(57)【要約】【課題】炭素ナノ構造体を分散させるための改善された方法の提供。【解決手段】炭素ナノ構造体の表面を含フッ素ガスでフッ素化処理し、フッ素化処理された炭素ナノ構造体を溶媒中に分散させる。本発明に従って得られた炭素ナノ構造体分散液は様々な産業分野において有用である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素ナノ構造体の表面を含フッ素ガスでフッ素化処理し、フッ素化処理された炭素ナノ構造体を溶媒中に分散させることを含む、炭素ナノ構造体の分散方法。
【請求項２】
フッ素化処理が、−２０〜５００℃の温度で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
フッ素化処理された炭素ナノ構造体中の炭素に対するフッ素の原子比が０．００１〜５０：１００であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
フッ素化処理前に炭素ナノ構造体を精製することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
精製過程が、炭素ナノ構造体を酸化性ガス雰囲気中で熱処理するか、無機強酸で処理することによって行われることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
溶媒が、蒸留水、イソプロパノール、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、ジクロロエタン、メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、デカンおよびこれらの混合物からなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
溶媒が、界面活性剤、水溶性高分子およびこれらの混合物からなる群から選ばれる分散剤を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、ブチルベンゼン硫酸ナトリウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、トリトン（Triton）Ｘ−１００、塩化ベンズアルコニウムおよびこれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
水溶性高分子が、アカシア、シクロデキストリン、ポリビニルピロリドン、カルボキシルメチルセルロースおよびこれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
フッ素化処理された炭素ナノ構造体分散液に超音波処理をさらに行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
フッ素化処理された炭素ナノ構造体分散液のｐＨを８〜１４の範囲に調節する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項の方法によって得られた炭素ナノ構造体分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素ナノ構造体（carbon nano-strucutre）の表面をフッ素化する方式で溶媒中での炭素ナノ構造体の分散性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素ナノ繊維、フラーレン、炭素ナノチューブおよび炭素ナノホーンのような炭素ナノ構造体は、これらの優れた物理的、化学的および電気的特性によって、電磁波遮蔽、電子装置または無機−有機複合体などの様々な分野に用いられている。
【０００３】
しかし、このような炭素ナノ構造体は基質中に混入されると凝集し、そのユニークな特性が劣化する傾向にある。したがって、基質中で凝集しない分散性のよい炭素ナノ構造体を開発しようとする多くの試みがあった。
【０００４】
たとえば、界面活性剤を用いて炭素ナノチューブを溶媒中に分散する方法が開示されているが（特許文献１参照）、この方法では完全に分散された炭素ナノチューブ分散液が得られない。
【０００５】
そこで、本発明者らは、炭素ナノ構造体を表面処理することによって、炭素ナノ構造体の分散性を改善させるための方法を開発することによって本発明を完成した。
【特許文献１】韓国特許公開第２００２−７７５０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、炭素ナノ構造体を溶媒中に個別的に分離させるのに効果的な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】
本発明の一実施態様によって、本発明では、炭素ナノ構造体の表面を含フッ素ガスでフッ素化処理した後、フッ素化処理された炭素ナノ構造体を溶媒中に分散させることを含む、炭素ナノ構造体の分散方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分散前にフッ素化処理された炭素ナノ構造体は均一な粒子サイズで溶媒中に分散できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。  
本発明に係る方法は、炭素ナノ構造体を分散前に予めフッ素化処理することを特徴とする。
【００１０】
図１に概略的に示すように、本発明の一実施態様によれば、炭素ナノ構造体を必要に応じて精製し、フッ素化処理（Ｓ１０）した後、フッ素化処理された炭素ナノ構造体を溶媒に分散させる（Ｓ２０）。任意に、フッ素化処理された炭素ナノ構造体分散液を超音波処理し（Ｓ３０）、酸やアルカリ溶液を用いて分散液のｐＨを目的とする範囲に調節する（Ｓ４０）。その後、本発明の分散方法によって得られた炭素ナノ構造体分散液の分散度を分析する（Ｓ５０）。
【００１１】
具体的に、本発明の方法において、分散される炭素ナノ構造体としては、公知の合成法、たとえば、化学蒸着法（ＣＶＤ）、アーク（arc）法、レーザ・アブレーション（laser ablation）などによって合成されたどのような種類の炭素ナノ構造体も用いられる。
【００１２】
このような炭素ナノ構造体は、場合に応じて公知の方法、たとえば、４００〜８００℃の空気のような酸化ガス雰囲気中で熱処理するか、塩酸、硝酸、フッ酸または硫酸のような無機強酸で処理することによって、非晶質炭素または触媒金属を除去して精製してもよい。
【００１３】
本発明によれば、精製されたか、または精製されていない炭素ナノ構造体を−２０〜５００℃でフッ素ガスで処理する。前記フッ素ガスは、炭素に対するフッ素の原子比が０．００１〜５０：１００、好ましくは０．００１〜３０：１００、さらに好ましくは０．００１〜５：１００の範囲の量で使用する。このようなフッ素化処理によって、フッ素基が炭素ナノ構造体の表面の一部を覆うことによって、溶媒中で炭素ナノ構造体粒子の粒子間の相互作用を減少させて炭素ナノ構造体の凝集を抑制する。フッ素化処理された炭素ナノ構造体は個別粒子（単一壁炭素ナノチューブの場合、粒子サイズが１〜３ｎｍである）として溶媒中に分散され、炭素ナノ構造体自体のユニークな特徴が発揮できる。
【００１４】
本発明において、マトリックスとして使用され得る溶媒の例としては、蒸留水、イソプロパノール、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、ジクロロエタン、メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、デカンまたはこれらの混合物がある。
【００１５】
前記溶媒は、分散剤として任意に界面活性剤、水溶性高分子またはこれらの混合物を、溶媒に対して０．００１〜５．０重量％の量で含んでもよい。界面活性剤および水溶性高分子は、好ましくは１：０．８の重量比で混合してもよい。
【００１６】
前記界面活性剤の例としては、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、ブチルベンゼン硫酸ナトリウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、トリトン（Triton）Ｘ−１００、塩化ベンズアルコニウムまたはこれらの混合物がある。
【００１７】
前記水溶性高分子の例としては、アカシア、シクロデキストリン、ポリビニルピロリドン、カルボキシルメチルセルロースまたはこれらの混合物がある。
【００１８】
本発明の方法において、炭素ナノ構造体分散液を場合に応じて１００〜７５０Ｗの超音波で１０分〜２時間処理して炭素ナノ構造体の分散を促進できる。
【００１９】
さらに、場合に応じて、炭素ナノ構造体分散液に酸またはアルカリ溶液を添加して分散液のｐＨを８〜１４の範囲に調節することによって分散効果を高めることができる。
【００２０】
（実施例）
以下、本発明を下記実施例によってさらに詳細に説明する。ただし、これらは本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲を制限しない。
【００２１】
［実施例１］
通常のＣＶＤ方法で合成した単一壁炭素ナノチューブを、管状反応器を用いて４００℃の温度で空気で酸化処理することによって精製した。精製された炭素ナノチューブをさらに０．１ｂａｒのフッ素ガス（Ｆ2）の雰囲気下、４０℃で３０分間フッ素化処理した。フッ素化処理された炭素ナノチューブをクロロホルムに分散して炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２２】
［比較例１］
通常のアーク法で合成した単一壁炭素ナノチューブを管状反応器を用いて４００℃の温度で空気で酸化処理することによって精製した。精製された炭素ナノチューブを実施例１のフッ素化処理工程を省略し、蒸留水に分散して炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２３】
［比較例２］
蒸留水に５００Ｗの超音波を３０分間加えたことを除いては、比較例１と同様な方法で炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２４】
［実施例２］
実施例１に従ってフッ素化処理された炭素ナノチューブを０．０１重量％のドデシルベンゼン硫酸ナトリウム水溶液に分散し、これに５００Ｗの超音波を３０分間加えて炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２５】
［実施例３］
ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム水溶液の代わりに、カルボキシルメチルセルロース水溶液０．１重量％を用いたことを除いては、前記実施例２と同様な方法で炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２６】
［比較例３］
フッ素化処理された炭素ナノチューブの代わりに、フッ素化処理されていない炭素ナノチューブを用いたことを除いては、前記実施例２と同様な方法で炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２７】
［実施例４］
単一壁炭素ナノチューブおよび蒸留水の代わりに、それぞれ多重壁炭素ナノチューブおよびイソプロピルアルコールを用いたことを除いては、前記実施例１と同様な方法で炭素ナノチューブ分散液を得た。
【００２８】
［実験例１］炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布
前記比較例１〜３および実施例１〜３で得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を粒度分析計（ＥＬＳ−８０００；大塚電子株式会社製）を用いて測定した後、その結果をそれぞれ図２〜７に示す。図２〜７において、横軸は測定された炭素ナノチューブまたは炭素ナノチューブ束の直径を示し、縦軸は相対分布度を示す。
【００２９】
図２は、前記比較例１に従って、フッ素化処理なしに精製工程のみを行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが１００〜４，５００ｎｍの広範囲なサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３０】
図３は、前記比較例２に従って、フッ素化処理なしに精製および超音波処理を行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが１００〜１，０００ｎｍと依然として広範囲なサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３１】
図４は、前記比較例３に従って、フッ素化処理なしに精製、界面活性剤および超音波処理を行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが単一壁炭素ナノチューブの場合よりも大きい１０〜１５ｎｍのサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３２】
図５は、前記実施例１に従って、精製およびフッ素化処理を行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが１〜２．５ｎｍのサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３３】
図６は、前記実施例２に従って、精製、フッ素化処理、界面活性剤および超音波処理を行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが１〜３ｎｍのサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３４】
図７は、前記実施例３に従って、精製、フッ素化処理、水溶性高分子および超音波処理を行うことによって得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図であって、炭素ナノチューブが１．７〜３ｎｍのサイズ範囲で分散されていることが分かる。
【００３５】
このように、フッ素化処理された炭素ナノチューブは単一壁炭素ナノチューブの直径に相応する３ｎｍ以下の均一な粒子サイズ範囲で分散できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施態様に従って炭素ナノ構造体を個別粒子状態に分散させる方法を概略的に示すフローチャートである。
【図２】比較例１で得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【図３】比較例２で得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【図４】比較例３で得られた炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る、フッ素化処理された炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る、フッ素化処理された炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【図７】本発明の実施例３に係る、フッ素化処理された炭素ナノチューブ分散液の粒子サイズ分布を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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