多孔质碳材料制造技术

提供一种导电性、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度优异的多孔质碳材料，所述多孔质碳材料通过在至少一部分中具有连续多孔结构，并且包含碳晶粒，从而导电性、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度均优异。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够用于各种各样的用途的多孔质碳材料。
技术介绍
关于多孔质碳材料，已知粒状活性炭、活性碳纤维为首的具有较大的宏观孔和显微孔的活性炭、和碳纳米管、由介孔二氧化硅或沸石铸模制造的介孔碳等为代表的精细碳(finecarbon)类。专利文献1中记载了将可碳化的材料与消失材料混合进行纤维化，在碳化时使消失材料消失，由此得到多孔质碳纤维的技术。但是，可碳化的材料与消失材料由非相容系的组合构成，仅单单添加相容剂无法在碳纤维上形成连续的细孔。专利文献2和3中示出了将热固性树脂与热塑性树脂混合，在使热固性树脂固化后除去热塑性树脂，然后进行碳化，由此向碳材料本身导入连续多孔结构的例子。但是，这些碳材料仅单单导入连续多孔结构，在导电性、导热性、强度方面并不能说是充分的。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开平2-160923号公报专利文献2：日本特开2004-259593号公报专利文献3：日本特开2006-240902号公报
技术实现思路
本专利技术的课题是提供一种导电性、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度优异的多孔质碳材料。本专利技术的课题通过在至少一部分中具有连续多孔结构、并且包含碳晶粒的多孔质碳材料来解决。本专利技术的多孔质碳材料，在至少一部分中具有由孔部(空隙部)和分支部(碳部)构成的连续多孔结构。通过孔部连续，来向孔部填充和/或流动流体，由此能够显现出各种各样的功能。另外，通过分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导电性、导热性变高。进而，通过分支部分别相互支撑结构体的效果，成为与空隙率相同的碳材料相比，即使针对拉伸、压缩等的变形也具有某种程度的抗性的材料。本专利技术的多孔质碳材料，通过还包含碳晶粒，能够提高导电性、导热性、和拉伸、压缩等力学特性，能够提供可应用于电气、电子材料、放热材料等的参与热交换的材料等各种各样的用途的多孔质碳材料。附图说明图1是实施例1的多孔质碳材料的扫描电镜照片。图2是实施例1的多孔质碳材料的透射电镜照片。图3是实施例1的多孔质碳材料的透射电镜照片中的碳晶粒。具体实施方式＜多孔质碳材料＞〔连续多孔结构〕本专利技术的多孔质碳材料(以下有时简称为“材料”)在至少一部分中具有连续多孔结构。本专利技术的多孔质碳材料中的连续多孔结构，是分支部(碳部)和孔部(空隙部)分别连续的结构。连续多孔结构的存在，例如可以通过下述方式确认：用小钳子等割断在液氮中充分冷却了的试样，通过扫描电镜(SEM)等对割断后形成的截面进行表面观察时，如图1的扫描电镜照片所例示那样，观察到在进深方向上分支部(碳部)和孔部(空隙部)分别连续的结构。本专利技术的多孔质碳材料，通过向构成连续多孔结构的孔部填充和/或流动流体，能够显现出各种各样的功能。例如，能够发挥物质的分离、吸附、脱离等区分(fractionating)特性、和/或填充电解液而显现出作为电池材料的功能。另外，通过使分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导电性提高，由此能够提供电阻低、损耗少的材料作为电池材料。同样地通过使分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导热性提高，由此能够将在连续多孔结构内部产生的热迅速向系统外进行授受，也能够确保高的温度均匀性。进而，通过分支部分别相互支撑结构体的效果，成为与空隙率相同的碳材料相比，即使针对拉伸、压缩等的变形也具有某种程度的抗性的材料。本专利技术的多孔质碳材料中的具有连续多孔结构的部分的结构周期优选为0.002μm～1μm。本专利技术的多孔质碳材料中的具有连续多孔结构的部分的结构周期，是通过对本专利技术的多孔质碳材料试样入射X射线，根据散射强度具有峰值的位置的散射角度θ，由下述式算出的。结构周期：L；λ：入射X射线的波长如果是结构周期为0.002μm以上的材料，则能够容易地与其它材料复合化，例如即使在作为分离用柱(column)材料使用时也能够发挥优异的分离特性，因此是优选的方式。另外，如果是结构周期为1μm以下的材料，则作为结构体缺陷非常少，能够形成力学方面优异的材料。结构周期的值可以在上述范围之中结合用途来任意选择。另外，关于结构周期的值，在为连续多孔结构进行了取向的材料的情况下，有时结构周期的值会根据X射线的入射方向而变化。本专利技术的多孔质碳材料，优选在从任一方向入射X射线进行测定时，结构周期都在上述范围内。关于连续多孔结构，通过形成在从任一方向观测时都均匀的连续多孔结构，能够向连续多孔结构内均匀地填充和/或流动流体，能够通过分支部确保均匀的导电性、导热性。具有均匀的连续多孔结构的本材料，能够在连续多孔结构内均匀且快速地流动流体，并且兼具均匀的导电性、导热性，因此特别适合作为伴有化学反应的材料，具体可举出电池材料、催化剂载体等。连续多孔结构的平均空隙率优选为10～80％。关于平均空隙率，可以通过对将包埋的试样采用截面抛光法(CP法)进行处理而精密地形成的截面，以调整为1±0.1(nm/像素)的放大率、70万像素以上的分辨率进行观察，从观察所得到的图像中以512像素正方形设定计算所需的目标区域，将目标区域整体的面积设为A，将孔部分的面积设为B，由下述式算出。平均空隙率(％)＝B/A×100平均空隙率越高，在与其它材料复合时能够越提高填充效率，此外作为气体、液体的流路压力损失越小，能够提高流速。另一方面，平均空隙率越低，在压缩、弯曲时截面方向上可承受的力越大，因此在操作性方面、和加压条件下使用时变得有利。考虑到这些，连续多孔结构的平均空隙率优选为15～75％的范围，进一步优选为18～70％的范围。所述连续多孔结构，在细孔直径分布曲线中，优选在5～400nm的范围具有至少一个峰直径。细孔直径分布可采用水银压入法或气体吸附法测定。水银压入法能够取得5nm～500μm的大范围的细孔直径分布曲线，因此适合于取得结构周期大的材料中的细孔直径分布。与此相对，气体吸附法适合于取得直到100nm左右的比水银压入法小的区域范围的细孔直径分布。关于细孔直径分布，可以根据本专利技术的多孔质碳材料的结构周期而适当选择水银压入法或气体吸附法中的任一方法。细孔直径分布曲线中的峰直径的值越小，多孔质碳材料与要进行复合的其它材料的距离越近，特别是几十nm以下的区域中，通过量子隧道效应，容易在其它材料与本专利技术的多孔质碳材料之间形成容易流通电流的状态。另一方面，细孔直径分布曲线中的峰直径的值越大，与直径大的粒子等的复合越容易。考虑到这些，本专利技术的多孔质碳材料中的细孔直径分布曲线的峰直径更优选为5～350nm的范围，进一步优选为5～300nm的范围。再者，即使是具有实质上不具有连续多孔结构的情况，也能够通过测定材料整体的细孔直径分布来测定连续多孔结构的细孔直径分布，连续多孔结构的细孔直径分布曲线能够用材料整体的细孔直径分布曲线进行近似。结构周期越小，结构越细，每单位体积或每单位重量的表面积越大，例如在担载催化剂的情况等，催化剂与流体的接触效率飞跃性提高。另外，结构周期越大，压力损失越降低，能够充填和/或流动流体。因此上述结构周期优选根据使用的用途而任意设定。〔碳晶粒〕本专利技术的多孔质碳材料包含碳晶粒。碳晶粒如后所述，是例如石墨晶体、金刚石晶体等的以碳晶体为主要的构成成分的粒。本专利技术的多孔质碳材料通过包含碳晶粒，能够经由碳晶粒部分提高导热性、导电性。另外，或许由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔质碳材料，在至少一部分中具有连续多孔结构，并且，包含碳晶粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 JP 2014-1278841.一种多孔质碳材料，在至少一部分中具有连续多孔结构，并且，包含碳晶粒。2.根据权利要求1所述的多孔质碳材料，至少在构成所述连续多孔结构的分支部包含所述碳晶粒。3.根据权利要求1或2所述的多孔质碳材料，所述碳晶粒的存在比率为0.1％以上。4.根据权利要求1～3的任一项所述的多孔质碳材料，所述碳晶粒的大小为1～1000nm。5.根据权利要求1～4的任一项所述的多孔质碳材料，在采用粉末法测得的X射线衍射图谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：三原崇晃，田中健太郎，竹内康作，堀口智之，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP