(57)【要約】【課題】ナノサイズ炭化ケイ素チューブと、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、簡便かつ大量生産が可能な方法とを提供することを課題とする。【解決手段】ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用い、炭化ケイ素生成反応が進行する温度以上で、ケイ素が溶融せずかつナノチューブ構造が維持される温度以下の温度で反応させることを特徴とする製造方法。並びに、外径が１００ｎｍ以下でありかつ内径が５０ｎｍ以下であることを特徴とするナノサイズ炭化ケイ素チューブ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用い、炭化ケイ素生成反応が進行する温度以上で、ケイ素が溶融せずかつナノチューブ構造が維持される温度以下の温度で反応させることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用い、これらを直接接触させることなく非密封状態の容器中に入れ、１０００℃〜１３００℃の温度及び少なくとも約１０−２Ｐａの真空度で反応させることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
原料であるカーボンナノチューブの外径及び肉厚を分類選択し、併せてケイ素粉末との反応時間及び反応温度を変更することにより、ナノサイズ炭化ケイ素チューブの外径及び肉厚の制御が可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
外径が１００ｎｍ以下でありかつ内径が５０ｎｍ以下であることを特徴とするナノサイズ炭化ケイ素チューブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カーボンナノチューブ及びケイ素粉末を原料としたナノサイズ炭化ケイ素チューブとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化ケイ素チューブを製造するためには、従来、ポリカルボシランを原料としており、得られるチューブの径はマイクロメートルサイズのものであった。
【０００３】
従来の方法においては、まず、（１）ポリカルボシランを原料として繊維を紡糸し、次いで、（２）その繊維に電子線照射を行った後、（３）２５０℃において繊維表面を酸化することによりテトラヒドロフラン溶液に対する不溶化処理を施す。このとき、ポリカルボシラン繊維の表面のみが不溶化される。次いで、（４）繊維をテトラヒドロフラン溶液に浸すと、可溶である中心部が溶け出し繊維をチューブ状にすることができる。最後に、（５）得れらたチューブ状のポリカルボシラン繊維を１０００℃以上の高温で無機化することにより、炭化ケイ素チューブを製造することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、この従来の方法においては、紡糸する繊維の径を小さくすること及び繊維表面の酸化層の厚さを制御することが困難であるために、製造される炭化ケイ素チューブの径は最小でも２０μｍ程度と太く、更に炭化ケイ素チューブの肉厚を制御することが困難であった。また、ポリカルボシランを原料として用いる際には多段階の処理が必要とされるため、より簡便な製造方法に対する必要性が存在していた。更に、従来法による生産量は主として電子線照射設備の能力に依存し、大規模生産の可能性には制約があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８２５３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、簡便かつ大量生産が可能な方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明者らは鋭意研究を行った結果、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用いて、所定の温度及び圧力条件下で反応させることにより、簡便な処理で、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを大量に製造できることを発見し、本発明を完成させた。
【０００９】
要するに、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用い、炭化ケイ素生成反応が進行する温度以上で、ケイ素が溶融せずかつナノチューブ構造が維持される温度以下の温度で反応させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料としてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末を用い、これらを直接接触させることなく非密封状態の容器中に入れ、１０００℃〜１３００℃の温度及び少なくとも約１０−２Ｐａの真空度で反応させることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するための方法であって、原料であるカーボンナノチューブの外径及び肉厚を分類選択し、併せてケイ素粉末との反応時間及び反応温度を変更することにより、ナノサイズ炭化ケイ素チューブの外径及び肉厚の制御が可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、ナノサイズ炭化ケイ素チューブであって、外径が１００ｎｍ以下でありかつ内径が５０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本明細書中において「ナノサイズ炭化ケイ素チューブ」とは、直径が１００ｎｍ以下である炭化ケイ素チューブを示す。
【００１４】
本発明のナノサイズ炭化ケイ素チューブは、以下の手順で製造することができる。
まず、カーボンナノチューブ及びケイ素粉末を原料とし、これらを非密封状態の容器中におく。本発明においては、密封状態を形成する石英ガラス封入などの処理工程を省き、非密封状態の容器中で反応を行うことにより、より簡便な製造方法を実現する。容器は１０００℃〜１３００℃の温度に耐えうるものであれば制限はないが、好ましくは、坩堝である。坩堝は処理条件において原料と反応しない材質のものであればよく、好ましくは、窒化ボロン製坩堝である。
【００１５】
この際、カーボンナノチューブとケイ素粉末とを接触させて反応させた場合、反応後にカーボンナノチューブとケイ素粉末の分離工程が必要となる。このとき更に、１３００℃の高温で反応を行う場合には、ケイ素とカーボンナノチューブが焼結し、得られるナノサイズ炭化ケイ素チューブの外表面にケイ素層が形成されるおそれがある。従って、本発明においては、カーボンナノチューブとケイ素粉末とは直接接触させることなく、容器中に入れる。
【００１６】
本発明において使用することができるカーボンナノチューブ及びケイ素粉末は特に制限はない。
次いで、非密封状態の坩堝を、電気炉等の適当な手段により１０００℃〜１３００℃の温度に加熱し、約１００時間反応させてカーボンナノチューブ及びケイ素粉末原料から炭化ケイ素を生成させる。このとき、温度は、炭化ケイ素生成反応が進行する１０００℃以上で、ケイ素が溶融せずかつナノチューブ構造が維持される１３００℃以下の温度に設定することを要する。また、坩堝の環境雰囲気は、原料の酸化を防止できる程度に真空であることを要し、真空度は例えば少なくとも約１０−２Ｐａであることが好ましい。
【００１７】
このようにして製造される本発明の炭化ケイ素チューブは、外径が１００ｎｍ以下でありかつ内径が５０ｎｍ以下のナノサイズチューブである。本発明の製造方法に従えば、原料であるカーボンナノチューブの外径及び肉厚を分類選択し、併せてケイ素粉末との反応時間及び反応温度を適宜変更することにより、ナノサイズ炭化ケイ素チューブの外径及び肉厚の制御を簡便に行うことができる。
【００１８】
以下、本発明を、一実施態様である実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
【実施例】
（実施例）
本発明のナノサイズ炭化ケイ素チューブの製造方法を実施するのに使用することができる装置の一例を、図１に示す。
【００２０】
図１において、原料であるカーボンナノチューブ１とケイ素粉末２とを、直接接触しないように窒化ボロン製の坩堝３中に入れた。本実施例において、カーボンナノチューブはＧＳＩ  Ｃｒｅｏｓ社製のカルベールを使用し、ケイ素粉末は、ニラコ社製のケイ素粉末を使用した（粒度２００〜３００メッシュ、純度９９．９９９％）。
【００２１】
その上から、窒化ボロン製の蓋４で坩堝に蓋をし、その坩堝を電気炉容器（真空容器）５に入れた。電気炉容器中を１０−２Ｐａ程度まで真空排気して、ヒーター６で１２００℃にした後、１００時間坩堝を電気炉容器中に静置し、カーボンナノチューブとケイ素粉末とを反応させた。
【００２２】
原料として使用したカーボンナノチューブ及び製造されたナノサイズ炭化ケイ素チューブの透過型電子顕微鏡写真を、それぞれ、図２及び図３に示す。図より、本発明の方法に従えば、外径が１００ｎｍ以下であり内径が５０ｎｍ以下のナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造できることが分かる。
（比較例）
実施例と同様な方法で、カーボンナノチューブとケイ素粉末を電気炉中に入れ、真空排気した後、１４５０℃で１時間反応させた。その結果、中心軸周りに開口を有さない棒状の炭化ケイ素ナノロッドが形成された。
【００２３】
このようにして得られた炭化ケイ素ナノロッドの透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。本比較例では反応温度が高かったために、結晶化が促進され炭化ケイ素ナノロッドになったものと考えられる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に従えば、従来技術において、時間浪費的な多段階の処理を要していた炭化ケイ素チューブの製造が、特殊な設備を必要としない単一の処理で遂行することが可能となり、更に、ナノサイズ炭化ケイ素チューブを簡便かつ大量に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のナノサイズ炭化ケイ素チューブの製造方法の一実施態様を示す図である。
【図２】図２は、本発明のナノサイズ炭化ケイ素チューブを製造するのに使用されたカーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡写真である。
【図３】図３は、本発明のナノサイズ炭化ケイ素チューブの透過型電子顕微鏡写真である。
【図４】図４は、比較例により作製された炭化ケイ素ナノロッドの透過型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  カーボンナノチューブ
２  ケイ素粉末
３  窒化ボロン製坩堝
４  窒化ボロン製坩堝の蓋
５  電気炉容器（真空容器）
６  ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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