制造富勒烯的方法及所用设备技术

在碳棒电极（１）和（２）的对电极之间，产生电弧放电，同时，从气体供料管（８）或通孔（１６），往碳棒电极（１）和（２）的电极对之间，供给含碳气体，可以大量、简易、高收率地制造富勒烯类，特别是碳纳米管。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
制造富勒烯的方法及所用设备                        
本专利技术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。                        
技术介绍
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。                        专利技术的公开本专利技术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。本专利技术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专利技术方法，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。按本专利技术方法，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。按本专利技术，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。按本专利技术的方法，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。本专利技术中所用的含碳气体，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。在本专利技术的方法中，含碳气体可通经噻吩中，使含碳气体含有硫。在本专利技术的方法中，使含碳气体以鼓泡通入噻吩中，使含碳气体中含有硫。-->在本专利技术的方法中，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。按本专利技术的方法，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，所提出的本专利技术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。由于本专利技术的制造富勒烯设备包括，能在碳棒电极对之间具有供给作为富勒烯原料的含碳气体的气体给料装置，所以，可制造的富勒烯量，不受用作电极的碳棒的大小的限制，因此有可能长时间地合成富勒烯，并可  简单且高收率地大量制造富勒烯，特别是制造碳纳米管。此外，本专利技术的设备，在碳棒电极对的一个中具有开向碳棒电极对之间的通孔，气体供料器通过该通孔，把含碳气体供到碳棒电极对的中间。如上所述，由于碳棒电极对的一个电极，具有开向碳棒电极对之间的通孔，通过该通孔，含碳气体可供到碳棒电极对之间，所以，含碳气体可保证供到碳棒电极对之间的电弧放电部分，因此制造的富勒烯的量不受用作电极的碳棒大小的限制，富勒烯可长时间地合成，并可以简易、高收率地大量制造富勒烯，特别是可以制造碳纳米管。在本专利技术的制造设备中，气体供料器包括一根具有与碳棒电极对之间相对的喷嘴的管子。本专利技术的制造富勒烯的设备，还备有向气体供料器供给含碳气体的原料气的供料源。原料气的供料源，是宜于把含烃类气体作为主要成分的气体供到气体供料器。本专利技术的制造富勒烯的设备，还配有往气体供料器供给氢气和/或惰性气体用的氢气供料源和/或惰性气体供料源。这里作为惰性气体，可以使用氦气或氩气，还可以使用氙气、氪气或氮气等。-->在本专利技术的制造富勒烯的设备中，原料气供料源采用的是往气体供料器供应甲烷。本专利技术的制造富勒烯的设备，在原料气供料源和气体供料器之间还配有向含碳气体中添加硫的硫添加器。当制备富勒烯类，特别是碳纳米管时，由于配有硫添加器并使含碳气体含有作为促进剂的硫，可以促进富勒烯类，特别是碳纳米管的产生。本专利技术的制造富勒烯类的设备，还配有往气体供料器中供给硫化氢用的硫化氢供料源。如上所述，备有硫化氢供料源，并使含碳气体除甲烷外，还含有作为促进剂的含硫的硫化氢，所以可以促进富勒烯，特别是碳纳米管的生成。在本专利技术的制造富勒烯类的设备中，在碳棒电极对中，作为阳极的碳棒电极含有催化剂金属。该催化剂金属是选自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以及Lu中的1种或2种或以上的金属所构成的。作为阳极的碳棒电极由于含有这种催化剂金属，可以有效地制造含有这些催化剂金属的富勒烯。本专利技术的其它目的以及本专利技术得到的具体优点，从下列实施方案的说明中将得到更深入的了解。                     附图的简单说明图1为本专利技术制造碳纳米管用的设备的一个实施方案的概略侧视图。图2为本专利技术制造碳纳米管用的设备的另一个实施方案的概略侧视图。图3为本专利技术制造碳纳米管用的设备的又一实施方案的概略侧视图。图4为图3所示的制造碳纳米管用设备中用作阴极的碳棒电极的概略透视图。图5为本专利技术制造碳纳米管用设备的再一实施方案的概略侧面图。                    实施本专利技术的最佳方案下面参照附图说明本专利技术的制造富勒烯的方法，特别是用于制造碳纳米-->管的设备。本专利技术的制造碳纳米管用的设备，如图1所示，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富勒烯的制造方法，其特征是，在使碳棒电极对之间产生电弧放电的同时，往上述碳棒电极对之间供给含碳气体。

【技术特征摘要】
JP 2000-4-18 116377/001.一种富勒烯的制造方法，其特征是，在使碳棒电极对之间产生电弧放电的同时，往上述碳棒电极对之间供给含碳气体。2.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是连续地供入上述碳棒电极对之间。3.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是以含有烃类气体作为主要成分。4.权利要求3所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是含甲烷的气体。5.权利要求3所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是含硫的气体。6.权利要求5所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是含有甲烷和硫化氢的气体。7.权利要求5所述的制造富勒烯的方法，其特征是，上述含碳气体是通入噻吩中，以使上述含碳气体含有硫。8.权利要求7所述的制造富勒烯的方法，其特征是，把上述含碳气体在噻吩中鼓泡，使上述含碳气体含有硫。9.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，在上述碳棒电极对之间，除上述含碳气体外，还供给氢气。10.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，在上述碳棒电极对之间，除上述含碳气体外，还供入惰性气体。11.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，在上述碳棒电极对之间，除上述含碳气体外，还供入氢气和惰性气体。12.权利要求1所述的制造富勒烯的方法，其特征是，在上述碳棒电极对中，作为阳极的碳棒电极含有催化剂金属。13.权利要求12所述的制造富勒烯的方法，其特征是，所述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种或更多种金属所构成的。14.一种制造富勒烯的设备，其特征是，有一碳棒电极对和往该碳棒电极对之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：梶浦尚志，宫腰光史，白石诚司，阿多诚文，山田淳夫，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]