(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素原子同士が互いに黒鉛構造の結合形態を有し、粒子の大きさが１〜５０ｎｍであり、全体的に球状、棒状またはその他の形状である炭素ナノ粒子の製造方法であって、
（Ａ）１〜４０℃に維持された恒温槽内の水に０．０１〜０．９モルの濃度で界面活性剤を添加してから攪拌して１〜５０ｎｍの大きさのミセルを形成する工程；
（Ｂ）水にモノマーを徐々に滴加し溶解することにより、前記ミセル内へモノマーを導入する工程；
（Ｃ）前記モノマーに対する触媒を添加してミセル内のモノマーを重合する工程；
（Ｄ）ミセルを破壊し、１〜５０ｎｍの大きさのナノ重合体を回収する工程；及び、
（Ｅ）前記ナノ重合体を不活性雰囲気において６００〜１，２００℃で炭化して炭素ナノ粒子を製造する工程
を含むことを特徴とする炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項２】
粒子の大きさが１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項３】
粒子の大きさが１〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項４】
触媒−由来ドーパントまたは添加ドーパントとして強磁性化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項５】
水温が１〜２５℃であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項６】
前記界面活性剤が、オクチルトリメチル臭化アンモニウム（ＯＴＡＢ）、デシルトリメチル臭化アンモニウム（ＤｅＴＡＢ）、ドデシルトリメチル臭化アンモニウム（ＤＴＡＢ）、テトラデシルトリメチル臭化アンモニウム（ＴＴＡＢ）、またはセチルトリメチル臭化アンモニウム（ＣＴＡＢ）から選ばれる陽イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項７】
前記モノマーがピロールであり、前記触媒が塩化第二鉄であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項８】
メタノールを添加してミセルを破壊し、イソオクタンを添加してナノ重合体の分離を促すことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項９】
炭化温度が８００〜１，０００℃であることを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【請求項１０】
触媒として用いられる塩化第二鉄が、炭化過程にて磁性体であるマグヘマイトに変換されることを特徴とする請求項７に記載の炭素ナノ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノの大きさの新規な微細炭素粒子、その製造方法及びそれを含有する透明な導電性高分子複合体に関するものであり、さら詳しくは、粒子を構成する炭素原子が黒鉛構造に結合され、粒子の大きさが１ないし５０ｎｍ程度、好ましくは１ないし１０ｎｍであり、球状、棒状またはその他の形状である新規な炭素ナノ粒子とそれの製造方法を提供し、さらには、これを含みながらも透明性を維持し、高導電性、または高導電性及び強磁性特性を同時に発揮する高分子複合体を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、情報技術（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＩＴ）、生命工学技術（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＢＴ）及びナノ技術（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＮＴ）は、先端技術分野として注目されている。その中、ナノ技術（ＮＴ）は、炭素原子のみからなり、大きさがオングストローム（Å）或いはナノメーターの大きさ（ｎｍ）の単位であるフラーレン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）などを中心にいろんな研究がなされている。
【０００３】
フラーレンは、基本的に６０個の炭素原子が２０個の六角形と１２個の五角形をなすように互いに結合され、全体的にサッカーボールの形になっている。フラーレンをなす炭素原子数は、６０、６２、６４、６６など様々であり、もっとも小さなＣ６０フラーレンは、約７Åの直径と球状であって、Ｃ７０フラーレンは、約８Åの長径と約７Åの短径でラグビーボールの形になっている。
【０００４】
炭素ナノチューブは、黒鉛層（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｓｈｅｅｔｓ）が円筒形に巻いた構造であり、３．５〜７０ｎｍの直径と直径の数百ないし数千倍の長さ（μｍ単位）である。そのような炭素ナノチューブは、一つの黒鉛層からなる単層チューブ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌｅｄ  ｔｕｂｅ）と、２ないし３０個の黒鉛層が同心円をなす多層チューブ（ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄ  ｔｕｂｅ）に大別される。米国特許４、６６３、２３０には、炭素ナノチューブの形状及びそれの製造方法が開示されてある。
【０００５】
フラーレンと炭素ナノチューブは、基本的に同じかあるいは類似な方法により製造される。つまり、これらは、気化された炭素が不活性雰囲気において凝縮される際に生成され、それの生産率を高めるための様々な方法が開発されている。
炭素ナノチューブの製造方法を例に挙げると、２つの黒鉛ロッド（ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｒｏｄ）電極の放電により炭素を気化する電気放電法（Ａｒｃ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、黒鉛にレーザーを放射して炭素を気化するレーザー蒸着法（Ｌａｓｅｒ  Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ）、高周波電界によりグロー放電するプラズマ気相化学蒸着法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱化学気相蒸着法（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、気相合成法（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｇｒｏｗｔｈ）などがある。
【０００６】
これらの炭素ナノ物質は、これから広く用いられると予想される。１ｎｍ以下の極小なフラーレンは、まだその具体的な用途が開発されていない反面、炭素ナノチューブは、複合材料の強化材、抗静電気材、電磁気遮蔽材など広範囲に用いられると期待されている。
【０００７】
例えば、米国特許５、０９８、７７１によると、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニールなどの熱可塑性樹脂や、飽和ポリエステル、アルキド、エポキシなどの熱硬化性樹脂に、炭素ナノチューブを０．５ないし１０重量％添加すれば、高伝導性を発揮することが確認された。
ところが、光学的に透明な伝導体フィルムを製造すべく、透明な樹脂に炭素ナノチューブを添加する場合、コーティング過程にてナノチューブ同士に強い凝集力が生じ、フィルムを黒化し、結局樹脂の透明性を著しく落とす。透明な複合体を製造するには、添加された粒子の大きさまたは粒子凝集体の大きさが可視光線最短波長の半分以下（約２００ｎｍ以下）でなければならないからである。
【０００８】
米国特許５、８５３、８７７は、炭素ナノチューブの表面処理を通じて凝集を防ぎ、それによって透明度を高める方法を開示しているが、硫酸のような強酸が要るので、実際工程上困難であるのみならず、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）に遥かに劣る透過度を有する。
【０００９】
従って、今まで知られている炭素ナノチューブは、大きさの限界により透明複合体を効果的に形成できなかった。
【００１０】
さらに、今まで開発された製造方法で得た炭素ナノチューブは、炭素原子の気化過程を含むので相対的に高くて、大量生産が容易ではなかった。
【００１１】
従って、炭素ナノチューブなどのように高伝導度でありながら、製造費用が安価であるとともに、可視光線最短波長の１／２以下の大きさである新規な炭素ナノ物質に対する必要性が高まっている状態である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題点と、過去から求められてきた技術的課題を同時に解決することを目的とする。
【００１３】
本発明の第一の目的は、新規なナノ物質である炭素ナノ物質を提供することにある。大きさでは、フラーレンと炭素ナノチューブの中程であり、炭素ナノチューブと類似な物性を発揮し、炭素ナノチューブが提供できない物性、例えば、透明性と強磁性などを発揮する炭素ナノ粒子を提供することにある。
【００１４】
本発明の第二の目的は、このような炭素ナノ粒子を製造する方法を提供することにある。今まで炭素ナノ物質としてフラーレン、炭素ナノチューブなどが基本的に炭素の気相化／凝集過程により製造されていたが、本発明による製造方法は、高分子の“マイクロエマルジョン”との過程と、それを高温で炭化するまったく新しい過程により製造されるにもかかわらず、該方法は非常に安価である。
【００１５】
本発明の第三の目的は、このような炭素ナノ粒子を用いる透明性及び高導電性高分子複合体を提供することにある。前述した如く、本発明による炭素ナノ粒子は、透明な高分子樹脂に添加された場合にも高透過度を維持するのみならず、高導電性を発揮する。
【００１６】
本発明の第四の目的は、強磁性を発揮する炭素ナノ粒子及びそれの製造方法を提供することにある。本発明の製造方法の一工程であるマイクロエマルジョン重合の際に、重合触媒として用いられるか或いは別途添加された物質がドーパントとして存在していながら炭化過程で磁性物質に変換し得るが、その結果、製造された炭素ナノ粒子は、強磁性を発揮するようになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、数多くの実験と研究を重ねた結果、今まで知られていた方法とは全然異なる方法により、粒子の大きさが１ないし５０ｎｍ、好ましくは１ないし１０ｎｍであり、炭素原子間に黒鉛構造の結合形態を有し、導電性が優れていて、場合によっては強磁性である新規な物質の炭素ナノ粒子が製造できることを確認し、本発明に至るようになった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
上記特性を有する本発明による炭素ナノ粒子は、炭素原子同士が互いに黒鉛構造の結合形態を有し、粒子の大きさが１ないし５０ｎｍで、全体的に球状、棒状またはその他の形状であることを特徴とする。
【００１９】
１ｎｍ以上の大きさの金属、無機系半導体ナノ粒子の製造方法が発表されたことはあるが、数Åの高分子ナノ粒子の製造方法は、今まで知られていない（Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉ．，ｖｏｌ４，ｐｐ６−１４，１９９９）。それに、数Åの大きさであるフラーレンと、数ｎｍ〜数十ｎｍの直径／直径の数百〜数千倍（大体μｍ大きさ）の長さである炭素ナノチューブの中程の大きさである炭素粒子は、現在当業界に報告された例がない。フラーレンの凝集体が前記範囲の大きさである場合もあるが、根本的にフラーレンは、互いに凝集力が非常に低いので非極性溶媒または媒質においてナノ単位の大きさが維持できない。また、フラーレンをなすためには、一部炭素原子の相互結合形態が五角形を維持するべきであるので、全体的に黒鉛構造、つまり、炭素原子同士の相互結合形態が六角形である炭素ナノ粒子とは見られない。
【００２０】
従って、本発明による炭素ナノ粒子は、大きさと物性面でフラーレンと炭素ナノチューブの中間物質として定義され、或いはフラーレンと黒鉛の中間物質としても定義される。
【００２１】
前記粒子の大きさは、好ましくは１ないし１０ｎｍ、より好ましくは１ないし５ｎｍであり、粒子は好ましくは球状である。粒子の大きさと形状は、反応条件により選択的に調節できる。
【００２２】
本発明の炭素ナノ粒子は、粒子の大きさが可視光線最短波長の１／２（約２００ｎｍ）に遥かに劣るので、透明性高分子樹脂などに分散された際に樹脂の透明性が維持できる。さらに、繊維状の炭素ナノチューブのように互いに過度な凝集力を有しないので分散しやすく、結局、処理工程で実効性を発揮する。まして、特定量が添加された場合は、炭素ナノチューブより優れた導電性を発揮することが確認されたので、それの応用可能性が極めて高くなると期待される。
【００２３】
本発明の炭素ナノ粒子は、場合によっては優れた導電性と強磁性を同時に有するように製造できる。本発明の炭素ナノ粒子が強磁性を有する場合は、後述の如く、炭素ナノ粒子の製造過程にて高分子重合の際に用いられた重合触媒または別途添加された物質がドーパントとして残存しながら炭化過程で強磁性体に変換され炭素ナノ粒子の一成分になる場合である。例えば、重合触媒或いはドーパントとして添加された塩化第二鉄は、そのものが強磁性を見せないが、炭化過程で不活性雰囲気中の微量の酸素と反応して強磁性のマグヘマイト（Ｍａｇｈｅｍｉｔｅ；γ−Ｆｅ２Ｏ３）に変換する。炭素ナノ粒子が強磁性を発揮するための前記物質の必要量は、重合触媒またはドーパントの種類、特性などいろんな条件により異なるので特別に限定はしないが、炭素ナノ粒子の製造過程でおおよそ触媒量以上に添加されるのが必要な場合もある。
【００２４】
また、本発明は、下記の炭素ナノ粒子の製造方法を提供する。
本発明による炭素ナノ粒子の製造方法は、
（Ａ）１〜４０℃に維持した恒温槽内の水に、０．０１ないし０．９モル濃度で界面活性剤を添加してから攪拌し、１〜５０ｎｍの大きさのミセルを形成する工程；
（Ｂ）水にモノマーを徐々に滴加し、溶解することにより、前記ミセル内へモノマーを導入する工程；
（Ｃ）前記モノマーに対する触媒を添加し、ミセル内のモノマーを重合する工程；
（Ｄ）ミセルを破壊し、１〜５０ｎｍの大きさのナノ重合体を回収する工程；
及び、
（Ｅ）前記ナノ重合体を不活性雰囲気にて６００ないし１，２００℃で炭化させ、炭素ナノ粒子を製造する工程を含んでなる。
【００２５】
本明細書においては、特別に説明されない限り、含量、大きさ、温度等の数値範囲は、本発明の製造方法を最適化できる範囲を意味する。
【００２６】
本発明による炭素ナノ粒子の製造方法は、ミセルを重合反応のための反応空間として用いて生成された重合体の粒子大きさをナノ水準（１〜５０ｎｍ）に制限し、得られた有機重合体を高温で炭化する過程を経る。
【００２７】
本発明による炭素ナノ粒子の製造方法の特徴の中の一つは、１ないし４０℃の低温においてミセルを形成し重合反応をすることであるが、低温では界面活性剤の活性度がかなり低下され、ミセル気孔内の嵩が縮まり、重合物の大きさが前記の如くナノ単位に限られる。水があまりにも低温であれば、水の凍結のためミセルが形成されず、逆に前記範囲より高温であれば、ミセル気孔内の嵩が嵩張り、ナノ水準の重合物になり得ない。より好ましい水温は１ないし２５℃である。
【００２８】
水に対する界面活性剤の濃度もミセルの大きさに影響を及ぼすが、水に対する界面活性剤の濃度が０．０１モル以下であれば、自由分子で存在してミセルが形成されず、界面活性剤の濃度が０．９モル以上であれば、液晶状形成及び粘度の上昇によりうまく攪拌できない問題点がある。
【００２９】
本発明の製造方法に用いられる界面活性剤の種類は、特に制限されるわけではなく、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、高脂肪酸塩などの陰イオン界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどの非イオン界面活性剤、モノアルキルアンモニウム塩、ジアルキルアンモニウム塩、トリアルキルアンモニウム塩、テトラアルキルアンモニウム塩などの陽イオン界面活性剤などが用いられる。その中でも、オクチルトリメチル臭化アンモニウム（ＯＴＡＢ）、デシルトリメチル臭化アンモニウム（ＤｅＴＡＢ）、ドデシルトリメチル臭化アンモニウム（ＤＴＡＢ）、テトラデシルトリメチル臭化アンモニウム（ＴＴＡＢ）、セチルトリメチル臭化アンモニウム（ＣＴＡＢ）などの陽イオン界面活性剤がより好ましい。
【００３０】
本発明の製造方法に用いられるモノマーと触媒は、前記低温で乳化重合できるモノマー及び触媒であれば特に制限されない。
前記モノマーの代表例として、スチレン、ブタジエン、ピロール、アニリン、チオフェン、メチルメタクリル酸、ぺドト（ＰＥＤＯＴ：Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））などがある。とりわけ好ましいモノマーは、導電性高分子のポリピロールを提供するピロールである。
前記触媒の代表例としては、過酸化水素、クミル過酸化物、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）、アンモニウムペルオキソ硫酸塩、塩化第二銅（ＣｕＣｌ２）などがある。好ましい触媒は、ピロールの重合に適した塩化第二鉄である。低温における反応開始を促す重合法であるレドックス重合法（Ｒｅｄｏｘ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）が望ましく用いられ、優れた反応制御力の原子移動ラジカル重合（Ａｔｏｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ：ＡＴＲＰ）なども望ましい。前記ＡＴＲＰの詳細は、米国特許５、７６３、５４８に開示されており、その内容は参照として本発明に組み込まれる。
【００３１】
前記触媒は、好ましくは少量の水に溶解した状態で反応液に添加でき、触媒量は、モノマー１モルに対しておおよそ１ないし５モルが好ましい。
【００３２】
重合反応時間は、用いられたモノマー、触媒、その他の反応条件に応じて変えることができ、普通は１ないし１２時間位である。
【００３３】
重合反応が完了したミセルを破壊するために、アルコールなどが添加できるが、例えばメタノールは、界面活性剤を溶解することによりミセルを破壊し、塩化第二鉄などの触媒を溶解する。生成した高分子ナノ粒子の分離速度を高めるために、一定量の非溶媒、例えば、イソオクタンなどがさらに添加できる。
【００３４】
分離されたナノ重合体は、おおよそ１ないし５０ｎｍ、好ましくは１ないし１０ｎｍ、より好ましくは１ないし５ｎｍの大きさを有する。粒子の形は、ミセルの形態に応じて様々であるが、一般的に球状から界面活性剤の使用量増加により棒状まであり得る。場合によって、製造されたナノ重合体が自己凝集（ｓｅｌｆ−ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）により四面体、立方体、針状、稲わら状、リボン状などのいろんな構造にもなり得る。
【００３５】
分離されたナノ重合体を炭化するためには乾燥すべきであるが、好ましくは常温で自然蒸発して純粋重合体を製造する。
【００３６】
乾燥したナノ重合体は、不活性雰囲気または真空雰囲気において６００ないし１，２００℃の高温で炭化する。不活性雰囲気は、窒素、アルゴンガスが充填された電気炉が好ましい。望ましい炭化温度は、８００ないし１，０００℃である。炭化後粒子の大きさは、若干縮まるが、ほぼ炭化前のナノ重合体の大きさであった１ないし５０ｎｍを維持する。
【００３７】
このように製造されたナノ粒子を原子分析及び赤外線分光分析で確認した結果、それらは、炭素原子のみからなり、Ｘ−ｒａｙ回折（ＸＲＤ）分析の確認結果、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）構造であることがわかった。
【００３８】
前記製造方法には、本発明のカテゴリ内でその他の過程がさらに含められる。例えば、炭化工程以前にナノ重合体をメタノールなどの極性溶媒に分散して樹枝状構造（ｄｅｎｄｒｉｃｔｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と球晶形態（ｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅ  ｓｈａｐｅ）の特異な自己集合体（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）にも製造できる。また、炭化過程において黒鉛化を促すと共に導電性を高めるために、遷移金属及び／或いは塩化物を少量添加することもできる。遷移金属と塩化物が炭化過程の間に黒鉛化を促し、炭化物の導電性を高めるということは公知である（Ｏｋａ，Ｈ．ｅｔ  ａｌ．，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｏｎｉｃｓ，１２１，１５１−１６３（１９９９））。
【００３９】
なお、前述したように、製造した炭素ナノ粒子が高導電性以外に強磁性が発揮できるように、塩化第二鉄のようなそれ自体では強磁性を発揮しないが炭化過程で不活性雰囲気の微量の酸素によりマグヘマイト（Ｍａｇｈｅｍｉｔｅ；γ−Ｆｅ２Ｏ３）のような強磁性体に変換される物質をドーパントとして添加することもできる。しかし、塩化第二鉄が重合触媒として用いられる場合は、別途添加しなくてもドーパントとして残存し、前記のような変換過程を経て強磁性が発揮できる。
【００４０】
また、本発明は、前記炭素ナノ粒子を含有した透明な導電性高分子複合体（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）に関するものである。
【００４１】
前述のように、高分子複合体が透明性を有するためには、添加された粒子の大きさ、或いは粒子の凝集形態の大きさが少なくても可視光線最短波長の１／２以下でなければならない。本発明による炭素ナノ粒子は、１ないし５０ｎｍ、好ましくは１ないし１０ｎｍ、より好ましくは１ないし５ｎｍの大きさで、高分子樹脂に混合した状態では簡単に分散されるので、前記透明性を維持する条件を満たす。従って、透明性高分子樹脂にブレンドする場合、透明性を維持しながら伝導性を有する高分子複合体が形成できる。
【００４２】
前記透明な高分子樹脂の代表例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタル酸、ポリメチルメタクリル酸などがあり、強度及び耐スクラッチ性などを考えると、ポリカーボネートが特に好ましい。
【００４３】
導電性を与えるためには、なるべく多量を添加すればいいが、透過度などを考え、好ましくは複合体全体重量に基づき５ないし１５重量％に添加する。
【００４４】
このような透明な導電性高分子複合体は、広範囲に用いられるが、例えば、抗静電気材、電磁気波遮蔽材、ＩＴＯ代替材、電気発光性素子などが挙げられる。該導電性高分子複合体は、いろんな形があり得、望ましくはフィルムの形態に製造される。
【００４５】
本発明による大きさが数ナノメーターの炭素ナノ粒子の特徴の中の一つは、表面積が非常に大きいことである。このような炭素ナノ粒子は、表面改質を通じて重金属回収など環境にやさしい工程に用いられ、強磁性などを活用し、炭素ナノ粒子の回収及びリサイクルと薬物伝送システム（ＤＤＳ）などに容易に使用されると予想する。
【００４６】
固体状粒子を含む高分子複合体の製造方法は、当業界に知られているので、これに対する説明は省略する。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例を参照しながら本発明の内容を詳しく説明するが、本発明のカテゴリがそれに限られるわけではない。
【００４８】
［実施例１］
２５℃に設定された恒温槽内に設置した１Ｌの反応容器に、約８０ｍｌの蒸留水を入れてから、デシルトリメチルアンモニウム臭化物（ｄｅｃｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ：ＤＴＡＢ）６ｇを添加し、おおよそ４００ｒｐｍ速度で攪拌し、ミセルを生成した。ここに２ｇのピロールモノマーをピペットを用いて徐々に滴加した。１０ｍｌの蒸留水に１１．１２ｇの塩化第二鉄（ピロール／塩化第二鉄モル比＝１／２．３）を溶解した後、得られた溶液を反応容器に添加した。２５℃において約４時間程度攪拌し反応させた後、約５００ｍｌのメタノールを反応容器に添加しミセルを破壊した。反応溶液を分別ろうとに置き換えてから、緩やかに何回か振り溶液を混合した。ナノ重合体（ポリピロールナノ粒子）の分離を早めるため、非溶媒であるイソオクタンを約１００ｍｌ程度添加した。沈殿したポリピロールナノ重合体を回収すべく、イソオクタンとメタノールの上層をピペットを用いて除去した。残った下層を常温で自然蒸発しポリピロールナノ粒子を得た。製造したポリピロールナノ粒子を電気炉に置き換えた後、窒素雰囲気において３℃／分の昇温速度で約９００℃まで加熱した。約９００℃で５時間炭化した後、室温に冷却して炭素ナノ粒子を製造した。
【００４９】
製造した炭素ナノ粒子の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真と回折パータンが図１に開示されているが、図１のように、平均２ｎｍの結晶型炭素球状粒子が得られたことが確認できる。なお、製造された炭素ナノ粒子のＸ−ｒａｙ回折分析グラフが図２に開示されているが、生成した炭素ナノ粒子が黒鉛構造であることがわかる（ｇｒａｐｈｅｎｅの００２、  １００  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎにて確認）。
【００５０】
［実施例２］
実施例１により製造された平均２ｎｍ大きさの炭素ナノ粒子をポリカーボネート（平均分子量：１３，８００）に対し各々１重量％、３重量％及び１０重量％に溶液ブレンドしてから、カバーグラス上に２７０ｎｍの厚さ（アルファステップ方法で測定）でスピンコーティングし、フィルムを製造した。溶液ブレンドのための溶媒としてはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いた。比較のために、前記と同じ条件で、実施例１で炭化前工程から得たナノ重合体（ポリピロールナノ粒子）と炭素ナノチューブ（アルドリッチ社製）を各々ポリカーボネートと溶液ブレンディングしてフィルムを製造した。このフィルムの透過度を可視光線領域でＵＶ／ＶＩＳ分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定し、波長による平均透過度を下記表１にまとめた。表１の通りに、平均透過度は本発明による炭素ナノ粒子が炭素ナノチューブより著しく高いことがわかる。例えば、１０重量％に添加した場合、本発明による炭素ナノ粒子を含んだＰＣ複合体フィルムが８３％の透過度である反面、炭素ナノチューブを含むＰＣ複合体フィルムは６８％の透過度であった。
【００５１】
【表１】
0003606855.tif 000002
【００５２】
［実施例３］
ナノ重合体（ポリピロールナノ粒子）と炭素ナノ粒子及び炭素ナノチューブを各々１重量％、２重量％、３重量％、５重量％及び１０重量％に添加しペレット（ｐｅｌｌｅｔ）形態に製造したことを除いては、実施例２と同一方法で試片を製造し、ファンデルポー法（ｖａｎｄｅｒ  Ｐａｕｗ）で電気伝導度を測定した。その結果を図３に開示したが、３種の試片中、本発明による炭素ナノ粒子含有ＰＣ試片が最高電気伝導度であった。例えば、１０重量％添加した場合、同一組成で炭素ナノ粒子含有ＰＣ試片が１６×１０−４Ｓ／ｃｍの電気伝導度であるので、１４×１０−４Ｓ／ｃｍの電気伝導度である炭素ナノチューブ含有ＰＣ試片に比べて遥かに高い導電性を有することがわかる。
【００５３】
本発明が属する分野における通常の知識を有するものなら前記の内容を利用して本発明のカテゴリ内で多様な応用及び変形が可能である。
【００５４】
［実施例４］
実施例１により製造された平均２ｎｍ大きさの炭素ナノ粒子に対し、超伝導量子干渉器（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ；ＳＱＵＩＤ）を用いて温度の関数で磁性を測定した。測定温度範囲は５Ｋから３００Ｋまでであり、印加した磁気場の強さは１００Ｏｅであった。この結果を図４に示したが、測定値からの磁性異方性常数値は２．４×１０８ｅｒｇｓ／ｃｍ３であり、強磁性であった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明による炭素ナノ粒子は、今まで報告された例のない新規な物質であって、可視光線最短波長の１／２以下の大きさであるので透明な高分子樹脂などに添加されても透明性が維持でき、導電性が優れているのみならず場合によっては強磁性であり、フラーレンや炭素ナノチューブなどとはまったく異なる、非常に安価な方法で製造できる。従って、光学的に透明であり、かつ電気伝導度が優れた添加材料や強磁性の添加材料として用いられるので、光学ディスプレー材料、電磁気遮蔽材、抗静電気材など多機能性新素材として使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１により製造された炭素ナノ粒子の透過電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明の実施例１により製造された炭素ナノ粒子のＸＲＤグラフである。
【図３】本発明による炭素ナノ粒子と、ポリピロールナノ粒子、及び炭素ナノチューブを各々ブレンディングし製造したポリカーボネート複合体試片の含量別電気伝導度のグラフである。
【図４】本発明の実施例１により製造された炭素ナノ粒子の温度別磁性変化のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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