(57)【要約】Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であることとする。各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な新しい機能性材料とその製造方法とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項２】
請求項１に記載のＣ７０フラーレンチューブに、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項３】
Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項２に記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項４】
チューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項５】
チューブの壁厚が１〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項６】
チューブの壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項７】
Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
（Ａ）Ｃ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりもＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にてＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
【請求項８】
Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
（Ａ）Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりも前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にて前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
【請求項９】
第１溶媒がピリジン、第２溶媒がイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この出願の発明は、Ｃ７０フラーレンチューブとその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、触媒担持性能を有する新規なＣ７０フラーレンチューブとその製造方法に関するものである。
【背景技術】  フラーレンの存在は１９８５年に外国の研究者によって実験的に証明されたが、その構造モデルは、すでに１９７０年に日本において知られていた。このように、これまでフラーレンの研究では日本は常に世界をリードしてきた。代表的なフラーレンとしてはＣ６０が知られているが、Ｃ６０以外にもＣ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ８４、Ｃ２４０、Ｃ５４０、Ｃ７２０等の種々のフラーレンが知られている。このフラーレンの分野における技術の進歩は極めて速く、新しいフラーレン系の化合物が次々と紹介されている。最近では、代表的なフラーレンであるＣ６０結晶を真空熱処理することによってフラーレンや非晶質炭素からなる殻（シェル）構造を生成する方法（非特許文献１）や、液−液界面析出法によってフラーレンウィスカー（炭素細線）を作製する方法等もこの出願の発明者によって提案されている（たとえば、特許文献１および非特許文献２，３）。
【特許文献１】特開２００３−１６００号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｓａｋｕｍａ，Ｍ．Ｔａｃｈｉｂａｎａ，Ｈ．Ｓｕｇｉｕｒａ，Ｋ．Ｋｏｊｉｍａ，Ｓ．Ｉｔｏ，Ｔ．Ｓｅｋｉｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ａｃｈｉｂａ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，１２（１９９７）１５４５．
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｉｙａｚａｗａ，Ｙ．Ｋｕｗａｓａｋｉ，Ａ．Ｏｂａｙａｓｈｉ  ａｎｄ  Ｍ．Ｋｕｗａｂａｒａ，″Ｃ６０  ｎａｎｏｗｈｉｓｋｅｒｓ  ｆｏｒｍｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｌｉｑｕｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ″，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，１７［１］（２００２）８３．
【非特許文献３】Ｋｕｎ´ｉｃｈｉ  Ｍｉｙａｚａｗａ″Ｃ７０  Ｎａｎｏｗｈｉｓｋｅｒｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄ／Ｌｉｑｕｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｔｏｌｕｅｎｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃ７０  ａｎｄ  Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ″，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，８５［５］（２００２）１２９７．
【発明の開示】
しかしながら、発明者が提案した上記の材料については、今後の大きな発展が期待されているものの、より最良のものへのアプローチは依然として未踏のものであった。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの背景よりなされたものであって、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な新しい機能性材料とその製造方法を提供することを課題としている。
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第２には、上記のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第３には、上記第２のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第４には、上記のＣ７０フラーレンチューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第５には、上記のＣ７０フラーレンチューブの壁厚が１〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第６には、上記のＣ７０フラーレンチューブの壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第７には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
（Ａ）Ｃ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりもＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にてＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
第８には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
（Ａ）Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりも前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にて前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
また、この出願の発明は、第９には、上記のＣ７０フラーレンチューブの製造方法において、第１溶媒がピリジン、第２溶媒がイソプロピルアルコールであることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】  図１は、この出願の発明の実施例１において製造されたＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像である。
図２は、図１のＣ７０フラーレンチューブを拡大したＴＥＭ象である。
図３は、Ｃ７０フラーレンチューブの壁の高分解能ＴＥＭ像である。
図４は、（ａ）Ｃ７０フラーレンチューブと（ｂ）Ｃ７０粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルである。
図５は、この出願の発明の実施例１において製造された別のＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像である。
図６は、この出願の発明の実施例２におけるＣ７０フラーレンチューブの光学顕微鏡写真である。
図７は、（ａ）大気中常温乾燥したＣ７０フラーレンチューブと（ｂ）Ｃ７０粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルである。
図８は、この出願の発明の実施例２におけるＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像である。
図９は、この出願の発明の実施例２におけるＣ７０フラーレンチューブの高分解能ＴＥＭ像である。
図１０は、この出願の発明の実施例３において製造されたＣ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像である。
図１１は、（ａ）Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブと（ｂ）このフラーレンチューブの作製に用いたＣ６０−２７ｍａｓｓ％Ｃ７０原料粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルである。
図１２は、この出願の発明の実施例３におけるＣ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブの高分解能ＴＥＭ像である。
図１３は、この出願の発明の実施例４において製造されたＣ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像である。
図１４は、Ｃ７０フラーレンチューブの内径（ｙ，ｎｍ）と外径（ｘ，ｎｍ）の関係を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】  この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブは、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線である。また、Ｃ７０フラーレンチューブには、Ｃ７０フラーレン分子以外に、例えばＣ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれていてもよい。特に、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）のＣ７０フラーレンチューブであってもよい。フラーレン誘導体としては、各種のフラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ８２など）に各種の官能基を結合したもの、金属内包フラーレンとしては、それらフラーレン誘導体に各種の金属を内包させたものであってよい。具体的には、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ８２を初めとするフラーレンに、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アリール基、アシル基、アセチル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン基、シアノ基、アミノ基、イミノ基、ニトロ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホニル基、アシル基などの置換基を１つ以上有するもの、あるいは、それらがさらに、遷移金属や希土類金属を内包するものが例示される。中でも、Ｃ６０のマロン酸ジエチルエステル誘導体、Ｃ６０のＮ−メチルピロリジン誘導体、Ｃ６０のフェロセン誘導体、およびＣ６０の白金誘導体が好ましいものとして挙げられる。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブは、様々な直径および長さのものとすることができるが、とくに直径が５ｎｍ〜１００μｍ、壁厚が１ｎｍ〜１μｍで、アスペクト比（長さ／直径）が２以上のものとして得ることが可能である。なかでも壁厚が１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲のもの、とくには壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲で直径が約２００ｎｍ以上のものを得ることができる。このうち直径が１μｍ未満のＣ７０フラーレンチューブをＣ７０ナノチューブと呼ぶことができる。また、この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブは、後述の実施例からも明らかなように、Ｃ７０フラーレン分子（およびＣ７０以外のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレン）が整然と配列しており、成長軸方向に最密充填している。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブは、上記のようにＣ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるが、その両端部が閉じていても、開いていてもよく、一端のみが閉じていてもよい。また、中空構造が細線の一部にできているものであってもよい。
以上のような構造を有するＣ７０フラーレンチューブは、その内部に様々な物質を取り込むことができる。この物質としては、例えば、シリコン、チタニア、ガラス微粒子、半導体、高分子、フラーレン、カーボンナノチューブなどの固体や、アルコール、トルエンなどの液体、酸素、水素などの気体が挙げられる。また、この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブは、酸素、水素などの炭素以外の元素を表面に含んでいてもよい。
このようなＣ７０フラーレンチューブは、軽量で、大比表面積を得ることができ、Ｃ７０フラーレン分子（およびＣ７０以外のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレン）の機能を発現できる空間が大きいので、Ｃ７０フラーレン分子（およびＣ７０以外のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレン）の優れた機能を最大限に発揮できる可能性を持つことができる。また、Ｃ７０フラーレンチューブは、全く新しい形状のフラーレンであり、化学的処理によって多様な誘導体合成するための前駆体として用いることができる。さらに、上述したように内部に様々な物質を導入する他、機能物質を導入することによって、発光や磁性機能を付与した従来にない性能を発揮することができるので、電気・電子産業、自動車産業、機械産業、宇宙航空産業、医薬品産業、エネルギー産業等、幅広い分野においての利用や応用が期待されるものである。具体的には、触媒、触媒担体、水素吸蔵体、抗菌材料、活性酸素消去材料、医薬品、フィルター、ガス分離材、ガス吸着材、太陽電池材料、低次元有機半導体、内部充填テンプレート、メゾポーラス材料、インクジェットプリンター用ノズル等としての利用が考慮される。
この出願の発明は、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法をも提供する。具体的には、少なくとも、以下の工程を含むものである。
（Ａ）Ｃ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりもＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程（Ｃ）前記液−液界面にてＣ７０細線を析出させる工程（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程により、中空構造部を持つＣ７０フラーレンチューブが得られる。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法では、Ｃ７０フラーレン分子とともに原料として、例えばＣ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子（以下、「フラーレン分子」とする）を用いてもよい。この場合に製造されるＣ７０フラーレンチューブは、Ｃ７０フラーレン分子とともにフラーレン分子が含まれ、これらの分子から構成される。特にＣ６０フラーレン分子を原料として用いた場合には、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）のＣ７０フラーレンチューブが得られる。フラーレン誘導体としては、各種のフラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ８２など）に各種の官能基を結合したもの、金属内包フラーレンとしては、それらフラーレン誘導体に各種の金属を内包させたものであってよい。具体的には、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ８２を初めとするフラーレンに、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アリール基、アシル基、アセチル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン基、シアノ基、アミノ基、イミノ基、ニトロ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホニル基、アシル基などの置換基を１つ以上有するもの、あるいは、それらがさらに、遷移金属や希土類金属を内包するものが例示される。中でも、Ｃ６０のマロン酸ジエチルエステル誘導体、Ｃ６０のＮ−メチルピロリジン誘導体、Ｃ６０のフェロセン誘導体、およびＣ６０の白金誘導体が好ましいものとして挙げられる。
この出願の発明において、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）を溶解する第１溶媒は、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）を溶解できるものであればよく、とくに限定されない。なかでも、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶解能が高い良溶媒として、ピリジンが挙げられる。
このとき、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）溶液は、飽和溶液であっても、未飽和溶液であってもよいが、とくに飽和溶液を用いることが好ましい。飽和溶液を用いた場合には、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）が効率的に析出される。第１溶媒には、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の析出を妨げないものであれば、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の溶解能を高めるための添加剤を加えてもよい。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法において、第２溶媒は、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）を溶解する第１溶媒とは異なる種類の溶媒系であればよい。このような第２溶媒は、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶解能が小さい貧溶媒であればよく、そのような溶媒系として、極性溶媒が挙げられる。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、およびペンタノール等のアルコール系溶媒、及びエチレングリコール等の多価アルコールが例示される。
また、第２溶媒には、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の析出を促進する第２溶媒以外の物質を助剤として添加してもよい。たとえば、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素の水酸化物、アルコキシド、その他の有機・無機化合物などを単独もしくは複数種添加してもよい。これらを添加することによってＣ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の成長を促進させることができる。この理由としては以下のように考えられる。Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）は高い電子親和力を持っているので、電子を放出しやすい元素からの電荷移動によって、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の荷電状態が変化する。Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の周りの電子密度の変化は、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）間の化学結合の状態に影響するので、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の成長機構に影響が生じる。したがって、適度な濃度のアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素などを第２溶媒に添加することで、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の成長をより促進させることができる。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法では、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液と第２溶媒との間に液−液界面を形成し、この液−液界面を利用して、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液から、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）を析出させることができる。
このような液−液界面は、第１溶媒と第２溶媒とを互いに混じり合わない種類の溶媒系とすることにより形成することができる。また、液−液界面は、第１溶媒と第２溶媒とが永久に分離するように形成させる必要はなく、静置の最中に混和してもよい。したがって、特に好ましい溶媒の組合せとして、例えば、第１溶媒をピリジン、第２溶媒をイソプロピルアルコールとする組合せが挙げられる。
さらに、液−液界面は、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液に第２溶媒を静かに添加することによって形成することができる。この手法は、第１溶媒と第２溶媒とが、少なくとも一部において互いに混ざり合う種類の溶媒系で構成される場合、特に有効である。Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液に第２溶媒を静かに添加する方法としては、第２溶媒を、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液を入れた容器の壁面を伝わせて加える方法（壁法）が挙げられる。あるいは、Ｃ７０フラーレン分子（およびフラーレン分子）の溶液を入れた容器に、第２溶媒を静かに滴下する方法（滴下法）を適用してもよい。
液−液界面を形成させた後、液温を３℃〜３０℃に保ち、１日〜１ヶ月以上静置して、Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）を析出させる。そして、この間にＣ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の内部が選択溶解して、中空構造部を持つＣ７０フラーレンチューブを得ることができる。Ｃ７０細線（Ｃ７０フラーレン分子とフラーレン分子から構成されるＣ７０細線）の内部を効率的に選択溶解させるためには、常温付近の温度で静置されることが考慮される。
以上の方法で、特に、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブを作製する場合には、例えば、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子をピリジンに溶解させて飽和溶液（飽和溶液Ａ）とし、この飽和溶液Ａにイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を滴下して液−液界面を形成させることが好適である。この飽和溶液Ａに対するＩＰＡの添加量は、体積比で任意の量とすることができるが、飽和溶液Ａ：ＩＰＡ＝１：１〜１：１０の範囲が好ましい。温度は、１℃〜２０℃の範囲の任意の温度とすることができるが、７℃〜１３℃の範囲がより好ましい。液−液界面を形成させた後は、保管温度を１℃〜２０℃の範囲、より好ましくは７℃〜１３℃の範囲で保ち、育成時間として１０分〜１ヶ月程度、より好ましくは２日〜１４日の範囲で静置することで、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成Ｃ６０ｘＣ７０（１−ｘ）において、０＜ｘ＜１の任意の組成のＣ７０フラーレンチューブを得ることができる。
この出願の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法によって製造されるＣ７０フラーレンチューブは、例えば、ろ過、遠心分離等の一般的な分離工程を経て溶液から分離し、大気中で加熱して溶媒の除去を行うことや、大気中で常温乾燥することで得ることができる。
以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【実施例】＜実施例１＞
＜Ｃ７０フラーレンチューブの作製＞
Ｃ７０粉末（９９％，ＭＴＲ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）をピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）５ｍＬに超音波溶解して、Ｃ７０フラーレン飽和溶液を作製した。前記Ｃ７０フラーレン飽和溶液を１０ｍＬの透明ガラスビンに入れ、ほぼ等量のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を、ピペットを用いて静かに加え、下部が前記Ｃ７０フラーレン飽和溶液、上部がＩＰＡとなるようにして液−液界面を形成した。液温は常温以下（５℃〜２５℃）に保ち、１週間保管した。この間に、Ｃ７０細線の内部が選択溶解して、中空構造部を持つＣ７０フラーレンチューブを得た。
＜透過電子顕微鏡による観察＞
次いで、ガラスビン中に生じたＣ７０フラーレンチューブを、ろ過乾燥後、約２５０℃にて大気中にて４時間加熱して、溶媒除去を行い、メタノールにて超音波分散したものを、カーボンマイクログリッドに載せて、透過電子顕微鏡（ＪＥＭ−４０１０，加速電圧４００ｋＶ）で観察した。このＴＥＭ像を図１に示す。この図１から、長さ５０μｍ，外径４７５ｎｍ，内径２３９ｎｍであり、約１２０ｎｍの壁構造からなるＣ７０ナノチューブであることがわかる。
図２は、図１のＣ７０フラーレンチューブを拡大したＴＥＭ像である。この図２から、中空構造となっていることがわかる。
図３にＣ７０フラーレンチューブの壁の高分解能ＴＥＭ像（ＨＲＴＥＭ像）を示す。０．５１ｎｍの面間隔は、最密充填方向に沿って並んだＣ７０分子中心間距離の半分に等しい。
格子像に乱れが生じているのは、高エネルギービームによる照射損傷の影響が大きい。
図４に（ａ）Ｃ７０フラーレンチューブと（ｂ）Ｃ７０粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルを示す。５７８，６４２，６７４，７９６，１４３０ｃｍ−１にＣ７０分子を特徴付ける吸収を見出すことができる。
図５に別のＣ７０フラーレンチューブのＴＥＭ像を示す。この図によれば、Ｃ７０フラーレンチューブが、矢印の場所で中空な構造から充填した構造に移行している様子がわかる。
これは、Ｃ７０ナノウィスカー（細線）が内部選択溶解によって、中空構造になるメカニズムを示す証拠である。また、矢印付近の成長軸方向に走る亀裂は、熱処理によって、溶媒和した内部が収縮したために発生した結果と推察される。
＜実施例２＞
実施例１で作製したガラスビン中に生じたＣ７０フラーレンチューブについて、約２５０℃にて大気中にて４時間加熱するかわりに、大気中で常温乾燥させた。このＣ７０フラーレンチューブの光学顕微鏡写真を図６に示す。この図によれば、Ｃ７０フラーレンチューブは、約２００ｎｍ以上の直径を持ち、ミリメートルオーダーの長さに成長している繊維状物質が確認される。
図７に（ａ）大気中常温乾燥したＣ７０フラーレンチューブと（ｂ）Ｃ７０粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルを示す。（ａ）と（ｂ）を比較することにより、（ａ）の高速フーリエ変換赤外分光スペクトルにＣ７０分子を特徴付ける吸収を見出すことができ、図６に示した繊維状物質がＣ７０分子からできていることが確認される。
図８には、この繊維状物質を透過電子顕微鏡で観察したＴＥＭ像を示す。この図によれば、外径６７０ｎｍ，内径４６０ｎｍのＣ７０ナノチューブであることがわかる。さらに、このＣ７０ナノチューブの中にはＣ７０からなる微結晶が取り込まれているのがわかる。
図９にＣ７０フラーレンチューブの高分解能ＴＥＭ像（ＨＲＴＥＭ像）を示す。Ｃ７０フラーレンチューブの成長軸方向に、約１．０ｎｍの間隔で、Ｃ７０分子が最密充填している様子がわかる。
＜実施例３＞
フラーレンのすす（Ｃ６０−２７ｍａｓｓ％Ｃ７０組成）のピリジン飽和溶液（溶液Ａ）を調製し、これを１０ｍＬの透明なガラスビンに入れ、さらに、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を、ピペットを用いて静かに加え、下部が溶液Ａ、上部がＩＰＡとなるようにして液−液界面を形成した。この溶液Ａに対するＩＰＡの添加量は、体積比で、溶液Ａ：ＩＰＡ＝１：１〜１：１０とした。液温は１０℃〜２０℃に保ち、１日〜１ヶ月間保管して、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブを得た。
図１０には、この繊維状物質を透過電子顕微鏡で観察したＴＥＭ像を示す。この図によれば、外径９９０ｎｍ，内径２８０ｎｍ，約３５５ｎｍの壁構造であることがわかり、実施例１で観察したＣ７０フラーレンチューブに比べて約３倍の壁厚となっている。この大きな壁厚は、Ｃ６０フラーレンチューブが成分として含まれていることにより、ファイバー内部の溶出がＣ７０フラーレンチューブの場合に比べて困難になったためと解釈できる。
図１１に（ａ）Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブと（ｂ）このフラーレンチューブの作製に用いたＣ６０−２７ｍａｓｓ％Ｃ７０原料粉末の高速フーリエ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）スペクトルを示す。（ａ）と（ｂ）を比較することにより、（ａ）の高速フーリエ変換赤外分光スペクトルには、Ｃ６０フラーレン分子に帰属される黒丸で示した吸収ピークと、Ｃ７０フラーレン分子に帰属される黒三角で示した吸収ピークを見出すことができることから、（ａ）に示したフラーレンチューブはＣ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されていることが確認できる。
図１２にＣ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブの高分解能ＴＥＭ像（ＨＲＴＥＭ像）を示す。この図から、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子はフラーレンチューブの成長軸に沿って最密充填していることがわかる。また、フラーレンケージの平均隣接距離は０．９８ｎｍとなっており、図９に示したＣ７０ケージ間距離１．０ｎｍに比べて小さい。ここに見られるフラーレンケージ間の縮小は、Ｃ７０分子に比べ、より小さなＣ６０分子が構成成分として含まれているために生じている。
＜実施例４＞
５ｍＬ容量の透明なガラスビンにＣ６０−２４モル％のＣ７０粉末をピリジンに溶かして飽和溶液を作り、これに約３倍量（容積比）のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を加えて液−液界面を作り、１０℃で５日間静置することにより、Ｃ６０とＣ７０の２成分から構成されるＣ７０フラーレンチューブを合成した。
図１３にこのＣ７０フラーレンチューブを透過電子顕微鏡で観察したＴＥＭ像を示す。
また、このＣ７０フラーレンチューブは、高速フーリエ変換赤外分光分析法に（ＦＴ−ＩＲ）によって，Ｃ６０−１５ｍｏｌ％Ｃ７０の組成を持つことが分かった。
＜実施例５＞
液−液界面析出法によって実施例１の方法で数バッチ合成したＣ７０フラーレンチューブの内径と外径を測定し、その関係について調べた。
図１４は、Ｃ７０フラーレンチューブの内径（ｙ，ｎｍ）と外径（ｘ，ｎｍ）の測定結果である。
図１４から、Ｃ７０フラーレンチューブの内径と外径の間に直線関係（例えば、ｙ＝１．０３ｘ−２４１）が成り立つことがわかった。また、図１４から、Ｃ７０フラーレンチューブの平均壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることも確認された。この結果は、Ｃ７０フラーレンチューブが中空構造となるためには少なくとも外径が約２００ｎｍ以上となることが必要であることを示している。
【産業上の利用可能性】  この出願の発明で得られるＣ７０フラーレンチューブは、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な新しい機能性材料として期待でき、産業上においても有効に活用することができる。
また、この出願の第１から第４の発明のＣ７０フラーレンチューブによれば、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な機能性材料とすることができる。
また、上記第５から第７の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法によれば、Ｃ７０フラーレン溶液またはＣ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を溶解した溶液を用いて、液−液界面析出法により、中空構造を持つＣ７０細線またはフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を、簡便に、比較的短期間で得ることが可能となる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年1月30日(2006.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であって、チューブの壁厚が１〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項２】  請求項１に記載のＣ７０フラーレンチューブに、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項３】  Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項２に記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項４】  チューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項５】  Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であって、チューブの壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項６】  請求項５に記載のＣ７０フラーレンチューブに、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項７】  Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項６に記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項８】  チューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のＣ７０フラーレンチューブ。
【請求項９】  Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
（Ａ）Ｃ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりもＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にてＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
【請求項１０】  Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
（Ａ）Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりも前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にて前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
【請求項１１】  第１溶媒がピリジン、第２溶媒がイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のＣ７０フラーレンチューブの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【非特許文献３】Ｋｕｎ´ｉｃｈｉ  Ｍｉｙａｚａｗａ″Ｃ７０  Ｎａｎｏｗｈｉｓｋｅｒｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄ／Ｌｉｑｕｉｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｔｏｌｕｅｎｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃ７０  ａｎｄ  Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ″，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，８５［５］（２００２）１２９７．
【発明の開示】
しかしながら、発明者が提案した上記の材料については、今後の大きな発展が期待されているものの、より最良のものへのアプローチは依然として未踏のものであった。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの背景よりなされたものであって、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な新しい機能性材料とその製造方法を提供することを課題としている。
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であって、チューブの壁厚が１〜５００ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第２には、上記のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第３には、上記第２のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第４には、上記のＣ７０フラーレンチューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第５には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であって、チューブの壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
第６には、上記第５のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子が含まれることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第７には、上記第６のＣ７０フラーレンチューブにおいて、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の２成分から構成され、Ｃ６０フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の組成がＣ６０ｘＣ７０（１−ｘ）（０＜ｘ＜１）であることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第８には、上記第５から第７のいずれかのＣ７０フラーレンチューブの端部が閉鎖または開口していることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブを提供する。
第９には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
（Ａ）Ｃ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりもＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にてＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
第１０には、Ｃ７０フラーレン分子からなる中空構造部を持つ細線であるＣ７０フラーレンチューブの製造方法であって、少なくとも、以下の工程を含むことを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
（Ａ）Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を第１溶媒に溶解した溶液に、前記第１溶媒よりも前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子の溶解能の低い第２溶媒を添加する工程
（Ｂ）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形成させる工程
（Ｃ）前記液−液界面にて前記フラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を析出させる工程
（Ｄ）前記Ｃ７０細線を内部選択溶解させる工程
また、この出願の発明は、第１１には、上記のＣ７０フラーレンチューブの製造方法において、第１溶媒がピリジン、第２溶媒がイソプロピルアルコールであることを特徴とするＣ７０フラーレンチューブの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、この出願の発明の実施例１において製造されたＣ７０フラーレ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１４から、Ｃ７０フラーレンチューブの平均壁厚が９５〜１３０ｎｍの範囲であることも確認された。この結果は、Ｃ７０フラーレンチューブが中空構造となるためには少なくとも外径が約２００ｎｍ以上となることが必要であることを示している。
【産業上の利用可能性】
この出願の発明で得られるＣ７０フラーレンチューブは、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な新しい機能性材料として期待でき、産業上においても有効に活用することができる。
また、この出願の第１から第８の発明のＣ７０フラーレンチューブによれば、各種の化学物質を収容するためのカプセルや反応場、ガス吸着剤、触媒担持材料、電極材料などに有用な機能性材料とすることができる。
また、上記第９から第１１の発明のＣ７０フラーレンチューブの製造方法によれば、Ｃ７０フラーレン溶液またはＣ６０フラーレン、Ｃ７０以外の高次のフラーレン、フラーレン誘導体、金属内包フラーレンのうち少なくともいずれかのフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子を溶解した溶液を用いて、液−液界面析出法により、中空構造を持つＣ７０細線またはフラーレン分子とＣ７０フラーレン分子から構成されるＣ７０細線を、簡便に、比較的短期間で得ることが可能となる。
【国際調査報告】
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