(57)【要約】【課題】  低コストで高収率に内包炭素クラスタを製造する方法を提供する。【解決手段】  ベンゼン環と内包対象物であるナトリウムとを有するナトリウムフェノキシド溶液２に一対の電極３を浸す。そして不活性気体導入口６から窒素５を充填して密閉状態にし、電極３に電圧を印加してアーク放電を行なう。このときナトリウムフェノキシド分子を構成していたベンゼン環から炭素クラスタが生成され、固形物として析出する。同時にそのうちの一部には上記分子を構成していたナトリウム原子が内包して、ナトリウム原子内包クラスタが生成される。しばらくアーク放電した後、溶液から固形物を取り出して化学的方法などを用いてナトリウム原子内包クラスタを抽出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を用いてアーク放電する工程と、アーク放電による生成物から内包炭素クラスタを抽出する工程とを有することを特徴とする内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項２】
アーク放電する工程は、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体中で行なうことを特徴とする請求項１記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項３】
ベンゼン環と内包対象物とを有する液体は、ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体との混合液体であることを特徴とする請求項２記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項４】
内包対象物を有する液体は中性塩電解液であることを特徴とする請求項３記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項５】
ベンゼン環を有する液体はトルエンであることを特徴とする請求項３又は４記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項６】
アーク放電中、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を撹拌することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項７】
内包対象物はアルカリ金属であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項８】
アーク放電する工程を、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を電極に噴霧しながら行なうことを特徴とする請求項１記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項９】
ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体を電極に噴霧しながらアーク放電する工程と、アーク放電による生成物から内包炭素クラスタを抽出する工程とを有することを特徴とする内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１０】
内包対象物を有する液体は内包対象物の融解液であることを特徴とする請求項９記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１１】
ベンゼン環を有する液体はトルエンであることを特徴とする請求項９又は１０記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１２】
内包対象物はアルカリ金属であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１３】
アーク放電する工程は、不活性気体を充填した密閉空間内で行なうことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか1項記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１４】
アーク放電による生成物をピリジン又はアニリンに溶解し、溶解液を乾燥させることによりアルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することを特徴とする請求項７又は１２記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【請求項１５】
アーク放電による生成物をトルエン又は二硫化炭素に溶解することによりアルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することを特徴とする請求項７又は１２記載の内包炭素クラスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は籠状或いは筒状の内部に炭素原子以外のものを含む内包炭素クラスタの製造方法に関し、特にベンゼン環や内包対象物を液体を用いてアーク放電することにより製造しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
真空中で内包対象原子と炭素クラスタのプラズマを発生し、それらのプラズマを制御することにより内包炭素クラスタを製造する方法がある。この方法では、製造装置の真空引きなどの操作が必要なために時間がかかる、得られる内包炭素クラスタの収率が低いなどの問題を抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、低コストで高収率に内包炭素クラスタを製造する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載の内包炭素クラスタの製造方法は、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を用いてアーク放電する工程と、アーク放電による生成物から内包炭素クラスタを抽出する工程とを有することを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項１のアーク放電する工程を、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体中で行なうことを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項１のアーク放電する工程を、ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体との混合液体中で行なうことを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項１のアーク放電する工程を、ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する中性塩電解液との混合液体中で行なうことを特徴とする。
【０００８】
請求項６記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項２乃至５のいずれか１項におけるアーク放電中、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を撹拌することを特徴とする。
【０００９】
請求項７記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項２乃至６のいずれか1項において、内包対象物がアルカリ金属であることを特徴とする。
【００１０】
請求項８記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項１のアーク放電する工程を、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体を電極に噴霧しながら行なうことを特徴とする。
【００１１】
請求項９記載の内包炭素クラスタの製造方法は、アーク放電する工程を、ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体を電極に噴霧しながら行なうことを特徴とする。
【００１２】
請求項１０記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項９のアーク放電する工程を、ベンゼン環を有する液体と内包対象物の融解液を電極に噴霧することにより行なうことを特徴とする。
【００１３】
請求項１２記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項８乃至１１のいずれか１項において、内包対象物がアルカリ金属であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１３記載の内包炭素クラスタの製造方法は、アーク放電する工程を、不活性気体を充填した密閉容器内で行なうことを特徴とする。
【００１５】
請求項１４記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項７又は１２のアーク放電による生成物から内包炭素クラスタを抽出する工程において、生成物をピリジン又はアニリンに溶解し、溶解液を乾燥させることによりアルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することを特徴とする。
【００１６】
請求項１５記載の内包炭素クラスタの製造方法は、請求項７又は１２のアーク放電による生成物から内包炭素クラスタを抽出する工程において、生成物をトルエン又は二硫化炭素に溶解することによりアルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１によれば、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体から炭素クラスタを生成するのと同時に、対象物の内包化も一緒に行なうことができる。すなわち、収率よく内包炭素クラスタを製造することができる。
【００１８】
請求項２又は３によれば、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体中に一対の電極を設置し、この電極に２０〜３０Vの電圧を印加してアーク放電することにより内包炭素クラスタを製造する。すなわち、簡単な方法でコストをかけずに内包炭素クラスタを製造することができる。
【００１９】
請求項４又は６のように内包対象物を有する液体として中性塩電解液を用いたり、アーク放電中撹拌したりすることにより、内包炭素クラスタの収率を高めることができる。
【００２０】
請求項８又は９によれば、ベンゼン環と内包対象物とを有する液体、又はベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体とを霧状にしてアーク放電が行なわれている電極と空間に吹き付けることにより、炭素クラスタの生成と同時に被対象物の内包化も一緒に行なうことができる。
【００２１】
請求項１３のように不活性気体を充填した密閉容器内でアーク放電することにより、目的としない化学反応を防いで効率的に内包炭素クラスタを製造することができる。
【００２２】
アルカリ金属原子内包炭素クラスタはピリジン、アニリンに溶解するが、空の炭素クラスタは溶解しない。請求項１４の内包炭素クラスタの製造方法はこの性質を利用したもので、アーク放電による生成物をピリジン又はアニリンに溶解して乾燥させることにより、アルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することができる。
【００２３】
空の炭素クラスタはトルエン、二硫化炭素に溶解するが、アルカリ金属原子内包炭素クラスタは溶解しない。請求項１５の内包炭素クラスタの製造方法はこの性質を利用したもので、アーク放電による生成物をトルエン又は二硫化炭素に溶解することにより、不溶のアルカリ金属原子内包炭素クラスタを抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ベンゼン環と内包対象物であるナトリウムとを有するナトリウムフェノキシド溶液に一対の電極を浸す。そして不活性気体である窒素を充填して密閉状態にし、電極に電圧を印加してアーク放電を行なう。このときナトリウムフェノキシド分子を構成していたベンゼン環から炭素クラスタが生成され、固形物として析出する。同時にそのうちの一部には上記分子を構成していたナトリウム原子が内包して、ナトリウム原子内包クラスタが生成される。しばらくアーク放電した後、溶液から固形物を取り出して化学的方法などを用いてナトリウム原子内包クラスタを抽出する。
（実施例）
以下、詳細に本発明について説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１に本発明の一実施例である内包炭素クラスタの製造方法の概略図を示す。
【００２６】
容器１には、ベンゼン環と内包対象物であるナトリウムとを有するナトリウムフェノキシド溶液２を入れる。この溶液２内に一対の電極３を浸す。電極３の材料は特に限定されない。グラファイトなどの炭素系材料でもよいし、モリブデンなど非炭素系材料でもよい。この電極３に電源４から電圧を供給して、アーク放電を行なう。アーク放電中に溶液が外気と反応して内包炭素化合物の生成が妨げられるのを防ぐために、不活性気体導入口６から例えば窒素を充填して容器１を密閉しておく。このとき導入する窒素量を調整して、内包炭素化合物を生成するのに適切な圧力になるようにする。充填に用いる気体は窒素に限定されない。ヘリウム、アルゴンなど他の不活性気体を用いてもよい。
【００２７】
電源４から一対の電極３に例えば２０〜３０Vの電圧を供給してアーク放電を行なったとき、ナトリウムフェノキシド分子を構成していたベンゼン環からフラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素クラスタが生成され、固形物として析出する。同時にそのうちの一部には上記分子を構成していたナトリウム原子が内包して、ナトリウム原子内包炭素クラスタが生成される。
【００２８】
ナトリウム原子内包炭素クラスタはピリジン、アニリンに溶解するが、空の炭素クラスタは溶解しない性質がある。そこでしばらくアーク放電した後、固形物を溶液２から取り出してピリジン又はアニリンに浸してナトリウム原子内包炭素クラスタを溶かす。その溶解液を乾燥させることにより、ナトリウム原子内包炭素クラスタを抽出する。
【００２９】
またナトリウム原子内包炭素クラスタはトルエン、二硫化炭素には溶解しないが、空の炭素クラスタは溶解する性質がある。すなわち、固形物を溶液２から取り出してからトルエン又は二硫化炭素に浸すことにより、ナトリウム原子内包炭素クラスタを抽出するようにしてもよい。
【００３０】
本実施例による方法でカリウム原子内包炭素クラスタ、リチウム原子内包炭素クラスタを製造するときは、溶液２としてそれぞれカリウムフェノキシド、リチウムフェノキシドを用いればよい。
【実施例２】
【００３１】
図１のナトリウムフェノキシド溶液２の代わりに、ベンゼン環を有する液体と内包対象物を有する液体との混合液、例えばトルエンと塩化ナトリウムとの混合液を用いる。混合液内に浸された一対の電極に電圧を供給してアーク放電を行なったとき、トルエン分子を構成していたベンゼン環からフラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素クラスタが生成され、固形物として析出する。同時にそのうちの一部には塩化ナトリウム分子を構成していたナトリウム原子が内包して、ナトリウム原子内包クラスタが生成される。
【００３２】
特許登録第２０５３７７５号公報「電解液中ア−ク放電による非導電性材料の加工法」では、電解液中でアーク放電を行なうことによりセラミックスなどの加工量が大幅に増大したということが報告されている。すなわち、内包対象物を有する液体として、上記のように中性塩電解液を用いることが好ましい。
【００３３】
また混合液内でアーク放電中、例えば超音波撹拌器を用いて混合液を撹拌することにより、生成中の炭素クラスタとナトリウム原子が接触する頻度が高まり、ナトリウム原子内包クラスタの生成率を向上させることができる。
【００３４】
析出した固形物からナトリウム原子内包クラスタを抽出する方法は、実施例1と同じである。
【実施例３】
【００３５】
図２に本発明の他の実施例である内包炭素クラスタの製造方法の概略図を示す。図１と同一のものは同じ番号で示す。
【００３６】
電極３に電圧を印加してアーク放電中、不活性気体導入口６から窒素、ヘリウム、またはアルゴンなどの不活性気体を導入する。またアーク放電が起こっている一対の電極及びその間の空間に、トルエン溶液噴霧口７、ナトリウム融解液噴霧口８それぞれからトルエン溶液、ナトリウム融解液を霧状にして吹き付ける。このとき、トルエン分子を構成していたベンゼン環からフラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素クラスタが生成される。同時にそのうちの一部にナトリウム原子が内包して、ナトリウム原子内包クラスタが生成される。
【００３７】
生成した固形物からナトリウム原子内包クラスタを抽出する方法は、実施例１と同じである。
【００３８】
図２は２種類の溶液を噴霧する構成になっているが、アーク放電が起こっている電極と空間にベンゼン環と内包対象物とを有する溶液、例えばナトリウムフェノキシド溶液を噴霧するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例である内包炭素クラスタの製造方法を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施例である内包炭素クラスタの製造方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：容器
２：ナトリウムフェノキシド溶液
３：電極
４：電源
５：窒素
６：不活性気体導入口
７：トルエン溶液噴霧口
８：ナトリウム融解液噴霧口
【図１】
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【図２】
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