(57)【要約】      （修正有）【課題】カーボンナノチューブを含む固体炭素生成物で、カーボンナノチューブの特性に匹敵する特性を有する材料を製造する方法を提供する。【解決手段】固体炭素生成物の製造方法は、カーボンナノチューブをプレス機２６０の中に配置する工程、熱を加える工程を含み、更に共有結合したカーボンナノチューブを形成するために焼結する工程が含まれ得る。得られる固体炭素生成物は、カーボンナノチューブ間に最小寸法中央値が約１００ｎｍ未満の複数の空隙を含む。いくつかの方法は、隣接するカーボンナノチューブ間に共有結合を形成するために、圧縮された材料を非反応性環境で加熱する工程、あるいは焼結された固体炭素生成物を、カーボンナノチューブの炭素が酸化しない温度まで冷却する工程を含む。【選択図】図９
2018111312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、固体炭素生成物を形成する方法：
複数のカーボンナノチューブをプレス機の中に配置する工程；及び
圧縮された固体炭素生成物を形成するために該複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程。
【請求項２】
焼結された固体炭素生成物を形成するために前記カーボンナノチューブを焼結する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、不活性雰囲気中または真空中で該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記焼結された固体炭素生成物をカーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程、ならびに、冷却された焼結された固体炭素生成物を前記不活性雰囲気または真空から取り出す工程を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、所定の温度で所定の時間にわたって該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、約１４００℃と炭素の昇華温度との間の温度で該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のカーボンナノチューブをプレス機の中に配置する工程の前に、該複数のカーボンナノチューブを形成する工程を更に含み、各カーボンナノチューブが残存金属触媒を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のカーボンナノチューブを形成する工程が、周期表の第５族〜第１０族の元素からなる群より選択される残存触媒の形態の金属を含む複数のカーボンナノチューブを形成する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、多孔質の圧縮された固体炭素生成物を形成する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、電気伝導性の圧縮された炭素固体炭素生成物を形成する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気伝導性の圧縮された炭素固体炭素生成物を形成する工程が、電極を形成する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、ダイを通して前記圧縮された固体炭素生成物を押出成形する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、該カーボンナノチューブをモールドに圧入する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のナノチューブをプレス機の中に配置する工程が、該複数のナノチューブを該プレス機内のモールドの中に配置する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、該カーボンナノチューブを圧密する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記カーボンナノチューブを反応性ガスに曝露する工程を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記カーボンナノチューブを反応性ガスに曝露する工程が、カルボニル含有材料、シラン、および炭化水素からなる群より選択される少なくとも１つの材料に該カーボンナノチューブを曝露する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
塩を含む液体溶液を調製する工程；
前記圧縮された固体炭素生成物を該液体溶液と接触させる工程；
該液体溶液の少なくとも１つの成分の該圧縮された固体炭素生成物の表面上への電着を引き起こして、めっきされた圧縮された固体炭素生成物を形成するために、該圧縮された固体炭素生成物に電位を加える工程；及び
該めっきされた圧縮された固体炭素生成物を、該固体炭素生成物から該液体溶液を除去するために洗浄する工程
を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
共有結合した複数のカーボンナノチューブを含む、焼結された固体炭素生成物。
【請求項２０】
前記共有結合したカーボンナノチューブが、それらの間に最小寸法中央値が約１００ｎｍ未満の複数の空隙を画定する、請求項１９に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２１】
前記共有結合したカーボンナノチューブのうちの少なくともいくつかが金属を含む、請求項１９に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２２】
約２．２ｇ／ｃｍ３未満のかさ密度を有する、請求項１９に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２３】
約１．３ｇ／ｃｍ３を超えるかさ密度を有する、請求項１９に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２４】
金属、セラミック、および潤滑剤のうちの少なくとも１つを更に含み、金属、セラミック、および潤滑剤のうちの該少なくとも１つが、前記共有結合した複数のカーボンナノチューブを取り囲みかつ接触している連続マトリクス内に散在している、請求項１９に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２５】
構造部材を含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２６】
発射体に抵抗性の材料を含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２７】
電気伝導性材料を含む、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２８】
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
隣接するカーボンナノチューブ間に共有結合を形成して、結合したカーボンナノチューブ構造体を形成するために、圧縮された該材料を非反応性環境で加熱する工程；及び
該結合したカーボンナノチューブ構造体を、空気中でのカーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程。
【請求項２９】
前記冷却された結合したカーボンナノチューブ構造体を前記非反応性環境から取り出す工程、および、該冷却された結合したカーボンナノチューブ構造体を空気に曝露する工程を更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
グリーン固体炭素生成物を形成するために、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
該グリーン固体炭素生成物中の少なくとも２つの隣接するカーボンナノチューブ間において共有結合を引き起こすため、および反応性環境の少なくとも１つの材料への更なる共有結合を引き起こすために、該グリーン固体炭素生成物を該反応性環境で加熱する工程であって、該加熱によって、焼結された固体炭素生成物が形成される、工程；及び
該焼結された固体炭素生成物を、空気中での該焼結された固体炭素生成物の酸化温度を下回るまで冷却する工程。
【請求項３１】
前記冷却された焼結された固体生成物を非反応性環境から取り出す工程、および、該冷却された焼結された固体炭素生成物を空気に曝露する工程を更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
グリーン固体炭素生成物を形成するために、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
該グリーン固体炭素生成物中の少なくとも２つの隣接するカーボンナノチューブ間において化学結合を引き起こすために、該グリーン固体炭素生成物を非反応性環境で加熱する工程であって、該加熱によって固体炭素生成物中間体が形成される、工程；
該固体炭素生成物中間体に少なくとも１つの反応性材料を導入する工程；
該固体炭素生成物中間体中の少なくとも１つのカーボンナノチューブと該少なくとも１つの反応性材料との化学結合を引き起こすために、該固体炭素生成物中間体を該少なくとも１つの反応性材料の存在下で加熱する工程であって、該加熱によって、焼結された固体炭素生成物が形成される、工程；及び
該焼結された固体炭素生成物を、空気中での該焼結された固体炭素生成物の酸化温度を下回るまで冷却する工程。
【請求項３３】
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を調製する方法：
第１の複数のカーボンナノチューブを含む材料を非反応性環境に配置する工程；
第１の結合した構造体を形成するために、該第１の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも２つを、それらの間に共有結合を形成するために焼結する工程；
第２の複数のカーボンナノチューブを含む更なる材料を、該第１の結合した構造体を覆って堆積させる工程；
第２の結合した構造体を形成するために、該第２の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも２つを、それらの間に共有結合を形成するために焼結し、及び、該第１の結合した構造体における該第１の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも１つを、該第２の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも１つに対して焼結する工程；
該第２の結合した構造体を、空気中での該カーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程；並びに
該第２の結合した構造体を該非反応性環境から取り出す工程。
【請求項３４】
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を調製する方法：
カーボンナノチューブを含む材料の層を可動ベルト上に配置する工程；
該材料の層を非反応性環境を含むチャンバ内へと移送するために、該ベルトを移動させる工程；
該材料における隣接するカーボンナノチューブ間に焼結された結合を形成するために、該ベルトおよび該材料の層を加熱する工程；
該材料を、空気中での該カーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程；及び
該非反応性環境を含む該チャンバから該材料を取り出すために、該ベルトを移動させる工程。
【請求項３５】
前記材料の層を圧縮するように構成された２つのローラーの間で前記ベルトを移動させる工程を更に含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１２年７月１２日に出願された、米国仮特許出願第６１／６７１，０２２号、名称「Ｓｏｌｉｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓａｍｅ」の利益を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
分野
本開示の実施形態は、様々な種類のカーボンナノチューブの混合物、および、カーボンナノチューブと他の物質との混合物を含むカーボンナノチューブから固体炭素生成物を形成するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
以下の文書は、いずれもＤａｌｌａｓ  Ｂ．  Ｎｏｙｅｓの名義で公開されており、背景技術の情報を本明細書に開示し、それぞれが参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
１．２０１２年２月９日に公開された米国特許第２０１２／００３４１５０  Ａ１号（特許文献1）、
２．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７１号（特許文献2）、
３．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７２号（特許文献3）、
４．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７３号（特許文献4）、
５．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７５号（特許文献5）、
６．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７６号（特許文献6）、
７．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７７号（特許文献7）、
８．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７８号（特許文献8）、
９．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７９号（特許文献9）、および
１０．２０１３年３月１５日に出願された、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００８１号（特許文献10）である。
【０００４】
工学材料のＣＮＴ（「カーボンナノチューブ」）を用いる従来の方法は、概して、マトリクス材料にＣＮＴを埋め込むことに依存する。ＣＮＴは、現在、ＣＮＴを一緒に保持するためのマトリクスとして金属、プラスチック、熱硬化性樹脂、エポキシ、および他の物質を用いて多種多様の複合構造で処理され、したがって、固体物体を作成する。ＣＮＴは、材料の特性を改善する強化材料として機能する。マトリクスにカーボンナノチューブを用いる典型的な目標は、強度の向上、重量の軽減、または複合材の電気伝導性および熱伝導性の向上である。
【０００５】
主にカーボンナノチューブから組成された材料を製造する方法は、カーボンナノチューブを紡績して繊維にし、「バッキーロック（ｂｕｃｋｙｒｏｃｋ）」を製造することを含む。２００５年５月３１日に発行された米国特許第６，８９９，９４５号（特許文献11）の名称「Ｅｎｔａｎｇｌｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｓｏｌｉｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｓａｍｅ」は、バッキーロックを製造するための方法を開示する。バッキーロックは、単層ＣＮＴの絡み合ったネットワークを含む三次元の固体ブロック材料である。バッキーロックは、約０．７２ｇ／ｃｍ３（米国特許第６，８９９，９４５号の実施例３を参照）のかさ密度を有し、機械的に強固、頑丈、および耐衝撃性である。バッキーロック形態の単層ＣＮＴは、ランダムネットワークにて存在する。ＣＮＴのランダムネットワークは、ＣＮＴ間のファンデルワールス力によっておよびＣＮＴの物理的な絡み合いまたは干渉によって、所定の位置に保持されているように見える。１つの種類のバッキーロックは、水中にＣＮＴのスラリーを形成することによって製造され、ゆっくりとスラリーから水を除去してペーストを作成し、ペーストのＣＮＴネットワークが溶媒蒸発中に保存されるように非常にゆっくりとペーストを乾燥させる。バッキーロックは、機械的な強度、頑丈さ、および耐衝撃性を有する軽量材料を必要とする様々な用途（例えば、防弾システム）において使用できる。
【０００６】
ＣＮＴを含む従来の材料は、興味深く有益な特性を有するが、これらの材料を含む個別のＣＮＴは、かなり異なる特性を有する。したがって、個別のＣＮＴの特性に更に匹敵する特性を有する材料を生成することが有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２０１２／００３４１５０  Ａ１号
【特許文献２】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７１号
【特許文献３】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７２号
【特許文献４】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７３号
【特許文献５】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７５号
【特許文献６】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７６号
【特許文献７】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７７号
【特許文献８】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７８号
【特許文献９】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００７９号
【特許文献１０】国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／００００８１号
【特許文献１１】米国特許第６，８９９，９４５号
【発明の概要】
【０００８】
開示
固体炭素生成物を形成する方法は、押出成形、ダイプレス成形、ローラープレス成形、射出成形等の、複数のカーボンナノチューブを含む固体成形物を形成するための圧密方法を含む。カーボンナノチューブは、任意に、他の物質と混合されてもよい。そのような固体成形物は、ＣＮＴの少なくともいくつかを焼結するのに十分な温度まで不活性雰囲気で加熱することによって更に処理され得、隣接するＣＮＴ間で共有結合を形成し得る。当該方法は、複数のナノチューブを形成する工程、複数のナノチューブをプレス機の中に配置する工程、およびカーボンナノチューブに熱および圧力を加えて固体炭素生成物を形成する工程を含む。焼結されたとき、得られる材料は、その間に共有結合を有する２つ以上のＣＮＴを有する物質の新たな組成物である。
【０００９】
固体炭素生成物は、焼結されていようと焼結されてなかろうと、材料全体にわたって複数の空隙を画定する連結されたＣＮＴを含む。介在する空隙の寸法は、固体炭素生成物を構成するＣＮＴの特徴的な直径、固体炭素生成物から除かれたときに空隙を形成し得る他の材料の包含、ならびに固体炭素生成物が形成されるときの圧力および温度の制御を含む様々な方法によって制御され得る。
【００１０】
焼結された固体炭素生成物は、共有結合した複数のカーボンナノチューブを含む。いくつかの方法は、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程、隣接するカーボンナノチューブ間に化学結合が形成されて結合したカーボンナノチューブ構造体が形成されるように、圧縮された材料を非反応性環境で加熱する工程、および、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブの炭素が酸素と反応しない温度まで冷却する工程を含む。
【００１１】
他の方法は、まず、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮することによって固体炭素生成物を形成する工程、および続いて、得られた固体炭素生成物を焼結条件に置く工程を含む。当該焼結条件は、真空または不活性雰囲気（例えば、アルゴンまたはヘリウム）などの不活性環境を含み得る。固体炭素生成物が、一定の期間、所望の温度まで加熱されて隣接するＣＮＴ間に共有結合が引き起された後、その物体が空気中での炭素の酸化温度を下回るように冷却される。次いで、生成物は焼結条件から取り出され得る。
【００１２】
そのような方法は、押出成形、ダイプレス成形、射出成形、静水圧プレス成形、およびロールプレス成形などの様々な標準的な産業処理方法のうちのいずれかを含み得る。固体炭素生成物の焼結は、焼結粉末冶金および焼結セラミック処理などにおいて一般的に使用される様々な装置において実施できる。固体炭素生成物の焼結は、誘導加熱、プラズマアーク放電、高温オートクレーブおよびアニール炉、ならびに当該技術分野で既知の他の関連するデバイスおよび方法を含む様々な手段のうちのいずれかを含み得る。
[本発明1001]
以下の工程を含む、固体炭素生成物を形成する方法：
複数のカーボンナノチューブをプレス機の中に配置する工程；及び
圧縮された固体炭素生成物を形成するために該複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程。
[本発明1002]
焼結された固体炭素生成物を形成するために前記カーボンナノチューブを焼結する工程を更に含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、不活性雰囲気中または真空中で該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、本発明1002の方法。
[本発明1004]
前記焼結された固体炭素生成物をカーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程、ならびに、冷却された焼結された固体炭素生成物を前記不活性雰囲気または真空から取り出す工程を更に含む、本発明1003の方法。
[本発明1005]
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、所定の温度で所定の時間にわたって該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、本発明1002の方法。
[本発明1006]
前記カーボンナノチューブを焼結する工程が、約1400℃と炭素の昇華温度との間の温度で該カーボンナノチューブを焼結する工程を含む、本発明1005の方法。
[本発明1007]
前記複数のカーボンナノチューブをプレス機の中に配置する工程の前に、該複数のカーボンナノチューブを形成する工程を更に含み、各カーボンナノチューブが残存金属触媒を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1008]
前記複数のカーボンナノチューブを形成する工程が、周期表の第5族〜第10族の元素からなる群より選択される残存触媒の形態の金属を含む複数のカーボンナノチューブを形成する工程を含む、本発明1007の方法。
[本発明1009]
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、多孔質の圧縮された固体炭素生成物を形成する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1010]
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、電気伝導性の圧縮された炭素固体炭素生成物を形成する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1011]
前記電気伝導性の圧縮された炭素固体炭素生成物を形成する工程が、電極を形成する工程を含む、本発明1010の方法。
[本発明1012]
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、ダイを通して前記圧縮された固体炭素生成物を押出成形する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1013]
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、該カーボンナノチューブをモールドに圧入する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1014]
前記複数のナノチューブをプレス機の中に配置する工程が、該複数のナノチューブを該プレス機内のモールドの中に配置する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1015]
前記圧縮された固体炭素生成物を形成するために前記複数のカーボンナノチューブに圧力を加える工程が、該カーボンナノチューブを圧密する工程を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1016]
前記カーボンナノチューブを反応性ガスに曝露する工程を更に含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1017]
前記カーボンナノチューブを反応性ガスに曝露する工程が、カルボニル含有材料、シラン、および炭化水素からなる群より選択される少なくとも1つの材料に該カーボンナノチューブを曝露する工程を含む、本発明1016の方法。
[本発明1018]
塩を含む液体溶液を調製する工程；
前記圧縮された固体炭素生成物を該液体溶液と接触させる工程；
該液体溶液の少なくとも1つの成分の該圧縮された固体炭素生成物の表面上への電着を引き起こして、めっきされた圧縮された固体炭素生成物を形成するために、該圧縮された固体炭素生成物に電位を加える工程；及び
該めっきされた圧縮された固体炭素生成物を、該固体炭素生成物から該液体溶液を除去するために洗浄する工程
を更に含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1019]
共有結合した複数のカーボンナノチューブを含む、焼結された固体炭素生成物。
[本発明1020]
前記共有結合したカーボンナノチューブが、それらの間に最小寸法中央値が約100ｎｍ未満の複数の空隙を画定する、本発明1019の焼結された固体炭素生成物。
[本発明1021]
前記共有結合したカーボンナノチューブのうちの少なくともいくつかが金属を含む、本発明1019の焼結された固体炭素生成物。
[本発明1022]
約2．2ｇ／ｃｍ3未満のかさ密度を有する、本発明1019の焼結された固体炭素生成物。
[本発明1023]
約1．3ｇ／ｃｍ3を超えるかさ密度を有する、本発明1019の焼結された固体炭素生成物。
[本発明1024]
金属、セラミック、および潤滑剤のうちの少なくとも1つを更に含み、金属、セラミック、および潤滑剤のうちの該少なくとも1つが、前記共有結合した複数のカーボンナノチューブを取り囲みかつ接触している連続マトリクス内に散在している、本発明1019の焼結された固体炭素生成物。
[本発明1025]
構造部材を含む、本発明1019〜1024のいずれかの焼結された固体炭素生成物。
[本発明1026]
発射体に抵抗性の材料を含む、本発明1019〜1024のいずれかの焼結された固体炭素生成物。
[本発明1027]
電気伝導性材料を含む、本発明1019〜1024のいずれかの焼結された固体炭素生成物。
[本発明1028]
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
隣接するカーボンナノチューブ間に共有結合を形成して、結合したカーボンナノチューブ構造体を形成するために、圧縮された該材料を非反応性環境で加熱する工程；及び
該結合したカーボンナノチューブ構造体を、空気中でのカーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程。
[本発明1029]
前記冷却された結合したカーボンナノチューブ構造体を前記非反応性環境から取り出す工程、および、該冷却された結合したカーボンナノチューブ構造体を空気に曝露する工程を更に含む、本発明1028の方法。
[本発明1030]
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
グリーン固体炭素生成物を形成するために、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
該グリーン固体炭素生成物中の少なくとも2つの隣接するカーボンナノチューブ間において共有結合を引き起こすため、および反応性環境の少なくとも1つの材料への更なる共有結合を引き起こすために、該グリーン固体炭素生成物を該反応性環境で加熱する工程であって、該加熱によって、焼結された固体炭素生成物が形成される、工程；及び
該焼結された固体炭素生成物を、空気中での該焼結された固体炭素生成物の酸化温度を下回るまで冷却する工程。
[本発明1031]
前記冷却された焼結された固体生成物を非反応性環境から取り出す工程、および、該冷却された焼結された固体炭素生成物を空気に曝露する工程を更に含む、本発明1030の方法。
[本発明1032]
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を形成する方法：
グリーン固体炭素生成物を形成するために、カーボンナノチューブを含む材料を圧縮する工程；
該グリーン固体炭素生成物中の少なくとも2つの隣接するカーボンナノチューブ間において化学結合を引き起こすために、該グリーン固体炭素生成物を非反応性環境で加熱する工程であって、該加熱によって固体炭素生成物中間体が形成される、工程；
該固体炭素生成物中間体に少なくとも1つの反応性材料を導入する工程；
該固体炭素生成物中間体中の少なくとも1つのカーボンナノチューブと該少なくとも1つの反応性材料との化学結合を引き起こすために、該固体炭素生成物中間体を該少なくとも1つの反応性材料の存在下で加熱する工程であって、該加熱によって、焼結された固体炭素生成物が形成される、工程；及び
該焼結された固体炭素生成物を、空気中での該焼結された固体炭素生成物の酸化温度を下回るまで冷却する工程。
[本発明1033]
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を調製する方法：
第1の複数のカーボンナノチューブを含む材料を非反応性環境に配置する工程；
第1の結合した構造体を形成するために、該第1の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも2つを、それらの間に共有結合を形成するために焼結する工程；
第2の複数のカーボンナノチューブを含む更なる材料を、該第1の結合した構造体を覆って堆積させる工程；
第2の結合した構造体を形成するために、該第2の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも2つを、それらの間に共有結合を形成するために焼結し、及び、該第1の結合した構造体における該第1の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも1つを、該第2の複数のカーボンナノチューブのうち少なくとも1つに対して焼結する工程；
該第2の結合した構造体を、空気中での該カーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程；並びに
該第2の結合した構造体を該非反応性環境から取り出す工程。
[本発明1034]
以下の工程を含む、焼結されたカーボンナノチューブ構造体を調製する方法：
カーボンナノチューブを含む材料の層を可動ベルト上に配置する工程；
該材料の層を非反応性環境を含むチャンバ内へと移送するために、該ベルトを移動させる工程；
該材料における隣接するカーボンナノチューブ間に焼結された結合を形成するために、該ベルトおよび該材料の層を加熱する工程；
該材料を、空気中での該カーボンナノチューブの酸化温度を下回る温度まで冷却する工程；及び
該非反応性環境を含む該チャンバから該材料を取り出すために、該ベルトを移動させる工程。
[本発明1035]
前記材料の層を圧縮するように構成された2つのローラーの間で前記ベルトを移動させる工程を更に含む、本発明1034の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】カーボンナノチューブの単純化された図である。
【図２】カーボンナノチューブの単純化された図である。
【図３】カーボンナノチューブの単純化された図である。
【図４】カーボンナノチューブの単純化された図である。
【図５】固体炭素生成物を形成するためのプレス機の単純化された断面図である。
【図６】固体炭素生成物を形成するためのプレス機の単純化された断面図である。
【図７】固体炭素生成物を形成するためのプレス機の単純化された断面図である。
【図８】固体炭素生成物を形成するためのプレス機の単純化された断面図である。
【図９】固体炭素生成物を形成するためのプレス機の単純化された断面図である。
【図１０】連結されたカーボンナノチューブの構造を示す単純化された図である。
【図１１】連結されたカーボンナノチューブの構造を示す単純化された図である。
【図１２】圧密および焼結によって形成された固体炭素生成物のかさ密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、カーボンナノチューブに圧力を加えることによって固体炭素生成物を形成する方法、およびそのようなプロセスによって形成された固体生成物に熱を加えるための方法を含む。固体炭素生成物は、フィルタ、反応器、電気部品（例えば、電極、ワイヤ、電池）、構造物（例えば、ビーム、フレーム、パイプ）、締結具、成形部品（例えば、ギヤ、ブッシング、ピストン、タービン、タービンブレード、エンジンブロック）等の様々な用途で有用であり得る。そのような固体炭素生成物は、従来の材料に対して強化された特性（例えば、強度、電気伝導性または熱伝導性、比表面積、多孔性等）を呈し得る。本開示は、圧力下で固体成形物へと形成された複数のＣＮＴを含む、新たな部類の材料を含む。そのような固体成形物が焼結されると、固体成形物を形成するＣＮＴのうちの少なくともいくつかの間に共有結合が形成される。この材料は、多くの有用な特性を有する。
【００１５】
本明細書において使用されるように、「焼結」という用語は、隣接するＣＮＴのうちの少なくともいくつかの間における炭素と炭素との共有結合を、それらの接触点のうちの少なくともいくつかの間で引き起こすのに十分な温度および圧力で、ＣＮＴをアニールすることまたは熱分解することを意味しおよび含む。
【００１６】
本明細書において使用されるように、「残存触媒」という用語は、ＣＮＴに関連する任意の非炭素元素を意味しおよび含む。そのような非炭素元素は、ＣＮＴの成長先端部における金属触媒のナノ粒子、およびＣＮＴの表面に無作為にまたはそうではなく全体にわたって分散された金属原子または原子団を含み得る。
【００１７】
本明細書において使用されるように、「グリーン」という用語は、焼結されていない任意の固体炭素生成物を意味しおよび含む。
【００１８】
ＣＮＴは、アーク放電、レーザー切断、炭化水素熱分解、Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ反応、Ｂｏｓｃｈ反応および関連する炭素酸化物還元反応、または湿式化学法（例えばＤｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応）を含む、当該分野では既知の任意の方法を通じて生成され得る。本明細書に説明される方法は、製造または合成の方法にかかわらず、カーボンナノチューブに適用可能である。
【００１９】
ＣＮＴは、直径数ナノメートル〜１００ナノメートル以上の範囲にわたる種々の直径の単層および多層カーボンナノチューブとして生じ得る。ＣＮＴは、多種多様の長さおよび形態を有し得、実質的に平行な「フォレスト」、無作為に絡まった塊、または構造化された凝集体の「ピロー」として生じ得る。ＣＮＴはまた、形成または混合されて上の特徴（層の数、直径、長さ、形態、配置等）の種々の組み合わせおよび分布を有するＣＮＴの多くの異なる混合物を形成し得る。種々の混合物は、本明細書に記載の固体炭素生成物を形成するために混合および使用されると、具体的に設計された特性を有する生成物をもたらし得る。例えば、固体炭素生成物を構成するＣＮＴ間の間隙の空隙サイズの中央値は、典型的に、固体炭素生成物を形成する際に使用されたＣＮＴの特徴的な直径にほぼ比例する。空隙サイズの中央値は、固体炭素生成物の全体的な多孔性および密度に影響する。
【００２０】
種々のＣＮＴの機能および構成は、図１〜４に例示されている。図１は、炭素原子１０２が単一の円筒の形状にて共に連結された単層ＣＮＴ１００を示す。炭素原子１０２は六角格子状に共有結合し、そのようにして、チューブの形態に丸められた単一の黒鉛層として見えるＣＮＴ１００を形成する。ＣＮＴ１００は、格子パターンに配置された「丸められたグラファイトシート」として概念化され得、炭素原子１０２がＣＮＴ１００の軸に対して種々の角度で螺旋状になり得る。当該角度は「キラリティー」と呼ばれ、一般的な名称の形態にはアームチェアおよびジグザグが含まれており、参照によりその全体の内容が本明細書に組み込まれるＭｉｌｄｒｅｄ  Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ  ＆  Ｐｈａｅｄｏｎ  ＡｖｏｕｒｉｓによるＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＣａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ：  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１，６  （Ｍｉｌｄｒｅｄ  Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｇｅｎｅ  Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，＆  Ｐｈａｅｄｏｎ  Ａｖｏｕｒｉｓ，ｅｄｓ．，２００１）に説明されている。多くのキラリティーが可能であり、異なるキラリティーを有するＣＮＴ１００は、異なる特性を呈し得る（例えば、ＣＮＴ１００は半導体特性または金属電気特性のいずれかを有し得る）。
【００２１】
ＣＮＴ１００は、周方向断面の炭素原子１０２の数に関連する内径を有する。図１に示されているＣＮＴ１００は、ＣＮＴ１００の端部に示されているように、ジグザグパターンを有する。直径は、ＣＮＴ１００の特性にも影響し得る。単層のＣＮＴ１００は、多くの異なる直径（例えば、約１．０ｎｍ（ナノメートル）〜１０ｎｍ以上）を有することができる。ＣＮＴ１００は、約１０ｎｍ〜約１μｍ（ミクロン）（例えば、約２０ｎｍ〜約５００ｎｍまたは約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ）の長さを有し得る。ＣＮＴ１００は、典型的には、約１００：１〜１０００：１またはより大きなアスペクト比（すなわち、ＣＮＴの長さとＣＮＴの直径との比率）を有する。
【００２２】
複数の層を有するＣＮＴは、多層ＣＮＴと呼ばれる。図２は、共有軸に対して概ね同心状に配設された複数の黒鉛層１２２、１２４、１２６、１２８を有する多層ＣＮＴ１２０を模式的に示している。二重層および三重層のカーボンナノチューブは、別個の部類として説明されることがあるが、それらは、多層ＣＮＴ１２０の最小の分類としてみなされてもよい。多層ＣＮＴ１２０の直径は、約３ｎｍ〜１００ｎｍをはるかに超える範囲に及ぶことができる。約４０ｎｍ以上の外径を有する多層ＣＮＴ１２０は、当該分野で炭素ナノ繊維と呼ばれることがある。
【００２３】
図３は、多層ＣＮＴ１４０、１５０の２つの形態を示している。ＣＮＴ１４０では、１つの単層ＣＮＴ１４２は、直径がより大きい単層ＣＮＴ１４４内に配置されており、それは、順次、直径が更に大きい別の単層ＣＮＴ１４６内に配置され得る。このＣＮＴ１４０は、図２に示されているＣＮＴ１２０に類似しているが、４つの代わりに３つの単層ＣＮＴ１４２、１４４、１４６を含む。図３に示されている多層ＣＮＴの別の形態はＣＮＴ１５０であり、それは、チューブに巻かれた単一のグラファイトシート１５２として概念化され得る。
【００２４】
図４は、ナノバッド１８２が付着した単層ＣＮＴ１８０を模式的に示している。ナノバッド１８２は、球状のバックミンスターフラーレン（「バッキーボール（ｂｕｃｋｙｂａｌｌ）」）に類似の構造を有し、炭素と炭素との結合によって単層ＣＮＴ１８０に結合している。図４に示されている構造によって提案されるように、改変は、単層ＣＮＴ１８０の層または多層ＣＮＴの外側の層に行われてもよい。ナノバッド１８２とＣＮＴ１８０との間の結合点において、炭素二重結合が切れてＣＮＴ１８０の層に「ホール」をもたらし得る。これらのホールは、ＣＮＴ１８０の機械的特性および電気特性に影響し得る。単層ＣＮＴでは、これらのホールは、未改変の円筒状のＣＮＴと比較した場合に相対的な脆弱性を導入し得る。多層ＣＮＴでは、外側の層は影響を受け得るが、内側の層はいずれも恐らくインタクトなままである。
【００２５】
カーボンナノチューブは、典型的に、触媒のナノ粒子がカーボンナノチューブの成長先端部に埋め込まれるようにして形成される。この触媒は、任意に、軽度の洗浄によって（例えば酸洗浄によって）除去されてもよい。特定の理論に束縛されるものではないが、触媒が所定の位置に残された場合、触媒原子は、焼結プロセス中に移動可能となり、カーボンナノチューブの表面または孔内に移動し得ると考えられる。このプロセスは、固体炭素生成物塊に無作為に、均一に、またはそうではなく全体にわたって触媒原子を分散させ得、固体炭素生成物の特性に大きな影響をもたらし得る。例えば、触媒材料は、電気伝導性または他の化学反応を触媒する能力に影響し得る。
【００２６】
触媒粒子は、固体炭素の形成に加えて他の反応を触媒するように選択され得る。触媒粒子は、遷移金属またはそれらの任意の化合物または合金のような任意の材料であってもよい。例えば、触媒粒子は、ニッケル、バナジウム酸化物、パラジウム、プラチナ、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等を含み得る。触媒粒子はＣＮＴに付着するかまたはそうではなくＣＮＴに結合するため、各触媒粒子は他の触媒粒子から物理的に分離され得る。したがって、触媒粒子は、集合的に、触媒と同じ質量を有するバルク材料より更に高い表面積を有し得る。したがって、ＣＮＴに付着した触媒粒子は、反応を触媒する必要がある触媒材料の量を減少させるためおよび触媒の費用を削減するために特に有益であり得る。触媒として使用された圧縮された固体炭素生成物は、多くの用途において、ＣＮＴおよびＣＮＴの成長先端部に埋め込まれた金属触媒粒子の両方の触媒活性から利益を享受する。
【００２７】
本明細書のプロセスで使用されるＣＮＴは、二峰性にサイズ決めされたＣＮＴの組み合わせ、単層ＣＮＴおよび多層ＣＮＴの混合物、種々のサイズの単層ＣＮＴの混合物、種々のサイズの多層ＣＮＴの混合物等を含む、単層ＣＮＴ、多層ＣＮＴ、またはそれらの組み合わせであり得る。ＣＮＴは、シート成形された化合物、圧力成形された化合物、または注入可能な液体のような形態であり得る。ＣＮＴは、材料に圧力を提供するように構造化および構成された任意の他のデバイスであるプレス機内に配置され得る。プレス機は、押出ダイ、モールド、キャビティ等を含み得る。
【００２８】
例えば、図５に示されているプレス機２００では、ＣＮＴ２０２は、材料を押出ダイ２０６に供給するように構成されているホッパ２０４に入れられる。プレス機２００は、押出バレル２０８から押出ダイ２０６へとＣＮＴ２０２を運搬する駆動モータ２１２に接続されたスクリュー機構２１０付きの押出バレル２０８を含む。押出バレル２０８は、任意で、ＣＮＴ２０２が押出バレル２０８を通過する際にＣＮＴ２０２を加熱するための手段を含んでもよい。押出ダイ２０６は、プレス機２００内で形成される部分の断面形状に対応する形状を有する開口部を有する。押出ダイ２０６は、所望の物体の形状に応じて互換性があり得る。いくつかの可能な形状の押出ダイ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが示されている。例えば、押出ダイ２０６は、円、正多角形、不正多角形、Ｉビーム等のような形状の開口部を有し得る。押出ダイ２０６は、対称または非対称、小さいものから大きいものまで等の様々な形状およびサイズの押出成形されたＣＮＴの物体を作成するように構造化できる。ＣＮＴ２０２は、任意で、プレス機２００の前または内部で別の材料と混合されてもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態および図６のプレス機２２０に示されているように、ＣＮＴ２０２は、材料をモールド２２６に供給するように構成されているホッパ２２４内に入れられる。プレス機２２０は、バレル２２８からモールド２２６にＣＮＴ２０２を運搬する駆動モータ２３２に接続されたスクリュー機構２３０付きのバレル２２８を含む。バレル２２８は、任意に、ＣＮＴ２０２がバレル２２８を通過する際にＣＮＴ２０２を加熱するための手段を含んでもよい。モールド２２６は、プレス機２２０で形成される部分の外側の形状に対応する内側の形状を有する開口部を有する。モールド２２６は、所望の物体の形状に応じて交換可能であり得る。いくつかの可能な形状のモールド２２６ａ、２２６ｂが示されている。例えば、モールド２２６は、スクリューまたはプロペラの形状を有し得る。ＣＮＴ２０２は、任意に、流動性、離型、または他のプロセス特性を改善するようにプレス機２００の前または内部で別の材料と混合されてもよい。そのような材料は、その後、エッチング、熱分解、蒸発等の好適な手段によって除去され得る。得られる固体炭素生成物は、実質的に付加的な材料なしであり得、本質的には炭素を含み得、および、いくつかの実施形態では残存触媒材料を含み得る。
【００３０】
他の実施形態および図７のプレス機２４０に示されているように、ＣＮＴ２０２は、形成される生成物の外形を画定する内側形状を有する本体２４４の中に入れられる。ＣＮＴ２０２は、本体２４４によって囲まれる２つのピストン２４６と、２４８との間に入れられてもよい。本体２４４は、内側の空洞を画定し、ピストン２４６、２４８が自由にスライドできるように構成されている層２５０を有し得る。他の実施形態では、一方のピストンは、ＣＮＴを本体に対して押し付けるように構成され得る。
【００３１】
図８のプレス機２６０に示されているような実施形態では、ＣＮＴ２０２は、形成される生成物の形状に対応する１つまたは複数の表面を有するモールド部分２６２内に入れられる。１つまたは複数の付加的なモールド部分２６４は、図９に示されているようにピストン２６６、２６８によって押されると、ＣＮＴ２０２をモールド部分２６２に対して押し付けるように構成されている。モールド部分２６２、２６４は一緒に、形成される生成物の形状を画定する。
【００３２】
ＣＮＴを粘着性のある「グリーン」体に形成するように圧力が加えられる。例えば、図５および６に示されているスクリュー機構２１０、２３０は、ＣＮＴ２０２がプレス機２００、２２０を通過する際に、ＣＮＴ２０２に圧力を加える。図５に示されているようにダイ２０６を通じた押出成形は、連続的であり得る（理論上は無限に長い生成物を生成する）か、または半連続的であり得る（多くの断片を生成する）。押出成形された材料の例としては、ワイヤ形状、チューブ形状、構造形状等が挙げられる。図６に示されているプレス機２２０のように、成形は、剛性のパターン（モールド２２６）を用いて軟性の原料（例えば、ＣＮＴ２０２）を形づくることによる製造プロセスである。ＣＮＴ２０２は、モールドの形状を採る。
【００３３】
図８および９に示されているピストン２６６、２６８は、ＣＮＴ２０２に向かって押され、ＣＮＴ２０２をグリーン体２７０に形成する。得られる形成されたグリーン体２７０は比較的弱い力で一緒に保持され得、よってグリーン体２７０は、容易に更に成形され得る（例えば、機械加工される、穿孔される等）が、処理された際にもなおその形状を維持する。グリーン体２７０のＣＮＴは、それぞれが１つまたは複数の他のＣＮＴと物理的に接触していてもよい。
【００３４】
グリーン体に熱を加えて、隣接するＣＮＴのうちの少なくともいくつかが相互間に共有結合を形成する更に粘着性のある体にＣＮＴを一緒に連結する。例えば、ＣＮＴは、約１℃／分〜約５０℃／分の加熱速度で、少なくとも１５００℃、１８００℃、２１００℃、２４００℃、２５００℃、２７００℃、または更には炭素の昇華温度（およそ３６００℃）直下の温度で加熱され得る。圧力はまた、熱が加えられると同時に、熱が加えられる前に、または熱が加えられた後に加えられ得る。例えば、ＣＮＴは、３０ＭＰａ、６０ＭＰａ、２５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、または７５０ＭＰａなどの１０〜１０００ＭＰａでプレスされ得る。グリーン体は、アニール炉で、加熱された不活性環境（ヘリウムまたはアルゴンなど）に供され得る。ＣＮＴの焼結（すなわち、それらを酸素なしの環境で熱に供すること）は、接触点でＣＮＴ間に共有結合を作成するようである。ＣＮＴの焼結は、典型的には真空または不活性雰囲気などの非酸化性の環境で起こり、そのため、カーボンナノチューブは焼結中に酸化されない。ＣＮＴを焼結して接触している表面に化学結合を引き起こすことは、グリーン材料と比較した場合、固体構造生成物の強度、頑丈さ、耐衝撃性、電気伝導性、または熱伝導性などの所望の材料特性を改善し得る。ＣＮＴは、複合構造、処理を補助する潤滑剤、またはバインダー（例えば、水、エタノール、ポリビニルアルコール、石炭、タールピッチ等）を形成するために、金属またはセラミックなどの付加的な成分の存在下でも焼結され得る。材料は、粉末、削りくず、液体等として導入されてもよい。好適な金属は、例えば、鉄、アルミニウム、チタニウム、アンチモン、Ｂａｂｂｉｔｔ金属等を含み得る。好適なセラミックは、酸化物（例えば、アルミナ、ベリリア、セリア、ジルコニア等）、炭化物、ホウ化物、窒化物、ケイ化物等の材料を含み得る。ＣＮＴ以外の材料が存在する実施形態では、共有結合は、ＣＮＴのうちの少なくともいくつかの間で生じ、付加的な材料は、ＣＮＴのマトリクス内に固定され得る。
【００３５】
焼結体におけるＣＮＴは、相互を接続する化学結合を有する。概して物理結合よりも強い化学結合は、物理結合とは異なる特性をＣＮＴの集合体に付与する。すなわち、焼結体は、それらが形成されたグリーン体よりも高い強度、熱伝導性、電気伝導性、または他の特性を有し得る。
【００３６】
単層ＣＮＴが隣接する単層ＣＮＴと共有結合している場合、炭素-炭素結合のうちのいくつかが切れるとＣＮＴの表面上にホールが形成され得、したがって、各単層ＣＮＴの機械的特性および電気特性が改変され得る。しかしながら、焼結された単層ＣＮＴは、なおも典型的に、強度、頑丈さ、耐衝撃性、電気伝導性、および熱伝導性のような特性の点で、焼結されていない単層ＣＮＴを上回り得る。多層ＣＮＴでは、典型的には、外側チューブ層のみが改変され、内側層はインタクトなままで残る。したがって、多層および二峰性にサイズ決めされたＣＮＴを、例えば押出成形プロセスおよび成形プロセスで用いると、多くの点で単層ＣＮＴの実際的制限を超える特性を有する固体構造がもたらされ得る。
【００３７】
焼結は、ＣＮＴ層間にそれらの接触点で共有結合を形成させると思われる。すなわち、全ての所与のＣＮＴは、２つのＣＮＴの接触している物理点で隣接するＣＮＴと「架橋連結」し得る。焼結を受けた全ての所与のＣＮＴは、多数の他のＣＮＴ（単層ＣＮＴおよび多層ＣＮＴの両方）と共有結合し得る。これは、ＣＮＴが結合点においてスライドまたはスリップしないため、得られる構造の強度を増加させる。焼結されていないＣＮＴ（例えばバッキーロックにおいて）は、互いに対してスライドし得る。ＣＮＴ塊中の多数の部位で起こり得る、焼結によって生じた共有結合のため、焼結体は、従来のＣＮＴ凝集塊に比べてはるかに増大した強度、頑丈さ、耐衝撃性、および伝導性を有する。
【００３８】
図１０は、焼結によって生成された共有結合した２つのＣＮＴ２８０、２８２の架橋連結された構造を模式的に示している。焼結されたとき、ＣＮＴ２８０、２８２は、それらの接触点２８４で共有結合する。各ＣＮＴは、焼結中にそれが接触している他のＣＮＴのうちのいくつかまたは全てと共有結合を形成し得る。多層ＣＮＴの内側を層状にすることにより、焼結条件下で、多層ＣＮＴの個別の層の間に共有結合が生じる可能性が高い。しかしながら、この共有結合は、試験中でありまだ確証されていない。焼結プロセスにおけるＣＮＴの加熱および任意の加圧は、所望のレベルの架橋連結が起こるまで維持される。次いで、焼結されたＣＮＴは、ＣＮＴが自発的に酸素と反応しない温度まで冷却される。その後、混合物は、更なる処理、保管、包装、発送、販売等のために空気に曝露され得る。
【００３９】
別の実施形態では、ＣＮＴ混合物は、反応性環境で（例えば、酸素、水素、炭化水素、および／または別の材料の存在下で）加熱される。この実施形態では、熱および圧力は、反応性環境における反応物が相互に又はＣＮＴと反応するまで必要に応じて維持される。次いで、生成物が冷却される。そのようなプロセスでは、反応物は、ＣＮＴに更なるホールまたは孔を形成して、焼結体の比表面積を増加させ得る。あるいは、反応物は、基となるＣＮＴ構造に影響することなくＣＮＴの表面上に材料を堆積させ得る。
【００４０】
別の実施形態では、ＣＮＴ混合物は、初めに非反応性環境で（例えば、真空中で、ヘリウムの存在下で、またはアルゴンの存在下で）加熱および焼結される。焼結後、熱および圧力が好適な反応条件に変更され、反応物が環境に添加される。そのような反応物は、様々な金属（液体または蒸気として）、金属カルボニル、シラン、または炭化水素を含み得る。反応物が相互にまたはＣＮＴの炭素と反応することは、反応物の生成物でＣＮＴ格子の間隙のうちのいくつかまたは全てを埋め得る。そのような付加的な反応物での処理は、一部の例では焼結中に実施され得るが、別々にも行われ得る。熱および圧力は、所望のレベルの反応（ＣＮＴ内の架橋連結、およびＣＮＴと反応物との間の反応の両方）が生じるまで維持される。次いで、反応した混合物が冷却され、更なる処理、保管、包装、発送、販売等のために反応性環境から取り出される。
【００４１】
図１１は、共有結合したＣＮＴ３０２の塊３００を模式的に示している。ＣＮＴ３０２は、焼結により、双方の接触点３０４を介して他のＣＮＴ３０２（多層または単層ＣＮＴ）と結合し、凝集物を高度に架橋連結された構造へとまとめる。得られた結合により、かなりの強度、頑丈さ、耐衝撃性、および電気伝導性および熱伝導性の材料が作成され得る。
【００４２】
焼結プロセス中、グリーン体は、ＣＮＴの中の空隙のサイズの縮小に対応して収縮し得る。しかしながら、焼結体は、各ＣＮＴ（すなわちＣＮＴの中心）の多孔性のためおよびＣＮＴ間およびＣＮＴ中の空隙のため多孔質のまま残り得る。焼結体は、約１μｍ未満、約５００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または更に約１０ｎｍ未満の最小寸法中央値を有する孔または空隙を有し得る。すなわち、各空隙は、異なる方向で測定された、２つ以上の寸法（例えば、それぞれ互いに垂直である長さと幅と高さ、または直径と長さ）を有し得る。空隙は、規則的な形状である必要はない。「最小寸法」は、単一の空隙の２つ以上の寸法のうちの最小値として画定される。「最小寸法中央値」は、空隙の群についてのこれらの最小寸法の中央値として画定される。
【００４３】
本明細書に記載の焼結体は、ＣＮＴ間およびＣＮＴ内の空隙のため（すなわち、ＣＮＴが中空であるため）高い比表面積を有し得る。例えば、焼結体は、少なくとも約１００ｍ２／ｇ、少なくとも約５００ｍ２／ｇ、少なくとも約７５０ｍ２／ｇ、少なくとも約９００ｍ２／ｇ、または更に少なくとも約１０００ｍ２／ｇの比表面積を有し得る。比表面積は、固体炭素生成物を形成する際に使用されるＣＮＴの特徴的な直径または直径の組み合わせによって制御できる。例えば、直径の大きい多層ＣＮＴが約１００ｍ２／ｇの比表面積を有する一方で、直径の小さい単層ＣＮＴは最大約３０００ｍ２／ｇの比表面積を有する。
【００４４】
焼結体は、高い電気伝導性を有し得る。例えば、焼結体は、少なくとも約１×１０５Ｓ／ｍ（１メートル当たりのジーメンス）、少なくとも約１×１０６Ｓ／ｍ、少なくとも約１×１０７Ｓ／ｍ、または更に少なくとも約１×１０８Ｓ／ｍの電気伝導性を有し得る。電気伝導性は、使用されたＣＮＴの種類、使用されたＣＮＴのキラリティー、焼結条件、および固体炭素生成物の得られる共有結合の分量によって制御できる。例えば、金属キラリティーを有する単層ＣＮＴは、多層ＣＮＴよりも更に高い電気伝導性を有する。更なる例として、共有結合の数の増加は、伝導性の増加と相関すると思われる。
【００４５】
焼結体は、高い熱伝導性も有し得る。例えば、焼結体は、少なくとも約４００Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｋｅｌｖｉｎ当たり１メートル当たりのワット）、少なくとも約１０００Ｗ／ｍ・Ｋ、少なくとも約２０００Ｗ／ｍ・Ｋ、または更に少なくとも約４０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性を有し得る。得られる固体炭素生成物の熱伝導性は、使用されるＣＮＴの種類および使用されるＣＮＴのキラリティーによって制御され得る。例えば、金属キラリティーを有する単層ＣＮＴは、大きい多層ＣＮＴよりも更に高い熱伝導性を有する。
【００４６】
ＣＮＴは、あるいは、図５〜９に対して上述されたように、例えば、押出成形または成形によって焼結プロセス後にプレスされてもよい。いくつかの実施形態では、焼結プロセスは、所望の物体の形成の一部であり得る。例えば、押出バレルの区間は、適切な時間にわたって不活性雰囲気で焼結温度までＣＮＴを加熱して焼結させ得る。そのような加熱は、例えば、誘導加熱またはプラズマアーク加熱であり得る。したがって、焼結されたＣＮＴは、押出成形され得る。焼結されたＣＮＴは、任意に、金属、セラミック、またはガラスなどの別の材料と混合されてもよい。材料は、極端な加熱下または冷却下のいずれかでダイを通してプレスされ得るかまたは引っ張られ得る。所与の形状に押し込まれた材料は、焼結温度および圧力である期間定位置に保持され、次いで、標準大気条件に戻される。生成物は、ワイヤのように連続的であってもよいし、または別個の部品（例えば、ボルト、プロペラ、ギヤ等）であってもよい。焼結されたまたは焼結しているＣＮＴの成形は、典型的に、ＣＮＴ材料を、濃縮された形態（すなわち、不純物を極力含まない）で用いるか、または金属などの別の材料との成形可能な複合材を形成する際に用いるかのいずれかを含む。成形可能な材料は、剛性のモールドの中に置かれるかまたは注入され、特定の温度および圧力で維持され、次いで、冷却して標準大気条件に戻される。
【００４７】
いくつかの実施形態では、（圧縮されたかされていないかのいずれかの）ＣＮＴが、不活性ガスオートクレーブ内のような非反応性環境に置かれる、徐々に製造する方法が用いられ得る。ＣＮＴは焼結されて、表面層のＣＮＴと下部層のＣＮＴとの間に共有結合を形成する。例えば、レーザーは、ＣＮＴの一部分を一定のパターンで照射し得る。焼結されたＣＮＴ上に更なるＣＮＴが堆積され、順次焼結される。焼結プロセスは、必要に応じて何度も繰り返されて焼結されたＣＮＴの選択された厚さを得る。次いで、焼結されたＣＮＴは、ＣＮＴが酸素または他の大気ガスと反応しない温度未満まで冷却される。次いで、焼結されたＣＮＴは、焼結されたＣＮＴを汚染することなく非反応性環境から取り出され得る。いくつかの実施形態では、焼結されたＣＮＴは、各ＣＮＴの付加的な部分が堆積する前に冷却されて非反応性環境から取り出される。
【００４８】
ある実施形態では、焼結された固体炭素生成物は、ベルト式の鋳造動作で形成される。ＣＮＴの層が可動ベルト上に置かれる。ベルトは、非反応性環境を含むチャンバ内へＣＮＴを移動させる。ＣＮＴは、チャンバで焼結され、次いで冷却され（例えば、チャンバの一部分で）、チャンバから取り出される。プロセスは、連続的に稼働し得、例えば焼結されたＣＮＴのシートを形成し得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、固体炭素生成物は、電着によって更に処理され、固体炭素生成物の間隙を別の材料で埋める。堆積される材料を有する溶液が調製される。溶液の溶媒は、水、有機溶媒、または無機溶媒であり得る。溶質は、金属塩、有機塩、有機金属塩等の材料を含んでもよい。電気めっき液は、当該分野で既知であり、よって本明細書に詳細に記載されない。処理される固体炭素生成物は、例えば本体を溶液中に浸漬することによって、溶液と接触させる。電位（直流電圧または交流電圧）が本体に加えられると、溶液の１つまたは複数の成分の電着が引き起こされる。組成、電位、温度、および／または圧力は、選択された量の材料が固体炭素生成物上に堆積されるまで維持される。次いで、固体炭素生成物が溶液から取り出されて洗浄され、余分な溶液が除去される。
【００５０】
本明細書に記載されているように形成された固体炭素生成物はそれぞれ、架橋連結された複数のＣＮＴを含む。ＣＮＴは、約１μｍ未満、約５００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、または更に約１０ｎｍ未満の最小寸法中央値を有し得る複数の空隙を画定する。ＣＮＴのうちのいくつかまたは全ては、金属粒子（該粒子からＣＮＴが形成された）またはＣＮＴ上をコーティングしている金属などの金属を含み得る。固体炭素生成物は、構造部材（例えば、ビーム）、締結具（例えば、スクリュー）、移動部品（例えば、プロペラ、クランク軸等）、電気伝導性部材（例えば、電極、ワイヤ等）、または任意の他の形態であってもよい。固体炭素生成物は、ＣＮＴを取り囲みかつＣＮＴと接触している連続マトリクス内に分散している別の材料を含み得る。固体炭素生成物は、従来の材料と比較して改善された強度、頑丈さ、耐衝撃性、および電気伝導性および熱伝導性を有し得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、固体炭素生成物は、ＣＮＴと共に散在しているかまたはそうではなくＣＮＴに固定されている他の形態の炭素も含む。例えば、バッキーボールは、ＣＮＴのうちのいくつかに接続され得る。別の例として、１つまたは複数のグラファイトシートは、固体炭素生成物の全体または一部分にわたって形成され得る。
【００５２】
本明細書に記載の圧縮された固体炭素生成物および焼結された固体炭素生成物の両方は、多種多様の潜在的に有用な用途を有する。例えば、圧縮された固体炭素生成物は、焼結によって得られる付加的な機械的整合性が必要ない用途において、フィルタ、分子篩、触媒、および電極として使用され得る。焼結された固体炭素生成物は、圧縮された固体炭素生成物を使用できる用途において、および付加的な機械的整合性、電気特性、および焼結によって得られる他の材料特性強化を必要とする多種多様の更なる用途において、使用できる。
【００５３】
焼結された固体炭素生成物は、それらの機械的整合性、高いばね定数を有する圧縮荷重を吸収する能力、および熱を消散させる能力のため、有益な装甲の成分であり得る。すなわち、焼結された固体炭素生成物を使用して、装甲板、防弾チョッキ等の、発射体に抵抗性の材料を形成し得る。固体炭素生成物の軽量さが、ミッションペイロードを改善し、車両レンジを増加させ、重心を変更できた。例えば、焼結された固体炭素生成物を含む装甲材料は、転倒しやすい耐地雷・伏撃防護車両（「ＭＲＡＰ」）などの車両の乗員の負傷および死亡を防止する点で有益であり得る。本明細書に記載の焼結された固体炭素生成物は、モルタルチューブ、銃バレル、大砲バレル、および他の構成要素などの軽量級の軍備システムにおいて効果的であり得る。焼結された固体炭素生成物は、航空機、宇宙船、ミサイル等の航空用車両においても有益であり得る。
【実施例】
【００５４】
実施例１：圧密されたＣＮＴの焼結
米国特許公開第２０１２／００３４１５０  Ａ１号に記載されているようにＣＮＴを形成した。約１．０グラム〜１．２５グラムのＣＮＴの試料を、１００トン（８９０ｋＮ）プレス機を用いて直径１５ｍｍのダイにて、それぞれプレスした。プレスされた試料を不活性ガス炉（１０００−３０６０−ＦＰ２０モデル、ＣＡ，Ｓａｎｔａ  ＲｏｓａのＴｈｅｒｍａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬＬＣより入手可能）に入れて、試料が４００℃になるまで２５℃の速度で真空下で加熱した。この温度を３０分間維持し、試料のいかなる酸素、水、または他の存在する材料をも放出させた。次いで、大気圧を上回る３〜５ｐｓｉ（２１〜３４ｋＰａ）の不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）で炉を満たした。試料が１５００℃になるまで２０℃／分の速度で炉を加熱した。この温度を３０分間維持した。焼結温度まで５℃／分で加熱を継続し、それを６０分間の滞留時間にわたって維持した。試料を５０℃／分で１０００℃まで冷却し、その後、試料が周辺温度になるまで炉を停止した。試料の試料質量、圧密圧力、および焼結温度を以下の表１に示す。不活性ガスは、２４００℃で焼結された試料の場合はヘリウムであり、他の試料の場合はアルゴンであった。
【００５５】
（表１）実施例１で調製された試料
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【００５６】
試料１〜１８は、加熱プロセス前の試料よりも硬く更に強固であった。最大焼結温度の２４００℃（試料７〜９）では、焼結されたペレットは、他の焼結された試料よりもはがれやすい。実施例１で調製された全ての試料は、質的に硬いと観察された。
【００５７】
比重瓶法試験は、骨格密度が、原料粉末の場合の２．２ｇ／ｃｍ３から減少し、原料圧密物が１８００℃、２１００℃、および２４００℃で焼結された試料について、それぞれ、２．１ｇ／ｃｍ３、２．０８ｇ／ｃｍ３、および２．０５ｇ／ｃｍ３であることを示す。かさ密度も焼結後に減少し、ほぼ全ての場合において１．０ｇ／ｃｍ３未満まで減少した。ペレットの厚さは焼結中に５％〜９％増加し、高圧圧密では低圧圧密よりも更に膨張した。試料１〜９のかさ密度を表２および図１２に示す。
【００５８】
（表２）実施例１で調製された試料の特性：
2018111312.tif 000004
【００５９】
実施例２：ＣＮＴのスパークプラズマ焼結
米国特許公開第２０１２／００３４１５０  Ａ１号に記載されているようにＣＮＴを形成した。グラファイト箔（ＡＺ，ＴｕｃｓｏｎのＭｉｎｅｒａｌ  Ｓｅａｌ  Ｃｏｒｐ．から入手可能）を直径２０ｍｍのダイに並べ、２．０ｇ〜４．０ｇのＣＮＴを箔上に置いた。試料をスパークプラズマ焼結（ＳＰＳ）システム（ＳＰＳ  ２５−１０モデル、ＣＡ，Ｓａｎｔａ  ＲｏｓａのＴｈｅｒｍａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬＬＣより入手可能）に入れた。ＣＮＴ試料に約５ＭＰａの軸圧力を加え、次いで、ＳＰＳシステムを３ｍＴｏｒｒ（０．４Ｐａ）未満になるまで排気した。試料を１５０℃／分で６５０℃まで加熱し、この温度を１分間維持して真空ポンプが全ての放出された材料を再度排気した。５０℃／分の速度で１５００℃まで温度を上げつつ同時に、圧力を３０ＭＰａまたは５７ＭＰａの圧密圧力まで上昇させた。温度および圧力を１分間維持した。次いで温度を５０℃／分で焼結温度まで上げ、１０分間または２０分間維持した。滞留後、圧力を５ＭＰａまで下げ、試料を１５０℃／分で１０００℃まで冷却させ、その後、試料が周辺温度になるまで炉を止めた。
【００６０】
試料の試料質量、圧密圧力、圧密速度、焼結温度、および滞留時間を以下の表２に示す。
【００６１】
（表３）実施例２で調製された試料：
2018111312.tif 000005
【００６２】
実施例２で形成されたＳＰＳ焼結されたペレットは、約１０ｍｍ厚であり、１．３ｇ／ｃｍ３〜１．５ｇ／ｃｍ３のかさ密度を有した。これらの試料の強度を例示すると、試料番号２０は、２１００℃で焼結する予定であったが、約１９００℃でダイが破損した。ラムが大きく動き、グラファイトダイを破砕した。試験完了後、ダイを試料から取り除いた。試料は、見た目にはインタクトなまま残ったが、予期したものよりもやや薄かった。これは、焼結が１９００℃未満の温度で生じること、ＳＰＳ焼結されたペレットの強度が極端な温度であっても高いこと、および、焼結された試料が、破断なく加えられた力に耐えるほど十分強固であることを示した。
【００６３】
まだグラファイト箔が付着している試料のかさ密度を決定した。重量が約４ｇの試料（すなわち、試料番号２１、番号２２、および番号２３）の場合、かさ密度は１．３５ｇ／ｃｍ３〜１．５０ｇ／ｃｍ３であった。試料の体積抵抗率および電気伝導率も測定した。データを表４に示す。試料は、アモルファス炭素よりも更に伝導性があり、グラファイトとほぼ同じくらい伝導性があった。
【００６４】
（表４）実施例２で調製された試料の特性：
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【００６５】
上の説明は、多くの詳細を含むが、それらは、本発明の範囲を限定するものとしてではなく、単にある実施形態を提供するものとして解釈されるべきである。同様に、本発明の他の実施形態が、本発明の範囲から逸脱することなく考案され得る。例えば、一実施形態を参照して本明細書で説明される特徴はまた、本明細書で説明される他の実施形態でも提供され得る。したがって、本発明の範囲は、上の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的等価物によってのみ示され、限定される。特許請求の範囲の意味および範囲に入る、本明細書で開示されている本発明に対する全ての追加、削除、および改変は、本発明に包含される。
【図１】
2018111312.tif 000007
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月27日(2018.2.27)
【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】
以下の工程を含む、固体炭素生成物を形成する方法：
複数の黒鉛層を含む炭素含有材料および少なくとも１つの金属をプレス機の中に配置する工程；
該炭素含有材料および該少なくとも１つの金属に圧力を加える工程；及び
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結して、前記炭素含有材料の部分間の接触点での共有結合および前記少なくとも１つの金属を含む焼結体を形成する工程。
【請求項２】
炭素含有材料をプレス機の中に配置する工程が、六角格子状に配列された共有結合された炭素原子を含む炭素含有材料をプレス機の中に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炭素含有材料をプレス機の中に配置する工程が、共有軸の周りに配設された黒鉛層を含む炭素含有材料をプレス機の中に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
炭素ナノ繊維を含むように炭素含有材料を選択する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ニッケル、バナジウム酸化物、パラジウム、プラチナ、金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムおよびそれらの組合せを含むように前記少なくとも１つの金属を選択する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記炭素含有材料に圧力を加えながら、少なくとも２７００℃の温度に前記炭素含有材料を加熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、鉄、アルミニウム、チタニウム、またはアンチモンの存在下で前記炭素含有材料を焼結することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、炭化物、ホウ化物、窒化物、またはケイ化物の存在下で前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、前記炭素含有材料の層の間に共有結合を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記焼結体を、金属、金属カルボニルおよびシランからなる群から選ばれる材料に曝露する工程、および該焼結体を該材料と反応させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結して、約１０ｎｍ未満の最小寸法中央値を有する孔を有する焼結体を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼結体を、金属塩、有機塩、または有機金属塩を含む溶液に曝露する工程、および該溶液に電位を加える工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、前記炭素含有材料を、不活性雰囲気でまたは真空で焼結することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結する工程が、ホウ化物、ケイ化物およびそれらの組合せからなる群から選ばれるセラミック材料の存在下で、前記炭素含有材料および前記少なくとも１つの金属を焼結することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
複数の黒鉛層を含む共有結合した炭素；および
該共有結合した炭素に分散された金属
を含む、焼結された固体炭素生成物。
【請求項１６】
前記複数の黒鉛層が、グラファイトシートを含む、請求項１５に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項１７】
前記共有結合した炭素が、炭素ナノ繊維を含む、請求項１５に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項１８】
前記共有結合した炭素が、１種を超える形態の炭素を含む、請求項１５に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項１９】
前記焼結された固体炭素生成物が、少なくとも１×１０７Ｓ／ｍの電気伝導性を有する、請求項１５に記載の焼結された固体炭素生成物。
【請求項２０】
前記焼結された固体炭素生成物が、約２．２ｇ／ｃｍ３未満のかさ密度を有する、請求項１５に記載の焼結された固体炭素生成物。