碳材料及制造碳材料的方法技术

一种碳材料，在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，该碳材料具有出现在1250cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳材料及制造碳材料的方法
本公开涉及碳材料及制造碳材料的方法。本申请要求于2016年11月22日提交的日本专利申请No.2016-227083和于2017年3月15日提交的日本专利申请No.2017-050531的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
作为制造金刚石的方法，(例如)专利文献1提出了这样一种方法，其中在二氧化碳气氛下，在控制阴极电压的同时在熔融盐中进行二氧化碳的电解还原。引用列表[专利文献]专利文献1：日本专利公开No.2016-89230
技术实现思路
本公开的一个方面涉及一种碳材料，在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，该碳材料至少具有出现在1250cm-1至1400cm-1的范围内的与金刚石键相关的峰、或与类金刚石键相关的峰，其中在1250cm-1至1400cm-1的范围内出现的峰中，最大峰的半峰全宽或最大峰和第二大峰各自的半峰全宽的信号小于100cm-1。本公开的另一个方面涉及一种制造碳材料的方法，该方法包括以下步骤：在将阳极和具有粗糙表面的阴极设置在包含位于熔融盐中的碳酸根离子和氢氧根离子的熔融盐电解液中的状态下，进行熔融盐电解液中所含的碳酸根离子和氢氧根离子的电解还原，从而在阴极上生成金刚石。本公开的又一个方面涉及一种制造碳材料的方法，该方法包括以下步骤：在将阳极和阴极设置在包含熔融盐中的碳酸根离子和氢氧根离子的熔融盐电解液中的状态下，在促进sp2碳原子和吸附的氢原子相互反应以生成甲烷气体的反应的条件下，进行碳酸根离子和氢氧根离子的电解还原，从而在阴极上生成金刚石。附图说明图1为示意性地示出制造碳材料的方法的原理的图。图2为示意性地示出在制造碳材料的方法中使用的电解还原装置的实例的图。图3为示出在试验例1中分别使用实施例1和比较例1中制造的电解还原装置进行控制电位电解而得到的析出物的拉曼光谱的光谱图。图4为示出在试验例1中分别使用实施例2和比较例2中制造的电解还原装置进行控制电位电解而得到的析出物的拉曼光谱的光谱图。具体实施方式[技术问题]当进行二氧化碳的电解还原时，sp2碳原子比可形成金刚石结构的sp3碳原子更容易生成。因此，专利文献1中所述的方法具有难以形成金刚石结构的缺点。术语“sp2碳原子”是指在碳原子之间的键合中形成sp2杂化轨道的碳原子。此外，术语“sp3碳原子”是指在碳原子之间的键合中形成sp3杂化轨道的碳原子。本公开是鉴于这种情况而作出的，并且本公开的目的是提供一种制造碳材料的新方法以及通过该制造方法制造的新型碳材料，通过该方法可以在常压下制造包含金刚石的碳材料并且该方法不同于二氧化碳的电解还原。[专利技术的有益效果]根据本公开，可以在常压下制造碳材料而无需进行二氧化碳的电解还原。此外，可以提供新型碳材料。[专利技术的实施方案的概述]首先，将列出并描述本专利技术的实施方案的内容。(1)在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，根据本公开的一个实施方案的碳材料至少具有出现在1250cm-1至1400cm-1的范围内的与金刚石键相关的峰、或与类金刚石键相关的峰，并且在1250cm-1至1400cm-1的范围内出现的峰中，最大峰的半峰全宽或最大峰和第二大峰各自的半峰全宽的信号小于100cm-1。在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，根据本实施方案的碳材料为具有特定光谱的新型碳材料。与“金刚石键”相关的峰是在1325cm-1以上且小于1335cm-1的范围内具有最大值的峰。此外，与“类金刚石键”相关的峰是在1335cm-1以上且小于1400cm-1的范围内具有最大值的峰。根据本公开的实施方案的碳材料包含金刚石、DLC(类金刚石碳)和玻璃碳(包括无定形碳)中的一种或多种。这种碳材料适合(例如)作为工具用原料和耐磨用原料。(2)优选地，在光谱中，碳材料具有与类金刚石键相关的峰，并且与类金刚石键相关的峰的至少一个峰在1335cm-1以上1370cm-1以下的范围内。这种碳材料的表面是平坦的，并且其中的开裂和碎裂减少，因此该碳材料更适合作为工具用原料和耐磨用原料。(3)优选地，在光谱中，碳材料具有与金刚石键相关的峰，与金刚石键相关的峰在1325cm-1以上且小于1335cm-1的范围内，并且与金刚石键相关的峰的半峰全宽小于20cm-1，并且在具有与金刚石键相关的峰的信号的部分中，存在不包含六-八面体晶体的一部分的区域。这种碳材料具有高的表面硬度，其中的开裂和碎裂减少，并且该碳材料的表面变得平坦。因此，该碳材料进一步地适合作为工具用原料和耐磨用原料。(4)优选地，碳材料为在基板上形成的碳材料，并且在基板的整个主表面的10％以上的区域中包含与金刚石键相关的峰或与类金刚石键相关的峰。这是因为，在这种情况中，当将该碳材料用于耐磨用工具等时，该碳材料作为在这样的状态中的碳材料而存在于基板的主表面上，在该状态中的碳材料能够抵抗来自相对材料的压缩载荷并且能够获得所需的耐磨损性。(5)优选地，碳材料在1500cm-1至1650cm-1的范围内具有与石墨键相关的峰或与类石墨键相关的峰，并且与出现在1500cm-1至1650cm-1的范围内的与石墨键相关的峰或与类石墨键相关的峰相比，以峰比率计，与金刚石键相关的峰或与类金刚石键相关的峰的信号大于0.15。在这种情况中，可以确保适合于工具用原料和耐磨用原料的足够的高度。(6)碳材料优选包含碱金属元素。这是因为，当具有小晶格间隔的碳材料中包含碱金属时，碳键被部分切断，因此该碳材料成为不太可能引起开裂或碎裂的材料。(7)碳材料还优选包含卤素元素。这是因为，在这种情况中，当卤素元素存在于其中存在键被部分切断的碳的部分中并且卤素元素与碳键合时，可使碳稳定化，并且得到不太可能造成开裂或碎裂蔓延的材料。(8)根据本公开的实施方案的制造碳材料的方法包括以下步骤：在将阳极和具有粗糙表面的阴极设置在包含熔融盐中的碳酸根离子和氢氧根离子的熔融盐电解液中的状态下，进行熔融盐电解液中所含的碳酸根离子和氢氧根离子的电解还原，从而在阴极上生成碳材料。在根据本实施方案的方法中，在将阳极和阴极设置在包含熔融盐中的碳酸根离子和氢氧根离子的熔融盐电解液中的状态下，进行碳酸根离子和氢氧根离子的电解还原。因此，可以生成来源于碳酸根离子的sp2碳原子和sp3碳原子以及来源于氢氧根离子的吸附的氢原子。与sp3碳原子相比，sp2碳原子更容易与吸附的氢原子反应。因此，可以将sp2碳原子以甲烷气体的形式从熔融盐电解液中除去，所述甲烷气体为与吸附的氢原子的反应产物。此外，由于碳酸根离子和氢氧根离子的还原而生成的氧化物离子残留在熔融盐电解液中，但是氧化物离子在阳极被氧化并且可以作为氧气而从熔融盐电解液中除去。由此，可以提高阴极上sp3碳原子的存在率。此外，在根据本实施方案的方法中，由于在电解还原中使用了具有粗糙表面的阴极，因而可以有效地在阴极上析出由sp3碳原子形成的碳材料。因此，利用根据本实施方案的方法，即使不进行二氧化碳的电解还原，也可以在常压下制造比不使用氢氧根离子的情况中具有更多sp3键的碳材料。(9)具有粗糙表面的阴极优选为具有由金刚石磨粒粗糙化的表面的阴极。在使用这种阴极的情况中，析出的碳材料中sp3键的比例较高。(10)熔融盐优选为包含作为阳离子的选自由碱金属离子和碱土金属离子构成的组中的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳材料，在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，该碳材料至少具有出现在1250cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.22 JP 2016-227083;2017.03.15 JP 2017-050531.一种碳材料，在通过拉曼散射光谱法测定的光谱中，该碳材料至少具有出现在1250cm-1至1400cm-1的范围内的与金刚石键相关的峰或与类金刚石键相关的峰，其中在1250cm-1至1400cm-1的范围内出现的峰中，最大峰的半峰全宽或最大峰和第二大峰各自的半峰全宽的信号小于100cm-1。2.根据权利要求1所述的碳材料，其中在所述光谱中，所述碳材料具有所述与类金刚石键相关的峰，并且所述与类金刚石键相关的峰的至少一个峰在1335cm-1以上1370cm-1以下的范围内。3.根据权利要求1或2所述的碳材料，其中在所述光谱中，所述碳材料具有所述与金刚石键相关的峰，所述与金刚石键相关的峰在1325cm-1以上且小于1335cm-1的范围内，并且所述与金刚石键相关的峰的半峰全宽小于20cm-1，并且在具有所述与金刚石键相关的峰的信号的部分中，存在不包含六-八面体晶体的一部分的区域。4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳材料，其中所述碳材料为在基板上形成的碳材料，并且在所述基板的整个主表面的10％以上的区域中包含所述与金刚石键相关的峰或所述与类金刚石键相关的峰。5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳材料，其中所述碳材料在1500cm-1至1650cm-1的范围内具有与石墨键相关的峰或与类石墨键相关的峰，并且与出现在1500cm-1至1650cm-1的范围内的所述与石墨键相关的峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟津知之，真岛正利，西林良树，野平俊之，安田幸司，日高浩司，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP