(57)【要約】  プラズマジェットを形成する工程、前記プラズマジェットに金属触媒または金属触媒前駆体を導入して、ガス化した触媒金属を製造する工程、一つ以上の冷却ガス流をプラズマに導いてプラズマを冷却し、生じたガス状混合物を加熱炉に通す工程、一つ以上のナノチューブ形成物質が添加され、これにより、金属触媒の影響により、ここからナノチューブが形成され、加熱炉を通る通路において所望の長さまで成長される工程、および、このように形成されたナノチューブを回収する工程、を有する連続的にナノチューブを製造する方法を提供する。
2005515146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマジェットを形成する工程、
前記プラズマジェットに金属触媒または金属触媒前駆体を導入して、ガス化した触媒金属を製造する工程、
一つ以上の冷却ガス流をプラズマに導いてプラズマを冷却し、生じたガス状混合物を加熱炉に通す工程、
一つ以上のナノチューブ形成物質が添加され、これにより、金属触媒の影響により、ここからナノチューブが形成され、加熱炉を通る通路において所望の長さまで成長される工程、
および、このように形成されたナノチューブを回収する工程、
を有する連続的にナノチューブを製造する方法。
【請求項２】
前記ナノチューブ形成物質が炭素含有物質であり、生成物がカーボンナノチューブである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノチューブ形成物質が炭素含有物質であり、生成物の大部分がカーボンナノチューブである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ナノチューブ形成物質が炭素含有物質であり、生成物が多壁ナノチューブを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノチューブ形成物質が、一酸化炭素、炭素粒子、通常液体またはガス状の炭化水素、または、酸素含有炭化水素誘導体のいずれかである、請求項２、３、４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記触媒前駆体物質が前記ナノチューブ形成物質として働き、前記ナノチューブ形成物質が前記触媒前駆体物質として働く、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノチューブ形成物質がさらに非炭素ドーパント成分を含んでいる、請求項２、３、４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ナノチューブ形成物質が、ボラジン、ボロン粉末および窒素ガス、ボランおよび窒素ガス、酸化タングステン粉末および水素化ジスルフィドガス、または、タングステンジスルフィド粉末のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノチューブ形成物質が、プラズマジェットの上流において添加される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノチューブ形成物質が、冷却ガスとして、または、冷却ガスと共に、加えられ、あるいは、冷却ガスとは別個にプラズマジェットの下流において加えられる、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記金属触媒または触媒前駆体が、銅、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、イットリウム、ランタニド、アクチニド、または、これらの二以上の混合物のいずれかであるか、いずれかを含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
加熱炉内の温度が、７００℃〜１２００℃である、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
導入された物質の加熱炉内において留まる時間が、５〜３０秒である、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマが、誘導結合プラズマトーチにより発生されている、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却ガスが、複数の方向から、前記プラズマジェット中に、放射状に導かれ、これにより前記プラズマと冷却ガスを十分に混合し、これらの混合物中にて均一状態を生成する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
対称的に配列されたノズルが、放射状方向の角度において導入され、前記プラズマと冷却ガスの混合が起こる乱流を誘導する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブあるいはその他のナノチューブを連続的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノ構造、特にナノチューブは、幅広い用途において利用されることが予想される非常に有望な候補と言える。そのさらなる発展を妨げる大きな要因の一つとしては、現在製造することができる物質の生産量がある。数多くの合成方法が報告されており、その大部分は、以下の三つのカテゴリーに分類することができる。
【０００３】
（１）エレクトリックカーボンアーク：典型的には、低圧の不活性雰囲気において、炭素電極間に大電流が流れ、高温アーク放電において炭素種のガス化が発生する。生成物は、対電極上、あるいは、試験槽壁上に蓄積される。単一壁のナノチューブは、触媒金属粉末（典型的には、Ｎｉ、Ｃｏ、または、Ｙ等の遷移金属）の導入を通して、グラファイト電極に成長する。この方法によって、高結晶性のナノチューブが得られるが、アークの不安定性および成長条件の非均一性に起因して生成物の純度は低いものである。電極の挿入を電動にて行うことができる改良がされたとしても、このアプローチにおいては、本質的にバッチ工程であるので、一度の処理で数グラムの物質を生成するのみであり、比較的改良の余地は見られない。
【０００４】
（２）レーザーアブレーション：不活性雰囲気中にて金属触媒粒子を有する目的のグラファイトをアブレーションするために、通常はパルス型、しばしば連続型である高出力レーザーが用いられる。単一壁のナノチューブは、混合炭素および金属蒸気から凝縮される。この方法によると、高品質の物質を製造することができるが、収率と全体のエネルギー効率は悪い。目的物が非均一なアブレーションとなっていることは、このアプローチもまたバッチ工程として行われていることを示している。
【０００５】
（３）触媒蒸着：炭化水素ガスは、遷移金属触媒上、比較的低温（５００〜１２００℃）にて、分解される。触媒は、前もって製造されていても良いし、金属含有化合物の分解と同時に形成されるのでもよい。密接に関係する方法としては、炭素源として、一酸化炭素の不均化を用いるものがある。このルートにより製造した物質は、高純度を有するが、通常、高濃度の結晶欠陥を有している。ラジオ波およびマイクロ波プラズマは、しばしば、低温（例えば、５００〜７００℃）、低圧力（１ａｔｍ以下（１０１３２５Ｐａ以下））において、成長過程を増強するのに用いられる。
【０００６】
プラズマトーチを用いたフラーレンの連続的製造についての提案がいくつかなされている。ＷＯ９４／０４４６１は、粒子状の炭素、あるいは、液体または気体の炭化水素原料（例えば、アセチレンまたはナフタレン）を、誘導プラズマトーチに通し、ヘリウムやアルゴン等の急冷ガスによりガス化した炭素を急冷すことが開示されている。数パーセントのフラーレンを有するすすが生成される。カーボンナノチューブの製法は、なんら開示されていない。製造物としては、Ｃ６０、Ｃ７０、および、同様な構造を有するさらに高分子量のフラーレンが、記載されている。
【０００７】
ＵＳ５３９５４９６においては、プラズマトーチのプラズマ形成ガスとして、ハロゲン化炭素を用いている。これにより、ガス化した炭素雲を形成し、これが、凝縮してフラーレンを含むすすが製造される。また、選択的ではあるが、炭化水素あるいは不活性ガスが加えられる。ここにおいても、ナノチューブの製造については、記載されていない。
【０００８】
ＷＯ９３／２３３３１においては、炭素粉末が、陰極および陽極の間にて発生したプラズマ炎に供給され、反応生成物は、加熱された耐火性挿入物による通路を流れ落ちる間に、焼きなまされる。ここでも、生成物は、すすを含むフラーレンである。
【０００９】
ＵＳ５５９３７４０は、金属粉末（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、または、Ａｌ）を不活性ガスプラズマジェット中に通すことが記載され、これは、ガスを含む炭素が存在する領域にまで及ぶ。プラズマは、窒素の添加により急冷され、生成物が集められる。生成物は、カーボンナノチューブというよりも、むしろ、炭素シェルで覆われている金属の超微粒子である。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、プラズマジェットを形成する工程、前記プラズマジェットに金属触媒または金属触媒前駆体を導入して、ガス化した触媒金属を製造する工程、一つ以上の冷却ガス流をプラズマに導いてプラズマを冷却し、生じたガス状混合物を加熱炉に通す工程、一つ以上のナノチューブ形成物質が添加され、これにより、金属触媒の影響により、ここからナノチューブが形成され、加熱炉を通る通路において所望の長さまで成長される工程、および、このように形成されたナノチューブを回収する工程、を有する連続的にナノチューブを製造する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ナノチューブ形成物質は、炭素含有物質であることが好ましく、その生成物はカーボンナノチューブである。
【００１２】
一般的に、ナノチューブを形成する物質は、一酸化炭素、炭素微粒子、通常、液体または気体である炭化水素、あるいは、酸素含有炭化水素誘導体である。炭素源として好適に使用される炭素含有化合物としては、一酸化炭素、あるいは、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、エチルベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、あるいはアントラセン等の芳香族炭化水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、エチレン、プロピレン、あるいは、アセチレン等の非芳香族炭化水素、および、フォルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メタノール、エタノール、または、これらの二種以上の混合物等の酸素含有炭化水素を含むような炭化水素が挙げられる。好適なキャリアーガスにより飛沫同伴された微粒子状の炭素を用いることが好ましい。好ましい態様においては、炭素含有化合物は、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン、または、アセチレンである。
【００１３】
炭素源は、例えばアルゴンのような不活性ガスのような希釈材として働く一つ以上のガスと混合されていてもよい。それは、また、非炭素含有ガスと混合されていてもよい。この非炭素含有ガスは、ナノチューブ形成反応において、直接的な役割を果たすものではないが、例えば、副生成物として形成されたアモルファスカーボンと反応して、触媒の反応部位を綺麗に保って、ナノチューブの形成に使用できるようにする、という寄与的な役割を果たしている。
【００１４】
炭素源に混合してもよいガスとしては、アルゴン、水素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、または、ヘリウムが挙げられる。ナノチューブ形成物質は、さらに、窒素（好ましくは、窒素ガス）、ボロン（例えば、ボランまたはカルボランを用いて導入される。）、あるいは、硫黄（例えば、チオフェンを用いて導入される。）等の非炭素ドーパント成分を含んでいてもよい。
【００１５】
しかしながら、当該方法は、カーボンナノチューブの製造に限定されず、ナノチューブ形成物質は、選択的に、ボラジン、ボロン粉末および窒素ガス、ボランおよび窒素ガス、酸化タングステン粉末および水素化ジスルフェイトガス、タングステンジスルフィド粉末等を含み、あるいは、これらからなるものである。
【００１６】
ナノチューブ形成物質は、プラズマジェットの上流において添加されてもよいし、プラズマジェットに導入されてもよいし、急冷ガスの後に導入されてもよいし、二つ以上のこれらの段階において導入されてもよい。このように、本質的に純粋な化学蒸着法である最初の操作態様においては、プラズマを通った唯一の活性成分とは、金属触媒であり、ナノチューブ生成物の構造物質は総て、急冷ガスとともに、あるいは、その時点において、導入される。この場合、プラズマは、好適な大きさの触媒金属原子のクラスターを生成するのに使用される。一般的には、ナノチューブと等しいくらいの直径のものが製造される。金属ナノクラスターは、ナノチューブ形成物質の分解に触媒作用を及ぼし、金属粒子上にナノチューブを形成させる。
【００１７】
「混合方式成長」と名づけることができるような他の方式においては、ナノチューブ形成物質は、金属触媒に導入され、プラズマを通され、これにより、金属およびナノチューブの構造物質（典型的には炭素）の両方は、プラズマにおいてガス化し、ナノチューブの原子核はプラズマの噴射から凝集され、少し大きな金属ナノ粒子（典型的には３〜５ｎｍ）と、それに付着した比較的短いナノチューブあるいは「フラーレンキャップ」から形成されている。そして、これは、加熱炉の通路において延ばされる。
【００１８】
ナノチューブ形成物質は、冷却ガスとして働き、または、冷却ガスと共に添加され、または、冷却ガスとは別にプラズマジェットの下流において添加される。いくつかのナノチューブ形成物質が添加され、同時に、金属触媒と共にプラズマを通過する。プラズマジェットを通過するために加えられたナノチューブ形成物質およびその下流に加えられたナノチューブ形成物質の割合は、必要により変更することができる。
【００１９】
触媒または触媒前駆体は、好適には、遷移金属触媒または前駆体であり、特に好ましくは、銅（Ｃｕ）、または、６Ｂ族遷移金属（クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ））、または、８Ｂ族遷移金属（鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、および白金（Ｐｔ））、あるいは、これらの二種以上の混合物を含むものである。ランタノイド、アクチノイド系列の金属を用いることもできる。好ましい遷移金属触媒としては、上記した金属を二種以上含むものを挙げることができる。特に好ましい遷移金属触媒としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏまたはこれらの二以上の混合物を挙げることができ、具体的には、ＮｉおよびＣｏ、ＦｅおよびＮｉ、あるいは、ＦｅおよびＭｏの５０／５０（質量基準）混合物がある。これらの遷移金属触媒は、それぞれ単独で用いることもできるし、上記したカーボンナノチューブの成長に触媒として用いられる他の遷移金属と共に用いることもできる。
【００２０】
触媒は、金属として加えることもできるが、好ましくは、プラズマ中にて金属原子を解放するような金属含有化合物として加えられる。そのような前駆体は、好ましくは、上記の一つ以上の金属からなる、プラズマにより分解可能な化合物である。
【００２１】
好ましくは、触媒前駆体は、遷移金属および一つ以上の配位子を含む有機金属化合物である。触媒前駆体の配位子は、好ましくは、Ｃ、Ｈ、Ｏの元素のみを含むものであり、触媒金属を被毒したり、合成経路を阻害したりせずに、分解する単純な分子である。
【００２２】
触媒前駆体の配位子は、カルボン酸塩、アルコキシド、ケトン、ジケトン、アミン、アミド、アルキルおよびアリルから選ばれる一つ以上の官能基を有していてもよい。好ましい配位子としては、メチル、シクロヘキシル、カルボニル、シクロペンタジエニル、シクロオクタジエン、エチレン、ベータ−ジケトン、ホスフィン、有機リン配位子、ポリエーテル、ジチオカルバメート、大環状配位子（例えば、クラウンエーテル）、または、ベンゼン配位子、または、これらの二種以上の混合物を挙げることができる。
【００２３】
触媒前駆体は、三鉄ドデシルカルボニル等の複合金属原子クラスターであってもよい。
【００２４】
選択的に、細かく分割した基材物質を、冷却ガスのレベルにて導入することができる。基材物質は、小さな金属クラスターを核とし、そして、安定化することを助けるものである。最も直接的な場合としては、基材粒子は、例えば、シリカやアルミナの単なる細かな粉体粒子である。より細かな物質は、この分野における当業者にとって明らかな方法の範囲において生成することができる。その方法とは、蒸気、コロイド処理、スプレー乾燥、熱水処理等である。ナノチューブの製造におけるより大きな利点は、構造基質粒子を用いることによって、特に、メソポーラスシリカ、陽極酸化アルミナメンブラン、あるいは、ゼオライト等の構造基質粒子を用いることによって得ることができる。これらの物質は、ナノチューブへ導く、同様な容積の通路を有しており、さらに、触媒の沈殿およびナノチューブの合成の両方を導く。
【００２５】
あるいは、基材粒子は、別個に加熱炉に導入されてもよい。例えば、それ自身のキャリアーと共にである。
【００２６】
特に好ましい方法は、いわゆるＰＯＳＳ（多面体オリゴマーシルセスキオキサン）化合物を触媒基材粒子として用いることである。この場合において、触媒と基材の区別は、かなり不明瞭であり、ＰＯＳＳ化合物自体が、分子シリカベース物質である。ＰＯＳＳ分子は、そのままで、触媒形成部位として働く。
【００２７】
ＰＯＳＳを用いる利点は、数多くある。これらは、とても大きな表面積を有している。こららの直径は、約１ｎｍであり（単一壁ナノチューブと同一の大きさ）、しかし、種々の大きさを有する種々のＰＯＳＳ分子により調整可能である。これらは、単一分散であり（特定の分子量を有する。）、よって、よく揃った生成物を形成する能力を有する。分子的な特徴としては、これらは、加熱炉に注入される液体であってもよいし、超臨界液体や、好適な液体キャリア（そして、直接的に蒸留することができる。）に溶解していてもよい。これらは、それ自身、優れた熱安定性を有する。これらは、よく揃った誘導体を形成することができ、これは触媒金属粒子（例えば、鉄）を添加することができる。一般的に、単一ＰＯＳＳ分子は、ナノチューブの成長のための基材粒子を構成する。
【００２８】
微細分割基材粒子は、好ましくは、１ｎｍよりは小さくない大きさ、例えば、５ｎｍ以上の大きさを有する。これらは、１０原子以上を含み、例えば、１５〜２０原子以上、より好ましくは、５０原子以上、あるいは、７５原子以上を含んでいる。基材は、触媒前駆体が分解される部分において導入され、担持触媒粒子を生成する工程においては、触媒物質上での分解を除いては、本質的には変化しない。しかしながら、担持触媒粒子の形成中における基材粒子のいくつかの化学的改変については、許容される。例えば、表面の化学基の除去、あるいは、化学側鎖の溶媒和等である。好ましくは、基材粒子の大きさは、実質的に変化しないように保たれている。
【００２９】
触媒前駆体の分解中に、基材粒子が存在することは、触媒原子の核生成エネルギーを低下させ、形成した触媒クラスターの大きさおよび形を制御する。
【００３０】
あるいは、基材前駆体、例えば、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケートのようなシリコン含有物質が溶液に含まれていてもよい。このような前駆体は、加熱炉にて分解し、微細分割基材物質を形成する。
【００３１】
プラズマジェットは、一般的に知られている数多くの方法によって生成することができる。しかし、好適には、誘導結合プラズマジェットによるものである。あるいは、ＷＯ９３／２３３３１に記載のチューブ状のアノードの上流にあるカソードの利用、あるいは、ＷＯ９４／０４４６１に記載のマイクロ波発生器がある。このような誘導結合プラズマトーチ装置は、幅広い物質を原子化する手段として知られており、質量分光計内において、サンプルフラグメントを形成する手段として通常用いられている。これらは、また、微細粉末およびナノ結晶性フィルムを生成する手段として知られている。このようなトーチは、冷却ガスの覆いおよび石英チューブにより保護されている冷却された導体コイルに通される不活性ガス流から形成されている。ひとたびプラズマが発火すれば（通常、圧電装置からのスパークによる）、コイル中の高周波交流は、ガス中のイオンと誘導的に結合し、その運動エネルギーを増加させる。１０，０００Ｋを超える効果的な温度が達成される。気化させる物質（それは、固体、液体、気体のいずれであってもよい。）はプラズマに導入され、その構成原子に分解される。本発明においては、プラズマトーチは、少なくとも金属触媒原子を有する蒸気を発生するために用いられる。加熱炉は、炭素または他のナノチューブ形成物質原料が、成長しているナノチューブに徐々に導入されていく機会を提供するものであり、加熱炉における保持時間およびその温度は、製造するナノチューブの長さに影響を与える。好適には、加熱炉中の温度は、７００〜１２００℃である。それは、均一であってもよいし、加熱炉の出口の方へ行くに従って、減少してもよい。導入された物質は、好適には、加熱炉内に５〜３０秒間、例えば、約１０秒間保持される。
【００３２】
迅速で、効果的な混合を促進するために、上記の冷却ガスは、上記のプラズマジェットに対して、複数の方向から、放射状に導入されていてもよく、これにより、それらの混合物内において均一な状態が形成される。冷却ガスは、不活性ガス（例えば、Ａｒ）、または、反応性ガス（例えば、水素、これは、不要なアモルファスカーボンをエッチング除去する際に役に立つものである。あるいは、窒素、これは、成長しているナノ構造に対して、ドープとなりうるものである。）であってもよい。最も好適には、冷却ガスは、ナノチューブの成長に貢献する炭素含有ガス（例えば、メタンまたはＣＯ）を含んでいる。理論によって限定されることを望むわけではないが、われわれが信ずるところによると、最初の冷却工程は、製造される金属クラスターの大きさを決定することによって、あるいは、少し大きな金属クラスターの表面において現れるフラーレンキャップの直径を決定することによって、特に、ナノチューブの核生成を制御していると考えられる。ナノチューブの核は、次の熱処理において成長する炭素−金属構造または純粋金属クラスターであってもよい。
【００３３】
本発明は、さらに添付した図面を参照して、記述、説明される。図においては、本発明の方法を実現するのに好適な装置が表されている。
【００３４】
装置は、水冷誘導コイル１２により囲まれたチューブ１０により形成されたプラズマトーチを有し、その上端に、金属触媒前駆体を含むキャリアーガスおよび選択的には、原料を含む、炭素、または他のナノチューブ形成物質のための第一導入口１４を有している。第二導入口１６は、好適な不活性ガスであるプラズマ形成ガスのために備わっている。導入口１４、１６を通して導入される物質は、円筒型のシールド１８の内部を通って、コイル１２の上流に導入される。そして、層状ガスが、チューブ１０およびシールド１８の間の環状のスペースに、導入口２０を通して導入される。導入した物質がコイル１２中のチューブ１０を通る際に、プラズマジェットが形成されていく。層状ガスは、コイルにより生じたプラズマと、チューブ壁とを分離して、チューブ１０の壁が加熱されるのを減少させる機能を有する。
【００３５】
コイル１２の下には、冷却ガスのために、八個の放射状に向けられた導入口２２が備えられている。八個の導入口２２は、４５°の等しい角度において、チューブ１０の中心に向けられている。これにより、冷却ガスとプラズマジェット物質との迅速な混合を確保し、このポイントから均一な混合物を製造する。
【００３６】
導入口２２の下には、内部での温度調整を可能とする加熱された耐熱性の筒状壁を有する筒状の加熱炉２４が備えられている。加熱炉２４の出口端において、導入口２６が付加的な冷却ガスのために備えられている。遠心分離機２８は、加熱炉２２の出口において備えられ、分離機２８からのガス放出出口３０はフィルター３２を通して、廃棄口へ導かれる。
【００３７】
図示した形態の選択的な変更として、いくつかの冷却ガス導入口２２を炭素または他のナノチューブ形成原料を導入するために使用することもできる。あるいは、このような原料のための別の導入口を、この冷却ガス導入口の少し上流または少し下流において、形成してもよい。
【００３８】
本発明を好ましい形態で使用するには、濃縮工程は、ガスの迅速な導入による乱れを用いて調整され、プラズマトーチから出て行く物質を冷却する。この注入は、プラズマと冷却ガスとの十分な混合を確保するため、および、噴出を通して均一な状態が存在するように確保するため、厳密に制御される。好適には、冷却ガスは、図示した、角のあるノズルの円筒型の配列から注入されてもよい。ナノチューブの伸張は、長い時間をかけて起こり、穏和な温度（例えば、７００〜１２００℃）にて、好適な保持時間（例えば、１０秒間）とすること、および、選択的に付加的な炭素原料を導入することにより、有利に働く。望ましい冷却速度および伸張温度に到達するためには、冷却ガスの流速および温度は、変更されてもよい。伸張温度は、生成物が自由に冷却される以前は、加熱炉に沿って導入されるガスによって、その温度を維持する。一度、十分に冷却したら、生成物は、遠心分離機およびフィルターユニットによって回収される。本発明は、単一あるいは多壁であって、例えば、ＮまたはＢがドープされていてもよいだけでなく、他の要素（例えば、ＢＮ、ＷＳ２等）から形成された類似のケージ構造に応用することができる中空カーボンナノチューブの製造を、主として目的としている。
【実施例】
【００３９】
以下の実施例は、図示した装置を用いて実施されている。
【００４０】
プラズマは、アルゴンをプラズマおよび覆状ガスとして用い、２ｋＷの三相２７ＭＨｚＲＦ誘導システムを用いて発生する。１０質量％のトルエン容器中のフェロセンは、約０．０１ｇ／分の速度にて、噴霧器を用いてプラズマに導入される。７５０℃における５０：５０のメタン：水素が、冷却ガスとして用いられ、加熱炉は８５０度にて保持される。９０ｃｍ長の６８ｍｍ直径のチューブ状の加熱炉を通るガスの全体の流速は、２Ｌ／分である。単一壁ナノチューブを含む生成物は、加熱炉へ通じる冷却口にて、および、排出ガス流を横切って置かれた微細フィルター上にて、堆積する。
【００４１】
この手段は、現存の技術に比べて、いくつかの利点を有している。
（１）この方法は、ナノチューブの成長を開始するために高温の蒸気を用い、他の手段において高品質物質を製造することが示されている。
（２）このシステムは、原料がプラズマトーチに注入され、生成物が、例えば、遠心分離機によって回収されるというように、継続的に操作されていてもよい。
（３）プラズマ相の後に、炭素原料に添加されるオプションにより、維持費が減少する。これは、高温にまで加熱される物質の全体の割合が減少するからである。このオプションは、ナノチューブの長さを独立して制御することを可能とし、そして、例えば、機械的な強度を増すために有用な、非常に長いチューブの製造を可能とする。
（４）冷却速度は、製造されるナノチューブの直径を決定するのに重要である。従って、冷却プロセスを正確に制御することによって、ナノチューブの直径の優れた制御を可能とする。
（５）乱流冷却相における均一な混合は、総ての物質が類似の条件のもとにおかれ、直径の分散が狭く、そして、高純度の生成物が得られることを保証する。現存の高温法は、故意の乱流段階を含んでなく、そして、冷却はかなり不均一になりやすい。これは、生成されたナノチューブの直径の分散によって証明される。
（６）この方法は、グラファイトおよび金属粉末から、有機金属分子および単純な炭化水素にいたるまでの、幅広い原料を用いることができる。このように、この方法は、簡便に扱うことができる安価な原料を利用することができるものである。必要な物質をプラズマに導入する、最も直接的な方法は、金属含有液体あるいは溶液を噴霧して注入することである。
【００４２】
本発明の一般的な範囲において、上記した実施形態について、多くの修飾および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の方法を実現するのに好適な装置を模式的に示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  チューブ
１２  水冷誘導コイル
１４  第一導入口
１６  第二導入口
１８  シールド
２０  導入口
２２  導入口
２４  加熱炉
２６  導入口
２８  遠心分離機
３０  ガス放出出口
３２  フィルター
【図１】
2005515146.tif 000003
【国際調査報告】
2005515146.tif 000004
2005515146.tif 000005
2005515146.tif 000006