(57)【要約】本発明のナノカーボン分離装置（１０）は、ナノカーボンを含む分散液（３０）を収容する分離槽（１１）と、分離槽（１１）内の上部に設けられた第１の電極（１２）と、分離槽（１１）内の下部に設けられた第２の電極（１３）と、ナノカーボンを含む分散液（３０）の物理的状態または化学的状態を評価する評価手段（１４）と、前記の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンを含む分散液（３０）に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段（１５）と、を備える。
2019082337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノカーボンを含む分散液を収容する分離槽と、
前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と、
前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極と、
前記分散液の物理的状態または化学的状態を評価する評価手段と、
前記物理的状態または前記化学的状態から、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段と、を備えることを特徴とするナノカーボン分離装置。
【請求項２】
前記評価手段は、前記分散液の電位を測定する手段、前記分散液のｐＨを測定する手段、前記分散液の吸光度を測定する手段、前記分散液の発光スペクトルを測定する手段、前記分散液の屈折率を測定する手段、前記分散液の導電率を測定する手段および前記第１の電極と前記第２の電極との間の電流値を測定する手段からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項３】
分離槽にナノカーボンを含む分散液を注入する工程と、
前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極との間に直流電圧を印加して、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンを前記第１の電極側に移動させるとともに、前記分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを前記第２の電極側に移動させて、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する工程と、
前記分散液の物理的状態または化学的状態を評価する工程と、
前記物理的状態または前記化学的状態から、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程と、を有することを特徴とするナノカーボンの分離方法。
【請求項４】
前記物理的状態または前記化学的状態を評価する工程において、前記分散液の分離状態を、前記分散液の電位、前記分散液のｐＨ、前記分散液の吸光度、前記分散液の発光スペクトル、前記分散液の屈折率、前記分散液の導電率および前記第１の電極と前記第２の電極との間の電流値からなる群から選択される少なくとも１つを評価することを特徴とする請求項３に記載のナノカーボンの分離方法。
【請求項５】
前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する工程の後に、前記分散液に含まれる前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを回収する工程を有することを特徴とする請求項３または４に記載のナノカーボンの分離方法。
【請求項６】
前記ナノカーボンは、単層カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。
【請求項７】
前記分散液は、非イオン性界面活性剤として、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルを含むことを特徴とする請求項１に記載のナノカーボンの分離方法。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ  （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノメートル領域のサイズを有する炭素材料（以下、「ナノカーボン」という。）は、その機械的特性、電気的特性、化学的特性等から様々な分野への適用が期待されている。
ナノカーボンでは、製造の段階で性質の異なるナノカーボンが同時に生成され、混合物となる場合がある。電気的特性の異なるナノカーボンが混合した状態で、そのナノカーボンを電子材料として用いた場合、特性の低下等の問題が生じる可能性がある。そこで、生成されたナノカーボン混合物から、所望の性質を持つナノカーボンを分離することが必要である。【０００３】
ナノカーボン混合物を分離するために、特許文献１には、異なる複数の電荷を持つナノカーボンミセル群に分散した、ナノカーボン材料の分散溶液と、該ナノカーボン材料と異なる比重を持つ保持溶液とを、電気泳動槽内に所定の方向に積層して導入配置する工程と、該積層して導入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に電圧を印加することにより、該ナノカーボンミセル群を２以上のナノカーボンミセル群に分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１５０８０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の分離方法では分離状態を客観的に把握できないという課題があった。また、目視で、正確な分離の終点を決定する手段がなかった。【０００６】
本発明は、性質の異なるナノカーボン混合物の分離において、分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現するナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法を提供することを目的とする。また、本発明は、ナノカーボン混合物の分離において、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上するナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離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】
【０００７】
本発明のナノカーボン分離装置は、ナノカーボンを含む分散液を収容する分離槽と、前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と、前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極と、前記分散液の物理的状態または化学的状態を評価する評価手段と、前記物理的状態または前記化学的状態から、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段と、を備える。【０００８】
本発明のナノカーボンの分離方法は、分離槽にナノカーボンを含む分散液を注入する工程と、前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極との間に直流電圧を印加して、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンを前記第１の電極側に移動させるとともに、前記分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを前記第２の電極側に移動させて、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する工程と、前記分散液の物理的状態または化学的状態を評価する工程と、前記物理的状態または前記化学的状態から、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、性質の異なるナノカーボン混合物の分離において、分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、本発明によれば、ナノカーボン混合物の分離において、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図２】本発明のナノカーボン分離装置の最小構成を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図４】本発明のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。
【図５】実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の電位の評価結果を示す図である。
【図６】実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の電位の評価結果を示す図である。
【図７】実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の電位の評価結果を示す図である。
【図８】第２の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図１０】実施例２における単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨの評価結果を示す図である。
【図１１】第３の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図１２】第３の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図１３】実施例３における単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度の分布の評価結果を示す図である。
【図１４】第４の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図１５】第４の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す
【図１６】実施例４における単層カーボンナノチューブ分散液内における第１の電極と第２の電極との間の電流値の評価結果を示す図である。
【図１７】第５の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図１８】第５の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図１９】第６の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図２０】第６の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図２１】第７の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
【図２２】第７の実施形態のナノカーボンナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１２】
［第１の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、ナノカーボンを含む分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）３０を収容する分離槽（電気泳動槽）１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する評価手段１４と、評価手段１４で評価したナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段１５とを備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１６を備えている。直流電源１６は、電気泳動のための電源部であり、ケーブル１７を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１８を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。
【００１３】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、評価手段１４が、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の評価用電極１９と、評価用電極１９に電気的に接続され、各評価用電極１９におけるナノカーボンの分散液３０の電位を計測する電位計２０とを有する。本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、評価手段１４がナノカーボンの分散液３０の電位を測定するためのものである。
【００１４】
評価手段１４の電位計２０は、ケーブル２１を介して、判断手段１５と電気的に接続されている。
また、判断手段１５は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。
【００１５】
分離槽１１は、分離対象であるナノカーボンの分散液３０を収容し、無担体電気泳動法により、収容したナノカーボンの分散液３０に分散したナノカーボンの分離を行うためのものである。分離槽１１は、ナノカーボンの分散液３０を収容できるものであれば、その形状や大きさは特に限定されない。
【００１６】
分離槽１１は、中空管形状を有する容器である。分離槽１１は、上端に開口を有する。分離槽１１の下端は閉じられており、容器の底になっている。
【００１７】
分離槽１１の材質は、ナノカーボンの分散液３０に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。分離槽１１の材質としては、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。
【００１８】
分離槽１１は、下端に、分離槽１１の外底面に連通する注入／回収口（図示略）を有していてもよい。注入／回収口は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入、および、分離槽１１からナノカーボンの分散液３０を回収するために用いられる。また、注入／回収口は、すり合わせを有する回転式のコック等の密閉構造（図示略）を備える。
【００１９】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、例えば、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である。この場合、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、電界の向きが分離槽１１の下部から上部へ向かう。
【００２０】
第１の電極１２および第２の電極１３としては、無担体電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液３０に対して安定なものであれば特に限定されない。第１の電極１２および第２の電極１３としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
【００２１】
第１の電極１２および第２の電極１３の構造は、特に限定されず、分離槽１１内において、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜選択される。第１の電極１２の構造は、評価用電極１９の上部に配置され、かつ分離槽１１内において、評価用電極１９の上端の広い領域に配置されるものであれば特に限定されない。第２の電極１３の構造としては、評価用電極１９の下部に配置され、かつ分離槽１１内において、評価用電極１９の下端の広い領域に拡がるように配置されるものであれば特に限定されない。第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、分離槽１１の平面視において、円環状、円板状、棒状等が挙げられる。また、第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、多数の微細孔が均質に設けられた多孔板状が挙げられる。
【００２２】
評価手段１４の評価用電極１９としては、無担体電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液３０に対して安定なものであれば特に限定されない。評価用電極１９としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
【００２３】
評価用電極１９の構造は、分離槽１１内において、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げない構造で、ナノカーボンの分散液３０に接していれば特に限定されない。
【００２４】
複数の評価用電極１９を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみに評価用電極１９を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、評価用電極１９は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。
【００２５】
評価手段１４の電位計２０としては、各評価用電極１９における電位を測定することができるものであれば特に限定されない。また、電位計２０は、各評価用電極１９における電位の測定結果を電気信号に変換して、判断手段１５へ出力することができるようになっている。
【００２６】
判断手段１５は、評価手段１４から発信された、電位計２０で測定した電位に関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。判断手段１５は、電位計２０で測定した電位に関する電気信号に基づいて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。さらに、判断手段１５では、例えば、電位の勾配が大きく変化する点が、規定の測定位置以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離の終了を判断する。
判断手段１５が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離の終了を判断すると、直流電源１６へ直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信し、第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。
【００２７】
また、後述するナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法において、分離槽１１内に温度勾配が生じると、分離槽１１内にてナノカーボンの分散液３０の対流現象が生じることがある。その結果、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを安定に分離することができなくなる。そこで、ナノカーボン分離装置１０は、分離槽１１内のナノカーボンの分散液３０の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることが好ましい。温度調節手段としては、特に限定されず、容器内に収容された液体の温度を一定に保つことができるものであれば、例えば、水冷ジャケットの装着等、いかなる手段でも用いることができる。
【００２８】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
【００２９】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の電位を測定する、評価用電極１９と電位計２０を有する評価手段１４を設けている。さらに、判断手段１５を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、後述するナノカーボンを分離する工程において、目視による分離状態の確認方法や、電気泳動の電圧印加時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。
【００３０】
なお、図２は、本発明のナノカーボン分離装置の最小構成を示す模式図である。
【００３１】
（ナノカーボンの分離方法）
図１〜図４を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１０の作用を説明する。
図４は、本発明のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。
【００３２】
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（以下、「注入工程」と言う。）と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液３０に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（以下、「分離工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する工程（以下、「評価工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程（以下、「判断工程」と言う。）と、を有する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボン分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
【００３３】
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンとは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイス卜、グラフェン、フラーレン等の主に炭素から構成される炭素材料を意味する。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンとして単層カーボンナノチューブが分散した分散液から、半導体型単層カーボンナノチューブと、金属型単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。
【００３４】
単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。従来の製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する金属型単層カーボンナノチューブと半導体的な性質を有する半導体型単層カーボンナノチューブが統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が得られる。
【００３５】
単層カーボンナノチューブの混合物は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また、本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
【００３６】
まず、単層カーボンナノチューブの混合物が、界面活性剤とともに分散媒に分散した単層カーボンナノチューブ分散液を調製する。
【００３７】
分散媒としては、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒としては、例えば、水、重水、有機溶媒、イオン液体等が挙げられる。これらの分散媒の中でも、単層カーボンナノチューブが変質しないことから、水または重水が好適に用いられる。
【００３８】
界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤等が用いられる。単層カーボンナノチューブにナトリウムイオン等のイオン性の不純物が混入することを防ぐためには、非イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
【００３９】
非イオン性界面活性剤としては、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖等の疎水性部位とを有する非イオン性界面活性剤が用いられる。このような非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。
このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ  （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
【００４０】
上記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｌ２３、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｃ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｏ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
【００４１】
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート（分子式：Ｃ６４Ｈ１２６Ｏ２６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ６０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート（分子式：Ｃ２４Ｈ４４Ｏ６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ８５、シグマアルドリッチ社製）、オクチルフェノールエトキシレート（分子式：Ｃ１４Ｈ２２Ｏ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ、ｎ＝１〜１０、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（分子式：Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４０（ＣＨ２ＣＨ２０）４０Ｈ、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５、シグマアルドリッチ社製）、ポロキサマー（分子式：Ｃ５Ｈ１０Ｏ２、商品名：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ、シグマアルドリッチ社製）、ポリビニルピロリドン（分子式：（Ｃ６Ｈ９ＮＯ）ｎ、ｎ＝５〜１００、シグマアルドリッチ社製）等を用いることもできる。
【００４２】
単層カーボンナノチューブ分散液における非イオン性界面活性剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下であることがより好ましい。
非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、単層カーボンナノチューブ分散液の粘度が高くなり過ぎることがなく、無担体電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
【００４３】
単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの含有量は、１μｇ／ｍＬ以上１００μｇ／ｍＬ以下であることが好ましく、５μｇ／ｍＬ以上４０μｇ／ｍＬ以下であることがより好ましい。
単層カーボンナノチューブの含有量が上記の範囲であれば、無担体電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
【００４４】
単層カーボンナノチューブ分散液を調製する方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。例えば、単層カーボンナノチューブの混合物と界面活性剤を含む分散媒の混合液を超音波処理して、分散媒に、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させる方法が挙げられる。この超音波処理により、凝集していた金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが充分に分離し、ナノカーボン分散液は、分散媒に金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが均一に分散したものとなる。したがって、後述する無担体電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離し易くなる。なお、超音波処理により分散しなかった金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブは、超遠心分離により分離、除去することが好ましい。
【００４５】
次いで、注入工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液を分離槽１１内に注入する。
また、分離槽１１に単層カーボンナノチューブ分散液を注入することにより、単層カーボンナノチューブ分散液に第１の電極１２と第２の電極１３が接する。
【００４６】
次いで、第１の電極１２と第２の電極１３に、所定時間（例えば、１時間〜１００時間）、直流電圧を印加することにより、分離槽１１内にて、電界を形成する。具体的には、電界の向きが分離槽１１の下方から上方へ向かうように電界を形成する。この電界と、単層カーボンナノチューブの電荷とにより生じる電気泳動力により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブは第１の電極１２側に移動し、半導体型単層カーボンナノチューブは第２の電極１３側に移動する。以上のように、無担体電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離する。
【００４７】
無担体電気泳動の結果、図３に示すように、単層カーボンナノチューブ分散液は、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ａ」という。）と、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ｂ」という。）と、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相（以下、「分散液相Ｃ」という。）との３相に相分離する。
【００４８】
本実施形態では、第１の電極１２側に分散液相Ａが形成され、第２の電極１３側に分散液相Ｂが形成される。
【００４９】
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１２と第２の電極１３との間の距離や単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの混合物の含有量等に応じて適宜調整される。
【００５０】
単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧を、０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下の間の任意の値とする。
【００５１】
また、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したとき、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界は、０．５Ｖ／ｃｍ以上１５Ｖ／ｃｍ以下であることが好ましく、１Ｖ／ｃｍ以上１０Ｖ／ｃｍ以下であることがより好ましい。
【００５２】
分離工程において、分離槽１１に収容されている単層カーボンナノチューブ分散液の温度は、単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒が変質したり、蒸発したりしない温度であれば特に限定されない。
【００５３】
次いで、評価工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液の物理的状態または化学的状態を評価する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法では、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の評価用電極１９と、評価用電極１９に電気的に接続され、各評価用電極１９における電位を計測する電位計２０とを有する評価手段１４を用いて、各評価用電極１９における電位を計測する。単層カーボンナノチューブ分散液の電位勾配は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離の進行に応じて変化する。したがって、無担体電気泳動時の電位勾配から、単層カーボンナノチューブ分散液の分離状態を評価することができる。
【００５４】
次いで、判断工程にて、判断手段１５により、評価工程で得られた電位勾配から、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離状態を判断する。判断工程では、例えば、電位勾配が大きく変化する点が、規定の測定位置以下になった時、すなわち、半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相Ｂが十分集約された時を金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離の終点と判断する。
【００５５】
判断工程にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。
なお、評価工程と判断工程は、分離工程と同時に行ってもよい。同時に行うことにより、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離終点をリアルタイムに正確に判断することができ、より効率的である。
【００５６】
次いで、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを回収する。すなわち、分離槽１１から、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとをそれぞれ回収（分取）する。
【００５７】
回収の方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
回収の方法としては、例えば、第１の電極１２と第２の電極１３への直流電圧の印加を止め、それぞれの相から、ピペットにより静かに少量ずつ吸い出す方法が挙げられる。
また、回収の方法としては、分離槽１１の下端に、分離槽１１の外底面に連通する回収口を設けて、その回収口を介して、例えば、ペリスタポンプ等を用いて静かに単層カーボンナノチューブ分散液の回収を行う方法が挙げられる。これにより、回収時に、液面の変化に合わせて回収口を移動させる必要がなく、分離槽１１内部の液相界面を乱すことなく、回収操作を行うことができる。また、分離槽１１を高容量化した場合に、長い回収ノズルを用意する必要もなく、非常に合理的である。
【００５８】
回収した単層カーボンナノチューブ分散液を、再び、分離槽１１に収容し、上述と同様にして、無担体電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作を繰り返し実施することにより、純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
【００５９】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、単層カーボンナノチューブ分散液の電位勾配により、単層カーボンナノチューブ分散液の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。また、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。
【００６０】
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示したが、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、分離槽１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行ってもよい。
【実施例１】
【００６１】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００６２】
「単層カーボンナノチューブ分散の調製」
重水に、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ１００、シグマアルドリッチ社製）を１．０質量％溶解した溶液ＡＡを調製した。
溶液ＡＡに対して、単層カーボンナノチューブの混合物（ｅＤＩＰＳ（ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：改良直噴熱分解合成）単層カーボンナノチューブ、平均直径：１．０ｎｍ）を単分散させた。
単層カーボンナノチューブの混合物を単分散させた重水に対して、ホーン型超音波破砕機（商品名：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｏｎｉｆｉｅｒ  ４５０、ブランソン社製）により、出力４０Ｗで２０分間、超音波分散処理を行った。その後、超遠心機（商品名：ＣＳ１００ＧＸ、日立工機社製）により、２５００００×ｇ、１０℃にて１時間、超遠心分離操作を行った。そして、上澄み５０％を、単層カーボンナノチューブの混合物の分散液として得た。
次いで、単層カーボンナノチューブの混合物の分散液に溶液Ａを添加し、単層カーボンナノチューブの含有量が１０μｇ／ｍＬ、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルの含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を得た。【００６３】
「単層カーボンナノチューブ分散液の注入」
上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、図１に示すナノカーボン分離装置１０の分離槽１１に注入した。
分離槽１１内には、その高さ方向に沿って、１ｃｍ間隔で９本の評価用電極１９を配置した。最上部の第１の電極１２（陰極）と第２の電極１３（陽極）の距離を１０ｃｍとした。【００６４】
「分離操作」
ナノカーボン分離装置１０の第１の電極１２（陰極）と第２の電極１３（陽極）に６０Ｖの直流電圧を印加した。【００６５】
「評価」
電圧印加直後、電圧印加開始から６時間後、および、電圧印加開始から１００時間後に、電位計２０により、最下部の第２の電極１３（陽極）に対する各評価用電極１９、および、最上部の第１の電極１２（陰極）における相対電位の絶対値を計測した。
電圧印加直後の単層カーボンナノチューブ分散液の電位の測定値を図５に示す。縦軸は第２の電極１３（陽極）を基準とした相対電位の絶対値を示し、横軸は電極位置を示す。電極０は最下部の第２の電極１３（陽極）、電極１０は最上部の第１の電極１２（陰極）、１〜９は各評価用電極１９を示しており、数字が大きくなるに従い、分離槽１１の上方になっている。電極１０の電位は、電気泳動のために印加した直流電圧に等しく、６０Ｖである。電圧印加直後は、分散液は均一であるために、分離槽１１内の電位勾配は均一で、図５に示すように、測定位置と電位との関係はほぼ直線的である。【００６６】
６時間後の測定結果を図６に示す。６時間後には、分離が進行している。電気泳動力により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブは第１の電極１２側に移動し、半導体型単層カーボンナノチューブは第２の電極１３側に移動する。６時間後には、半導体型単層カーボンナノチューブが多い分散液相Ｂと、相対的に単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃの界面は、電極位置７近辺にあった。図６では、電極位置７で電位勾配が変化していることがわかる。分離槽１１の電極位置７より上方の部分では、電位勾配が大きく、分離槽１１の電極位置７より下方の部分では、電位勾配が小さくなっている。すなわち、分離槽１１内の半導体型単層カーボンナノチューブが多い分散液相Ｂでは、他の部分と比較して、電位勾配が小さくなっていることがわかる。【００６７】
１００時間後の測定結果を図７に示す。１００時間後には、さらに分離が進行している。図７では、電極位置５より下方では、ほとんど電位勾配が見られない。この時、半導体型単層カーボンナノチューブは、分離槽１１内で電極位置５より下方に集まっている。このように、分離槽１１内に複数の電位評価用電極１９を設け、電位の場所依存性を測定することで、分離槽１１を目視せずとも分離状況を検出することができることを明らかにした。【００６８】
例えば、半導体型単層カーボンナノチューブが多い分散液相Ｂが、電極位置５より下方にある時を分離の終点と設定すると、図７のように電位勾配が大きく変化する点が電極位置５になった時に、電気泳動の電圧印加を停止すればよい。この終点位置は、所望の分離の進行度に合わせて、変更することができる。分離で要求される半導体型単層カーボンナノチューブの純度がそれほど高くない場合には、例えば、図６のように電極位置７で電位勾配が変化したときに分離を停止すればよい。また、高い半導体型単層カーボンナノチューブの純度が要求される場合には、さらに分離操作を継続して、電極位置４または、３など、分離槽１１のさらに下方の場所で電位勾配が変化したときに分離を停止すればよい。【００６９】
なお、評価工程と判断工程は、分離工程と同時に行ってもよい。同時に行うことにより、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離終点をリアルタイムに正確に判断することができ、効率的である。【００７０】
本実施例のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の電位を測定する、評価用電極１９と電位計２０を有する評価手段１４を設けている。さらに判断手段１５を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、単層カーボンナノチューブ分散液の電位勾配により、単層カーボンナノチューブ分散液の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。また、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【００７１】
［第２の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図８は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図８において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【００７２】
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、評価手段１１０が、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数のｐＨセンサー１１１と、ｐＨセンサー１１１に電気的に接続され、各ｐＨセンサー１１１におけるナノカーボンの分散液３０のｐＨを計測するｐＨ計１１２とを有する。【００７３】
評価手段１１０のｐＨ計１１２としては、各ｐＨセンサー１１１におけるｐＨを測定することができるものであれば特に限定されない。
また、評価手段１１０のｐＨ計１１２は、ケーブル２１を介して、判断手段１２０と電気的に接続されている。ｐＨ計１１２は、各ｐＨセンサー１１１におけるｐＨの測定結果を電気信号に変換して、判断手段１２０へ出力することができるようになっている。【００７４】
評価手段１１０のｐＨ計１１２は、ケーブル２１を介して、判断手段１２０と電気的に接続されている。
また、判断手段１２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【００７５】
評価手段１１０のｐＨセンサー１１１としては、無担体電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液３０に対して安定なものであれば特に限定されない。ｐＨセンサー１１１としては、一般的に溶液のｐＨの測定に用いられるものが挙げられる。【００７６】
複数のｐＨセンサー１１１を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみにｐＨセンサー１１１を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、ｐＨセンサー１１１は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。【００７７】
図９に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【００７８】
判断手段１２０は、評価手段１１０から発信された、ｐＨ計１１２で測定したｐＨに関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。【００７９】
分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、分離槽１１内にｐＨ勾配が形成される。金属型単層カーボンナノチューブが集まる第１の電極１２（陰極）側（分散液相Ａ）にはｐＨが６〜７の領域が形成され、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる第２の電極１３（陽極）側（分散液相Ｂ）にはｐＨが４〜５の領域が形成される。
したがって、ｐＨが４〜５の領域は、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）である。ｐＨを計測することにより、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）を検出し、判断手段１２０は、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）が十分集約された時点を分離の終点と判断する。
判断手段１２０が、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。【００８０】
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【００８１】
本実施形態のナノカーボン分離装置１００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０のｐＨを測定する、ｐＨセンサー１１１とｐＨ計１１２を有する評価手段１１０を設けている。さらに判断手段１５を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、後述するナノカーボンを分離する工程において、目視による分離状態の確認方法や、電気泳動の電圧印加時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【００８２】
（ナノカーボンの分離方法）
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（以下、「注入工程」と言う。）と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液３０に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（以下、「分離工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する工程（以下、「評価工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程（以下、「判断工程」と言う。）と、を有する。
また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボン分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
【実施例２】
【００８３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００８４】
「単層カーボンナノチューブ分散の調製」
実施例１と同様に平均直径が１．０ｎｍの単層カーボンナノチューブの含有量が１０μｇ／ｍＬ、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルの含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を用意した。【００８５】
「単層カーボンナノチューブ分散液の注入」
上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、実施例１と同様に、図８に示すナノカーボン分離装置１０の分離槽１１に注入した。
本実施例のナノカーボンの分離方法では、分離槽１１内には、その高さ方向に沿って、１５本のｐＨセンサー１１１を配置した。【００８６】
「分離操作」
実施例１と同様に、ナノカーボン分離装置１０の第１の電極１２（陰極）と第２の電極１３（陽極）に１２０Ｖの直流電圧を印加した。【００８７】
「評価」
電圧を印加して１００時間経過後の、ｐＨの測定結果を図１０に示す。縦軸は測定したｐＨを示し、横軸はｐＨセンサーの位置を示す。測定位置１は最下部のｐＨセンサー１１１での測定値、測定位置１５は最上部のｐＨセンサー１１１での測定値であり、数字が大きくなるに従い、分離槽１１の上方になっている。【００８８】
第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、分離槽１１内にｐＨ勾配が形成される。図１０では、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる第２の電極１３（陽極）側のｐＨセンサー位置４より下方（分散液相Ｂ）にはｐＨが５以下の領域が形成されている。金属型単層カーボンナノチューブが集まる第１の電極１２（陰極）側のｐＨセンサー位置１１〜１３の領域（分散液相Ａ）にはｐＨが６〜７の領域が形成されている。
したがって、ｐＨを計測することにより、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）を検出できることがわかる。この結果、ｐＨが５以下の領域、すなわち、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）が十分集約された時点を分離の終点とする。
判断工程にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。【００８９】
図１０に示した状態では、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）は、ｐＨセンサー４より下側に集約されていることがわかる。このように、分離槽１１内に複数のｐＨセンサー１１１を設け、ｐＨの場所依存性を測定することで、分離槽１１を目視せずとも分離状況を検出することができる。例えば、半導体型単層カーボンナノチューブが多い分散液相Ｂが、ｐＨセンサー４より下方にある時を分離の終点と設定し、図１０のようにｐＨが５以下になる点がｐＨセンサー位置５になった時に、電気泳動の電圧印加を停止した。この終点位置は、所望の分離の進行度に合わせて、変更することができるのは、実施例１の電位測定の場合と同様である。【００９０】
なお、評価工程と判断工程は、分離工程と同時に行ってもよい。同時に行うことにより、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離終点をリアルタイムに正確に判断することができ、より効率的である。【００９１】
本実施形態のナノカーボン分離装置１００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０のｐＨを測定する、ｐＨセンサー１１１とｐＨ計１１２を有する評価手段１１０を設けている。さらに判断手段１２０を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、ナノカーボンの分離する工程において、目視による分離状態の確認方法や、電気泳動の電圧印加時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【００９２】
［第３の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１１において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【００９３】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、評価手段２１０が、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０の吸光度を評価する。
評価手段２１０は、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０に光を入射（照射）する光源２１１と、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の検知部を有する検知器２１２とを有する。検知器２１２の検知部は、光源２１１から出射され、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０を透過した光を受光する。評価手段２１０では、光源２１１からナノカーボンの分散液３０への光の照射量と、検知器２１２の検知部における受光量とから、ナノカーボンの分散液３０の吸光度を測定する。【００９４】
評価手段２１０の検知器２１２は、ケーブル２１を介して、判断手段２２０と電気的に接続されている。
また、判断手段２２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【００９５】
評価手段２１０の光源２１１としては、例えば、波長２００ｎｍ〜８００ｎｍの可視域の光を発するものが用いられる。【００９６】
評価手段２１０の検知器２１２としては、一般的に溶液の吸光度の測定に用いられるものが挙げられる。また、検知器２１２は、各検知部における吸光度の測定結果を電気信号に変換して、判断手段２２０へ出力することができるようになっている。【００９７】
検知器２１２において、複数の検知部を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみに検知器２１２の検知部を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、検知器２１２の検知部は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。【００９８】
図１２に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【００９９】
判断手段２２０は、評価手段２１０から発信された、検知器２１２で測定した吸光度に関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。判断手段２２０は、吸光度の変化量が大きく変動する点が、規定の測定位置以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断する。判断手段２２０が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。すなわち、判断手段２２０は、直流電源１６に対して、直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信する。【０１００】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置２００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置２００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【０１０１】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の吸光度を測定する、検知器２１２を有する評価手段１１０を設け、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段２２０を設けることにより、例えば、後述するナノカーボンを分離する工程において、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の吸光度により、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１０２】
（ナノカーボンの分離方法）
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（以下、「注入工程」と言う。）と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液３０に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（以下、「分離工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する工程（以下、「評価工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程（以下、「判断工程」と言う。）と、を有する。
【実施例３】
【０１０３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１０４】
「単層カーボンナノチューブ分散の調製」
実施例１と同様にｅＤＩＰＳ法で合成された平均直径が１．０ｎｍの単層カーボンナノチューブの含有量が１０μｇ／ｍＬ、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルの含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を用意した。【０１０５】
「単層カーボンナノチューブ分散液の注入」
上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、実施例１と同様に、図１１に示すナノカーボン分離装置１０の分離槽１１に注入した。
本実施例のナノカーボンの分離方法では、分離槽１１内に収容された単層カーボンナノチューブ分散液に光を入射する光源２１１と、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の検知部を有する検知器２１２とを有する評価手段２１０を用いて、検知器２１２に設けられた各検知部における吸光度を計測して、単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を評価する。分離槽１１内で、その高さ方向に沿って、１５か所での吸光度を評価した。
吸光度の評価では、単層カーボンナノチューブの直径依存性の少ない波長の３１０ｎｍ、半導体型単層カーボンナノチューブに特有な６４９ｎｍ、金属型単層カーボンナノチューブに特有な５０３ｎｍでの吸光度を測定した。また、簡易的に半導体型単層カーボンナノチューブと金属型単層カーボンナノチューブの割合を示す指標として、６４９ｎｍと５０３ｎｍでの吸光度の比率を算出した。【０１０６】
「分離操作」
実施例１と同様に、ナノカーボン分離装置１０の第１の電極１２（陰極）と第２の電極１３（陽極）に１２０Ｖの直流電圧を印加した。【０１０７】
「評価」
電圧を印加して１００時間経過後の、吸光度の測定結果を図１３に示す。左の縦軸は測定した３１０ｎｍを示し、分離層１１内の単層カーボンナノチューブの濃度に対応している。右の縦軸は６４９ｎｍと５０３ｎｍでの吸光度の比率である。この６４９ｎｍ／５０３ｎｍの比率が大きいほど、半導体型単層カーボンナノチューブの純度が高いことを示す。横軸は吸光度の測定位置を示す。測定位置１は最下部で、測定位置１５は最上部の測定値であり、数字が大きくなるに従い、分離槽１１の上方になっている。【０１０８】
図１３では、単層カーボンナノチューブの濃度を示す、３１０ｎｍの吸光度が、測定位置1〜３と、測定位置１1〜１３で大きくなっており、電気泳動により単層カーボンナノチューブ混合物が、２つの領域に分離されていることがわかる。さらに、測定位置1〜４では、６４９ｎｍ／５０３ｎｍの比率が大きく、半導体型単層カーボンナノチューブの純度が高く（分散液相Ｂ）、濃縮されていることがわかる。一方、測定位置１１〜１３では、６４９ｎｍ／５０３ｎｍの比率が小さく、金属型単層カーボンナノチューブの純度が高い（分散液相Ａ）ことがわかる。このように、吸光度を測定することにより、半導体型単層カーボンナノチューブと金属型単層カーボンナノチューブの分離状態を検知することができる。
したがって、吸光度を測定することにより、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）、および、金属型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ａ）を検出できることがわかる。この結果、３１０ｎｍの吸光度が大きく、かつ、６４９ｎｍ／５０３ｎｍの比率が大きい領域、すなわち、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ａ）が十分集約された時点を分離の終点とした。
判断工程にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。【０１０９】
図１３に示した状態では、半導体型単層カーボンナノチューブが集まる領域（分散液相Ｂ）は、測定値３より下側に集約されていることがわかる。このように、分離槽１１内の複数の測定位置で、吸光度を測定することで、分離槽１１を目視せずとも分離状況を検出することができることを明らかにした。例えば、半導体型単層カーボンナノチューブが多い分散液相Ｂが、測定位置３より下方にある時を分離の終点と設定すると、図１３のように３１０ｎｍの吸光度が大きく、かつ、６４９ｎｍ／５０３ｎｍの比率が大きい領域が測定位置３以下になった時に、電気泳動の電圧印加を停止すればよい。この終点位置は、所望の分離の進行度に合わせて、変更することができるのは、実施例１の電位測定の場合と同様である。【０１１０】
なお、評価工程と判断工程は、分離工程と同時に行ってもよい。同時に行うことにより、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離終点をリアルタイムに正確に判断することが、より効率的である。【０１１１】
本実施形態のナノカーボン分離装置１００によれば、分離槽１１内にて複数の位置で、ナノカーボンの分散液３０の吸光度を測定する評価手段２１０を設けている。さらに判断手段２２０を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、ナノカーボンの分離する工程において、目視による分離状態の確認方法や、電気泳動の電圧印加時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１１２】
［第４の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１４は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図１４において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【０１１３】
本実施形態のナノカーボン分離装置６００は、分離槽１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１６を備えている。直流電源１６は、ケーブル１７を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１８を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。ケーブル１７、または、ケーブル１８の途中には、第１の電極１２と第２の電極１３との間に流れる電流を測定する電流計６１３を有しており、第１の電極１２と第２の電極１３との間に流れる電流を測定することができる。本実施形態の評価手段６１０は、電流計６１３を用いて、第１の電極１２と第２の電極１３との間に流れる電流を測定する。さらに、第１の電極１２と第２の電極１３との間に流れる電流値から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段６２０とを備える。【０１１４】
本実施形態のナノカーボン分離装置６００では、評価手段６１０が、分離槽１１内にて、第１の電極１２と、第２の電極１３に流れる、電気泳動時の電流を計測する電流計６１３を有する。【０１１５】
評価手段６１０の電流計６１３は、ケーブル２１を介して、判断手段６２０と電気的に接続されている。
また、判断手段６２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【０１１６】
評価手段６１０の電流計６１３としては、第１の電極１２と第２の電極１３に流れる電流値を測定することができるものであれば特に限定されない。また、電流計６１３は、第１の評価用電極６１１と第２の評価用電極６１２の間の電流値の測定結果を電気信号に変換して、判断手段６２０へ出力することができるようになっている。
なお、電流計６１３を設置する代わりに、直流電源１６として、例えば高精度の電流計を内蔵したソース・メジャー・ユニット（製品の例、ケースレー社製、２４００ソースメータ）を用いても効果は同様である。【０１１７】
図１５に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【０１１８】
判断手段６２０は、評価手段６１０から発信された、電流計６１３で測定した電流値に関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を判断する。
判断手段６２０は、第１の電極１２と第２の電極１３に流れる電流値が、規定の値以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断する。
判断手段６２０が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。すなわち、判断手段６２０は、直流電源１６に対して、直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信する。【０１１９】
本実施形態のナノカーボン分離装置６００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置６００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置６００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【０１２０】
本実施形態のナノカーボン分離装置６００によれば、電気泳動中のナノカーボンの分散液３０内における、第１の電極１２と第２の電極１３との間の電流値を測定するための電流計６１３を有する評価手段６１０を設け、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段６２０を設けた。これにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０における、第１の電極１２と第２の電極１３との間の電流値により、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１２１】
（ナノカーボンの分離方法）
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（以下、「注入工程」と言う。）と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンを第１の電極１２側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液３０に含まれる半導体型ナノカーボンを第２の電極１３側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（以下、「分離工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する工程（以下、「評価工程」と言う。）と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する工程（以下、「判断工程」と言う。）と、を有する。
【実施例４】
【０１２２】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１２３】
「単層カーボンナノチューブ分散の調製」
実施例１と同様にｅＤＩＰＳ法で合成された平均直径が１．０ｎｍの単層カーボンナノチューブの含有量が１０μｇ／ｍＬ、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテルの含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を用意した。【０１２４】
「単層カーボンナノチューブ分散液の注入」
上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、実施例１と同様に、図１４に示すナノカーボン分離装置６００の分離槽１１に注入した。
本実施例のナノカーボンの分離方法では、電気泳動中のナノカーボンの分散液３０内における、第１の電極１２と第２の電極１３との間の電流値を測定するための電流計６１３を有する評価手段６１０を設け、電気泳動中の電流値を評価する。【０１２５】
「分離操作」
実施例１と同様に、ナノカーボン分離装置１０の第１の電極１２（陰極）と第２の電極１３（陽極）に１２０Ｖの直流電圧を印加した。【０１２６】
「評価」
電圧を印加と同時に、電気泳動中の電流値を測定し、９６時間経過するまでの、電気泳動中の電流値の測定結果を図１６に示す。左の縦軸は測定した電気泳動中の電流値を示し、横軸は電圧印加時間を示す。
図１６に示したように、電圧印加直後は、最大で３００ｕＡを超える電流が流れた。しかし２４時間後には、電流は１００ｕＡ以下になり、さらに、４５時間後には、７０ｕＡ以下まで低下している。このように、電気泳動が進行し、分離槽１１内を移動する物質が少なくなると、電気泳動中の電流値が小さくなることが確認された。したがって、電気泳動中の電流値が十分小さくなったときに分離の終点とすることができる。
判断工程にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。【０１２７】
図１６に示した状態では、例えば、電気泳動の電流値が７０ｕＡ以下まで低下した時に、電気泳動の電圧印加を停止すればよい。この終点位置は、所望の分離の進行度に合わせて、変更することができるのは、実施例１の電位測定の場合と同様である。
なお、電気泳動の電流は、印加する電圧、分離槽１１の形状、第１の電極１２と第２の電極１３の形状、並びに、ナノカーボンの分散液３０の組成等により変化する。したがって、再現性を確保するためには、こうした分離操作の条件を合わせておく必要がある。
本実施例のように、電気泳動の電流値から電気泳動中の電流値から状態を判断する場合には、装置構成が最も簡単で良いことが利点である。また、評価工程と判断工程が、分離工程と同時に行うことができ、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離終点をリアルタイムに正確に判断することができる。【０１２８】
本実施形態のナノカーボン分離装置６００によれば、分離槽１１内にて１の電極１２と第２の電極１３との間の電流値を測定する評価手段６１０を設けている。さらに判断手段６２０を設けることにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する。この結果、ナノカーボンの分離する工程において、目視により分離状態の確認方法や、電気泳動の電圧印加時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１２９】
［第５の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１７は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。本実施形態は、第２の実施形態の変形例である。なお、図１７において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【０１３０】
本実施形態のナノカーボン分離装置５００は、分離槽１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、ナノカーボンの分散液３０の導電率を評価する評価手段５１０と、評価手段５１０で評価したナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段５２０とを備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置５００は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１６を備えていてもよい。直流電源１６は、ケーブル１７を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１８を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。【０１３１】
評価手段５１０の導電率計５１２は、ケーブル２１を介して、判断手段５２０と電気的に接続されている。
また、判断手段５２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【０１３２】
評価手段５１０の評価用電極５１１としては、無担体電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液３０に対して安定なものであれば特に限定されない。【０１３３】
複数の評価用電極５１１を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみに評価用電極５１１を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、評価用電極５１１は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。【０１３４】
図１８に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【０１３５】
判断手段５２０は、評価手段５１０から発信された、導電率計５１２で測定した導電率に関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を判断する。
判断手段５２０では、導電率の変化量が大きく変動する点が、規定の測定位置以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断する。【０１３６】
判断手段５２０が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。すなわち、判断手段５２０は、直流電源１６に対して、直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信する。【０１３７】
本実施形態のナノカーボン分離装置５００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置５００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置５００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【０１３８】
本実施形態のナノカーボン分離装置５００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の導電率を測定する、評価用電極５１１と導電率計５１２を有する評価手段５１０を設け、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段５２０を設けた。これにより、ナノカーボンを分離する工程において、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の導電率により、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１３９】
［第６の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図１９は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。本実施形態は、第３の実施形態の変形例である。図９において、図７に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【０１４０】
本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、分離槽１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、ナノカーボンの分散液３０の発光スペクトルを評価する評価手段３１０と、評価手段３１０で評価したナノカーボンの分散液３０の発光スペクトルから、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段３２０とを備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置３００は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１６を備えていてもよい。直流電源１６は、ケーブル１７を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１８を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。【０１４１】
本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、評価手段３１０が、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０に光を入射（照射）する光源３１１と、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の検知部を有する検知器３１２とを有する。検知器３１２の検知部は、光源３１１から出射され、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０から発光した光を受光する。【０１４２】
評価手段３１０の検知器３１２は、ケーブル２１を介して、判断手段３２０と電気的に接続されている。
また、判断手段３２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【０１４３】
評価手段３１０の光源３１１は、分散液３０のナノカーボンを励起するためのものである。【０１４４】
評価手段３１０の検知器３１２としては、一般的に溶液の発光スペクトルの測定に用いられるものが挙げられる。また、検知器３１２は、各検知部における発光スペクトルの測定結果を電気信号に変換して、判断手段３２０へ出力することができるようになっている。【０１４５】
検知器３１２において、複数の検知部を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみに検知器３１２の検知部を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、検知器３１２の検知部は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。【０１４６】
図２０に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【０１４７】
判断手段３２０は、評価手段３１０から発信された、検知器３１２で測定した発光スペクトルに関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を判断する。
判断手段３２０は、発光スペクトルの変化量が大きく変動する点が、規定の測定位置以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断する。
判断手段３２０が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。すなわち、判断手段３２０は、直流電源１６に対して、直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信する。【０１４８】
本実施形態のナノカーボン分離装置３００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置３００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置３００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【０１４９】
本実施形態のナノカーボン分離装置３００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の発光スペクトルを測定する、検知器３１２を有する評価手段３１０を設け、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段３２０を設ける。この結果、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の発光スペクトルにより、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１５０】
［第７の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図２１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。本実施形態は、第３の実施形態の変形例である。図２１において、図１１に示した第３の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。【０１５１】
本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、分離槽１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、ナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態を評価する評価手段４１０と、評価手段４１０で評価したナノカーボンの分散液３０の屈折率から、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段４２０とを備える。また、本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、第１の電極１２と第２の電極１３との間に直流電圧を印加する直流電源１６を備えていてもよい。直流電源１６は、ケーブル１７を介して第１の電極１２に電気的に接続され、ケーブル１８を介して第２の電極１３に電気的に接続されている。【０１５２】
本実施形態のナノカーボン分離装置４００では、評価手段４１０が、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０に光を入射（照射）する光源４１１と、分離槽１１の高さ方向に沿って等間隔に配置された複数の検知部を有する検知器４１２とを有する。検知器４１２の検知部は、光源４１１から出射され、分離槽１１内に収容されたナノカーボンの分散液３０を透過した光を受光し、屈折率を測定する。【０１５３】
評価手段４１０の検知器４１２は、ケーブル２１を介して、判断手段４２０と電気的に接続されている。
また、判断手段４２０は、ケーブル２２を介して、直流電源１６と電気的に接続されている。【０１５４】
評価手段４１０の検知器４１２としては、一般的に溶液の屈折率の測定に用いられるものが挙げられる。また、検知器４１２は、各検知部における屈折率の測定結果を電気信号に変換して、判断手段４２０へ出力することができるようになっている。【０１５５】
検知器４１２において、複数の検知部を配置する間隔は、特に限定されず、分離槽１１の高さや、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）等に応じて適宜調整される。分離の終了時に、あらかじめ注目すべきナノカーボンの分散液３０の場所が分かっていれば、その周囲のみに検知器４１２の検知部を配置することも可能である。例えば、分離後に分離槽１１の下側に集まるナノカーボンの分散液３０の物理的状態または化学的状態に基づいて、分離の終点を決定する場合には、検知器４１２の検知部は、分離槽１１の下側に配置されていればよい。【０１５６】
図２２に示すように、分離槽１１内に単層カーボンナノチューブ分散液を収容した状態で、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、第１の電極１２（陰極）側に金属型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ａが形成される。また、第２の電極１３（陽極）側に半導体型単層カーボンナノチューブが集まり分散液相Ｂが形成される。また、分散液相Ａと分散液相Ｂの間には、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相Ｃが形成される。【０１５７】
判断手段４２０は、評価手段４１０から発信された、検知器４１２で測定した屈折率に関する電気信号を受信し、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を判断する。
判断手段４２０は、屈折率の変化量が大きく変動する点が、規定の測定位置以下になった場合に、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断する。
判断手段４２０が、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離を終了すると判断すると、直流電源１６からの第１の電極１２と第２の電極１３との間への直流電圧の印加を停止する。すなわち、判断手段４２０は、直流電源１６に対して、直流電圧の印加の停止を指示する電気信号を発信する。【０１５８】
本実施形態のナノカーボン分離装置４００は、第１の実施形態と同様に、分離槽１１内のナノカーボンの分散液３０の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることが好ましい。【０１５９】
本実施形態のナノカーボン分離装置４００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置４００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置４００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。【０１６０】
本実施形態のナノカーボン分離装置４００によれば、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、ナノカーボンの分散液３０の屈折率を測定する、検知器４１２を有する評価手段４１０を設け、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を判断する判断手段４２０を設ける。この結果、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、目視により分散液相が形成されたことを確認する方法や、一対の電極間に直流電圧を印加する時間に依らずに、ナノカーボンの分散液３０の屈折率により、ナノカーボンの分散液３０の分離状態を客観的に把握でき、正確な分離の終点を決定し、再現性良く、精度の高い分離を実現することができる。または、正確な分離の終点の決定を利用して、分離操作を自動化し、作業効率を向上することができる。【０１６１】
上述の本発明の実施形態、および、実施例では、ナノカーボン分離装置が、評価手段として、ナノカーボン分散液の電位を測定する手段、ナノカーボン分散液のｐＨを測定する手段、ナノカーボン分散液の吸光度を測定する手段、第１の電極と第２の電極との間の電流値を測定する手段、ナノカーボン分散液の導電率を測定する手段、ナノカーボン分散液の発光スペクトルを測定する手段、および、ナノカーボン分散液の屈折率を測定する手段からなる群から選択される１つの手段を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、評価手段として、ナノカーボン分散液の電位を測定する手段、ナノカーボン分散液のｐＨを測定する手段、ナノカーボン分散液の吸光度を測定する手段、第１の電極と第２の電極との間の電流値を測定する手段、ナノカーボン分散液の導電率を測定する手段、ナノカーボン分散液の発光スペクトルを測定する手段、および、ナノカーボン分散液の屈折率を測定する手段からなる群から選択される２つ以上の手段を有していてもよい。【０１６２】
上述の本発明の実施形態、および、実施例では、ナノカーボンの分離方法が、評価工程において、ナノカーボン分散液の分離状態を、ナノカーボン分散液の電位、ナノカーボン分散液のｐＨ、ナノカーボン分散液の吸光度、第１の電極と第２の電極との間の電流値、ナノカーボン分散液の導電率、ナノカーボン分散液の発光スペクトル、および、ナノカーボン分散液の屈折率からなる群から選択される１つにより評価する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、ナノカーボンの分離方法が、評価工程において、ナノカーボン分散液の分離状態を、ナノカーボン分散液の電位、ナノカーボン分散液のｐＨ、ナノカーボン分散液の吸光度、第１の電極と第２の電極との間の電流値、ナノカーボン分散液の導電率、ナノカーボン分散液の発光スペクトル、および、ナノカーボン分散液の屈折率からなる群から選択される２つ以上により評価していてもよい。【０１６３】
以上、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合に適用することができる実施形態を説明したが、多層カーボンナノチューブの混合物、ニ層カーボンナノチューブの混合物、グラフェンの混合物等を分離する場合にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１０，１００，２００，３００，４００，５００，６００・・・ナノカーボン分離装置、
１１・・・分離槽、
１２・・・第１の電極、
１３・・・第２の電極、
１４，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０・・・評価手段、
１５，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０・・・判断手段、
１６・・・直流電源、
１７，１８，２１，２２・・・ケーブル、
１９，５１１・・・評価用電極、
２０・・・電位計、
３０・・・ナノカーボンの分散液、
１１１・・・ｐＨセンサー、
１１２・・・ｐＨ計、
２１１，３１１，４１１・・・光源、
２１２，３１２，４１２・・・検知器、
５１２・・・導電率計、
６１１・・・第１の評価用電極、
６１２・・・第２の評価用電極、
６１３・・・電流計。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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