(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノメートルサイズのコンダクタンス材料並びにその製造方法を提供する。【解決手段】両端が開口した導電性ナノチューブと電気抵抗性物質の混合物をすりつぶした後、この混合物を密封容器に入れて、600℃で加熱して電気抵抗性物質が内包された物質内包型ナノチューブを生成させ、該ナノチューブを密封容器から取り出して、前記内包物質の昇華温度以上の温度に加熱することにより前期内包物質を所望のコンダクタンスになるように減量させることを特徴とするコンダクタンス材料を製造する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のコンダクタンスを有するナノサイズのコンダクタンス材料であって、導電性ナノチューブの中空部内に、このナノチューブの耐熱温度並びに使用環境温度よりも低い温度で昇華して前記ナノチューブ外に蒸散可能な電気抵抗物質が内包されてなる物質内包型ナノチューブよりなり、所望のコンダクタンスとなるように前記電気抵抗物質の内包量が減量調整されてなることを特徴とするナノコンダクタンス材料。
【請求項２】
請求項1に記載のナノコンダクタンス材料において、前記ナノチューブがカーボンナノチューブで、前記電気抵抗物質がヨウ化銅であることを特徴とするナノコンダクタンス材料。
【請求項３】
請求項1または２に記載のナノコンダクタンス材料の製造方法であって、前記物質内包型ナノチューブを、前記導電性ナノチューブの耐熱温度未満で、前記内包物質の昇華温度以上の温度に所望時間加熱して、前記内包物質を所望のコンダクタンスとなるように減量することを特徴とするナノコンダクタンス材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の電気抵抗値を有するナノメートルサイズのコンダクタンス材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノチューブは、そのチューブの中に種々の物質を内包させることにより、ナノピペットやドラッグデリバリーシステムなどへの応用が期待されている（例えば、非特許文献1、2参照。）。
一方、最近、ヨウ化銅を内包した多層カーボンナノチューブが合成され、ナノメートルサイズの温度計へ応用することが提案されている（例えば、非特許文献４参照。）。
また、ナノコンダクタンス材料として用いることが検討されているが、その電気抵抗値を制御するのが困難であり、実用化できない問題があった。
その原因の一つは、チューブの中に内包されている有効成分を放出させるには高温や高電圧をかけなければならないといった過酷な条件が要求されるとの知見しかなく、これでは、温和な条件で有効成分の放出量の制御が十分にできないからである。（たとえば、非特許文献１〜３参照。）。  
【０００３】
【非特許文献１】「J.S.Bendall,ほか、J.Phys.Chem. B, 110巻、6569〜6573頁、2006年。」
【非特許文献２】「L.X.Dong,ほか、Nano Letters, 7巻、58〜63頁、2006年。」
【非特許文献３】「D.Golberg,ほか、Adv.Mater. 19巻、1937〜1942頁、2007年。」
【非特許文献４】「A.Vyalikh,ほか、Phys.Stat.Solid, b, 244巻、4092〜4096頁、2007年。」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような実情に鑑み、所望の電気抵抗値を有さしめることができたナノコンダクタンス材料並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するものとして、
発明１のナノコンダクタンス材料は、導電性ナノチューブの中空部内に、このナノチューブの耐熱温度並びに使用環境温度よりも低い温度で昇華して前記ナノチューブ外に蒸散可能な電気抵抗物質が内包されてなる物質内包型ナノチューブよりなり、所望のコンダクタンスとなるように前記電気抵抗物質の内包量が減量調整されてなることを特徴とする。
発明２は、発明1のナノコンダクタンス材料において、前記ナノチューブがカーボンナノチューブで、前記電気抵抗物質がヨウ化銅であることを特徴とする。
発明３は、発明1または２のナノコンダクタンス材料の製造方法であって、前記物質内包型ナノチューブを、前記導電性ナノチューブの耐熱温度未満で、前記内包物質の昇華温度以上の温度に所望時間加熱して、前記内包物質を所望のコンダクタンスとなるように減量することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、所望のコンダクタンスを持つナノコンダクタンス材料を実現することができた。
さらに、所望時間加熱することで電気抵抗物質の内包量が調整され、全体の電気抵抗値を調整できるようになった。
この結果、物質内包型ナノチューブの生成時の電気抵抗値が、所望のものでない場合でも、加熱処理という簡単な方法でその抵抗値を所望のものに設定し得るものとなった。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図２】図１の一部分を拡大したヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図３】多層カーボンナノチューブの中に内包されたヨウ化銅のエネルギー分散型X線分析の結果である。
【図４】図４a〜図４dは、多層カーボンナノチューブの中に内包されたヨウ化銅の充填率の異なるサンプルの透過型電子顕微鏡像の写真である。
【図５】ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの電流-電圧特性の測定結果である。
【図６】ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブを昇温させてヨウ化銅を蒸発させた結果の図面である。
【図７】図７a〜図７dは、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの空隙部の長さを示す透過型電子顕微鏡像の写真である。図７eは、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの空隙部の長さとコンダクタンスの関係を示す図である。図７fは、図７eの一部分を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の実施例では、ナノコンダクタンス材料は、電気抵抗物質としてのヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブを加熱することにより、カーボンナノチューブの中に内包されているヨウ化銅が蒸発（昇華）し、カーボンナノチューブ中の内包されているヨウ化銅の体積が減少する形態のものを示した。
これと同様な現象を生じさせるものとしては、以下のような組み合わせが考えられる。
【０００９】
【表１】
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下記実施例では、カーボンナノチューブ中の空隙部が増加し、それと共に電気抵抗が下がりコンダクタンスが増加する。チューブの太さが一定である本発明の場合は、ナノチューブ中の空隙の長さが長くなるほどコンダクタンスが増加するので、空隙部の長さを変えることにより、コンダクタンスを制御できる。
加熱する温度は、400〜650℃の範囲が好ましく、400℃以下では、ヨウ化銅の蒸発（昇華）が遅すぎる。また、650℃以上では、昇華速度が早すぎて放出量の制御は困難となる。400〜650℃に温度を上げる手段については特に制限はないが、チューブの両端に電圧を印加して電流を流す方法、電子ビームを照射する方法、高温のオーブン中に入れる方法などを利用することができる。コンダクタンスは電流-電圧特性を測定し、電気抵抗を求めその逆数を計算して求められる。
つまり、コンダクタンスを制御する加熱温度は、ナノチューブの耐熱温度未満で内包した電気抵抗物質の昇華が生じる温度とするのが適切である。
次に実施例を示して、さらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００１０】
多層カーボンナノチューブは、S.Hampel、ほか、Carbon 44巻、11号、2316〜2322頁、2006年の文献に記載されている化学的気相堆積法により結晶成長させて製造した。生成した多層カーボンナノチューブは、平均外径37.9±14.8nm、平均内径12.5±4.3nmの寸法を有していた。さらに、触媒粒子の除去とチューブの先端を開口させるために68%硝酸溶液中に分散させて、140℃、24時間処理した。
このようにして製造した両端が開口した多層カーボンナノチューブとアルドリッチ社製のヨウ化銅(CuI)を乳鉢に入れ、この混合物を乳棒ですりつぶした。生じた混合物を石英アンプルに入れ、10-3 Torrの真空下でアンプルを封止した。このアンプルを600℃で24時間加熱した。このような操作により、融解したヨウ化銅が毛細管現象により多層カーボンナノチューブの中に充填された。アンプルを破壊し、内容物を採取した。
このようにして、ヨウ化銅内包型カーボンナノチューブを得た。
【００１１】
図１に、生成したヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡像の写真を示した。
また、図２に図１のAに位置する部分を拡大した透過型電子顕微鏡像の写真を示した。この図２における内包物のエネルギー分散型X線分析の結果を図３に示した。この結果から、多層カーボンナノチューブの中に充填されている物質は、銅とヨウ素が1:1の原子比からなるヨウ化銅であることが分かった。
【００１２】
次に、P.M.F.J.Cost,ほか、J.Mater.Sci.,43巻、1460〜1470頁、2008年に記載されている方法により、金線を電極として、前記ヨウ化銅内包型カーボンナノチューブを接続し、電流-電圧特性を測定した。図４のaからdにヨウ化銅が減少していく様子を透過型電子顕微鏡像の写真により示した。図４aはヨウ化銅がチューブ内に完全に充填されているサンプルであり、図４dはヨウ化銅が完全に蒸発して消失したサンプルであり、図４bと図４cは、ヨウ化銅の充填率がその中間である。このサンプルに相当する電流-電圧特性の測定結果が図５である。図５により、図４aのヨウ化銅が完全に充填されているカーボンナノチューブの電気抵抗値は53kΩであり、次にヨウ化銅の充填率の多い図４bの電気抵抗値は46kΩで、さらに充填率の下がった図４cの電気抵抗値は42kΩで、ヨウ化銅が完全に蒸発した図４dの電気抵抗値は36kΩであり、ヨウ化銅の充填率が少なくなるほど、電気抵抗値が下がり、コンダクタンスが大きくなることが分かった。
このときの印加電圧は60mVで、電流は0.5、5、50、500μAで、温度は650℃に到達した。
また、加熱開始からの経過時間は、表2に示す通りである。
【００１３】
【表２】
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【実施例２】
【００１４】
実施例１において、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブ中のヨウ化銅の充填率が低下するほど、電気抵抗値が低下し、コンダクタンスが大きくなることが示された。  
その実施例１では、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブに電流を流すことにより、チューブが発熱しヨウ化銅が蒸発することを利用した。
本実施例では、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブを直接加熱することによって、ヨウ化銅の蒸発する様子を調べた。図６にヨウ化銅が内含された多層カーボンナノチューブを透過型電子顕微鏡の中に入れ、2×10-5Pa以下の真空に保ち、450℃で加熱したときのヨウ化銅の充填率の変化を調べた結果を示した。
完全にヨウ化銅が充填されている多層カーボンナノチューブを室温から加温し、723K(450℃)まで900秒かけて昇温させたところ、ヨウ化銅が完全に蒸発した。バルクのヨウ化銅の融点は、およそ600℃であり、この温度よりも低い温度でヨウ化銅が完全に蒸発した。これは、ヨウ化銅のサイズがバルクに比べて極めて小さいことと高真空中での加熱が起因していると思われる。
【実施例３】
【００１５】
実施例１と同様にヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブに金電極を取り付けて、コンダクタンスを測定した結果を、透過型電子顕微鏡像の写真と合わせて図７a〜図７fに示した。図７aの透過型電子顕微鏡像の写真において四角で囲んだ部分を拡大した図を図７b〜図７dに示した。図７aの写真は、ヨウ化銅が多層カーボンナノチューブ中に完全に充填されている状態であり、図７bは、空隙部の長さが998nm、図７cは空隙部の長さが1014nm、図７dは空隙部の長さが1042nmである。
これらの空隙部の長さとコンダクタンスの関係を示した図が図７eであり、そのうちの一部分を拡大し、空隙部の長さ998nmから1065nmの範囲の長さとコンダクタンスの関係を示した図が図７fである。
図７fの結果から、空隙部の長さとコンダクタンスが直線関係になることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明により、ヨウ化銅が内包された多層カーボンナノチューブ中のヨウ化銅が徐々に放出できるようになったので、ナノメートルサイズのコンダクタンス制御材料への応用が期待される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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