(57)【要約】  本発明に係る炭素材料の分散液は、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなることを特徴とする。
2010074000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなる炭素材料の分散液。
【請求項２】
前記フッ素化処理された炭素材料は、その表面に炭素−フッ素結合が導入されたものである請求項１に記載の炭素材料の分散液。
【請求項３】
前記分散媒が極性溶媒である請求項１に記載の炭素材料の分散液。
【請求項４】
前記炭素材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンである請求項１又は２に記載の炭素材料の分散液。
【請求項５】
フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させて、その表面がフッ素化処理された炭素材料を生成する工程と、前記フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程とを含む炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項６】
前記炭素材料にフッ素化処理をした後、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、更に前記フッ素化処理後の炭素材料を室温まで冷却させる工程を行う請求項５に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項７】
前記フッ素化処理は、前記炭素材料の表面に対し炭素−フッ素結合を導入するものである請求項５又は６に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項８】
前記分散媒として極性溶媒を使用する請求項５〜７の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項９】
前記炭素材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンを使用する請求項５〜８の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散媒にフッ素化処理された炭素系材料を分散させた炭素材料の分散液及びその製造方法に関する。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンなどの各種用途への応用を可能にするための炭素材料の分散液及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは直径１μｍ以下の太さのチューブ状材料であり、炭素で構成され、６角網目の数や、チューブの太さによって異なる性質を有している。この為、将来の機械的・機能的材料として期待されている。【０００３】
カーボンナノチューブを用いて機械的及び機能的材料を製造する際には、カーボンナノチューブが分散媒に均一に分散された分散液を用いることが有益である。例えば、カーボンナノチューブが均一に分散された溶媒とポリマーを混合することによって、カーボンナノチューブがポリマーマトリックスに均一に分散したナノコンポジットを製造することができる。また、カーボンナノチューブが均一に分散された分散液の有する高い散乱性を利用して光学機器として用いることができる。更に、分散液を精製することによって、電解効果トランジスタや電解放出素子、二次電池等の製造にも利用されている。前記分散媒としては、例えば、水や酸性溶液、アルカリ性溶液、アルコール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、クロロホルム、アセトン、トルエン等が挙げられる。【０００４】
しかしながら、未だ、十分にカーボンナチューブを溶媒に分散する方法は確立されていない。これはカーボンナノチューブ相互の凝集力（ファンデルワールス力）によって、束状及び縄状になってしまうためである。また、カーボンナノチューブの原子レベルでの滑らかな表面が溶媒に対する親和性を低下する要因となっている。したがって、カーボンナノチューブの特異で有用な性質にもかかわらず、これを均一に分散したポリマー系ナノコンポジットなどを製造することは極めて困難であり、カーボンナノチューブの各種用途への応用を事実上困難にしている。【０００５】
これまでに、カーボンナノチューブの溶媒に対する分散性を改善するために様々な試みがなされているが、必ずしも十分な効果を得ていない。例えば、超音波をかけながらカーボンナノチューブをアセトン中に分散させる方法（下記、特許文献１参照）が提案されているが、超音波を照射している間は分散できても照射が終了するとカーボンナノチューブの凝集が始まり、カーボンナノチューブの濃度が高くなると凝集して分散性が低下するという問題がある。【０００６】
また、界面活性剤を用いる方法も提案されているが、カーボンナノチューブの配合量を増加させると、カーボンナノチューブが凝集し、均一な分散液が得られないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−８６２１９号公報
【特許文献２】特開２０００−７２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブ等の炭素系材料をフッ素化処理することにより極性を付与し、これにより分散性に優れた炭素材料の分散液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、炭素材料の分散液、及びその製造方法について検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。【００１０】
即ち、本発明に係る炭素材料の分散液は、前記の課題を解決する為に、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなることを特徴とする。【００１１】
炭素材料を単に分散媒に分散させただけでは、炭素材料相互の凝集力（ファンデルワールス力）によって凝集物となり、均一な分散性を有する分散液を得ることは困難である。本発明においては、この様な炭素材料に対しフッ素化処理を施してその表面をフッ素化することにより、当該炭素材料に極性を付与する。その結果、炭素材料同士が凝集・沈殿するのを防止することができ、分散媒中に炭素材料が均一に分散した炭素材料の分散液を得ることができる。【００１２】
前記構成に於いて、前記フッ素化処理された炭素材料は、その表面に炭素−フッ素結合が導入されたものであることが好ましい。【００１３】
前記構成に於いては、前記分散媒が極性溶媒であることが好ましい。本発明に於いては、炭素材料に対しフッ素化処理を行うことにより、その表面に極性を付与するので、分散媒として極性溶媒を使用すると、分散媒との相溶性が増大する。その結果、炭素材料の分散性を一層向上させることができる。【００１４】
前記炭素材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンであることができる。前記の構成によれば、これらの炭素材料に対してもフッ素化処理を施すことにより、凝集物を形成することなく均一に分散させた炭素材料の分散液が得られる。【００１５】
また、本発明に係る炭素材料の分散液の製造方法は、前記の課題を解決する為に、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させて、その表面がフッ素化処理された炭素材料を生成する工程と、前記フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程とを含むことを特徴とする。【００１６】
前記の方法によれば、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、温度１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させることにより、当該炭素材料の表面をフッ素化処理することが可能になる。これにより、得られた炭素材料は、フッ素化処理前の炭素材料と比較して極性が付与されているので、当該分散媒中で凝集物となることがない。即ち、前記の方法であると、分散媒中に炭素材料が均一に分散した炭素材料の分散液を製造することが可能になる。【００１７】
前記方法に於いては、前記炭素材料にフッ素化処理をした後、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、更に前記フッ素化処理後の炭素材料を室温まで冷却させる工程を行うことが好ましい。これにより、フッ素化処理された炭素材料の表面にフッ素ガスが吸着して残存するのを防止する。その結果、フッ素ガスの加水分解によりフッ化水素が副生するのを防止することができ、分散液及び分散液の利用に際して不具合が生じることもない。【００１８】
前記方法に於いて、前記フッ素化処理は、前記炭素材料の表面に対し炭素−フッ素結合を導入するものであることが好ましい。【００１９】
前記方法においては、前記分散媒として極性溶媒を使用することが好ましい。本発明に於いては、炭素材料に対しフッ素化処理を行うことにより、その表面に極性を付与するので、分散媒として極性溶媒を使用すると、分散媒との相溶性が増大する。その結果、炭素材料の分散性を一層向上させた分散液の製造が可能になる。【００２０】
前記炭素材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンを使用することが好ましい。前記の方法であると、これらの炭素材料に対しても凝集物を形成することなく均一に分散させた炭素材料の分散液を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るフッ素化処理された多層カーボンナノチューブを電界放射型透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本実施の形態に係る炭素材料の分散液について、以下に説明する。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液は、表面がフッ素化処理された炭素材料が、分散質として分散媒に分散されたものである。本発明の分散とは、前記炭素材料が分散媒に対して親和性を示し、かつ、凝集・沈殿をすることなく均一に混ざり合って平衡な状態となっていることを意味する。
【００２３】
前記フッ素化処理された炭素材料は、炭素材料の表面に炭素−フッ素結合が導入されたことにより極性が付与されたものである。また、炭素系材料とは炭素原子のみで構成された物質を意味する。当該炭素材料としては特に限定されず、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維、非晶質カーボン、フラーレン等が挙げられる。また、前記カーボンナノチューブとしては、６角網目のチューブ（グラフェンシート）が１枚の構造である単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ：  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ）や、多層のグラフェンシートから構成されている多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ：  Ｍａｌｕｔｉ  Ｗａｌｌ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、フラーレンチューブ、バッキーチューブ、グラファイトフィブリルが挙げられる。
【００２４】
前記炭素材料は予め化学修飾されたものを使用してもよい。化学修飾された炭素材料としては特に限定されず、例えば、有機リチウムやグリニャール試薬により化学修飾された炭素材料が挙げられる。また、例えばシリコーン系官能基や酸素を含む置換基等が化学修飾された炭素材料が挙げられる。前記シリコーン系官能基や酸素を含む置換基としては、例えば、−Ｓｉ（ＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＣＨ３）２ＯＣＨ３、−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）２、−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）２、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、＝Ｏ等が挙げられる。更に、不飽和結合を持つ官能基を加えて、反応性を向上させた炭素材料を使用してもよい。不飽和結合を持つ官能基としては特に限定されず、例えば、アリル基、アリール基、−Ｃ≡Ｃ−Ｒ（Ｒはアルキル基）等が挙げられる。
【００２５】
前記分散媒としては特に限定されないが、本発明に於いては極性溶媒が好ましい。前記極性溶媒としては特に限定されず、例えば、水や有機溶媒、又はこれらの混合溶液が挙げられる。前記有機溶媒としては特に限定されず、例えば、エタノール等のアルコール、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、シクロヘキサン、イオン液体等が挙げられる。これらの有機溶媒のうち、本実施の形態に於いてはアルコールが炭素材料の分散性を最も高くすることができる。また、本発明においては、各種無機材料、各種金属材料、各種カーボン材料などの分散媒にも添加することができ、この様な場合であっても使用時の取扱い性に優れ、分散性も良好である。本発明においては、前記分散媒を単独で、あるいはこれらを混合して用いてもよい。
【００２６】
また、本実施の形態に係る炭素材料の分散液には、分散剤としての界面活性剤は添加されないことが好ましい。これにより、炭素材料と分散媒のみからなる分散液を提供できる。更に、界面活性剤中に混入しているアルカリ金属や有機物等が分散液中に含まれるのを防止することができる。
【００２７】
本実施の形態に係るフッ素化処理を行った炭素材料は、フッ素化処理を行っていない炭素材料の分散液を作成する際、分散剤として利用できる。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る炭素材料の分散液の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液の製造方法は、炭素系材料の表面をフッ素化処理する工程と、フッ素化処理後の炭素材料を分散媒に分散させる工程とを少なくとも含む。
【００２９】
前記フッ素化処理を行う工程は、炭素材料に少なくともフッ素ガスを含む処理ガスを接触させることにより、その表面をフッ化処理する工程である。当該工程は炭素材料のフッ素化処理を目的とするものであり、具体的には、炭素材料の表面に炭素−フッ素結合を導入するものである。従って、例えば、炭素六角網面のエッジ部分に水酸基、カルボニル基、カルボキシル基等の含酸素官能基を付与する酸化処理とは異なる処理である。
【００３０】
前記処理ガスとしては、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％、好ましくは０．１〜８０ｖｏｌ％、より好ましくは１〜５０ｖｏｌ％のものを使用するのがフッ素ガスの取扱いから好ましい。また、処理ガス中には酸素ガスを含まないことが好ましい。酸素ガスを含有させることにより、炭素材料の表面に水酸基やカルボキシル基等を導入することが可能になるが、当該酸化処理は再現性が低く、炭素材料に大きなダメージを与える場合があるからである。炭素材料として、カーボンナノチューブの様に、構造に起因して物性に特徴がある材料に対しては、フッ素化処理のみを行うのがより好ましい。尚、酸化処理をフッ素化処理とは別に単独で行う場合にも同様のことが言える。
【００３１】
更に、処理ガス中のフッ素ガスを希釈する目的で不活性ガスを含めてもよい。この様な不活性ガスとしては、前記処理ガスと反応し、前記構造体のフッ化に悪影響を及ぼすガス以外、および前記構造体と反応し悪影響を与えるガスあるいは該悪影響を与える不純物を含むガス以外であれば特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン等を単独で、あるいはこれらを混合して用いることができる。また、不活性ガスの純度としては特に限定されないが、該悪影響を与える不純物については１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。
【００３２】
フッ素化処理を行う際の温度条件としては、１５０〜６００℃の範囲内であることが好ましく、１５０〜４００℃の範囲内であることがより好ましく、１５０〜３５０℃の範囲内であることが特に好ましい。温度を１５０℃以上にすることにより、フッ素化処理を促進させることができる。その一方、温度を６００℃以下にすることにより、形成した炭素−フッ素結合からフッ素の脱離を抑制し、処理効率の低減を防止することができる。
【００３３】
フッ素化処理の時間（反応時間）としては特に限定されず、通常は０．５分〜２４時間の範囲内で行われるが、１分〜１２時間の範囲内が好ましく、１分〜９時間の範囲内がより好ましい。反応時間が０．５分未満であると、炭素材料のフッ素化が不十分となり、分散媒に対し十分な親和性を示さない場合がある。その一方、反応時間が２４時間を超えてもそれ相応の効果が期待できず、経済性が悪くなるという不都合がある。
【００３４】
フッ素化処理を行う際の圧力条件としては特に限定されず、加圧下、又は減圧下で行ってもよい。経済上、安全上の観点からは、常圧で行う方が好ましい。フッ素化処理を行うための反応容器としては特に限定されず、固定床、流動床等の従来公知のものを採用することができる。
【００３５】
本発明に於いては、フッ素化処理の工程の直後に後処理工程を行ってもよい。後処理工程は、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、かつ、室温まで前記炭素材料を冷却させる工程である。室温までの冷却は放冷により行ってもよい。また、不活性ガスに置換するため真空排気した後、不活性ガスで大気圧にしてもよい。これにより、フッ素化処理された炭素材料の表面にフッ素ガスが吸着して残存するのを防止する。その結果、フッ素ガスの加水分解によりフッ化水素が副生するのを防止するので、分散液及び分散液の利用に際して不具合が生じることもない。前記不活性ガスとしては特に限定されず、窒素ガス等が挙げられる。
【００３６】
フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程に於いては、適宜必要に応じて撹拌や、超音波処理を施してもよい。超音波処理は前記炭素材料を分散媒に加えながら行われる。このときの処理条件としては特に限定されず、分散媒に加えられる前記炭素材料の添加量や材料の種類等に応じて適宜設定される。通常は、例えば、２０〜４０ｋＨｚ、８０〜２００Ｗ、０．５分〜２時間の範囲内で行われる。
【００３７】
分散媒に加えられる前記炭素材料の添加量は、当該炭素材料の種類や分散液の使用目的に応じて適宜設定され得る。具体的には、例えば分散液の全重量に対し、０．００１〜２５ｖｏｌ％の範囲内であることが好ましく、０．００１〜１０ｖｏｌ％の範囲内であることがより好ましく、０．００１〜５ｖｏｌ％の範囲内であることが特に好ましい。前記添加量が０．００１ｖｏｌ％未満であると、分散液の容量が過量となるという不都合がある。その一方、２５ｖｏｌ％を超えると、分散液の粘度が高くなり取り扱いが困難であるという不都合がある。
【００３８】
以上の製造方法により得られる炭素材料の分散液は、電界効果トランジスタや、透明導電膜、カーボンとプラスチックの複合体、電解放出素子、センサー、導電性塗料、配線基板などの各種の用途に対し好適に用いることができる。
【実施例】
【００３９】
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限り、本発明はそれらのみに限定する趣旨ではない。【００４０】
（実施例１）
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間の恒温処理を行った。【００４１】
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。【００４２】
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置（島津製作所ＦＴＩＲ−８２００ＰＣ）、及びＸ線光電子分光分析装置（ＫＲＡＴＯＳ製ＡＸＩＳ−ＨＳｉ）で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。これらのピークは炭素―フッ素結合に起因する。【００４３】
処理した多層カーボンナノチューブを電界放射型透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日立製作所製、ＨＦ−２０００）で観察を行った画像を図１に示す。同図から分かる通り、多層カーボンナノチューブの外層の層間隔が大きくなっており、多層カーボンナノチューブの外層がフッ素化されていることが確認された。更に、電界放射型走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所製、Ｓ−１４００）、ＴＥＭ観察からカーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、処理後、フッ素の導入程度を重量増加で測定し、「ＣＦｘ：ｘ＝フッ素原子数／炭素原子数」で表すと、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．１０であった。【００４４】
（実施例２）
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで３５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。【００４５】
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで３５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。【００４６】
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。更に、ＳＥＭで観察を行い、カーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．４９であった。【００４７】
（実施例３）
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで６００℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。【００４８】
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで６００℃に昇温して、１０分恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。【００４９】
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。更に、ＳＥＭで観察を行い、カーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．３２であった。【００５０】
（実施例４）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）にグラファイト（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。【００５１】
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスを真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、グラファイトを取り出した。【００５２】
処理したグラファイト中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。また、フッ素化処理されたグラファイトのＣＦｘはｘ＝０．１５であった。【００５３】
（比較例１）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。【００５４】
次に、窒素で希釈した０．００５ｖｏｌ％フッ素ガスに真空置換し、０．００５ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎに１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。【００５５】
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認を行った。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）に弱いピークが確認された。フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．００５であった。【００５６】
（比較例２）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。【００５７】
室温まで放冷後、窒素で希釈した２０ｖｏｌ％フッ素ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流して、２０分恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、窒素に真空置換して、多層カーボンナノチューブを取り出した。【００５８】
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認を行った。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近のピーク、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）に弱いピークが確認された。フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．００３であった。【００５９】
（比較例３）
本比較例においては、前記実施例１で使用した多層カーボンナノチューブに対し、フッ素化処理を行うことなく使用した。【００６０】
（分散液の製造・分散性評価）
フッ素化処理後の各多層カーボンナノチューブを分散媒に添加し（以下、「初期溶液」という。）、下記表１に示す初期濃度に調製をした。分散媒の種類については、下記表１に示した通りである。これらの分散液を、それぞれ同一の分散媒を用いて１０倍に希釈した後、更に１００倍に希釈した。上記濃度に調製した各分散液に対し、分光光度計を用いて２５０ｎｍにおける吸光度を測定し、濃度校正曲線を作成した。【００６１】
一方、前記初期溶液を調製初期と１２０時間静置した後、各初期溶液から１ｍＬを取り出し、これらの溶液を同一の分散媒により１０倍に希釈した。その後、１０倍に希釈した分散液の２５０ｎｍの吸光度を測定し、吸光度を１０倍して濃度校正曲線から各多層カーボンナノチューブの濃度を算出した。その結果を下記表１に示す。【００６２】
フッ素化処理をした多層カーボンナノチューブの分散液は全て中性であった。これにより、フッ素化処理後の多層カーボンナノチューブには、フッ化水素が副生していないことが確認された。【００６３】
（評価）
下記表１から分かる通り、各実施例１〜４に係る多層カーボンナノチューブ、グラファイトを分散媒に分散させた分散液においては、各分散液の初期濃度に対する変化量が小さいことが確認された。これにより、各実施例の炭素材料であると、１２０時間経過後であっても沈殿がほとんどなく、良好な分散性を示していることが確認された。その一方、各比較例１及び２に係る多層カーボンナノチューブを分散媒に分散させた分散液においては、各実施例の場合と比較して濃度が低下しており、沈殿が生じていることが確認された。また比較例３では、多層カーボンナノチューブがエタノールに添加した当初から分散しなかった。【００６４】
【表１】
2010074000.tif 000003
【図１】
2010074000.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなる炭素材料の分散液。
【請求項２】
前記フッ素化処理された炭素材料は、その表面に炭素−フッ素結合が導入されたものである請求項１に記載の炭素材料の分散液。
【請求項３】
前記分散媒が極性溶媒である請求項１に記載の炭素材料の分散液。
【請求項４】
前記炭素材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンである請求項１又は２に記載の炭素材料の分散液。
【請求項５】
フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させて、その表面がフッ素化処理された炭素材料を生成する工程と、前記フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程とを含む炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項６】
前記炭素材料にフッ素化処理をした後、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、更に前記フッ素化処理後の炭素材料を室温まで冷却させる工程を行う請求項５に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項７】
前記フッ素化処理は、前記炭素材料の表面に対し炭素−フッ素結合を導入するものである請求項５又は６に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項８】
前記分散媒として極性溶媒を使用する請求項５〜７の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項９】
前記炭素材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンを使用する請求項５〜８の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項１０】
前記炭素材料を前記処理ガスに接触させた直後に、当該処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、かつ、室温まで前記炭素材料を冷却させ、前記分散媒に分散させる請求項１〜９の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【請求項１１】
表面がフッ素化処理された前記炭素材料を前記分散媒に加える際における前記炭素材料の添加量が、分散液の全重量に対し０．００１〜２５ｖｏｌ％である請求項１〜１０の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
【国際調査報告】
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