(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を５０ｗｔ％以上含む液体中に大気圧下でカーボンナノチューブを分散させる分散工程と、
（ａ）または（ｂ）の工程とを有し、
前記（ａ）の工程は、
前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体中に大気圧下で水溶性薬品を水和させる水和工程と、
前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体の周囲の雰囲気を６ｈＰａ以上０．１０ＭＰａ以下に減圧させる減圧工程とを有し、
前記（ｂ）の工程は、
前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体の周囲の雰囲気を６ｈＰａ以上０．１０ＭＰａ以下に減圧させる減圧工程と、
前記カーボンナノチューブを分散させ、前記雰囲気を減圧させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程とを有する
ことを特徴とする、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法。
【請求項２】
前記（ａ）の工程における前記水和工程もしくは前記減圧工程の後、または前記（ｂ）の工程における前記水和工程の後に、前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体に振動を与える振動工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項３】
前記振動工程において、前記振動は１５ｋＨｚ以上の周波数を有することを特徴とする請求項２記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項４】
前記水和工程は、前記カーボンナノチューブの内部における前記水溶性薬品の内包率を制御する制御工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項５】
前記制御工程において、前記液体中の前記水溶性薬品の濃度を調整して、前記水溶性薬品の内包率を制御することを特徴とする請求項４記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項６】
前記制御工程において、前記液体の温度を変化させて、前記液体中の前記水溶性薬品の濃度を調整することを特徴とする請求項５記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブは、少なくとも１か所が開口していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブは、カップスタック型カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項９】
前記カーボンナノチューブは、開口を備えていないカーボンナノチューブの開口処理により、少なくとも１か所を開口させたカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項１０】
前記水溶性薬品は、防錆効果を持つことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【請求項１１】
前記水溶性薬品は、ケイ酸塩、リン酸塩、亜硝酸塩、クロム酸塩、およびアンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の水溶性薬品の内包方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、炭素原子により構成される円筒状の炭素繊維であり、多くの優れた性質を持つ。そのため、カーボンナノチューブについて、工学的応用の模索が進められている。
【０００３】
また、カーボンナノチューブのさらなる高機能化を目指し、カーボンナノチューブの中空部に炭素以外の物質、例えば金属系物質を導入した物質内包カーボンナノチューブに関する製造技術の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６３３８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の物質内包カーボンナノチューブの製造方法では、カーボンナノチューブを生成しながら、物質をカーボンナノチューブの内部に導入している。この製造方法では、カーボンナノチューブの生成と物質の導入とを１つの工程で行うため、工程の操作が煩雑であった。さらには、物質の導入はカーボンナノチューブの生成条件下で実施されるため、物質の導入方法が制限されることがあった。また、既に生成されたカーボンナノチューブを用いて、そのカーボンナノチューブの内部に物質を導入することは容易ではなかった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、水を含む液体中にカーボンナノチューブを分散させる分散工程と、（ａ）または（ｂ）の工程とを有する。前記（ａ）の工程は、前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程と、前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程とを有する。前記（ｂ）の工程は、前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程と、前記カーボンナノチューブを分散させ、前記雰囲気を減圧させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包させる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。
【図２】第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程の構成の一例を模式的に示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程の構成の他の例を模式的に示す概略図である。
【図４】第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。
【図５】第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における振動工程の構成の一例を模式的に示す概略図である。
【図６】第３の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における制御工程の構成の一例を模式的に示す概略図である。
【図７】実施例で用いたカーボンナノチューブの先端について観察したＳＴＥＭ像である。
【図８】リン酸ナトリウムを内包したカーボンナノチューブについて観察したＳＴＥＭ像である。
【図９】図８に示すＳＴＥＭ像における炭素（Ｃ）の元素マップ像である。
【図１０】図８に示すＳＴＥＭ像における酸素（Ｏ）の元素マップ像である。
【図１１】図８に示すＳＴＥＭ像におけるナトリウム（Ｎａ）の元素マップ像である。
【図１２】図８に示すＳＴＥＭ像におけるリン（Ｐ）の元素マップ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、分散工程Ａ、水和工程Ｂ、および減圧工程Ｃを有する。第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に水和工程Ｂを実施し、水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃを実施してもよいし、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃを実施し、減圧工程Ｃの後に水和工程Ｂを実施してもよい。
【００１２】
第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法においてはじめに実施される分散工程Ａは、水を含む液体中にカーボンナノチューブを分散させる。液体中にカーボンナノチューブを分散させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体中にカーボンナノチューブを分散させる方法として、例えば、カーボンナノチューブを添加した液体を撹拌する方法、カーボンナノチューブを添加した液体に超音波のような所定の高周波を有する振動を与える方法などが挙げられる。分散工程Ａは、大気圧下で実施されることが好ましい。
【００１３】
液体中に分散させるカーボンナノチューブは、少なくとも１か所が開口している。開口は、カーボンナノチューブの端部であっても、側面部であってもよい。開口を備えていないカーボンナノチューブであっても、当該カーボンナノチューブに酸などの化学処理や所定の温度での加熱処理のような開口処理を施して、当該カーボンナノチューブを構成する一部の炭素を取り除き、当該カーボンナノチューブの少なくとも１か所を開口させたカーボンナノチューブを液体中に分散させてもよい。
【００１４】
また、カーボンナノチューブは、一枚のグラファイトシートからなる単層カーボンナノチューブであっても、直径の異なる複数の単層カーボンナノチューブが同軸で多層に重なった多層カーボンナノチューブであってもよい。
【００１５】
液体中に分散させるカーボンナノチューブは、カップスタック型カーボンナノチューブが好ましい。カップスタック型カーボンナノチューブは、その構造上の特徴から、上述したカーボンナノチューブの開口処置を行わなくとも、少なくとも一方の先端が開口している。そのため、開口処理を省略することができる。
【００１６】
カーボンナノチューブの内径は、後述する液体中に水和している水溶性薬品を内包できれば、特には限定されない。カーボンナノチューブの長さは特には限定されない。
【００１７】
また、カーボンナノチューブを分散させる液体は、水を５０ｗｔ％以上含むことが好ましい。液体が水を５０ｗｔ％以上含むと、後述する水溶性薬品がカーボンナノチューブを分散させる液体に溶解され、水溶性薬品を効率良くカーボンナノチューブ内部に導入することができる。液体中に不純物を除く水以外の物質が含まれる場合、当該水以外の物質は、実施の形態の内包方法の効果が低下しなければ、特には限定されない。
【００１８】
ここで、実施の形態の内包方法の効果が低下するとは、水溶性薬品の水への溶解が阻害されること、当該水以外の物質がカーボンナノチューブや水溶性薬品と反応して、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包速度や内包率が低下すること、当該水以外の物質が水溶性薬品と反応して、水溶性薬品の特性が低下することなどが挙げられる。水溶性薬品の内包率とは、水溶性薬品の導入前におけるカーボンナノチューブの内部の体積に占める、当該内部に導入した水溶性薬品の体積の割合である。
【００１９】
図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に水和工程Ｂが実施される場合、水和工程Ｂは、カーボンナノチューブを分散させた液体中に水溶性薬品を水和させる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法として、例えば、水溶性薬品を添加した液体を撹拌する方法などが挙げられる。水和工程Ｂは、大気圧下で実施されることが好ましい。
【００２０】
水和工程Ｂの後に実施される減圧工程Ｃは、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた液体の周囲の雰囲気を、分散工程Ａ時および水和工程Ｂ時の液体の周囲の雰囲気よりも、減圧させる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法として、例えば、液体を収容した容器を減圧装置内に入れて、減圧装置によって液体の周囲の雰囲気を減圧する方法などが挙げられる。
【００２１】
また、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃが実施される場合、減圧工程Ｃは、カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気を、分散工程Ａ時の液体の周囲の雰囲気よりも、減圧させる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法は、既知の方法を用いることができる。
【００２２】
減圧工程Ｃの後に実施される水和工程Ｂは、カーボンナノチューブを分散させ、周囲の雰囲気を減圧させた液体中に水溶性薬品を水和させる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法は、既知の方法を用いることができる。
【００２３】
水和工程Ｂで用いる水溶性薬品は、防錆効果を持つものであることが好ましい。防錆効果を持つ水溶性薬品としては、例えば、ケイ酸塩、リン酸塩、亜硝酸塩、クロム酸塩、およびアンモニウム塩などの化合物が好適である。カーボンナノチューブは、上記した水溶性薬品のうちのいずれか１種のみを内包してもよいし、２種以上の水溶性薬品を内包してもよい。
【００２４】
図２は、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程Ｃの構成の一例を模式的に示す概略図である。図２では、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃが実施される場合について説明する。
【００２５】
図２に示すように、分散工程Ａにおいて液体中にカーボンナノチューブを分散させて得られたカーボンナノチューブ分散液１を収容している容器２は、真空容器４内に設置される。容器２内に収容しているカーボンナノチューブ分散液１は、真空容器４内の雰囲気を構成する気体３に曝されている。真空容器４には、配管６を介して、真空ポンプ５が接続している。カーボンナノチューブ分散液１の周囲の雰囲気を構成する気体３は、真空ポンプ５により、配管６を通じて排出される。気体３が真空容器４から排出されると、カーボンナノチューブ分散液１の周囲の雰囲気が減圧される。気体３の排出の状態は、配管６に設けられた圧力調整弁７を用いて制御し、真空容器４内の圧力は、真空容器４に設けられた圧力計８によって確認できる。
【００２６】
減圧工程Ｃにおいて、カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時よりも減圧することによって、カーボンナノチューブ分散液１中の液体は、カーボンナノチューブの内部に容易に内包されることができる。
【００２７】
雰囲気を減圧することでカーボンナノチューブが容易に液体を内包できる理由は、次の通りである。カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時よりも減圧すると、カーボンナノチューブ分散液中の溶存気体の濃度が下がる。例えば、分散工程Ａを大気圧下で実施した場合、カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を大気圧未満に減圧すると、カーボンナノチューブ分散液中の溶存気体の濃度が下がる。溶存気体の濃度が下がると、カーボンナノチューブの内部に存在している気体のカーボンナノチューブ分散液中への溶解が促進される。そして、カーボンナノチューブの内部に存在している気体がカーボンナノチューブから排出されることから、カーボンナノチューブの内部には当該気体に代わり液体が入る。すなわち、減圧工程Ｃでは、カーボンナノチューブ内部に占める気体の占有率が減少され、カーボンナノチューブ内部への液体の侵入が助長される。
【００２８】
図２に示す減圧工程Ｃが完了した後、図１に示す右側の経路のように、水和工程Ｂが実施される。水和工程Ｂでは、周囲の雰囲気を減圧したカーボンナノチューブ分散液１に、水溶性薬品を水和させる。ここで、減圧工程Ｃによって、カーボンナノチューブの内部には液体が導入されている。そのため、気体を内包しているカーボンナノチューブに比べて、液体を内包しているカーボンナノチューブの内部には、カーボンナノチューブ分散液１中に水和している水溶性薬品が容易に入る。こうして、カーボンナノチューブは、水溶性薬品を容易に内包することができる。
【００２９】
また、図３は、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程Ｃの構成の他の例を模式的に示す概略図である。図３では、図１に示す左側の経路のように、水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃが実施される場合について説明する。
【００３０】
図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に実施される水和工程Ｂでは、カーボンナノチューブ分散液１中に水溶性薬品を水和させて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１を得る。水和工程Ｂが完了した後、減圧工程Ｃでは、図３に示すように、水和工程Ｂで得られた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１を収容している容器２は、真空容器４内に設置される。容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１は、真空容器４内の雰囲気を構成する気体３に曝されている。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の周囲の雰囲気を構成する気体３は、真空ポンプ５により、配管６を通じて排出される。気体３が真空容器４から排出されると、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の周囲の雰囲気が減圧される。
【００３１】
減圧工程Ｃにおいて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時および水和工程時Ｂよりも減圧することによって、カーボンナノチューブの内部に存在している気体に代わり、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中に水和している水溶性薬品が液体と共に容易に入る。こうして、カーボンナノチューブは、水溶性薬品を容易に内包することができる。
【００３２】
上述のように、図１に示す右側の経路のように減圧工程Ｃの後に水和工程Ｂが実施される場合と、図１に示す左側の経路のように水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃが実施される場合とでは、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包メカニズムが異なる。すなわち、図１に示す右側の経路のように減圧工程Ｃが水和工程Ｂの前に実施される場合には、カーボンナノチューブの内部に存在している気体が排出された後に、カーボンナノチューブの内部には液体が導入され、その後に、水溶性薬品が導入される。また、図１に示す左側の経路のように減圧工程Ｃが水和工程Ｂの後に実施される場合には、カーボンナノチューブの内部に存在している気体が排出された後に、カーボンナノチューブの内部には水溶性薬品が導入される。
【００３３】
減圧工程Ｃでは、カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気を６ｈＰａ以上０．１０ＭＰａ以下に減圧させることが好ましい。カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気が０．１０ＭＰａ以下に減圧されると、分散工程Ａや水和工程Ｂが大気圧下で実施された場合、カーボンナノチューブ内部に存在する気体の占有率の減少が促進され、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品や液体の侵入が容易になる。また、液体の周囲の雰囲気が６ｈＰａ未満に減圧される場合、水を主成分とする液体では低温（水の場合０℃）でも沸騰しうる領域となるため、適さない。
【００３４】
上記したように、第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００３６】
第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法において、振動工程Ｄをさらに有する以外は、第１の実施の形態の内包方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
【００３７】
第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、分散工程Ａ、水和工程Ｂ、減圧工程Ｃおよび振動工程Ｄを有する。第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法は、図４に示す左側の経路のように、水和工程Ｂの後に振動工程Ｄを実施し、振動工程Ｄの後に減圧工程Ｃを実施してもよいし、図４に示す中央の経路のように、減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄを実施してもよいし、図４に示す右側の経路のように、水和工程Ｂの後に振動工程Ｄを実施してもよい。図４に示すように、第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法において、振動工程Ｄは、水和工程Ｂ以降に実施される。なお、図４に示す左側および中央の経路は、図１に示す左側の経路に対応し、図４に示す右側の経路は、図１に示す右側の経路に対応する。
【００３８】
図４に示す左側の経路のように、分散工程Ａおよび水和工程Ｂの後に振動工程Ｄが実施される場合、振動工程Ｄは、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。また、図４に示す中央の経路および右側の経路のように、分散工程Ａ、水和工程Ｂおよび減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄが実施される場合、振動工程Ｄは、周囲の雰囲気を減圧させ、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。
【００３９】
図４に示すように、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える振動工程Ｄを水和工程Ｂ以降に実施すると、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中での水溶性薬品の拡散、およびカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包がより促進される。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える方法は、既知の方法を用いることができる。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える方法として、例えば、超音波のような所定の高周波を発生する振動発生装置を用いて振動を与える方法などが挙げられる。
【００４０】
図５は、第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における振動工程Ｄの構成の一例を模式的に示す概略図である。図５では、図４に示す中央の経路のように、減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄが実施される場合について説明する。
【００４１】
図５に示すように、振動工程Ｄでは、振動発生装置の振動発生部９は、容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中に挿入している。そして、容器２内で、振動発生装置の振動発生部９が水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。
【００４２】
図５に示す振動発生装置は、振動発生部９を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に挿入する構成であるが、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の少なくとも一部に対して振動を与えることができれば、振動工程Ｄで用いられる振動発生装置の種類や形状は限定されない。例えば、振動発生部９を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に挿入せずに、容器２自身を振動発生部とする振動発生装置を用いることができる。
【００４３】
振動工程Ｄにおいて、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与える振動は、１５ｋＨｚ以上の周波数を有することが好ましい。１５ｋＨｚ以上の周波数を有する振動、いわゆる超音波領域の振動が水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与えられると、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包がより促進される。また、振動工程Ｄにおいて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与える振動の上限は、特には限定されない。例えば、現状で最高水準であるＧＨｚオーダーの超音波であっても使用可能である。振動の上限としては、一般的な洗浄機等の分野で用いられる４００ｋＨｚ程度が好ましい。
【００４４】
１５ｋＨｚ以上の周波数を有する振動を与える振動発生装置として、例えば、市販の超音波洗浄機や超音波ホモジナイザー、大規模な超音波発生装置などが挙げられる。
【００４５】
なお、振動工程Ｄと、上述した分散工程Ａにおける、カーボンナノチューブを分散させるときに用いられる超音波のような高周波を有する振動を与えるプロセスとは、明確に作用が異なる。振動工程Ｄにおける振動は、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の侵入を促進させるものである。一方、上述した分散工程Ａにおける振動は、液体中へのカーボンナノチューブの分散を促進させるものである。
【００４６】
上記したように、第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、水和工程Ｂ以降に実施される振動工程Ｄを有する。そのため、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品をより容易に内包することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法において、水和工程Ｂが制御工程を有する以外は、第１および第２の実施の形態の内包方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、第１および第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００４８】
第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法では、上記した第１および第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における水和工程Ｂが制御工程を有する。制御工程は、カーボンナノチューブの内部における水溶性薬品の内包率を制御する。制御工程では、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整することによって、カーボンナノチューブ内部の水溶性薬品の内包率を制御する。さらに、制御工程において、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１に水溶性薬品を添加して水溶性薬品の濃度を調整するときに、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１の温度を変化させてもよい。
【００４９】
図６は、第３の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における制御工程の構成の一例を模式的に示す概略図である。図６では、図４に示す中央の経路において、分散工程Ａの後に実施される水和工程Ｂが制御工程を有する場合について説明する。
【００５０】
図６に示すように、制御工程では、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）を収容している容器２は、恒温槽１０内に設置される。そして、恒温槽１０によって、容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）の温度が制御される。
【００５１】
ここで、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が飽和溶液でない場合、水和工程Ｂにおいて水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）に添加する水溶性薬品の量を調整することによって、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整することができる。このとき、恒温槽１０によって、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）を温度制御して、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）の温度を変化させてもよい。
【００５２】
一方、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が飽和溶液である場合、恒温槽１０によって、飽和状態にある水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の温度を上げて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１への水溶性薬品の溶解度を高くする。その後、水溶性薬品を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１にさらに添加して水溶性薬品の濃度を調整する。
【００５３】
このように、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品がカーボンナノチューブ内部に侵入する。そして、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に含まれる水溶性薬品の濃度が高くなるにつれて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に含まれる水溶性薬品の量は多くなるため、カーボンナノチューブ内部に侵入する水溶性薬品の量は増加する。そのため、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を決める因子である、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１への水溶性薬品の添加量の調整、および水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１の温度制御による水溶性薬品の溶解度の調整により、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整し、カーボンナノチューブ内部における水溶性薬品の内包率を制御することができる。
【００５４】
上記したように、第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、水和工程Ｂは水溶性薬品の内包率を制御する制御工程を有する。そのため、カーボンナノチューブ内部における水溶性薬品の内包率を制御することができる。
【００５５】
以上説明した実施の形態によれば、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包することが可能となる。さらに、固形物であるカーボンナノチューブの内部に水溶性薬品を担持させることで、カーボンナノチューブからの水溶性薬品の放出を制御することができ、さらには、吸着剤、触媒、電極材料などをカーボンナノチューブの内面および外面に担持させることで広い有効面積を確保することができる。一例として、実施の形態の水溶性薬品の内包方法によって水溶性薬品を内包したカーボンナノチューブは、防錆効果を持つ水溶性薬品を単に水和させて防錆効果を持たせた試料とは異なり、水溶性薬品の濃度の継時的な制御が可能であるため、防錆効果の継時的な制御ができる。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されない。
【００５７】
水溶性薬品を内包させるカーボンナノチューブとして、カーボンナノチューブ（カルベール２４ＰＳ（カップスタック型カーボンナノチューブ）、ＧＳＩクレオス社製）を用意した。図７は、実施例で用いたカーボンナノチューブ２１の先端について観察したＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像である。図７に示すように、カーボンナノチューブ２１の先端は開口していることが確認できる。
【００５８】
次に、水に分散剤を加え、超音波ホモジナイザーを用いてカーボンナノチューブ５ｇを分散させた、１００ｍＬのカーボンナノチューブ分散液を得た。続いて、カーボンナノチューブ分散液中に、防錆効果を持つ水溶性薬品としてリン酸塩の一種であるリン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）１０ｇを添加し、カーボンナノチューブ分散液中にリン酸ナトリウムを水和させた。続いて、リン酸ナトリウムを水和させたカーボンナノチューブ分散液を収容しているビーカーを超音波洗浄機（ＶＳ−１００、井内盛栄堂製）に設置し、超音波洗浄機によって超音波領域の振動をカーボンナノチューブ分散液に与えた。続いて、リン酸ナトリウムを水和させたカーボンナノチューブ分散液を収容しているビーカーをデシケーター内に設置した。そして、当該分散液が曝されるデシケーター内の雰囲気を構成する気体を真空ポンプにより吸引し、分散液の周囲の雰囲気を減圧した。その後、減圧下でビーカーをデシケーター内に静置した。こうして、カーボンナノチューブの内部に水溶性薬品であるリン酸ナトリウムを内包させた。
【００５９】
次に、デシケーターからビーカーを取り出し、ビーカー内の試料をエタノールで希釈し、カーボンナノチューブの外表面に付着したリン酸ナトリウムを除去した。図８は、リン酸ナトリウム２２を内包したカーボンナノチューブ２１について観察したＳＴＥＭ像である。図７に示した実施例の上記工程を施していないカーボンナノチューブ２１とは異なり、図８に示すように、水溶性薬品であるリン酸ナトリウム２２がカーボンナノチューブ２１の内部に内包していることが確認できる。
【００６０】
さらに、図８に示したＳＴＥＭの明視野像と同じ視野に対し、ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ）による元素マッピングを行った。図９は、図８に示すＳＴＥＭ像における炭素（Ｃ）の元素マップ像、図１０は、図８に示すＳＴＥＭ像における酸素（Ｏ）の元素マップ像、図１１は、図８に示すＳＴＥＭ像におけるナトリウム（Ｎａ）の元素マップ像、図１２は、図８に示すＳＴＥＭ像におけるリン（Ｐ）の元素マップ像である。図９に示す炭素の元素マップ像において、上下方向に薄く表示されている部分は、カーボンナノチューブの内部の部分に対応している。そして、図１０〜図１２に示す各種の元素マップ像において、このカーボンナノチューブの内部の部分に、酸素（図１０）、ナトリウム（図１１）、リン（図１２）が分布していることが確認された。
【００６１】
なお、酸素が水分子由来であるか、またはリン酸ナトリウム由来であるかを特定することは困難であるが、カーボンナノチューブの内部の部分におけるナトリウムおよびリンの分布は、明らかにカーボンナノチューブ内部にリン酸ナトリウムの成分が内包されていることを示している。
【００６２】
このように、上記のような水溶性薬品の内包方法は、既に生成されたカーボンナノチューブの内部に水溶性薬品を内包することができた。さらには、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた液体に振動を与えることで、水溶性薬品をより容易に内包することができた。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１…カーボンナノチューブ分散液、２…容器、３…気体、４…真空容器、５…真空ポンプ、６…配管、７…圧力調整弁、８…圧力計、９…振動発生部、１０…恒温槽、１１…水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液、２１…カーボンナノチューブ、２２…リン酸ナトリウム。
【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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