(57)【要約】  界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、分散媒を保持する第２の多孔構造と、前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、前記第１の多孔構造、前記保持部および前記第２の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備えるナノカーボン分離装置。
2019073882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、
分散媒を保持する第２の多孔構造と、
前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、
前記第１の多孔構造、前記保持部および前記第２の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、
前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、
前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備えるナノカーボン分離装置。
【請求項２】
前記第１の多孔構造および前記第２の多孔構造は、スポンジから構成される請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項３】
前記保持部は、第３の多孔構造からなる請求項１または２に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項４】
前記第１の多孔構造、および前記第２の多孔構造の少なくとも１つは、厚さ方向に沿って配置された複数の領域からなる請求項１または２に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項５】
前記第１の多孔構造、前記第２の多孔構造および前記第３の多孔構造の少なくとも１つは、厚さ方向に沿って配置された複数の領域からなることを特徴とする請求項３に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項６】
前記第１の電極は前記第１の多孔構造の外側および内部のいずれか一方に設けられ、前記第２の電極は前記第２の多孔構造の外側および内部のいずれか一方に設けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノカーボン分離装置。
【請求項７】
界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させた保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、
前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有するナノカーボンの分離方法。
【請求項８】
界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させる保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、
前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、
前記分散液を前記保持部に保持させる工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有するナノカーボンの分離方法。
【請求項９】
前記印加する工程は、前記分散液に含まれる半導体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金属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、請求項７または８に記載のナノカーボンの分離方法。
【請求項１０】
前記分離する工程の後に、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンまたは半導体型ナノカーボンを回収する工程を有する請求項７または８に記載のナノカーボンの分離方法。
【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】
単層カーボンナノチューブは、高い電子移動度を持ち、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。単層カーボンナノチューブは、半導体性と金属性の異なる性質を持つ材料が２：１の割合で含まれる混合物として合成されるため、工業的に応用するためには、性質毎に高純度かつ速やかに分離を行う必要がある。【０００３】
単層カーボンナノチューブの混合物を分離する方法としては、例えば、導入配置する工程と、分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。導入配置する工程は、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、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。分離する工程は、積層して導入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に直流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。また、単層カーボンナノチューブを非イオン性界面活性剤溶液中へ分散した単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液に対して縦型に設置された分離槽内で直流電圧を印加し、単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液層と半導体性単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液の層との、少なくとも２層に分離する工程を有する単層カーボンナノチューブ分離方法がある。単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液層は、各ミセルが全体として正電荷を有する金属性単層カーボンナノチューブの濃縮されている層である。半導体性単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液の層は、各ミセルが全体としては極めて弱い電荷しか有しない層である。この単層カーボンナノチューブ分離方法であって、直流電圧が、分離槽の上部に設置された陰極と、下部設置された陽極とにより印加され、電界の向きが重力方向と平行で上方に向いている方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５４１２８３号公報
【特許文献２】特許第５７１７２３３号公報
【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および２に記載の分離方法では、電圧印加前の電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なる、３つのナノカーボンの分散液からなる層を形成する必要があった。また、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液が混ざらないように、電気泳動漕内にナノカーボンの分散液を非常にゆっくり注入しなければならなかった。【０００６】
本発明は、性質の異なるナノカーボンの分離において、電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液からなる層を効率的に形成する、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、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、分散媒を保持する第２の多孔構造と、前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、前記第２の多孔構造、前記保持部および前記第１の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備える。【０００８】
本発明のナノカーボンの分離方法は、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させた保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、前記第１の多孔構造の下端の少なくとも一部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上端の少なくとも一部に第２の電極を接触させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有する。【０００９】
本発明のナノカーボンの分離方法は、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させる保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、この順に配置する工程と、前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、前記分散液を保持させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液からなる層を効率的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】第１の実施形態のナノカーボン分離装置の変形例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の分離方法を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態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７】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８】第２の実施形態のナノカーボンの分離方法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の分離方法を示す模式図である。
【図１０】第２の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。
【図１１】第２の実施形態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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［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、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３と、分離槽１４と、第１の多孔構造１１の下部に接触して設けられた第１の電極１５と、第２の多孔構造１２の上部に接触して設けられた第２の電極１６と、を備える。保持部１３は、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間に設けられ、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ない分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）を保持する。分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。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１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加する直流電源（図示略）を備えていてもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１５が第１の多孔構造１１の下端（下面）１１ａに接触して設けられ、第２の電極１６が第２の多孔構造１２の上端（上面）１２ａに接触して設けられた場合を例示する。
【００１４】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、例えば、図１に示すように、内部に細かな孔（以下、「細孔」と言う。）が無数に空いた多孔質の柔らかい物体であるスポンジからなる。
第１の多孔構造１１の外形は、界面活性剤を含む溶液を浸潤させて、その溶液を保持することができるものであれば、特に限定されない。また、第２の多孔構造１２の外形は、分散媒を浸潤させて、その分散媒を保持することができるものであれば、特に限定されない。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の外形としては、例えば、円柱形状、三角柱状、四角柱状、五角以上の多角柱状等が挙げられる。
【００１５】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２をなすスポンジは、特に限定されない。スポンジの材質は、界面活性剤を含む溶液と分散媒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。スポンジは、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質体である。スポンジとしては、天然の海綿からなるもの、合成樹脂からなる人造のスポンジ等が挙げられる。また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２には、スポンジの代わりに、ゲル、軽石等が用いられてもよい。
【００１６】
また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していてもよい。すなわち、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、所定の厚みの板状の単位が複数積層されてなるものであってもよい。厚さ方向は、例えば、分離槽１４における、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２の配置方向である。換言すると、厚さ方向は、例えば、カーボンナノチューブが分離する方向である。複数の単位（領域）は、互いに厚みが等しくてもよく、厚みが異なっていてもよい。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２が、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していれば、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離した後、それぞれのナノカーボンが含まれる領域のみを取り出すことができる。
【００１７】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の大きさ（高さ、外径、体積等）は、特に限定されず、第１の多孔構造１１に保持させる溶液の量や、第２の多孔構造１２に保持させる分散媒の量に応じて、適宜調整される。
【００１８】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率（多孔度）は、ナノカーボンミセルが通過でき、かつ、連続的に孔がつながり、上下の電極間に対して電位勾配が形成されるならば、いかなる多孔率をとっても良い。例えば、合成スポンジを用いた第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率（多孔度）は、８０％以上９９．９％以下であることが好ましく、９０％以上９９％以下であることがより好ましい。
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率が８０％以上であれば、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の全域において、細孔が連通する。このため、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２がナノカーボンの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移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの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効率的に分離することができる。一方、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率が９９．９％以下であれば、第１の多孔構造１１に浸潤させた溶液を、第１の多孔構造１１へと安定に保持可能であり、第２の多孔構造１２に浸潤させた分散媒を、第２の多孔構造１２へと安定に保持可能である。
【００１９】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の総体積に対して、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔が占める割合である。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、例えば、下記の式（１）で表わされる。
ａ１／Ａ１×１００・・・（１）
すなわち、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の全体積ａ１と、細孔を含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の全体積Ａ１との比の百分率で表わされる。
【００２０】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を求める方法として、次の方法が挙げられる。この方法では、例えば、細孔を含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の見かけの比重ｄ１と、含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の真の比重Ｄ１とを求め、それらの比重に基づいて、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を算出する。この方法では、下記の式（２）に基づいて、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を算出する。
（Ｄ１−ｄ１）／Ｄ１×１００・・・（２）
【００２１】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の大きさ、すなわち、細孔の内径は、４０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径は、１ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下である。
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２が、ナノカーボンの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移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの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効率的に分離することができる。
【００２２】
なお、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
【００２３】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の大きさを求める方法としては、例えば、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察し、その顕微鏡像から細孔の大きさを実測する方法等が挙げられる。
【００２４】
第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、ナノカーボンの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確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離が進行すると、ナノカーボンの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の色を背景として、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、目視にて確認することができる。
【００２５】
第１の多孔構造１１の下端１１ａには、第１の電極１５との密着度を高くすることで、第１の多孔構造１１と、第１の電極１５との導通を確保するために、導電性フィルムが設けられていることが好ましい。同様に、第２の多孔構造１２の上端１２ａには、第２の電極１６との密着度を高くすることで、第２の多孔構造１２と、第２の電極１６との導通を確保するために、導電性フィルムが設けられていることが好ましい。導電性フィルムとしては、例えば、熱硬化性樹脂等の接着材に微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを、膜状に成形することで生成される異方性導電フィルム等が挙げられる。
【００２６】
第１の多孔構造１１の下端１１ａに導電性フィルムを設けることにより、導電性フィルムを介して、第１の多孔構造１１に対する第１の電極１５の接触面積を大きくすることができる。また、第２の多孔構造１２の上端１２ａに導電性フィルムを設けることにより、導電性フィルムを介して、第２の多孔構造１２に対する第２の電極１６の接触面積を大きくすることができる。その結果、直流電源から第１の電極１５と第２の電極１６との間への直流電圧の印加を効率的に行うことができる。
【００２７】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、保持部１３は第３の多孔構造からなる。保持部１３をなす第３の多孔構造は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、ナノカーボンの分散液を浸潤させて、そのナノカーボンの分散液を保持することができるものであれば、特に限定されない。保持部１３をなす第３の多孔構造は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２と同様のものであることが好ましい。
【００２８】
分離槽１４は、Ｉ字型（縦型）構造を有する電気泳動槽である。また、分離槽１４は、界面活性剤を含む溶液を保持した第１の多孔構造１１、分散媒を保持した第２の多孔構造１２、およびナノカーボンの分散液を保持した保持部（第３の多孔構造）１３を収容可能な空間を有する。分離槽１４は、界面活性剤を含む溶液を保持した第１の多孔構造１１、分散媒を保持した第２の多孔構造１２、およびナノカーボンの分散液を保持した保持部１３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。分離槽１４の内部の形状は、第１の多孔構造１１、第２の多孔構造１２および保持部１３の外形に相似の形状であることが好ましい。
【００２９】
Ｉ字型構造の分離槽１４は、例えば、中空管形状を有する容器である。Ｉ字型構造の分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２を支持できる構造であればよく、例えば、上端に開口を有し、下端は閉じられて器の底になっている構造である。Ｉ字型構造の分離槽１４は、長手方向が水平面に立設される。
【００３０】
分離槽１４内には、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。すなわち、分離槽１４内にて、第１の多孔構造１１と保持部１３、および保持部１３と第２の多孔構造１２は互いに接している。
【００３１】
分離槽１４の材質は、ナノカーボンの分散液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１４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。
【００３２】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰極である。この場合、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、電界の向きが第１の多孔構造１１の下端１１ａから第２の多孔構造１２の上端１２ａへ向かう。
【００３３】
第１の電極１５および第２の電極１６は、電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液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１５および第２の電極１６としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
【００３４】
第１の電極１５は、第１の多孔構造１１の下端１１ａに接触して、第１の多孔構造１１の下端１１ａに固定されている。第２の電極１６は、第２の多孔構造１２の上端１２ａに接触して、第２の多孔構造１２の上端１２ａに固定されている。
第１の電極１５および第２の電極１６の構造は、特に限定されず、第１の多孔構造１１や第２の多孔構造１２の形状や大きさ等に応じて適宜選択される。第１の電極１５および第２の電極１６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１５および第２の電極１６の構造としては、例えば、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。
【００３５】
なお、図１では、第１の多孔構造１１の下端１１ａのほぼ全面に第１の電極１５が設けられ、第２の多孔構造１２の上端１２ａのほぼ全面に第２の電極１６が設けられた場合を例示したが、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では、第１の電極１５と第２の電極１６との間に充分に直流電圧を印加することができれば、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５が設けられていればよく、また、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６が設けられていればよい。
【００３６】
第１の電極１５および第２の電極１６は、分離槽１４内に収容される。すなわち、第１の電極１５は分離槽１４内の下部に設けられ、第２の電極１６は分離槽１４内の上部に設けられる。そして、分離槽１４内にて第１の電極１５と第２の電極１６の間に、分離槽１４の高さ方向に沿って延在するように、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置される。
【００３７】
直流電源は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加することができるものであれば特に限定されない。
【００３８】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰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１５が陰極、第２の電極１６が陽極であってもよい。
【００３９】
本実施形態のナノカーボン分離装置１０によれば、分離槽２０内にて、第１の電極１５と第２の電極１６の間に、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３を設ける。保持部１３は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法において、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮することができる。
【００４０】
（ナノカーボン分離装置の変形例）
図２は、本実施形態のナノカーボン分離装置の変形例を示す模式図である。なお、図２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。
【００４１】
この変形例のナノカーボン分離装置１００が、上述のナノカーボン分離装置１０と異なる点は、第１の電極１５が第１の多孔構造１１の内部に設けられ、第２の電極１６が第２の多孔構造１２の内部に設けられている点である。このようにすれば、分離槽１４内に収容されたナノカーボンの分散液に効率的に電圧を印加することができる。
【００４２】
（ナノカーボンの分離方法）
図１〜図６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。
【００４３】
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、配置工程と、接触工程と、分離工程とを有する。配置工程は、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、ナノカーボンの分散液を保持させた保持部１３、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する。接触工程は、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる。分離工程は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第１の電極１５側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第２の電極１６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。
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、ナノカーボンの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。
【００４４】
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、例えば、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を含むナノカーボンの分散液から、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
単層カーボンナノチューブの混合物を、界面活性剤とともに分散媒に分散させて、単層カーボンナノチューブ分散液が調製される。この単層カーボンナノチューブ分散液は、保持部１３に保持される。
【００４８】
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という理由から、水または重水が好適に用いられる。
【００４９】
界面活性剤としては、例えば、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。
【００５０】
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、例えば、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。）
【００５１】
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：ＢｒｉｊＬ２３、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：ＢｒｉｊＣ２０、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：ＢｒｉｊＳ２０、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：ＢｒｉｊＯ２０、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：ＢｒｉｊＳ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
【００５２】
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：Ｔｗｅｅｎ６０、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：Ｔｗｅｅｎ８５、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：ＴｒｉｔｏｎＸ−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：ＴｒｉｔｏｎＸ−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。
【００５３】
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い。このため、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。
【００５４】
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、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。
【００５５】
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する。これにより、単層カーボンナノチューブ分散液は、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。
【００５６】
上記の界面活性剤を、上記の分散媒に溶解させて、溶液が調製される。この溶液は、第１の多孔構造１１に保持される。なお、この溶液に含まれる界面活性剤と分散媒としては、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる界面活性剤と分散媒と同一のものが用いられる。また、この溶液における界面活性剤の含有量は、単層カーボンナノチューブ分散液における界面活性剤の含有量よりも多く設定される。
【００５７】
次いで、第１の多孔構造１１に界面活性剤を含む溶液を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に第１の多孔構造１１が配置される。続いて、液槽内に界面活性剤を含む溶液が注入され、液槽内の第１の多孔構造１１にその溶液が浸潤し、第１の多孔構造１１にその溶液が保持される。
また、第２の多孔構造１２に分散媒を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に第２の多孔構造１２が配置される。続いて、液槽内に分散媒が注入され、液槽内の第２の多孔構造１２にその分散媒が浸潤し、第２の多孔構造１２にその溶液が保持される。なお、第２の多孔構造１２には、単層カーボンナノチューブ分散液よりも界面活性剤の含有量が少ない溶液を保持させることも可能である。
また、保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に保持部１３が配置される。続いて、液槽内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、液槽内の保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
【００５８】
次いで、配置工程にて、図３に示すように、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、単層カーボンナノチューブ分散液を保持させた保持部１３、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する工程が行われる（図６のＳＴ１）。
【００５９】
配置工程では、分離槽１４内の下面１４ａに第１の電極１５が設けられていることが好ましい。
また、配置工程では、分離槽１４内に、第１の多孔構造１１と保持部１３と第２の多孔構造１２とを、この順に配置すればよく、必ずしも第１の電極１５に第１の多孔構造１１の下端１１ａを接触させる必要はない。
【００６０】
次いで、接触工程にて、例えば、図１に示すように、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる工程が行われる（図６のＳＴ２）。
【００６１】
次いで、分離工程にて、図４に示すように、電気泳動法により、保持部１３に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第１の電極１５側に移動させるとともに、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を第２の電極１６側に移動させる工程が行われる。これにより、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が分離する（図６のＳＴ３）。
【００６２】
単層カーボンナノチューブ分散液中では、金属型単層カーボンナノチューブが正電荷を有し、半導体型単層カーボンナノチューブが極めて弱い負電荷を有する。
【００６３】
したがって、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物のうち、半導体型単層カーボンナノチューブが第１の電極１５（陽極）側に移動し、金属型単層カーボンナノチューブが第２の電極１６（陰極）側に移動する。その結果として、図４に示すように、分散液相Ａ、分散液相Ｂ、および分散液相Ｃが形成される。分散液相Ａは、第２の多孔構造１２内に、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である。分散液相Ｂは、第１の多孔構造１１内に、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である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間にある保持部１３に、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である。
【００６４】
第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１５と第２の電極１６との間の距離やナノカーボンの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。
【００６５】
ナノカーボンの分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１５と第２の電極１６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。
【００６６】
例えば、第１の電極１５と第２の電極１６の距離（電極間距離）、すなわち、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２からなる積層体の高さが３０ｃｍである場合を例示する。この場合、第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧は、１５Ｖ以上４５０Ｖ以下であることが好ましく、３０Ｖ以上３００Ｖ以下であることがより好ましい。
第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、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。一方、第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水が電気分解することを抑えられる。
【００６７】
また、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加したとき、第１の電極１５と第２の電極１６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。
第１の電極１５と第２の電極１６の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、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。一方、第１の電極１５と第２の電極１６の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水が電気分解することを抑えられる。
【００６８】
分離工程における、第１の多孔構造１１に保持されている溶液、保持部１３に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液、および第２の多孔構造１２に保持されている分散媒の温度は、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。
【００６９】
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が進行すると、金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い単層カーボンナノチューブ分散液は黒色となり、単層カーボンナノチューブの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、第１の多孔構造１１、第２の多孔構造１２および保持部１３の色を背景として、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状態が、目視にて確認される。目視にて確認した場合に、単層カーボンナノチューブ分散液の色が変化しなくなった時点で分離工程が終了する。
単層カーボンナノチューブ分散液における呈色の状態は、カメラによる画像認識、あるいは、光吸収スペクトルの計測等を用いることにより、自動化することも可能である。
【００７０】
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工程が行われる。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した分散液相Ｂが回収（分取）され、第２の多孔構造１２から、分離した分散液相Ａが回収（分取）される。
【００７１】
分散液相Ａと分散液相Ｂの回収方法は、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。
回収方法としては、例えば、次のような方法が用いられる。
【００７２】
回収方法としては、次の方法が挙げられる。例えば、図５に示すように、分離槽１４から、分散液相Ｂを含む第１の多孔構造１１と、分散液相Ａを第２の多孔構造１２と、分散液相Ｃを含む保持部１３とを、それぞれ回収し、第１の多孔構造１１から半導体型単層カーボンナノチューブを回収（分取）し、第２の多孔構造１２から金属型単層カーボンナノチューブを回収（分取）する方法である。
【００７３】
回収した分散液を、再び、保持部１３に保持させて、上述と同様にして、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が繰り返し実施されてもよい。これにより、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。
【００７４】
回収した分散液の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ  Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ  Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ−Ｗｉｇｎｅｒ−Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、および紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）等の手法により評価することができる。また、単層カーボンナノチューブの電気的特性について評価することによっても、分散液の分離効率を評価することができる。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって、分散液の分離効率を評価することができる。
【００７５】
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、例えば、分離槽１４の下部に界面活性剤を含む溶液が静かに導入され、その上に、単層カーボンナノチューブ分散液が静かに導入し、さらに、その上に、水が静かに導入され、界面活性剤の含有量が異なる３つの液体からなる層が形成される。単層カーボンナノチューブ分散液は、単層カーボンナノチューブおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ない。層の形成後、電気泳動法によって、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分離するナノカーボンの分離方法（以下、「ナノカーボンの分離方法α」と言う。）よりも、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迅速かつ効率的に分離することができる。
すなわち、ナノカーボンの分離方法αでは、３つの液体からなる層を形成するために、互いに接している２つの層が混合しないように、分離槽１４に、それぞれの液体を静かに導入しなければならない。このため、非常に長い時間を要するという課題がある。一方、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、予め界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１と、予め単層カーボンナノチューブ分散液を保持させた保持部１３と、予め分散媒を保持させた第２の多孔構造１２とが、分離槽１４内に収容される。この後に、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が分離される。このため、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮し、結果として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速かつ効率的に分離することができる。
【００７６】
また、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、次のことを実現できる。すなわち、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操作が終了した後、第１の多孔構造１１から、分離した半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収し、第２の多孔構造１２から、分離した金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
【００７７】
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。ただし、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、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２からなる積層体内にて、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われてもよい。
【００７８】
［第２の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
図７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７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。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部２１０と、分離槽１４と、第１の電極１５と、第２の電極１６と、を備える。保持部２１０は、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間に設けられ、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部２１０および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。第１の電極１５は、第１の多孔構造１１の下端１１ａに接触して設けられる。第２の電極１６は、第２の多孔構造１２の上端１２ａに接触して設けられる。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１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加する直流電源（図示略）を備えていてもよい。
【００７９】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００において、保持部２１０は、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２との間の空間からなる。
【００８０】
保持部２１０の厚み、すなわち、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間の距離は、特に限定されない。保持部２１０の厚みは、保持部２１０に保持させるナノカーボンの分散液の量に応じて適宜調整される。
【００８１】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰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１５が陰極、第２の電極１６が陽極であってもよい。
【００８２】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、分離槽２０内にて、第１の電極１５と第２の電極１６の間に、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３とを設ける。保持部１３は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法において、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮することができる。
【００８３】
（ナノカーボンの分離方法）
図７〜図１１を用いて、ナノカーボン分離装置２００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２００の作用を説明する。なお、図７〜図１０において、図１および図２に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図３〜図５に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法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。
【００８４】
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、配置工程と、接触工程と、分離工程とを有する。配置工程は、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる保持部１１０、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する。接触工程は、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる。分離工程は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加して、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第１の電極１５側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第２の電極１６側に移動させて、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を分離する。
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、ナノカーボンの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。
【００８５】
まず、第１の実施形態と同様にして、界面活性剤を含む溶液と単層カーボンナノチューブ分散液が調製される。
【００８６】
次いで、第１の実施形態と同様にして、第１の多孔構造１１に界面活性剤を含む溶液が保持される。
また、第２の多孔構造１２に分散媒が保持される。
【００８７】
次いで、配置工程にて、図８に示すように、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する工程が行われる（図１１のＳＴ１１）。
【００８８】
配置工程では、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間の空間からなる保持部２１０が形成されるように、分離槽１４の高さ方向に沿って、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２が離隔して配置される。
配置工程では、分離槽１４内の下面１４ａに第１の電極１５が設けられていることが好ましい。
また、配置工程では、分離槽１４内に、第１の多孔構造１１と保持部２１０と第２の多孔構造１２とが、この順に配置されればよく、必ずしも第１の電極１５に第１の多孔構造１１の下端１１ａを接触させる必要はない。
【００８９】
次いで、接触工程にて、例えば、図７に示すように、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる工程が行われる（図１１のＳＴ１２）。
【００９０】
次いで、保持部２１０内に、例えば、シリンジ等を用いて、単層カーボンナノチューブ分散液が注入される。すると、単層カーボンナノチューブ分散液の一部が、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２に浸潤して、保持される（図１１のＳＴ１３）。
【００９１】
次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程が行われる。分離工程にて、図９に示すように、電気泳動法により、保持部２１０、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブが第１の電極１５側に移動させられるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブが第２の電極１６側に移動させられる工程が行われる。これにより、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が分離する（図１１のＳＴ１４）。
【００９２】
第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図９に示すように、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、ナノカーボンの分散液は、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である。分散液相Ｂは、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である。分散液相Ｃは、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である。
【００９３】
分離工程が終了した後、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工程が行われる。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した分散液相Ｂが回収（分取）され、第２の多孔構造１２から、分離した分散液相Ａが回収（分取）される。
【００９４】
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収する回収方法としては、次の方法が挙げられる。例えば、図１０に示すように、分離槽１４から、分散液相Ｂを含む第１の多孔構造１１と、分散液相Ａを第２の多孔構造１２とを、それぞれ回収し、第１の多孔構造１１から半導体型単層カーボンナノチューブを回収（分取）し、第２の多孔構造１２から金属型単層カーボンナノチューブを回収（分取）する方法である。
【００９５】
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、保持部２１０に保持させて、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が繰り返し実施されてもよい。
【００９６】
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
【００９７】
本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、予め界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１と、予め分散媒を保持させた第２の多孔構造１２とを、分離槽１４内に収容した後に、保持部２１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。そして、単層カーボンナノチューブ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が分離される。このため、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮し、結果として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速かつ効率的に分離することができる。
【００９８】
また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、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操作が終了した後、次のことが実現される。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収し、第２の多孔構造１２から、分離した金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
【００９９】
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。ただし、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、第１の多孔構造１１、保持部２１０および第２の多孔構造１２からなる積層体内にて、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われてもよい。
【０１００】
この出願は、２０１７年１０月１０日に日本出願された特願２０１７−１９７２７５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１０１】
１０，１００，２００・・・ナノカーボン分離装置、
１１・・・第１の多孔構造、
１２・・・第２の多孔構造、
１３，２１０・・・保持部、
１４・・・分離槽、
１５・・・第１の電極、
１６・・・第２の電極。
【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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【国際調査報告】
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