[發明專利]新型碳納米管及其制造方法

有效

• 申請號: 201180054216.0
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN103201215A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 村松一生
• 申請（專利權）人: 創業發展聯盟技術有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J23/75
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張玉玲

技術領域

本發明涉及碳納米管的制造方法及碳納米管的新型形態。?

背景技術

碳納米管(CNT)是1991年發現的厚度為數原子層的碳六角形網面呈圓筒形狀的、nm級外徑的極微小的物質(非專利文獻1)。由1層石墨烯片構成的碳納米管稱為單層CNT或SWCNT(Single-walled?Carbon?Noanotube)，由層疊有多個外徑0.5～10nm左右的石墨烯片材的層疊體構成的碳納米管稱作多層CNT或MWCNT(Multi-walled?Carbon?Nanotube)，外徑為10～100nm左右。現在市售的納米管大半為多層CNT，還混雜未形成管的碳纖維、石墨纖維。?

構成CNT的石墨烯層還能作為載體來保持電子和空穴(hole)中的任一者，因此，CNT還能形成接受電子的受體型及提供電子的供體型中的任一種層間化合物(Intercalation?Compound)。這些層間化合物在石墨烯層疊數多的石墨中被研究開發出來，并作為石墨層間化合物被公知。(非專利文獻2)?

例如在專利文獻1、專利文獻2等中記載了碳納米管的制造方法，若大致按體系進行歸納，則如下所述。?

1)電弧放電法?

·在真空或減壓下對碳電極間施加高電壓，進行電弧放電，使因局部的超高溫(4050℃)而氣化的碳堆積于陰極。?

2)激光蒸發法?

·在真空或減壓下對混有催化劑的碳照射激光，使因局部的超高溫(4050℃)而氣化的碳在催化劑上生長成CNT。?

3)化學氣相生長法(CVD法)?

·通過使含碳的氣體(烴)和金屬催化劑通過加熱到1000～2000℃?的反應管內，從而在催化劑上析出CNT。?

4)其他：有SiC表面分解法、共混聚合物紡紗法等。?

現有技術文獻?

專利文獻?

專利文獻1：日本專利第2526408號?

專利文獻2：日本專利第2541434號?

非專利文獻?

非專利文獻1：Nature354，56-58，1991?

非專利文獻2：稻垣道夫、碳(炭素)1989[No.139]207-213?

發明內容

發明所要解決的課題?

CNT由于如上所述生產率低、價格昂貴，因此需要確立其有效的制造方法。在以往的電弧放電法、激光蒸發法中，需要高達碳蒸發的升華點(4050℃)的超高溫，并且需要極大的能量。因此，需要規模宏大的裝置。此外，由于分選在電弧放電法、激光蒸發法中偶然生成的CNT、富勒烯、碳納米棒、石墨烯等，因此較容易生成SWCNT，但是，均為數g/日左右的生產效率，收率、生產率極低。?

在用于提高生產率的CNT的CVD法中，需要擔載催化劑的基板，會在二維的基板平面發生生成反應。因此，為了提高生產量，需要非常大的面積，其生成速度也是0.2～0.3g/小時·cm²左右，生產率仍舊很低。作為使CNT在三維空間反應的方法，產總研和日機裝株式會社開發了流化床法，由于原料烴氣體(液體)、催化劑流動性地不均勻接觸，因此，雖然得到碳化物，但是生成SWCNT、MWCNT的概率低，尤其SWCNT的收率低。?

對于現狀下的生產率、價格，在多層CNT中，生產率1kg～10kg/日、價格30,000～100,000日元/kg；在單層CNT中，生產率10～100g/日、價格300,000～1,000,000日元/kg，為極高的價格，無法確立批量生產的方法。因此，存在不能在具有優異的特性的同時進行其用途開發的問題。?

CNT的厚度越薄，越能發揮CNT本身的性質(非常高的載流子遷移率、即高電導率、熱導率)，但隨著因構成膜的石墨烯層的層疊數增加而其直徑變粗，越發顯示出更強的作為石墨的性質。以往，若要制造厚度薄的CNT，則還必須使其直徑變小，其結果：CNT表面的范德華力變大，使得CNT彼此形成束(bundle)。形成束后的CNT對應其形成程度越發與CNT本身的性質相比，顯示出更強的石墨性質。因此，在其使用時，存在需要解開束使其分散開而該過程較為煩雜的課題。此外，還擔心直徑小的CNT可能會隨著粉塵曝露而損害健康。?

用于解決問題的手段?