(57)【要約】【課題】  ナノ技術と強磁場技術との融合し、カーボンナノロッド類を磁場により選択的に配向方向を制御し、配向位置を固定化する。【解決手段】  １０Ｔ（テスラ）以上の強磁場を印加して分散媒中のフラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドの軸方向を配向させ、その位置を固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０Ｔ（テスラ）以上の強磁場を、分散媒中のフラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドに印加し、ナノロッド軸方向を配向させることを特徴とするナノロッドの磁場配向方法。
【請求項２】
フラーレンまたはメタロフラーレンはアダマンタン誘導体であることを特徴とする請求項１のナノロッドの磁場配向方法。
【請求項３】
ナノロッドは、液−液界面析出法により形成されたものであることを特徴とする請求項１または２のナノロッドの磁場配向方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの方法により配向させたフラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドを位置固定することを特徴とするナノロッドの配向固定化方法。
【請求項５】
ナノロッドを分散する重合性溶液もしくは樹脂溶液の固化処理により位置固定することを特徴とする請求項４のナノロッドの配向固定化方法。
【請求項６】
基板との固着もしくは結合により位置固定することを特徴とする請求項４または５のナノロッドの配向固定化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドの磁場配向方法と所定のパターン等に配向されたナノロッドを位置固定する配向固定化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のナノ技術の研究開発の進展にともなって、金属原子を内包したフラーレンや、これらを含めたフラーレン類のナノチューブ、ナノロッドの合成とその応用への関心が高まっている。そして、これらのナノロッド等の電子材料、電子デバイス、光材料等への応用については、その配向制御と固定化のための技術手段の開発が必要とされている。
【０００３】
一方、材料開発の分野においては、磁場を用いて技術特性の改変やプロセス制御の検討が従来より行われてきている（特許文献１〜３）。しかしながら、現状においては、ナノ技術と磁場を利用しての改変制御の技術との融合による新しい技術地平の開拓はほとんど進展していない。特に、超伝導技術の発展にともなう強磁場は今後の技術革新が大いに期待されているところであるが、ナノ技術との融合はほとんど手つかずの状況にある。
【特許文献１】特開２００２−１４６０６３号公報
【特許文献２】特開２００２−０８０６１７号公報
【特許文献３】特開２００６−０５７０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のとおりの背景から、ナノ技術と強磁場技術との融合発展を図るものとして、カーボンナノロッド類を磁場により選択的に配向方向を制御し、かつ配向位置を固定化する技術手段を新たに提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するものとして、以下のことを特徴としている。
【０００６】
第１：１０Ｔ（テスラ）以上の強磁場を、分散媒中のフラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドに印加し、ナノロッド軸方向を配向させることを特徴とするナノロッドの磁場配向方法。
【０００７】
第２：フラーレンまたはメタロフラーレンはアダマンタン誘導体であることを特徴とする上記のナノロッドの磁場配向方法。
【０００８】
第３：ナノロッドは、液−液界面析出法により形成されたものであることを特徴とする上記のナノロッドの磁場配向方法。
【０００９】
第４：上記いずれかの方法により配向させたフラーレンまたはメタロフラーレンのナノロッドを位置固定することを特徴とするナノロッドの配向固定化方法。
【００１０】
第５：ナノロッドを分散する重合性溶液もしくは樹脂溶液の固化処理により位置固定することを特徴とする上記のナノロッドの配向固定化方法。
【００１１】
第６：基板との固着もしくは結合により位置固定することを特徴とする上記のナノロッドの配向固定化方法。
【発明の効果】
【００１２】
上記のとおりの本発明によれば、フラーレンまたは金属原子内包のメタロフラーレンのナノロッドを磁場によって配向制御することができ、この配向による位置を固定化することができる。これによって、電子材料、光材料等のナノ技術の応用展開が大きく前進することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明における強磁場による配向制御においては、フラーレンまたは金属原子内包のメタロフラーレンのナノロッドの各種のものが対象とされる。この場合のフラーレンとしては、Ｃ60をはじめ、より高次の、たとえばＣ80、Ｃ82等の骨格を有するものであってよく、Ｃ2n（ｎは３０以上の整数）で表わされるもの、さらには、窒素、水素、水、希ガス等をこれに内包するものであってよい。メタロフラーレンは、これら各種のフラーレン炭素骨格に各種金属原子を内包させたものであってよい。内包される金属原子としては、その機能性において、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ランタニド元素が好適に考慮されることになる。これらのメタロフラーレンについてはこれまでに公知の方法をはじめとして各種の方法で製造されたものであってよい。
【００１５】
また、フラーレン、メタロフラーレンは、その炭素骨格に各種官能基や有機物質によって修飾されていてもよく、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の官能基や、これら各種の官能基を有している、もしくは有していない鎖状あるいは環状の単環または多環の炭化水素基、ヘテロ環基を結合していてもよい。
【００１６】
たとえば、このような修飾体としては、本発明者によって、フラーレンのアダマンタン（Adamantane）誘導体等も例示される。
【００１７】
さらには、対イオン種を有していてもよいし、シクロデキストリン、ポリマー等によって包接ないし修飾されていてもよい。
【００１８】
そして本発明においては、たとえば以上のようなフラーレン、あるいはメタロフラーレンのナノロッドとしては、各種の方法により合成したものであってよいが、たとえば好適には、液−液界面析出法により形成されたものとすることができる。この液−液界面析出法では、好適には、ＣＳ2／ｉＰｒＯＨの溶媒系を用いることができる。
【００１９】
本発明による磁場をもっての配向では、上記のようなフラーレンあるいはメタロフラーレンのナノロッドの溶媒分散系に対して１０Ｔ（テスラ）以上の強磁場を印加する。これによって、分散溶媒中のフラーレンあるいはメタロフラーレンのナノロッドを、磁場方向に対して、平行もしくは垂直にその形状異方軸を配向させる。磁場（磁界）の方向に対してナノロッドの軸をどのような方向に配向させるかは、以下のような知見に基づくことができる。一般的には、繊維、ロッド、チューブ等の一軸対称な物体の場合、形状異方軸方向（長手方向）の磁化率と、それに直交する２方向の磁化率（ただしこれら２つは形状上同一とみなせる）とで異なる。これにより、たとえば、形状異方軸が磁化容易軸であるカーボンファイバーの短繊維は、外部磁場を印加することで、外部磁場に対して繊維軸を平行に配向させることができ、形状異方軸が磁化困難軸であるポリエチレン短繊維は、外部回転磁場を印加することで、外部回転磁場に対して繊維軸を垂直に配向させることができる。ここで、磁化率については、１分子の電子状態、結晶中での分子間相互作用の仕方に依り変化する。したがって、これらの知見に基づいて、これらを変化させ得るナノロッドの要素を選択することで、配向軸を変化させることができる。
【００２０】
ここで、本発明においては、たとえば一般的には、フラーレンの種類やメタロフラーレンに含有される金属の種類、フラーレンやメタロフラーレンの修飾体の種類等を選択することにより、形状異方軸とその直交軸の磁化率を変化させることが可能となり、これらの点を考慮して、所定の角度をもっての配向を制御することができる。
【００２１】
１０Ｔ（テスラ）以上の強磁場の印加は、超伝導技術の進展によって可能とされた磁場印加の手段を用いることができる。
【００２２】
配向には、Ｂ＝（２μ０ｋＢＴ／χａＶ）１/２以上の磁場強度が必要である。ただし、μ０は真空の透磁率、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｖはロッドの体積、χａは異方性磁化率である。従って、１Ｔ以上、好ましくは１０Ｔ以上とすることが望ましい。
【００２３】
磁場により配向されたフラーレンもしくはメタロフラーレンのナノロッドは、その配向位置を固定することができる。この固定は、たとえば分散媒としての溶媒の加熱蒸発によるナノロッドの基板への固着、光やエネルギービームの照射、あるいは基板との表面反応による固着や結合により固定化が可能とされる。
【００２４】
以上のような固定化は、配向制御のための磁場の印加の過程において行ってもよい。
【００２５】
本発明においては、上記ナノロッドは、複数、さらには多数のものを対象とすることができることから、以上のような配向制御、そして固定化によって、ナノロッドの所定のパターンでの配置が可能となる。ナノロッドの応用において、このパターン配置には大きな価値がある。
【００２６】
そこで以下に実施例を説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００２７】
＜Ａ＞ナノロッドの調製
Ａ−１：試料としてＣ６０フラーレンとともに、フラーレンのアダマンタン修飾誘導体を用いているが、後者の誘導体については、たとえば、２−アダマンタン−２，３−〔３Ｈ〕−ジアジリン（ＡｄＮ2）とＬａ＠Ｃ８２との光反応によるＬａ＠Ｃ８２Ａｄの合成（J. Am. Chem. Soc., 126, 6858-6859(2004)）の方法等に従って調製した。
【００２８】
Ａ−２：ナノロッド試料は、上記のようにして調製された修飾誘導体やＣ６０フラーレンを用いて、ＣＳ２／ｉＰｒＯＨ溶媒系での液−液界面析出法により形成した。
【００２９】
たとえば、１．０ｍｌのｉＰｒＯＨ（イソプロピルアルコール）を２ｍｌ溶量のポリプロピレンチューブに入れ、メタロフラーレン・アダマンタン修飾誘導体の０．３ｍｌ  ＣＳ２溶液を注入することによりナノロッドを生成させる。
＜Ｂ＞磁場の印加
磁場の印加は以下のプロセスとした。
【００３０】
すなわち、調製されたナノロッド（０．０２−０．０５ｍｇ）を０．２ｍｌの２−プロパノールに懸濁させる。この懸濁液の３０μｌを、ガラス容器中のカバーガラム（１８×１８×０．１５ｍｍ）上に滴下し、１２Ｔ（テスラ）強度の超伝導マグネットによる磁場を水平磁場として２９８Ｋの温度で２０分間印加した。この間に溶媒の２−プロパノールは蒸発させることで、基板に固着させた。
【００３１】
ナノロッドの配向について、顕微鏡（オリンパスＢＸ５１）により観察した。
【００３２】
また、比較のために磁場を印加しないで同様の条件とした場合についてもナノロッドを観察した。
＜Ｃ＞結果
図１は、Ｌａ＠Ｃ８２Ａｄナノロッドの場合の、印加磁場０（Ａ）と１２Ｔ磁場印加（Ｂ）の場合を示した顕微鏡写真である。図１より磁場を印加しない場合（Ａ）にはランダムな分散状態を示しているが、磁場印加（Ｂ）によって、磁場方向に対し、垂直にナノロッド軸が配向されていることがわかる。
【００３３】
図２は、Ｌａ２＠Ｃ８０Ａｄナノロッドの場合について例示した顕微鏡写真である。図１の場合と同様に、磁場方向に対して垂直方向に配向されることがわかる。
【００３４】
図３は、Ｃ６０ナノロッドの場合について例示した顕微鏡写真である。図１、図２の場合と同様に、ランダム状態から磁場方向に対して垂直に配向されることがわかる。
【００３５】
図４は、Ｃｅ＠Ｃ８２Ａｄナノロッドの場合を示している。この場合には、ランダムな状態から、１２Ｔ磁場印加によって、磁場の方向と平行に配向されることがわかる。
【００３６】
図５は、Ｓｃ３＠Ｃ８２Ａｄナノロッドの場合について示している。図４の場合と同様に平行に配向されることがわかる。
【００３７】
以上実施例より、内包金属、修飾体を考慮することにより、磁場に対して選択的に配向方向を制御することが可能となることがわかる。
【００３８】
以上のように本願発明によって、分散媒中のフラーレン、メタロフラーレン、およびそれらの誘導体のナノロッドに磁場を印加することで配向固定化することができ、電子材料、光材料等のナノ技術へ応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】Ｌａ＠Ｃ８２Ａｄナノロッドについて例示した顕微鏡写真である。
【図２】Ｌａ２＠Ｃ８０Ａｄナノロッドについて例示した顕微鏡写真である。
【図３】Ｃ６０ナノロッドについて例示した顕微鏡写真である。
【図４】Ｃｅ＠Ｃ８２Ａｄナノロッドについて例示した顕微鏡写真である。
【図５】Ｓｃ３＠Ｃ８２Ａｄナノロッドについて例示した顕微鏡写真である。
【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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