(57)【要約】【課題】寸法、形状、構造、純度の安定性が高い高機能のナノグラフェンを提供することである。【解決手段】内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器１と、反応容器内に配置された触媒としての金属基板２と、金属基板を加熱するヒーター６と、反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段５と、気相成長により金属基板上に生成される炭素繊維を掻き取る掻き取り手段４と、掻き取った炭素繊維を回収する回収容器７と、反応容器内のガスを排気する排気手段８と、炭素繊維を液相中で分散させて解体する分散・解体手段を具備した装置を用いて得られるナノグラフェンであって、１層のグラフェン層または重なり合った複数層のグラフェン層からなり、１〜４７０ｎｍの直径を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、前記反応容器内に配置された触媒としての金属基板と、前記金属基板を加熱する加熱手段と、前記反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、気相成長により前記金属基板上に生成される炭素繊維を掻き取る掻き取り手段と、掻き取った炭素繊維を回収する回収容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、前記炭素繊維を液相中で分散させて解体する分散・解体手段を具備した装置を用いて得られるナノグラフェンであって、１層のグラフェン層または重なり合った複数層のグラフェン層からなり、１〜４７０ｎｍの直径を有することを特徴とするナノグラフェン。
【請求項２】
内部を還元雰囲気に保持しうる筒状の反応容器と、前記反応容器内に該反応容器と同軸状に配置された，触媒としての筒状の金属基板と、前記金属基板を加熱する加熱手段と、前記反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、前記反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、気相成長により前記金属基板の内壁上に生成される炭素繊維を掻き取る螺旋状の掻き取り羽根を有する掻き取り手段と、掻き取った炭素繊維を回収する回収容器と、反応容器内のガスを排気する排気手段と、前記炭素繊維を液相中で分散させて解体する分散・解体手段を具備した装置を用いて得られるナノグラフェンであって、１層のグラフェン層または重なり合った複数層のグラフェン層からなり、１〜４７０ｎｍの直径を有することを特徴とするナノグラフェン。
【請求項３】
前記分散・解体手段は、前記炭素繊維を酸性溶液中で酸化処理して酸素を含有した化学修飾基を炭素に置換あるいは付加してグラフェン間距離を拡げ、グラフェン積層物まで解体する手段と、前記グラフェン積層物から炭素に置換あるいは付加していた化学修飾基を取り外してπ電子共役系を回復する手段からなることを特徴とする請求項１または２記載のナノグラフェン。
【請求項４】
前記分散・解体手段は、
液相中で前記炭素繊維とイオン性界面活性剤を混合する混合手段と、
前記炭素繊維と炭素鎖や炭素環で構成される界面活性剤分子を、界面活性剤分子の非イオン性部位との静電引力で吸着させる作用と、界面活性剤分子のイオン性部位同士の電気的引力及び斥力によって絡まっている炭素繊維同士を引き剥がし、更には積層しているグラフェンを解体する手段からなることを特徴とする請求項１または２記載のナノグラフェン。
【請求項５】
前記分散・解体手段は、
液相中で前記炭素繊維と非イオン性界面活性剤を混合する混合手段と、
前記炭素繊維と界面活性剤分子を、界面活性剤分子の炭素鎖や炭素環で構成される非極性部位との静電引力で吸着させる作用と、界面活性剤分子の極性部位同士の静電引力や斥力によって絡まっている炭素繊維同士を引き剥がし、更には積層しているグラフェンを解体する手段からなることを特徴とする請求項１または２記載のナノグラフェン。
【請求項６】
分散させた前記炭素繊維を解体した後、触媒として使用され炭素繊維中に残留していた分散液中の残留金属粒子を分離除去する手段を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のナノグラフェン。
【請求項７】
内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、前記反応容器内に配置された触媒としての金属基板と、前記金属基板を加熱する加熱手段と、前記反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、気相成長により前記金属基板上に生成される炭素繊維を掻き取る掻き取り手段と、掻き取った炭素繊維を回収する回収容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、前記炭素繊維を液相中で分散させて解体する分散・解体手段を具備した装置を用い、重なり合った多層のグラフェン層からなり、８０〜４７０ｎｍの直径を有する炭素繊維から、１層のグラフェン層または重なり合った複数層のグラフェン層からなり、１〜４７０ｎｍの直径を有するナノグラフェンを製造することを特徴とするナノグラフェンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１層のグラフェン層からなる、或いは数層〜１００層のグラフェン層が重なり合った、ナノグラフェンおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノグラファイト及びナノグラフェン等の微細炭素の製造方法として、天然黒鉛であるグラファイトを粘着テープで機械的に剥離し更に粘着テープで剥がす方法がある。また、同じく天然黒鉛を酸溶液中で処理することにより酸化グラファイトを合成してグラファイトを膨潤させ、超音波照射や遠心分離等で酸化グラフェン片を剥離し、回収した酸化グラフェン片を乾燥後、還元して酸素含有基を除去して生成する方法がある。
【０００３】
また、別の手段として、炭素を含有するガスを選択した触媒と４００℃〜１２００℃程度の温度で一定接触させて製造する熱ＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法(ＣＶＤ法)やＳｉＣ加熱法によりグラフェンシートを作製した後、触媒表面やＳｉＣ基板から剥離したグラフェンシートを微粉砕することによっても得ることができる。
【０００４】
しかしながら、何れの方法でも均一なナノサイズのナノグラフェンを得ることが難しく、また製造コストが高くなる等の問題がある。
【０００５】
ナノグラフェンは、多くの工業的用途において急速に重要性を増し、用途研究がなされている。例えば、水素の吸蔵や吸着・脱着、リチウムの吸蔵や吸着・脱着、触媒作用、窒素酸化物の吸着吸蔵などがあるが、いまだに工業的な実現が乏しいのが現状である。その理由の一つとして、構造的に均一なナノグラフェンを量産できないことが挙げられる。
【０００６】
しかして、寸法、形状、構造、純度などで安定性の高いナノグラフェンが低コストで効率よく量産することができるようになれば、ナノグラフェンの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９５５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態の目的は、寸法、形状、構造、純度の安定性が高い高機能のナノグラフェン及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器と、前記反応容器内に配置された触媒としての金属基板と、前記金属基板を加熱する加熱手段と、前記反応容器内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、気相成長により前記金属基板上に生成される炭素繊維を掻き取る掻き取り手段と、掻き取った炭素繊維を回収する回収容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、前記炭素繊維を液相中で分散させて解体する分散・解体手段を具備した装置を用いて得られるナノグラフェンであって、１層のグラフェン層または重なり合った複数層のグラフェン層からなり、１〜４７０ｎｍの直径を有することを特徴とするナノグラフェンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るナノグラフェンの製造装置の基本構成図。
【図２】図１の製造装置において、金属基板への微細炭素の堆積、掻き取りまでの工程順を示す説明図。
【図３】第２の実施形態に係るナノグラフェンの製造装置の概略図。
【図４】実施形態に係る微細炭素繊維の電子顕微鏡写真。
【図５】実施形態に係る微細炭素繊維の電子顕微鏡写真。
【図６】実施形態に係る微細炭素繊維の電子顕微鏡写真。
【図７】実施形態に係る微細炭素繊維の電子顕微鏡写真。
【図８】実施形態に係る微細炭素繊維の構造を模式的に画いた説明図。
【図９】実施形態に係る微細炭素繊維のＴＧ／ＤＴＡ曲線。
【図１０】実施形態に係る分散解体工程を模式的に画いた説明図。
【図１１】実施形態に係る分散解体工程を模式的に画いた説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態に係るナノグラフェンの製造装置について図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）  
第１の実施形態に係るナノグラフェンの製造装置について図１，図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。ここで、図１は前記製造装置の全体を示す説明図、図２（Ａ）〜（Ｃ）は金属基板への微細炭素繊維の積層、掻き取りまでを工程順に示す説明図である。
【００１２】
図中の符号１は、内部を還元雰囲気に保持しうる反応容器を示す。この反応容器1内には、金属基板（触媒）２と、この金属基板２上に生成される微細炭素繊維３を掻き取りする掻き取り部品４が配置されている。前記反応容器1には、反応容器１内に炭化水素を供給する炭化水素供給手段５が接続されている。前記反応容器１の外側には、金属基板２を加熱する加熱手段としてのヒーター６、微細炭素繊維３を回収する回収容器７、反応容器1内のガスを排気する排気手段８が配置されている。なお、図中の符号９は、図示しない液相に外力を加えて、液相中の炭素繊維を分散させる分散・解体手段としての超音波振動子を示す。この超音波振動子は図示しない電源に接続されている。
【００１３】
図１の製造装置では、炭化水素としてエタノールを用いているが、エチレン、プロパン、メタン、一酸化炭素、ベンゼン、トルエンなどでも良い。金属基板２としては、エタノール原料との相性がもっとも良い鉄基板を用いている。但し、鉄を成分とする構造用炭素鋼板、ステンレス３０４鋼板でも良い。触媒となる金属基板の表面には通常酸化膜が形成されているので、その膜を除外して表面を活性化させた。活性化させる方法として、表面の磨きと酸処理を施した。
【００１４】
次に、上記製造装置の作用を図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。  
まず、図２（Ａ）の状態で反応容器１の温度を６００℃〜７５０℃、好ましくは６７０℃に調整して、エタノールを３５０℃で予備加熱して反応容器１内に注入した。原料のエタノールは、反応容器１内で熱分解してガスとなり、金属基板２に炭素原子が取り込まれる。次に、金属基板２中の炭素が飽和状態になると、カーボンが金属基板２から析出し結晶状に成長すると考えられる。その結晶状に生成したのが微細炭素繊維３である（図２（Ｂ）参照）。
【００１５】
次に、金属基板２に数十分かけて生成した微細炭素繊維３を、図２（Ｃ）に示すように掻き取り部品４で掻き落とし、反応容器外の回収容器７に回収した。掻き取りは金属基板２に０〜５ｍｍ程度の厚さで残るように掻きとり、再び成長した微細炭素繊維３を掻き取りして繰り返した。このように、微細炭素繊維３の生成と掻き取りが繰り返し行われる。金属基板２に掻き残した微細炭素繊維があっても、金属基板２に炭化水素の供給が十分なされているため、微細炭素繊維の生成量は長期間一定を保つことができる。
【００１６】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係るナノグラフェンの製造装置について図３を参照して説明する。但し、図１、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。  
図中の符号１１は、内部を還元雰囲気に保持しうるとともに、外気と遮断可能な円筒状の縦型反応容器を示す。この反応容器１１の内側には、当該反応容器１１と同軸の円筒状の金属基板（触媒）１２が配置されている。前記反応容器１１には、金属基板1２の表面に生成された微細炭素繊維３を掻き取る掻き取り機構が配置されている。ここで、掻き取り機構は、駆動装置１３と、この駆動装置１３に軸支された矢印Ａ方向に回転可能な主軸１４と、この主軸１４に取り付けられた螺旋状の掻き取り羽根１５とから構成されている。前記反応容器１１には、当該反応容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段１６が接続されている。なお、図２中の符号１７は、反応容器１１の上部で主軸１４の周囲に配置されたシール部材を示す。なお、図３の製造装置における炭化水素、金属基板の材料などは図１の場合と同様である。但し、触媒となる金属基板１２は炭素繊維生成過程で減肉されるので、一定期間の後に新しい基板と取り替えることができる構造となっている。
【００１７】
次に、図３の製造装置の作用について説明する。  
まず、反応容器１１の温度を６００℃〜７５０℃、好ましくは６７０℃に調整して、エタノールを３５０℃に予備加熱して反応容器１１内に注入した。原料のエタノールは、炉内で熱分解してガスとなり、金属基板１２に炭素原子が取り込まれる。次に、金属基板１２中の炭素が飽和状態となるとカーボンが金属基板１２から析出し結晶状に成長すると考えられる。その結晶状に生成成長したのが微細炭素繊維３である。
【００１８】
次に、金属基板１２に数十分かけて成長した微細炭素繊維３を掻き取り羽根１５で掻き落とし、反応容器外の回収容器７に回収した。掻き取りは、金属基板１２に０〜５ｍｍ程度の厚さで残るように金属基板１２と掻き取り羽根１５の先端間の距離を調整している。ここで、螺旋状の掻き取り羽根１５は、駆動装置１３で０．０１〜０．０５ｒｐｍの速度で矢印Ａ方向に回転して連続的に掻き取るか、もしくは２０〜６０分毎に間欠掻き取りする。その結果、微細炭素繊維３が掻き取られ、その後再び成長した微細炭素繊維３は再び掻き取られ連続生成を続けることができる。また、掻き残した微細炭素繊維があっても、十分に金属基板に炭化水素の供給がなされているため、微細炭素繊維の生成量は長期間一定を保つことができる。
【００１９】
以上、微細炭素繊維の製造装置および製造方法について説明してきたが、これより、生成した微細炭素繊維の寸法、形状、構造、純度について説明する。  
図４は、微細炭素繊維の電子顕微鏡写真である。図４において、繊維状に絡み合って見えるのが炭素繊維である。図５は、図４を拡大した繊維直径が１００〜３００ｎｍの大きさの炭素繊維の電子顕微鏡写真である。図６（Ａ），（Ｂ）は透過型電子顕微鏡写真で、図６（Ａ）より触媒微粒子より両側にカーボン繊維が成長している様子がわかる。また、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ部を拡大したもので、図６（Ｂ）より微細炭素繊維は結晶化したグラフェン片が積層した構造であることが判る。さらに、図７（Ａ），（Ｂ）は微細炭素繊維の透過型電子顕微鏡写真で触媒粒子とやや離れた箇所のカーボン構造である。図７（Ａ）の四角（□）で囲まれた部分をＣ，Ｄ部と拡大し、図７（Ｂ）のＤ部拡大写真にはグラフェンのおおよその向きを白い筋線で画いている。
【００２０】
このことから、本実施形態の装置で製造する微細炭素繊維は、クラフェンが長手方向に多層に重なり合った、直径１００〜３００ｎｍの線状グラファイトナノカーボンファイバー（ＧＮＦ）であることが判った。さらに分析すると、グラフェン間の距離は０.３〜０.４ｎｍ、そのグラフェンが重なり合って平均結晶厚さ３〜１０ｎｍの結晶子を構成し、結晶子が多層に重なり合って直径１００〜３００ｎｍの線状ＧＮＦを構成していることが判った。
【００２１】
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、その構造を模式的に画いた図である。ここで、図８（Ａ）はＧＮＦ２１の断面、図８（Ｂ）はグラフェンの塊（結晶子）２２の断面、図８（Ｃ）はグラフェン分散片２３の断面、図８（Ｄ）はグラフェン２４を示す。
【００２２】
下記表１は、微細炭素繊維の直径を測定し、４つのサンプルについて分布を示したものである。表１より、直径１００〜３００ｎｍの範囲に太さが分布していることが判る。また、表１より、平均直径は１５１．５〜１９８．９ｎｍで、およそ１５０〜２００ｎｍがもっとも多い直径となっていることが判る。他のデータも含めると直径は８０〜４７０ｎｍで、好ましくは１３０〜３００ｎｍである。
【表１】
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【００２３】
図９は、上記実施形態で得られた微細炭素繊維（下記表２のサンプル１（ｎ＝２））の温度と温度差、温度差の微分（時間変化）及び重量変化との関係を示す特性図である。温度は、１０００℃までのデータである。図９において、（ａ）は加熱時の微細炭素繊維の重量変化（ＴＧ）を示す曲線、（ｂ）は加熱時の試料と基準物質の温度差（ＤＴＡ）を示す曲線、（ｃ）は示差熱電対で検出する温度差の時間に対する変化（ＤＤＴＡ）を示す曲線である。図９より、熱分解の開始温度(耐熱温度)が６１６℃であり、重量減少割合が１０００℃において９４.１％であることが判る。
【００２４】
本手法により、４サンプルの測定を行った結果を下記表２に示す。表２より、熱分解開始温度(耐熱温度)が５４０℃から６１６℃に分布している。また、他のデータも含めると、耐熱温度は５３０〜６３０℃であり、好ましくは５４０〜６２０℃である。さらに、表２より、重量減少率（純度）はおおよそ９４％以上であった。また、他のデータを含めると９０〜９７％であり、好ましくは９４〜９７％であった。残渣物は１０００℃で燃えない成分で、例えば触媒などが想定される。
【表２】
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【００２５】
なお、上記実施形態に係る製造装置は基板に炭素繊維を成長させることから、触媒金属が炭素繊維側に必要最低限だけ移行するため、純度が極めて高くなる。また、連続生成が可能なことから大量生産を実現でき、工業的普及を可能にできる。  
以上、微細炭素繊維の製造方法、及び生成した微細炭素繊維の寸法、形状、構造、純度について説明してきた。次に、微細炭素繊維を分散、解体したナノグラフェンの製造方法について説明する。
【００２６】
図１０（Ａ）〜（Ｅ）に微細炭素繊維の分散解体工程を模式的に画いた説明図を示す。  
図１０（Ａ）は、生成炉から出てきた後の無数に生成する繊維形状のＧＮＦ２１が絡み合って凝集している状態を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の凝集したＧＮＦ２１を液相中で分散させて絡まりを解いた状態を示す。図１０（Ｃ）は、前記製造装置で生成したＧＮＦ１本（図１０（Ｂ）のＸ部）の拡大模式図を示す。図１０（Ｄ）は図１０（Ｃ）のＧＮＦ２１をスライスして解体したナノグラフェン（数層〜１００層程度が積層）を示す。図１０（Ｅ）は、図１０（Ｄ）の積層しているナノグラフェンを更に解体して単層にしたナノグラフェンを示す。図１０（Ｆ）は、図１０（Ｅ）のナノグラフェンを面上から見た図を示す。前記微細炭素繊維は、樹脂や塗料、金属等に適量添加すると、導電性や機械強度等の特性向上が期待できるが、絡まったまま添加しても基材中で偏在してしまい、その特性を十分に引き出すことができない。
【００２７】
微細炭素繊維を構成する堆積しているグラフェンは、横方向の６員環平面内ではＳＰ２共有結合で強固に結合しているが、グラフェン層間は共有結合では無く、それよりも結合力が弱い分子間力で結合している。繊維状のＧＮＦが解れた状態から更に処理し続ける、或いは何らかの他の処理を施すと、グラフェン層間の分子間力が切れて解体され、数層〜１００層が堆積したナノグラフェン（図１０（Ｄ））が、更にはグラフェンが1層（図１０（Ｅ））のナノグラフェンが生成する。
【００２８】
図１１（Ａ）〜（Ｅ）は、微細炭素繊維に触媒由来の金属微粒子が残留している場合の分散解体工程を模式的に画いた説明図を示す。図１１（Ａ）は、生成炉から出てきた後の無数に生成する繊維形状のＧＮＦ２１が絡み合って凝集している状態を示す。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の凝集したＧＮＦ２１を液相中で分散させて絡まりを解いた状態を示す。図１１（Ｃ）は、前記製造装置で生成したＧＮＦ１本（図１１（Ｂ）のＸ部）の拡大模式図を示し、符号２５は触媒由来の金属微粒子を示す。図１１（Ｄ）は図１１（Ｃ）のＧＮＦ２１をスライスして解体したナノグラフェンを示す。ここで、金属微粒子２５は、溶解、自然沈降、遠心分離、磁力等で除去される。図１１（Ｅ）は、図１１（Ｄ）の積層しているナノグラフェンを更に解体して単層にしたナノグラフェンを示す。前記金属微粒子２５は、酸性溶液中で溶解したり、自然沈降や遠心分離等の重力を利用した方法、または磁気分離等の電磁気的な手段で分離・除去し、解体で得られたナノグラフェンの炭素純度を上げることができる。これにより、ナノグラフェンの電気特性等の機能を向上させることが出来る。
【００２９】
ここで、生成した微細炭素繊維を分散・解体する具体的な実施形態について説明する。  
（第３の実施形態）  
上記で説明したように、生成したＧＮＦは直径８０〜４７０ｎｍで、グラフェン片が積層して微細炭素繊維を構成している。ＧＮＦが絡み合っている微細炭素繊維凝集体を、硝酸（ＨＮＯ３）（２ｍｏｌ／Ｌ）と硫酸（Ｈ２ＳＯ４）（５ｍｏｌ／Ｌ）、および過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）（０．１５ｍｏｌ／Ｌ）の混合水溶液中に、５重量％添加する。
【００３０】
これをスターラーで攪拌しながら２４時間酸化処理すると、絡み合って凝集しているＧＮＦは解れ、更には微細炭素繊維を構成する炭素のところどころでランダムに、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基等の酸素含有基（化学修飾基）が付加し、グラフェン層間が拡大して親水化した酸化グラフェン積層物が得られる。この時点で、グラフェン層間に存在していた触媒金属粒子は混合溶液中に拡散し、同時に酸によって溶解されるため除去することが出来る。この酸化グラフェン積層物を水中に分散して、超音波を照射すると、グラフェン層間に水分子が浸透してグラフェン層の剥離が進行し、剥離された酸化グラフェンが得ることができる。なお、超音波の照射の代わりに攪拌を行ってもよい。
【００３１】
酸化グラフェンを分散させた水溶液を加熱して水分除去して酸化グラフェン粉末を得た後、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で３００〜１０００℃で加熱すると、温度が高い程酸素含有基の脱離が進んでπ電子共役系が回復しグラフェンが積層した微細炭素が生成する。
【００３２】
（第４の実施形態）  
第４の実施形態は、ＧＮＦを解体する例を示す。  
本実施形態としては、分散解体溶媒として水を選定し、極性部位があるため水と相溶性を有し、かつ低極性の微細炭素繊維との相性が良い、含酸素エーテル系化合物（非イオン界面活性剤）であるＣＨ３Ｏ−（Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５Ｏ）ｎ−ＣＨ３，Ｃ２Ｈ５Ｏ−（Ｃ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５Ｏ）ｎ−Ｃ２Ｈ５の混合液を分散剤に選定した。ここで上記分子式のｎは、「(  )」の構造がｎ個続くことを示し、平均分子量数１０００〜数万程度の液状の分散剤である。
【００３３】
水中に微細炭素繊維凝集体５重量％、上記構造の混合分散剤を５重量％ずつ添加し、５０〜６０℃に加温しながら２時間穏やかに攪拌して微細炭素の分散液を作製した。絡まって凝集していた微細炭素繊維は分散されると共に、微細炭素繊維を構成しているグラフェン積層体まで解体された。
【００３４】
ナノグラフェン積層体まで解体することにより、グラフェン層間に挟まって存在していた触媒微粒子は分散液中に分散遊離して存在している。  
触媒微粒子の分離手段として、高速の遠心分離７００００ｒｐｍで金属微粒子とナノグラフェンを比重差で分離し、触媒粒子が除去された上澄液を回収してナノグラフェン分散液を得た。
【００３５】
上記手段で解体されたナノグラフェン分散液中のナノグラフェンの平均粒子径をレーザ散乱式の粒度分布計で測定したところ、５０％積算体積粒子径Ｄ５０で約２００ｎｍであった。また電子顕微鏡で観察したところ、ナノグラフェンは粒子状になっていて、グラフェンが複数層重なっていることが確認できた。
【００３６】
なお、第４の実施形態において、界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤の他、陽イオン界面活性剤、または陰イオン界面活性剤、または両性イオン界面活性剤、またはこれらの複数成分を用いることができる。
【００３７】
また、非イオン性界面活性剤を用いた場合、微細炭素繊維と界面活性剤分子を、炭素鎖や炭素環で構成される界面活性剤分子の微極性部位との静電引力で吸着させる作用と、界面活性剤分子の極性部位同士の静電引力や斥力によって絡まっている微細炭素同士が引き剥がされ、積層しているグラフェンが解体される。一方、イオン性界面活性剤を用いた場合、微細炭素と界面活性剤分子を、炭素鎖や炭素環で構成される界面活性剤分子の非イオン性部位との静電引力で吸着させる作用と、界面活性剤分子のイオン性部位同士の電気的引力や斥力によって絡まっている微細炭素繊維同士が引き剥がされ、更には積層しているグラフェンが解体される。
【００３８】
上記実施形態で生成した、グラフェンが1層、或いは数層〜１００層積層したナノグラフェンは、光電子移動度の高さを利用した電子部品、化学的な鋭敏性や化学反応を利用した化学センサーや水素貯蔵材料、機械的強度の高さを利用したメカニカルセンサ、光透過性や電導性を利用したレーザ部材や透明電極、高電流密度耐性を利用した配線材料など新たな応用分野が期待できる。
【００３９】
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】
【００４０】
１，１１…反応容器、２，１２…金属基板（触媒）、３…微細炭素繊維、４…掻き取り部品、５…炭素原料供給手段、６…ヒーター、７…回収容器、８…排気手段、９…超音波振動子、１３…駆動装置、１５…掻き取り羽根、２１…グラファイトナノカーボンファイバー（ＧＮＦ）、２２…グラフェン塊、２３…グラフェン分散片、２４…グラフェン、２５…金属微粒子。
【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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