述碳納米管，優選采用單壁納米管或多壁納米管。

此外，在本發明中，優選將硼在所述混合材料中所占的濃度調整到0.1～10wt％的范圍內。

此外，在本發明中，優選將加熱溫度調整到1450℃～2500℃的范圍內。如果低于1450℃則摻雜不充分，此外如果超過2500℃則碳材料受到損壞，或超過硼化合物的熔點，因而有時不能得到良好的特性。

另外，本發明中的含硼碳材料，其特征在于，其通過上述中所述的制造方法而形成。

如此在本發明中，例如，通過用放電等離子體燒結機(SPS)，對碳材料和硼或硼化合物的混合材料以流過電流的狀態進行加熱，將硼摻雜在所述碳材料中，與只對碳材料(不含硼)進行加熱、或者對所述混合材料實施專利文獻1所述的處理相比，能夠實現含硼碳材料的低電阻化。而且在本發明中，還可謀求較低溫度下的低電阻化。

發明效果

根據本發明，與以往相比，可高生產率地、而且在較低溫度下謀求含硼碳材料的低電阻化。

附圖說明

圖1是放電等離子體燒結機(SPS)的示意圖。

圖2(a)是放電等離子體燒結機(SPS)內的部分放大的局部放大示意圖。

圖2(b)是結構與圖2(a)不同的放電等離子體燒結機(SPS)內的部分放大的局部放大示意圖。

圖2(c)是從圖2(b)的狀態施加壓力而成的狀態的局部放大示意圖。

圖2(d)是結構與圖2(a)(b)不同的放電等離子體燒結機(SPS)內的部分放大的局部放大示意圖。

圖3是表示比較例1～3及實施例1(碳納米管(多壁納米管))中的粉末壓縮密度與比電阻值的關系的圖。

圖4(a)是實施例1(碳納米管)中的B1s光譜的實驗結果，圖4(b)是比較例3中的B1s光譜的實驗結果。