[发明专利]原子态碳材料及其制造方法

说明书

本申请是申请号为200580010212.7、申请日为2005年4月5日、发明名称为“原子态碳材料及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及作为各种碳材料有用的原子态碳材料及其制造方法。

背景技术

碳是所有有机物、生命活动的重要构成要素之一，属于非金属，具备热和电的传导率高，热膨胀率小，而且在化学药品等中非常稳定等等计多优点，因此被用于许多领域中。

而且，碳原子的价电子为四个，具有三个或四个未结合的键(悬空键)。

另外，以前知道的碳是分子态的，并以显示石墨、金刚石、富勒烯和碳纳米管这四种晶体结构的同素异形体为公众所知。

特别是，富勒烯和碳纳米管具有微细并且离子吸附力大等以前的石墨所不具备的性质，因此作为纳米碳领域的新型碳材料而受到注目，被各个领域研究和实用化。

但是，富勒烯和碳纳米管是通过诸如等离子或激光等加热焦炭或高分子化合物使其蒸发而制备的。因此，富勒烯和碳纳米管也是以具有由6个碳原子构成的共价键的巨大碳同素异形体形式而进行石墨化的。

因此，各碳材料分别仅有吸附一个离子的能力，由60个碳原子构成的富勒烯的离子吸附能力的限度为60，由1000个碳原子构成的纳米管的吸附能力的限度为1000。

而且，如果在800℃以上热处理焦炭，则氧化物蒸发，可以得到碳的同素异形体，但是促进了石墨化从而发生硬化。

另外，众所周知如果加热有机物，则从弱键位置开始依次断裂，氢或氧被取出，然后变成(碳化)仅由碳构成的物质，在日本自古以来就碳化植物制作“木炭”。

发明内容

众所周知通过现有技术的方法低温碳化的“木炭”通常为电导率低的非晶态(无定形)，但是根据现有技术的碳化手段如果不施加高温，则碳和氢难以减少，不可能得到纯粹的碳材料。

另外，为失去氧和氢，施加高温是必要的，所得到的碳化物(木炭)有6个碳原子以共价键结合的状态的，还有前后左右方向上相互并列结晶(石墨化)的，层叠的电导率高，成为非常稳定的物质，难以与其它物质化合，只剩下专门的物理上的优良性质可利用。

因此，本发明所要解决的课题是提供具有远优于富勒烯和纳米管的离子吸附能力(与其它物质的化合力)的非常有用的原子态碳材料及其制造方法。

为了解决上述课题而作出的本发明是，碳原子、或者2个至5个或者10个左右碳原子结合成链状的状态的极微粒子(叫做“原子态碳粒子”)通过原子间引力不规则地相互集合、并呈非晶态块状的原子态碳材料，而且，由碳原子、或者2个至5个或10个左右碳原子结合成链状的状态的碳构成的粒径是极微粒的原子态碳材料。

另外，本发明制造方法的特征在于，作为原料使用不含碳单质的共价结合的有机物(优选诸如象植物那样以碳、氧和氢为成分的有机物)，将该有机物在惰性气氛(例如氮气气氛)中在预定的温度下依次加热升温，上述气氛中以及有机物中除碳以外的所期望的成分(例如，氧、水蒸气等气体成分)在450℃以下的温度下，由分解温度低的成分开始依次发生热分解，其与碳的结合分别发生游离，同时每次都在保持惰性气氛的状态下，将上述分解的成分排出到气氛之外，进一步地，将得到的块状原子态碳在惰性气氛中冷却到450℃以下，并粉碎至粒径与碳原子相同的程度，或粉碎至2个至5个或10个左右的碳原子结合成链状状态的极微粒子的粒径。

本发明的原子态碳材料的离子吸附能力是60个碳原子构成的富勒烯的离子吸附能力60的4倍，即具有240的离子吸附能力。另外，本发明的原子态碳材料的离子吸附能力是1000个碳原子构成的碳纳米管的离子吸附能力1000的4倍，即具有4000的离子吸附能力，非常活泼，因此能够在各种用途中利用。

其次，本发明的原子态碳材料具有与石墨化的现有碳不同的粒子性，或者极微粒子性，不仅非常细小，而且能够与各种物质形成化合物。另外，由于是碳，因此对人体没有毒性，有望用于药品、健康材料、美容剂等各种优良用途。

本发明的上述目的及其优点将参考附图予以说明，通过以下的实施例将变得更加明了。

附图说明

图1是概略示意本发明原子态碳材料制造方法中的优选基本装置方案的截面图。

图2是本发明原子态碳材料200万倍的电子显微镜照片。

图3是图2的放大示意图。

图4是在与上述制造方法相同的条件下在温度550℃仅短时间处理时的碳材料200万倍的电子显微镜照片。

图5是图4的放大示意图。