(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キラリティーに基づく単壁管状フラーレンのバルク分離方法であって、
ａ．格子構造を有する結晶性基板と、該結晶性基板上に形成されており、選択されたキラリティーを有する複数の単壁管状フラーレンのそれぞれをエネルギー的に容易に吸着するように配向させられた複数の開口を有する被覆層とを備えた吸着テンプレートを提供する段階と、
ｂ．前記吸着テンプレートを、ランダムなキラリティーの単壁管状フラーレンの懸濁液に暴露して、前記選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを該吸着テンプレートの前記開口の中に吸着させる段階と、
ｃ．前記懸濁液から前記吸着テンプレートを取り出す段階と、
ｄ．前記選択されたキラリティーの前記吸着させた単壁管状フラーレンを前記吸着テンプレートから取り出す段階と
を含む方法。
【請求項２】
格子構造を有する結晶性基板と被覆層とを提供する前記段階が、
ａ．前記格子構造を有する前記結晶性基板を用意する段階と、
ｂ．前記選択されたキラリティーの複数の単壁管状フラーレンを前記結晶性基板上に付着させて、付着させた該単壁管状フラーレンの格子構造が、前記結晶性基板の前記格子構造と整列した関係となるようにする段階と、
ｃ．前記単壁管状フラーレンのそれぞれの周囲となる前記結晶性基板の領域を被覆層でコーティングして、該結晶性基板の露出を限定する段階と、
ｄ．前記被覆層を取り除くことなく、前記単壁管状フラーレンを前記結晶性基板から取り出す段階と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記結晶性基板を用意する前記段階が、グラファイトから形成された基板を用意する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コーティングする段階が、前記選択されたキラリティーの前記付着させた複数の単壁管状フラーレンの周囲の前記基板上に、ヌクレオチド塩基分子の単分子層を付着させる段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
複数の単壁管状フラーレンを付着させる前記段階が、複数の単壁カーボン・ナノチューブを付着させる段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
複数の単壁カーボン・ナノチューブを付着させる前記段階が、単壁カーボン・ナノチューブを官能基化してその溶解性を向上させる段階を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記単壁カーボン・ナノチューブを官能基化する前記段階が、前記単壁カーボン・ナノチューブを末端官能基化する段階を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記吸着させた単壁管状フラーレンを取り出す前記段階が、コーティングされた前記結晶性基板を溶媒溶液に暴露する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記吸着させた単壁管状フラーレンを溶媒溶液中で取り出す前記段階が、エーテル、ジクロロメタン、およびトリクロロメタンから成るグループから選択された有機溶媒を用意する段階を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コーティングする段階が、アデニン、グアニン、チミン、ウラシルまたはキサンチンから成るグループから選択された組成物を前記結晶性基板上に付着させる段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
複数の単壁管状フラーレンを付着させる前記段階が、前記単壁管状フラーレンを電着させる段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸着させた単壁管状フラーレンを取り出す前記段階が、
前記吸着テンプレートを溶媒溶液に暴露して、吸着させた前記単壁管状フラーレンを該吸着テンプレートから取り出す段階と、
前記選択されたキラリティーの前記単壁管状フラーレンを前記溶媒溶液から回収する段階と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記吸着テンプレートを暴露する前記段階が、複数の単壁カーボン・ナノチューブから成る懸濁液を用意する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記吸着テンプレートを暴露する前記段階が、前記吸着テンプレート上に前記単壁カーボン・ナノチューブを電着させる段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
段階ｂからｄまでを選択された回数だけ繰り返して、前記選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを蓄積する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
キラリティーに基づく単壁管状フラーレンのバルク分離方法であって、
ａ．自身の表面上において六方晶の配置を持った格子構造を有する結晶性基板を用意する段階と、
ｂ．選択されたキラリティーの複数の単壁管状フラーレンを前記結晶性基板上に付着させて、付着させた該単壁管状フラーレンの格子構造が、前記結晶性基板の前記格子構造における前記六方晶の配置と整列した関係となるようにする段階と、
ｃ．前記結晶性基板上において前記選択されたキラリティーの前記単壁管状フラーレンのそれぞれの周囲に分子層を付着させる段階と、
ｄ．前記分子層を取り除くことなく前記結晶性基板から前記単壁管状フラーレンを取り出し、取り出された該単壁管状フラーレンが付着していた位置に対応して該分子層に形成される開口を残存させることによって、該開口に単壁管状フラーレンを吸着させるための、コーティングされた分子層内に該開口が形成された結晶性基板であるテンプレートを形成する段階と、
ｅ．前記テンプレートを、ランダムなキラリティーの単壁管状フラーレンの懸濁液に暴露して、前記選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを該テンプレートの前記開口の中に吸着させる段階と、
ｆ．前記懸濁液から前記テンプレートを取り出す段階と、
ｇ．前記テンプレートを溶媒溶液に暴露して、吸着させた前記単壁管状フラーレンを前記テンプレートから取り出す段階と、
ｈ．前記選択されたキラリティーの前記単壁管状フラーレンを前記溶媒溶液から回収する段階と
を含む方法。
【請求項１７】
前記テンプレートを再使用して、段階ｅからｈまでを選択された回数だけ繰り返し、前記選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを蓄積する段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
結晶性基板を用意する前記段階が、高度に配向したパイロリティック・グラファイトから形成された基板を用意する段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
分子層を付着させる前記段階が、アデニン、グアニン、チミン、ウラシルまたはキサンチンから成るグループから選択された組成物を前記結晶性基板上に付着させる段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記テンプレートを溶媒溶液に暴露する前記段階が、エーテル、ジクロロメタン、およびトリクロロメタンから成るグループから選択された有機溶媒を使用する段階を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
キラリティーに基づく単壁管状カーボン・ナノチューブのバルク分離方法であって、
ａ．選択されたキラリティーを有する複数の単壁カーボン・ナノチューブのそれぞれをエネルギー的に容易に吸着するように配向させられた複数の開口を有する被覆層を備えた高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板であって、該選択されたキラリティーを有する単壁カーボン・ナノチューブを吸着するためのテンプレートを提供する段階と、
ｂ．前記テンプレートを、ランダムなキラリティーの単壁管状カーボン・ナノチューブの懸濁液に暴露して、前記選択されたキラリティーの単壁管状カーボン・ナノチューブを該テンプレートの前記開口の中に吸着させる段階と、
ｃ．前記懸濁液から前記テンプレートを取り出す段階と、
ｄ．前記選択されたキラリティーの前記吸着させた単壁管状カーボン・ナノチューブを前記テンプレートから取り出す段階と
を含む方法。
【請求項２２】
被覆層を有する高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板を提供する前記段階が、
ａ．前記高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板を用意する段階と、
ｂ．前記選択されたキラリティーの複数の単壁管状カーボン・ナノチューブを、前記高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板上に付着させて、付着させた該単壁管状カーボン・ナノチューブの格子構造が、前記高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板の格子構造と整列した関係となるようにする段階と、
ｃ．前記単壁管状カーボン・ナノチューブのそれぞれの周囲となる前記高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板の領域を被覆層でコーディングして、該基板の露出を限定する段階と、
ｄ．前記高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板から前記単壁管状カーボン・ナノチューブを取り出す段階と
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
キラリティーに基づく単壁管状フラーレンのバルク分離方法であって、
ａ．格子構造を有する結晶性基板を用意する段階と、
ｂ．前記結晶性基板の前記格子構造の１つの軸に対する角度であって、選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンが前記結晶性基板に保持される角度をもって、前記結晶性基板上に複数の単壁管状フラーレンを整列させる段階と、
ｃ．前記結晶性基板に保持されている前記単壁管状フラーレンを該基板から取り出す段階と
を含む方法。
【請求項２４】
整列させる前記段階が、前記複数の単壁管状フラーレンの各縦軸を前記角度をもって配向させた状態で、該複数の単壁管状フラーレンを付着させる段階を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記単壁管状フラーレンを取り出す前記段階の前に、前記単壁管状フラーレンの周囲となる前記結晶性基板の領域を被覆層でコーディングして、該結晶性基板の露出を、取り出された該単壁管状フラーレンが付着していた位置に対応した開口に限定する段階を有する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キラリティー(chirality)に基づく単壁管状フラーレン(fullerenes)のバルク分離方法を対象とする。詳細には本発明は、所定のキラリティーの単壁管状フラーレンを吸着するテンプレートを利用した、単壁管状フラーレンのバルク分離方法を対象とする。より詳細には本発明は、自体と同様の格子構造を有する平面格子構造上で管状フラーレンが、そのキラリティーによって異なる角方位に自己配向する現象を利用した、バルク分離方法を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
管状フラーレン、特にカーボン・ナノチューブは、ナノスケールの電子回路および機械装置の構築に使用されるそのユニークな電気的および機械的特性のために大きな関心を集めている。カーボン・ナノチューブの電気特性は、そのキラリティーに応じて変化することが分かっている。キラリティーとは、ナノチューブの管形の輪郭に沿ってグラファイト型格子がらせん状に連なる角度である。カーボン・ナノチューブの電気特性は、高導電性の金属型構造と半電体型構造の間で変化する。これらのユニークな構造を商業的に利用する上での大きな障害の１つは、所望のキラリティーを有する構造を合成する課題である。現行のカーボン・ナノチューブ合成では、キラリティーの混ざり合ったチューブが生み出される。生み出された全てのナノチューブのなかから所望のキラリティーのナノチューブを分離するには、ナノプローブ（例えば原子間力顕微鏡）を利用した、非常に時間のかかる非効率な機械的分離プロセスが必要である。したがって、生み出された全てのキラリティーのなかから所望のキラリティーを分離するプロセスは、たとえそれが実験で使用する程度の量であったとしても、時間のかかる骨の折れるプロセスである。
【０００３】
整列した単壁カーボン・ナノチューブの束すなわち「ロープ」のなかの半導体型ナノチューブを選択的に保存することができる１つの方法が最近、ＩＢＭ社によって示された。この方法では、ランダムなキラリティーのナノチューブ・ロープをシリコン・ウェーハ上に付着させ、次いでこれを、ソース、ドレインおよびゲート接続から成る高密度アレイで覆って電界効果デバイスを形成する。続いて、ナノチューブ・ロープに電圧を印加して金属型チューブを焼き尽くし、半導体型チューブを無傷のまま残す。このようにして、生き残った半導体型ナノチューブが使用可能であり、これらの半導体型ナノチューブは依然としてロープとしてコンタクトに付着している。これらを利用して能動デバイスを作り出すことができる。しかしこの方法は、別々のアセンブリまたは容器中にナノチューブを物理的に分離し、または区分けする手段は何ら提供しない。この方法はさらに、高導電性ナノチューブを蓄積する手段は提供しない。より重要なのはこの方法が、そのキラル構造に従ってナノチューブを区分けする課題にまったく適合しないことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の発明では、現行の方法によって一般に合成される複数のナノチューブ型の混合物のなかから、大量の半導体型または高導電型ナノチューブを物理的に区分けし、または分離することができる、したがって先行技術の方法よりも有利な方法が提供される。さらに、本出願の発明の方法は、先行技術の方法よりもはるかに簡単に実施することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
キラリティーに基づく単壁管状フラーレンのバルク分離方法を提供する。この方法は、
ａ．格子構造を有する結晶性基板と、この結晶性基板上に形成されており、選択されたキラリティーを有する複数の単壁管状フラーレンのそれぞれをエネルギー的に容易に吸着するように配向させられた複数の開口を有する被覆層とを備えた吸着テンプレートを提供する段階と、
ｂ．吸着テンプレートを、ランダムなキラリティーの単壁管状フラーレンの懸濁液に暴露して、選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを吸着テンプレートの開口の中に吸着させる段階と、
ｃ．懸濁液から吸着テンプレートを取り出す段階と、
ｄ．選択されたキラリティーの吸着させた単壁管状フラーレンを吸着テンプレートから取り出す段階と
を含む。
【０００６】
テンプレートを形成するためにはまず、所定の格子構造を有する結晶性基板を用意する。次いで、選択されたキラリティーの複数の単壁管状フラーレンを基板上に付着させる。付着させた単壁管状フラーレンの格子構造は、結晶性基板の所定の格子構造と整列した関係となる。次に、それぞれの単壁管状フラーレンの周囲の結晶性基板の領域を、選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンに対する親和力よりも結晶性基板に対する親和力のほうが大きい組成物でコーティングする。最後に、基板上に付着させた単壁管状フラーレンを、基板をコーティングしている組成物を乱すことなく取り出し、細長い開口を残す。この細長い開口が、テンプレートを形成するために利用した管状フラーレンと同じキラリティーを有する管状フラーレンを基板の開口の中に吸着させるテンプレートを規定する。
【０００７】
別の態様では、キラリティーに基づく単壁管状フラーレンのバルク分離方法を提供する。この方法は、
ａ．自身の表面上において六方晶の配置を持った格子構造を有する結晶性基板を用意する段階と、
ｂ．選択されたキラリティーの複数の単壁管状フラーレンを結晶性基板上に付着させて、付着させた単壁管状フラーレンの格子構造が、結晶性基板の格子構造における六方晶の配置と整列した関係となるようにする段階と、
ｃ．結晶性基板上において選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンのそれぞれの周囲に分子層を付着させる段階と
を含み、
前記分子が、選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンに対する親和力よりも基板に対する親和力のほうが大きい組成物の分子であり、
さらに、
ｄ．分子層を取り除くことなく結晶性基板から単壁管状フラーレンを取り出し、取り出された単壁管状フラーレンが付着していた位置に対応して分子層に形成される開口を残存させることによって、開口に単壁管状フラーレンを吸着させるための、コーティングされた分子層内に開口が形成された結晶性基板であるテンプレートを形成する段階と、
ｅ．テンプレートを、ランダムなキラリティーの単壁管状フラーレンの懸濁液に暴露して、選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンをテンプレートの開口の中に吸着させる段階と、
ｆ．懸濁液からテンプレートを取り出す段階と、
ｇ．テンプレートを溶媒溶液に暴露して、吸着させた単壁管状フラーレンをテンプレートから取り出す段階と、
ｈ．選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを溶媒溶液から回収する段階と
を含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
現在の趨勢である電子機器の小型化を継続するためには、分子スケールのコンピュータ回路を構築する必要がある。そのため、単壁管状フラーレン、特にカーボン・ナノチューブを分子スケール回路中の相互接続導体および能動デバイスとして使用する多くの研究が行われている。これらの分子構造は、高導電性の金属型の特性または半導体型の特性をとるそのユニークな電気特性のため、注目を集めている。管状フラーレンが金属型の特性を示すのか、または半導体型の特性を示すのかは、管状構造のキラリティーに関係する。キラリティーは、格子構造のねじれまたはらせんを表す角度である。これについては後のパラグラフで詳しく説明する。しかし、現行の管状フラーレン合成方法では、キラリティーの混ざり合ったものが生み出される。一般に、その２／３が半導体型、１／３が金属型である。
【０００９】
次に、キラリティーの概念を理解しやすくするため図１Ａを参照する。図１Ａには平面格子１０が示されている。任意の原子１２は、原子１２から格子上の別の原子１４まで延びるキラル・ベクトル２０の起点を規定する。原子１４は、この平面格子を筒状にまるめてナノチューブを形成した場合に原子１２と一致する原子である。キラル・ベクトル２０は、第１の単位ベクトルａ１をｎ倍したものと第２の単位ベクトルａ２をｍ倍したものとの和である。単位ベクトルは、当技術分野で周知のとおり、六方格子の幾何学的配置から定義される。したがってｎおよびｍは下のベクトル式の整数である。
（１）  Ｒ＝ｎａ１＋ｍａ２
したがってナノチューブの軸２２は、キラル・ベクトル２０から直角に突き出た線として定義される。ベクトル２０によって定義されるナノチューブのベクトル記述は（６，４）ナノチューブである。ｎとｍが等しくない場合、格子の軸２４、すなわち格子の対応する原子１８を結ぶ線はナノチューブの軸２２と一致せず、キラル角χ（ｎ，ｍ）の分だけずれている。
【００１０】
図１Ｂの管状フラーレン１００は、さきに説明したとおりに格子１０を筒状にまるめたときに得られる構造を表す。この単壁カーボン・ナノチューブは縦軸２２を有し、格子軸２４は、さきに説明したとおりナノチューブの縦軸からキラル角の分だけずれている。
【００１１】
単壁管状フラーレンのバルク分離方法が基づく原理の理解をさらに提供するため、次に図２を参照する。図２では、結晶性基板３０上に管状フラーレン１００が配置されている。このケースでは、グラファイト基板上に配置されたカーボン・ナノチューブが示されている。これらの構造はともに六方格子によって形成されている。２つの構造が同じ格子構造を有する場合、管状フラーレンは、管状フラーレンの六方格子と基板の六方格子が相互に整列したエネルギー学的性向を備えた配向を有する。すなわち、これらの構造は互いに整合して配置されている。したがって、キラルねじれを有する格子によって管状フラーレン１００が形成されているとき、管状フラーレン１００の軸２２は、基板格子３８の縦軸３６に対して角変位している。基板格子軸３６に対する管状フラーレン軸２２の角方位は、キラル角χに等しい角θである。角θは、非常に鋭くエネルギーが極小化し、ナノチューブが原子スケールでロッキングされる平衡配向をナノチューブが確立する角度なので「ロッキング角（ｌｏｃｋｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）」とも呼ばれる。このエネルギー・プロファイルは、結晶性基板の格子対称性を反映して６０°ごとに繰り返される。したがって、管状フラーレンを、実質的に同じ格子構造を有する結晶性基板格子上に付着させたとき、例えばカーボン・ナノチューブをグラファイト基板上に付着させたときには、異なるキラリティーのナノチューブは異なる安定な角方位に自己組織化される。この現象が、本発明のバルク分離方法の基礎を提供する。
【００１２】
未処理のフラーレン・ナノチューブは通常、静電的な強いファン・デル・ワールス相互作用によって緊密に接触して保持された多数のナノチューブから成る、絡み合った長いロープの形態で生み出される。当技術分野ではよく知られているとおり、４０℃の濃硫酸および濃硝酸（それぞれ９８％および７０％）の３：１混合液中での音波処理によって、ナノチューブ・ロープを分離、切断して、末端の開いたより短い個々の管状フラーレンを形成することができる。このようにして作り出された「フラーレンパイプ」は、より扱いやすく、分子エレクトロニクス分野での使用により適し、また、後のパラグラフで論じるように溶解性を向上させるために官能基化するのに適している。
【００１３】
キラリティーに基づく管状フラーレンのバルク分離手順の概要を図３Ａに示す。この手順の最初の段階８０は、選択されたキラリティーを有するフラーレンを吸着させるためのテンプレートの形成である。テンプレートの形成方法は後のパラグラフで説明する。次の段階８２では、このテンプレート上に、選択されたキラリティーを有する管状フラーレンを付着させる。結晶性基板上にフラーレンを付着させるため、特にグラファイト基板上にカーボン・ナノチューブを付着させるために使用されている１つの方法は電着プロセスである。これを図４に示す。
【００１４】
この電着プロセスでは、基板３０ないしテンプレート４０がシステムの正極を形成する。Ｏリング６０が、管状フラーレン１００の懸濁液１６の容器の側壁を形成する。Ｏリング６０の正極とは反対の側には、一般にステンレス鋼から形成される負極５０が配置されている。電極３０または４０と、電極５０との間にはＤＣ電源７０が結合されている。管状フラーレン１００は、個々の「パイプ」が負電荷を帯びた安定なコロイド性水性懸濁液１６を形成している。したがって、電極間にＤＣ電源を接続すると管状フラーレンが基板上に電着される。この装置は、テンプレートの形成と、続くテンプレート上へのナノチューブの付着の両方に対して有用である。
【００１５】
段階８２で電極付着を利用してテンプレート４０上に管状フラーレンを付着させる場合には、テンプレート４０が、所定のキラリティー、すなわちテンプレートの形成時に選択したキラリティーの管状フラーレンを優先的に受け取る。これについては後のパラグラフで説明する。選択されたキラリティーの管状フラーレンを優先的に付着させた後、続いて段階８４で、管状フラーレンのコロイド性水性懸濁液からテンプレートを取り出し、付着したフラーレンをテンプレートから取り出す。フラーレンまたはテンプレートの構造を損なわない限り、任意のフラーレン取出し方法を利用することができるが、最も単純な方法は、吸着したフラーレンを有機溶媒に溶解し、そこからフラーレンを回収する方法である。本発明を実施する際に有用な有機溶媒はエーテルであるが、ジクロロメタン、トリクロロメタンなどの他の溶媒を使用することもできる。
【００１６】
管状フラーレンを長鎖アミンで官能基化することによって、管状フラーレンの溶解性を高めることができる。図５に概略的に示すようにアミド基で末端官能基化（ｅｎｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）された管状フラーレン１００’が、Ｈａｍｏｎ他の「Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｗａｌｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１０、１９９９に開示されており、このフラーレンは高い溶解性を示し、テンプレート４０上への管状フラーレンの付着を阻害しない。同様の末端官能基化が米国特許第６１８７８２３号に記載されている。管状フラーレンの側部官能基化（ｓｉｄｅ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）によっても、フラーレンの自己配向付着特性を乱すことなく所望の高い溶解性を得ることができる。
【００１７】
管状フラーレンの溶解に続いて段階８６で、テンプレートを再使用するための準備をする。段階８２で再使用する前にテンプレート上の余分なエーテルを蒸発させ、テンプレートは洗浄し乾燥させてもよい。溶解したフラーレンは段階８８で、溶媒を蒸発させ、選択されたキラリティーの管状フラーレンを残すことによって回収する。選択されたキラリティーの管状フラーレンは、テンプレートを大きくするために使用され、あるいはナノスケールの能動電子デバイスまたはその導体の製造などの応用で使用される。
【００１８】
次に図３Ｂを参照すると、テンプレート４０を形成する方法が示されている。まず最初に、分離対象のフラーレン１００の管状格子に対応する平面格子構造を有する結晶性基板３０を用意する。テンプレートを利用して分離するフラーレンがカーボン・ナノチューブであるときには、結晶性基板が、新しい劈開面を有する高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板である。このグラファイト基板は、ミラー指数（１１１）を有する平面によって定義された結晶学的配向を有する。選択されたキラリティーの単壁管状フラーレンを、界面活性剤の添加によって水性懸濁液とする。本発明の実施に有用な１つの界面活性剤は、Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ社からＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００の商品名で販売されているオクチルフェノールエチレンオキシド縮合物である。選択されたキラリティーを有する最初の単壁管状フラーレンは、原子間力顕微鏡などの装置を利用した時間のかかる標準の機械的分離技法を利用して得る。この分離方法には長い時間がかかるので、第１のテンプレートを作り出すためのフラーレンは少数しか得られない可能性がある。次いで、第１のテンプレートを作るのに使用したフラーレンと第１のテンプレートを使用して分離したフラーレンとを合わせて、２倍の数のフラーレンを分離することができる第２のテンプレートを作り出すことができる。この反復プロセスを繰り返して、繰返しのたびに、選択されたキラリティーの管状フラーレンを吸着するテンプレートの容量を２倍にすることができる。
【００１９】
さきに説明したように、図４に示した電着装置を利用して懸濁液１６から結晶性基板３０上に単壁管状フラーレン１００を付着させる。続いて、基板から水および界面活性剤を、例えばメタノールおよびスピン・コータを使用して洗い流す。吸着した管状フラーレン１００は、そのキラリティーによって定義される特定の方向に配向して基板３０の表面にとどまる。次に、ヌクレオチド塩基アデニンの飽和水溶液を約８０℃に加熱した基板の表面に適用する。基板の表面のすでに吸着されている管状フラーレン１００の周囲に、塩基の単分子層３４が自然に自己集合する。次に、表面の水を蒸発させ、アデニン吸着質テンプレート材料３４によって取り囲まれた管状フラーレン１００を残す。この材料は基板３０の残りの表面も覆う。アデニンの他に、ウラシル、チミン、グアニンなどの他のヌクレオチド塩基、およびキサンチンなどの相似の構造を利用することもでき、さらに、基板上での特定の配向に対する所定のキラリティーの管状フラーレンのエネルギー的な有利性に影響を及ぼすことなく結晶性基板上に付着させることができ、かつ管状フラーレン１００を取り出すために続いて使用する有機溶媒には溶解しない他の組成物を利用することもできる。
【００２０】
テンプレート４０を形成するためには、フラーレン１００の周囲のアデニン吸着質を乱すことなく基板の表面から管状フラーレン１００を取り出す。さきに論じたように、エーテルまたは他の有機溶媒に管状フラーレンを溶解し、細長い開口３２を残す。この開口によって基板の一部が露出し、その中に、結晶性基板３０の開口３２の特定の配向に一致した配向を与えるキラリティーを有する他の管状フラーレンを吸着させることができる。テンプレート４０が形成されれば、これを連続的に再使用して、このテンプレートを形成するのに使用したフラーレン１００と同じキラリティーを有する別の管状フラーレン１００を吸着させることができる。
【００２１】
結晶性基板３０は、高度に配向したパイロリティック・グラファイト基板、ホウ素および窒素で置換されたグラファイト基板、または窒化ホウ素から形成された基板によって形成することができる。対応する管状フラーレンは、カーボン・ナノチューブ、ホウ素および窒素で置換されたカーボン・ナノチューブ、または窒化ホウ素ナノチューブによって形成することができる。本明細書に具体的に記載したものと同じ自己配向特性を示す他の基板およびフラーレン材料を使用してもよい。
【００２２】
本発明を、その特定の形態および実施形態に関して説明したが、以上に論じた以外のさまざまな修正を、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく実施できることを理解されたい。例えば、具体的に示し説明した方法段階の代わりに等価の方法段階を使用すること、本明細書に記載したものの代わりに別の溶媒、界面活性剤またはテンプレート・コーティング組成物を使用すること、およびあるプロセスを他のプロセスとは独立に使用することができ、場合によっては特定の方法段階の順序を逆にし、または入れ替えることができる。これらは全て、添付の請求項に定義された本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】キラル角の導出を示す図である。
【図１Ｂ】管状フラーレンのキラリティーを示す透視図である。
【図２】結晶性基板の格子上で自己配向した管状フラーレンを示す概略図である。
【図３Ａ】本発明のバルク分離プロセスを示す図である。
【図３Ｂ】本発明のテンプレート形成方法を示す概略図である。
【図４】本発明の方法において有用な電着装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施において有用な末端官能基化された単壁管状フラーレンを示す概略図である。
【符号の説明】
１０  平面格子
１２  原子
１４  原子
１６  管状フラーレン１００の懸濁液
１８  原子
２０  キラル・ベクトル
２２  ナノチューブの軸
２４  格子の軸
３０  結晶性基板
３２  細長い開口
３４  単分子層
３６  基板格子の縦軸
３８  基板格子
４０  テンプレート
５０  負極
６０  Ｏリング
１００  管状フラーレン
１００’  末端官能基化された管状フラーレン
【図１Ａ】
0003903873.tif 000002
【図１Ｂ】
0003903873.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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