JP5470513B2 - Carbon composite material manufacturing method - Google Patents

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本発明は、炭素複合素材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a carbon composite material .

近年、ナノテクノロジーの発達により、種々の新複合素材の開発が行われている。その一つに、金属超微粒子(金属ナノ粒子)を、カーボンナノチューブ(CNT)に代表される炭素素材等の材料に付着させて固定化する複合体としての材料(ハイブリッド材料)は物理的特性、化学的特性、機械的特性等種々の面で優れた物性を有することが期待されるため、その効率的な生産性方法およびそれに伴う新しい用途を有する工業的素材の開発が要請される。   In recent years, with the development of nanotechnology, various new composite materials have been developed. One of these is a material (hybrid material) as a composite that attaches and fixes ultrafine metal particles (metal nanoparticles) to a material such as a carbon nanotube (CNT), such as carbon nanotubes. Since it is expected to have excellent physical properties such as chemical characteristics and mechanical characteristics, it is required to develop an industrial material having an efficient productivity method and a new application associated therewith.

従来、カーボンナノチューブに金属を固定する技術として、例えば、特許文献1および特許文献2に記載のものが知られている。特許文献1記載の技術は、カーボンナノチューブの内部に金属超微粒子を内包させるハイブリッドのカーボンナノチューブであり、これにより情報通信や化学工業等の分野に利用可能な複合材料を提供できるようになっているが、特許文献1の技術にあっては、カーボンナノチューブの表面に金属超微粒子を付着させる構成ではない。   Conventionally, as a technique for fixing a metal to a carbon nanotube, for example, those described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. The technology described in Patent Document 1 is a hybrid carbon nanotube in which metallic ultrafine particles are encapsulated inside the carbon nanotube, and this makes it possible to provide a composite material that can be used in fields such as information communication and chemical industry. However, the technique of Patent Document 1 does not have a configuration in which ultrafine metal particles are attached to the surface of the carbon nanotube.

特許文献2記載のカーボンナノチューブは、酸化処理によりカーボンナノチューブ表面に開口部や欠陥部を形成し、金属触媒の前駆体をカーボンナノチューブ内部および外表面に付着させ、その後の還元処理によってカーボンナノチューブ内部および外表面に金属触媒を固定する構成のものであるが、金属超微粒子を付着させる方法ではない。したがって、金属微粒子をカーボンナノチューブ等の炭素素材の表面に付着して固体化する金属微粒子の付着方法や金属微粒子付着炭素素材は知られていない。また、特許文献2の技術にあっては、カーボンナノチューブの表面を酸化させ、洗浄・乾燥させた後に酸化触媒を担持し、また洗浄・乾燥を行い金属触媒の前駆対を混合させ、さらに還元処理を行う等かなりの工程が必要とされるという問題がある。   The carbon nanotube described in Patent Document 2 forms an opening or a defect on the surface of the carbon nanotube by oxidation treatment, attaches a metal catalyst precursor to the inside and outside of the carbon nanotube, and then reduces the inside and The metal catalyst is fixed on the outer surface, but it is not a method of attaching metal ultrafine particles. Accordingly, there is no known metal fine particle adhesion method or metal fine particle-attached carbon material in which metal fine particles adhere to the surface of a carbon material such as carbon nanotubes to be solidified. In the technique of Patent Document 2, the surface of the carbon nanotube is oxidized, washed and dried, and then the oxidation catalyst is supported. Also, the precursor of the metal catalyst is mixed by washing and drying, and further reduction treatment is performed. There is a problem that a considerable process is required such as.

一方、特許文献3〜6には、金属超微粒子をコア金属とし、その周囲に有機金属化合物で取り囲む形態の複合金属超微粒子の技術が開示されている。すなわち、特許文献3記載の複合金属超微粒子は、中心部における銀等の金属成分の周りをステアリン酸銀等の金属有機化合物で取り囲んで複合金属超微粒子を形成する。この複合金属超微粒子は、平均粒径が1〜100nmの大きさであり、空気を遮断した不活性ガス雰囲気下で、その金属有機化合物の分解開始温度以上、かつ、完全分解温度未満の温度で加熱し、これにより、分散安定性に優れた複合金属超微粒子が製造できるようにしている。   On the other hand, Patent Documents 3 to 6 disclose a technique of composite metal ultrafine particles in which metal ultrafine particles are used as a core metal and surrounded by an organometallic compound. That is, the composite metal ultrafine particles described in Patent Document 3 surround a metal component such as silver in the center with a metal organic compound such as silver stearate to form composite metal ultrafine particles. The composite metal ultrafine particles have an average particle size of 1 to 100 nm, and in an inert gas atmosphere in which air is shut off, at a temperature higher than the decomposition start temperature of the metal organic compound and lower than the complete decomposition temperature. By heating, it is possible to produce composite metal ultrafine particles having excellent dispersion stability.

また、特許文献4の複合金属超微粒子は、銀等のコア金属の周囲を炭素数5以上の脂肪酸であるイオン性有機物で取り巻く構成であり、イオン性有機物の存在下で、金属塩を金属塩の分解還元温度以上で且つイオン性有機物の分解温度以下で加熱する。これにより、粒子径が均一で分散安定性に優れ、工業的規模で製造できるものである。   In addition, the ultrafine composite metal particles of Patent Document 4 have a configuration in which a core metal such as silver is surrounded by an ionic organic substance that is a fatty acid having 5 or more carbon atoms. It is heated at a temperature equal to or higher than the decomposition reduction temperature and lower than the decomposition temperature of the ionic organic substance. Thereby, the particle diameter is uniform, the dispersion stability is excellent, and it can be produced on an industrial scale.

なお、特許文献7には、有機溶剤中で凝集している繭状のカーボンナノチューブを分散して、さらに略均一化された長さに切断して揃え、絡まりをほぐして別の物質に混合する際の分散効率を高める技術が記載されている。これは、上流側の第1プレート部材で形成した複数の第1処理通路(溝/流路)と、下流側の第2プレート部材で形成した複数の第2処理通路(溝/流路)とを互いに直交配置して結合して衝突部分を形成した分散装置である。これにより、加圧装置で加圧されたカーボンナノチューブ担液体を、供給ノズルから2本の第1処理通路へ圧送し、それを第2処理通路に流し込む際に、該担液体を上記直交配置される衝突部分で衝突させ流路を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、そのエネルギーにより均一に分散するようになっている。
特開2002−97009号公報 特開2006−334527号公報 特開平10−183207号公報 特開2001−131603号公報 特開2002−363127号公報 国際公開2000−76699号公報 特開2006−16222号公報
In Patent Document 7, cage-like carbon nanotubes aggregated in an organic solvent are dispersed, further cut into a substantially uniform length, aligned, loosened and mixed with another substance. A technique for increasing the dispersion efficiency is described. This includes a plurality of first processing passages (grooves / flow paths) formed by the upstream first plate member, and a plurality of second processing paths (grooves / flow paths) formed by the downstream second plate member. Is a dispersive device in which the collision parts are formed by mutually orthogonally connecting them. As a result, when the carbon nanotube-carrying liquid pressurized by the pressurizing device is pumped from the supply nozzle to the two first processing passages and flows into the second processing passage, the liquid-bearing liquid is arranged in the above-described orthogonal arrangement. The turbulent flow, the high-speed flow, the ultrasonic wave, the shock wave, the cavitation, and the like are generated by colliding at the colliding portion and changing the flow path, and are uniformly dispersed by the energy.
JP 2002-97009 A JP 2006-334527 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-183207 JP 2001-131603 A JP 2002-363127 A International Publication No. 2000-76699 JP 2006-16222 A

しかしながら、前述の如く、特許文献3〜6の技術は、コアとなる金属の周囲に有機化合物を固着させて取り扱いに便利な複合金属超微粒子を得る方法を開示はしているものの、これをカーボンナノチューブ等の炭素素材の表面に付着させる技術に関する具体的記載はない。また、炭素素材の表面に金属超微粒子を付着させる製造工程において、上記特許文献7記載の技術を用いる手段に関する技術も存在しない。   However, as described above, although the techniques of Patent Documents 3 to 6 disclose a method of obtaining composite metal ultrafine particles that are convenient to handle by fixing an organic compound around a core metal, There is no specific description regarding the technique of attaching to the surface of carbon materials, such as a nanotube. In addition, there is no technique relating to means using the technique described in Patent Document 7 in the manufacturing process in which ultrafine metal particles are attached to the surface of a carbon material.

本出願人は研究開発を行った結果、カーボンナノチューブ等の炭素素材に金属超微粒子が付着してなる炭素複合素材の製造方法に関する知見を得た。 As a result of research and development, the present applicant has obtained knowledge about a method for producing a carbon composite material in which ultrafine metal particles are attached to a carbon material such as a carbon nanotube.

本発明は、係る研究開発により得た知見に基づき、炭素素材表面に金属超微粒子を効率的に付着して固定することで、物理的特性、化学的特性、機械的特性等種々の面で優れた物性を有する炭素複合素材の製造方法を提供しようとするものである。 The present invention is excellent in various aspects such as physical characteristics, chemical characteristics, mechanical characteristics, etc., by efficiently attaching and fixing ultrafine metal particles to the surface of a carbon material based on the knowledge obtained by such research and development. An object of the present invention is to provide a method for producing a carbon composite material having excellent physical properties.

(1)本発明の炭素複合素材の製造方法は、表面にアルキル基を持ち且つ金属表面との反応性を持つ官能基を有する有機化合物によって、金属超微粒子が被覆されて構成される有機複合金属ナノ粒子を有機溶媒に分散・可溶化し、該有機複合金属ナノ粒子を含んだ前記有機溶媒に炭素素材を攪拌混合した後、加熱処理により前記有機溶媒を乾燥させ、前記有機複合金属ナノ粒子における前記金属超微粒子を取り囲む有機被膜を分解させることにより、前記炭素素材に対して前記金属超微粒子を反応又は侵食した形で一体化させ、前記金属超微粒子を被覆する前記有機化合物が、炭素数5から22の直鎖脂肪酸又は炭素数5から22の直鎖高級アルコールであり、前記有機溶媒として、トルエン、ヘキサン、又はシクロヘキサン等の鎖状、環状、芳香族を含む炭化水素を用いることを特徴とする。 (1) The method for producing a carbon composite material according to the present invention comprises an organic composite metal formed by coating ultrafine metal particles with an organic compound having an alkyl group on the surface and a functional group having reactivity with the metal surface. After the nanoparticles are dispersed and solubilized in an organic solvent, and the carbon material is stirred and mixed in the organic solvent containing the organic composite metal nanoparticles, the organic solvent is dried by heat treatment, and the organic composite metal nanoparticles By decomposing the organic coating surrounding the ultrafine metal particles, the ultrafine metal particles are integrated in a form that reacts or erodes the carbon material, and the organic compound covering the ultrafine metal particles has 5 carbon atoms. To 22 linear fatty acids or linear higher alcohols having 5 to 22 carbon atoms, and the organic solvent is a chain or cyclic such as toluene, hexane, or cyclohexane Which comprises using a hydrocarbon comprising aromatic.

本発明によれば、有機物が金属のコア(超微粒子)と結合している状態の有機複合金属ナノ粒子を使用する。すなわち、化学結合している状態にある金属ナノ粒子を使用する金属超微粒子の付着方法である。   According to the present invention, an organic composite metal nanoparticle in which an organic substance is bonded to a metal core (ultrafine particle) is used. That is, it is a method for attaching ultrafine metal particles using metal nanoparticles in a chemically bonded state.

本発明では、有機溶媒に分散・可溶化した有機複合金属ナノ粒子と、前記炭素素材との混合物を用い、それを攪拌混合させる。有機複合金属ナノ粒子は、該溶媒に可溶化しているので、炭素素材と混然一体となって混合し、分散状態を維持したまま炭素素材上に付着する。この混合物に加熱処理を施すことで、溶媒を乾燥させ、金属超微粒子を取り囲んでいた有機被膜を分解させて飛ばすと、金属超微粒子を直接炭素素材上に結合させることができる。この結果、金属超微粒子が付着して固定された炭素素材を得ることができるようになる。なお、好ましくは、金属超微粒子を分散した有機溶媒と同一の有機溶媒を用いて、炭素素材を予め分散しておき、有機溶媒同士を混合する。   In the present invention, a mixture of organic composite metal nanoparticles dispersed and solubilized in an organic solvent and the carbon material is used and stirred and mixed. Since the organic composite metal nanoparticles are solubilized in the solvent, they are mixed and mixed with the carbon material and adhere to the carbon material while maintaining the dispersed state. By subjecting this mixture to heat treatment, the solvent is dried, and the organic coating surrounding the ultrafine metal particles is decomposed and blown, whereby the ultrafine metal particles can be directly bonded onto the carbon material. As a result, it is possible to obtain a carbon material to which metal ultrafine particles are adhered and fixed. Preferably, the carbon material is dispersed in advance using the same organic solvent as the organic solvent in which the ultrafine metal particles are dispersed, and the organic solvents are mixed together.

(2)更に本発明の前記炭素素材は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、黒鉛、活性炭、コークス、カーボンブラック、カーボングラファイト、及びダイヤモンドのいずれかであることを特徴とする。   (2) Further, the carbon material of the present invention is any one of carbon nanotubes, carbon fibers, graphite, activated carbon, coke, carbon black, carbon graphite, and diamond.

これらの炭素素材には、より確実に金属超微粒子を付着することが可能である。特に、前記炭素素材として、カーボンナノチューブ(CNT)を用いるのが好ましい。カーボンナノチューブ表面に金属超微粒子を付着させることで、金属超微粒子がカーボンナノチューブ表面から膨出した状態で固定される。例えば、カーボンナノチューブ表面から粒状(略球面体状)をなして膨出するようにすれば、その凹凸によって、金属超微粒子で占める表面積が大きなる。このため、例えば、金属超微粒子が銀等の金属である場合には、電磁波遮蔽特性に優れた金属超微粒子付着炭素素材を得ることができ、また、合成樹脂素材に混入すれば引張外力に強い金属超微粒子付着炭素素材が得られ、また、車両等のハニカム構造を有するストラップ捕集装置等の排ガス浄化装置に適用すれば、触媒機能を発揮する金属超微粒子付着炭素素材を得られる。このため、物理的特性、化学的特性、機械的特性等種々の面において優れた物性を有する金属超微粒子付着炭素素材を得ることができるようになる。   It is possible to adhere metallic ultrafine particles to these carbon materials more reliably. In particular, it is preferable to use carbon nanotubes (CNT) as the carbon material. By attaching the ultrafine metal particles to the surface of the carbon nanotube, the ultrafine metal particles are fixed in a state of bulging from the surface of the carbon nanotube. For example, if the carbon nanotube surface swells in a granular form (substantially spherical body), the surface area occupied by the ultrafine metal particles increases due to the unevenness. For this reason, for example, when the metal ultrafine particles are a metal such as silver, it is possible to obtain a carbon material with attached metal ultrafine particles having excellent electromagnetic wave shielding characteristics, and is strong against tensile external force if mixed into a synthetic resin material. An ultrafine metal particle-attached carbon material can be obtained, and if applied to an exhaust gas purifying apparatus such as a trap collecting device having a honeycomb structure such as a vehicle, an ultrafine metal particle-attached carbon material exhibiting a catalytic function can be obtained. For this reason, it becomes possible to obtain an ultrafine metal particle-attached carbon material having excellent physical properties such as physical characteristics, chemical characteristics, and mechanical characteristics.

なお、カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、あるいは多層カーボンナノチューブ(MWCNT)のいずれにも適用可能である。多層カーボンナノチューブの場合、金属超微粒子と多層カーボンナノチューブの直径とのサイズのバランスが良好となり、且つ、その金属超微粒子の付着時において、超微粒子の結合状態を強固に保持することが可能になるので、より好ましい金属超微粒子付着済の炭素複合素材が得られる。   The carbon nanotube can be applied to both single-walled carbon nanotubes (SWNT) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). In the case of multi-walled carbon nanotubes, the size balance between the ultrafine metal particles and the diameter of the multi-walled carbon nanotubes becomes good, and the bonding state of the ultrafine particles can be firmly maintained when the ultrafine metal particles are attached. Therefore, a more preferable carbon composite material to which metal ultrafine particles are adhered can be obtained.

(3)更に本発明の前記金属超微粒子は、白金、金、銀、ニッケル、鉄、及び銅のいずれかであることを特徴とする。中でも銀で形成するのが好ましく、係る手段とすることで、銀ナノ粒子とカーボンナノチューブとの複合体を製造することが可能となる。   (3) Further, the ultrafine metal particles of the present invention are any one of platinum, gold, silver, nickel, iron, and copper. Above all, it is preferable to use silver, and by using such means, a composite of silver nanoparticles and carbon nanotubes can be produced.

(4)本発明に用いる有機溶媒は、該有機複合金属ナノ粒子を良く可溶化する有機溶剤を用いることができるが、更に本発明では、前記金属超微粒子を被覆する前記有機化合物が、炭素数5から22の直鎖脂肪酸又は炭素数5から22の直鎖高級アルコールであり、前記有機溶媒として、トルエン、ヘキサン、又はシクロヘキサン等の鎖状、環状、芳香族を含む炭化水素を用いることが好ましい。   (4) As the organic solvent used in the present invention, an organic solvent that well solubilizes the organic composite metal nanoparticles can be used. In the present invention, the organic compound that coats the ultrafine metal particles has a carbon number. It is preferably a linear fatty acid having 5 to 22 or a linear higher alcohol having 5 to 22 carbon atoms, and the organic solvent is preferably a chain, cyclic, or aromatic hydrocarbon such as toluene, hexane, or cyclohexane. .

係る方法によれば、有機複合金属ナノ粒子は、該有機溶剤中で単分散することにより、ほとんど真溶液のような可溶化した分散液:サスペンジョンになる。なお、有機溶媒として、不飽和の炭化水素を用いることも出来る。また場合により、各種テルペン類などを用いることも出来る。   According to such a method, the organic composite metal nanoparticles are monodispersed in the organic solvent, thereby becoming a solubilized dispersion solution: suspension like a true solution. An unsaturated hydrocarbon can also be used as the organic solvent. In some cases, various terpenes can be used.

(5)本発明はまた、前記有機溶媒と前記炭素素材を攪拌混合する攪拌混合手段として、超音波を用いることを特徴とする。   (5) The present invention is also characterized in that ultrasonic waves are used as a stirring and mixing means for stirring and mixing the organic solvent and the carbon material.

係る手段によれば、表面にアルキル基を持ち且つ金属表面との反応性を持つ官能基を有する有機化合物で被膜された金属超微粒子の可溶化状態を維持するので、結果として金属超微粒子を炭素素材表面に均等に付着できるようになる。   According to such means, the solubilized state of the ultrafine metal particles coated with an organic compound having an alkyl group on the surface and a functional group having reactivity with the metal surface is maintained. It becomes possible to adhere evenly to the surface of the material.

(6)本発明はまた、前記有機溶媒と前記炭素素材を攪拌混合する攪拌混合手段として、前記有機溶媒に対して圧力を付与する圧力付与装置と、前記力付与装置によって加圧された前記有機溶媒を導入する複数の導入流路と、前記導入流路を介して流れ込んだ前記有機溶媒を相互に衝突させる衝突部とを備える装置を用い、前記有機溶媒を衝突させて流れ方向を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、これにより攪拌混合することを特徴とする。このように、機械的な外力によって、エネルギーを発生させ、そのエネルギーにより、有機溶媒を攪拌混合することで、極めて短時間に金属超微粒子を炭素素材表面に均等に付着できるようになる。   (6) In the present invention, as the stirring and mixing means for stirring and mixing the organic solvent and the carbon material, a pressure applying device that applies pressure to the organic solvent, and the organic that is pressurized by the force applying device By using a device comprising a plurality of introduction flow channels for introducing a solvent and a collision part for causing the organic solvent that has flowed through the introduction flow channel to collide with each other, by changing the flow direction by colliding the organic solvent Turbulent flow, high-speed flow, ultrasonic wave, shock wave, cavitation, and the like are generated and mixed by stirring. As described above, energy is generated by mechanical external force, and the organic solvent is stirred and mixed by the energy, so that the ultrafine metal particles can be evenly attached to the surface of the carbon material in a very short time.

(7)本発明ではまた、前記有機溶媒を乾燥させる前記加熱処理が、大気下又は大気圧よりも低圧環境下で行うようにし、前記加熱処理の温度は、前記有機化合物の分解する温度以上且つ前記炭素材料が分解する温度以下であることを特徴とする。   (7) Further, in the present invention, the heat treatment for drying the organic solvent is performed in an atmosphere or an environment at a pressure lower than atmospheric pressure, and the temperature of the heat treatment is equal to or higher than a temperature at which the organic compound is decomposed. It is below the temperature which the said carbon material decomposes | disassembles, It is characterized by the above-mentioned.

係る手段によれば、攪拌混合された後の混合物を、加熱処理するとき、カーボンナノチューブが熔損して分解しない温度以下で、しかも、脂肪酸が分解する温度以上の温度で加熱することで、溶媒を乾燥させ、金属超微粒子を取り囲む有機被膜を分解して飛ばす。これにより、炭素素材に、金属超微粒子を効果的に付着させることができるようになる。また、低圧環境化にすることで、カーボンナノチューブ等の炭素素材の表面に凝集して付着する金属超微粒子の粒径が大きくなり過ぎないように低減できる。すなわち、金属超微粒子の肥大化を抑制するようにコントロールできる。   According to such means, when the mixture after stirring and mixing is heated, the solvent is heated by heating at a temperature not higher than the temperature at which the carbon nanotubes are melted and decomposed, and at a temperature not lower than the temperature at which the fatty acid is decomposed. It is dried, and the organic film surrounding the metal ultrafine particles is decomposed and blown off. Thereby, metal ultrafine particles can be effectively attached to the carbon material. Moreover, by making the environment low pressure, the particle size of the ultrafine metal particles that aggregate and adhere to the surface of a carbon material such as carbon nanotubes can be reduced so as not to become too large. That is, it can be controlled to suppress the enlargement of the ultrafine metal particles.

(8)本発明はまた、前記炭素素材を予め他の溶媒に一旦分散させてから、該炭素素材を、前記有機複合金属ナノ粒子を含んだ前記有機溶媒に混入させるようにし、且つ、前記炭素素材を前記溶媒に予め分散させる分散手段として、前記溶媒に対して圧力を付与する圧力付与装置と、前記圧力付与装置によって加圧された前記溶媒を導入する複数の導入流路と、前記導入流路を介して流れ込んだ前記溶媒を相互に衝突させる衝突部とを備える装置を用い、前記炭素素材を含んだ前記溶媒を衝突させて流れ方向を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、前記炭素素材を分散させることを特徴とする。   (8) In the present invention, the carbon material is once dispersed in another solvent in advance, and then the carbon material is mixed in the organic solvent containing the organic composite metal nanoparticles, and the carbon As dispersion means for predispersing the material in the solvent, a pressure applying device that applies pressure to the solvent, a plurality of introduction flow channels that introduce the solvent pressurized by the pressure applying device, and the introduction flow By using a device comprising a collision unit that collides the solvent that has flowed through the path with each other, by changing the flow direction by colliding the solvent containing the carbon material, turbulent flow, high-speed flow, ultrasonic waves, A shock wave, cavitation or the like is generated to disperse the carbon material.

係る手段を用いることにより、衝突作用によって発生する衝撃波、超音波、せん断力、キャビテーション等のエネルギーによって、繭状にもつれて凝集しているカーボンナノチューブ等を溶媒を用いて分散しつつ、長さを均一化して、溶媒中に均一に分散しておくことが可能となる。この結果、金属超微粒子を炭素素材の塊ではなく、炭素素材一個一個に、均一分散した状態で効率的に固定することができるようになる。なお、炭素素材を予め分散させる際に用いる上記溶媒は有機溶媒に限られず、水等の各種溶媒を用いることが可能である。   By using such means, the length of the carbon nanotubes, which are entangled and aggregated in a cage shape, is dispersed using a solvent by the energy of shock waves, ultrasonic waves, shearing force, cavitation, etc. generated by the collision action, and the length is increased. It becomes possible to homogenize and disperse uniformly in the solvent. As a result, the metal ultrafine particles can be efficiently fixed in a uniformly dispersed state to each carbon material, not to a lump of carbon material. In addition, the said solvent used when disperse | distributing a carbon raw material previously is not restricted to an organic solvent, It is possible to use various solvents, such as water.

なお、本発明では、前記金属超微粒子の粒子サイズを、前記カーボンナノチューブの直径以下、または、半径以下とすることができる。炭素素材に付着する金属超微粒子は、添加した該有機複合金属ナノ粒子1個若しくは複数個が凝集して形成されるが、その粒子径をカーボンナノチューブの直径以下、または、半径以下に制御することで、カーボンナノチューブ表面に凝集する金属超微粒子によって、カーボンナノチューブの表面の浸食度合いを低減し、カーボンナノチューブ等の炭素素材の性質の劣化を抑制しつつ、均一に分散して付着できるようになる。   In the present invention, the particle size of the ultrafine metal particles can be made smaller than the diameter or smaller than the radius of the carbon nanotube. The ultrafine metal particles adhering to the carbon material are formed by agglomerating one or more of the added organic composite metal nanoparticles, and the particle diameter should be controlled to be equal to or less than the diameter of the carbon nanotube. Thus, the ultrafine metal particles that aggregate on the surface of the carbon nanotubes can reduce the degree of erosion on the surface of the carbon nanotubes, and can uniformly disperse and adhere while suppressing the deterioration of the properties of the carbon material such as carbon nanotubes.

(9)本発明はまた、前記炭素素材または前記カーボンナノチューブ表面に付着する前記金属超微粒子を、加熱や外力によって除去することにより、前記炭素素材または前記カーボンナノチューブを侵食して表面に凹凸が形成されることを特徴とする。   (9) In the present invention, the metal ultrafine particles adhering to the surface of the carbon material or the carbon nanotube are removed by heating or external force, and the carbon material or the carbon nanotube is eroded to form irregularities on the surface. It is characterized by being.

係る手段によれば、過剰な反応(加熱)をさせることで、カーボンナノチューブに付着した金属超微粒子が抜け落ちる。これにより、カーボンナノチューブが侵食され、その表面に凹凸が形成される。このため、係る凹凸に、例えば合成樹脂等を混入した場合に、合成樹脂が食い込むようにして入り込む。この結果、合成樹脂とカーボンナノチューブとの間のすべり抵抗が増大し、合成樹脂との結合力が高めることができるようになる。   According to such means, the ultrafine metal particles adhering to the carbon nanotubes fall out by causing an excessive reaction (heating). Thereby, the carbon nanotube is eroded and irregularities are formed on the surface thereof. For this reason, when synthetic resin etc. are mixed in the unevenness | corrugation, for example, synthetic resin penetrates so that it may bite. As a result, the slip resistance between the synthetic resin and the carbon nanotube increases, and the binding force with the synthetic resin can be increased.

なお、この金属超微粒子付着済みの炭素複合素材は、例えば電磁波シールドの材料として利用することも可能である。例えば、携帯電話、電子機器、ETC、自動車のエンジンルームの点火装置等から発する電磁波を遮蔽する部位にこの材料を設置することで、電磁波障害を回避できるようになる。   Note that the carbon composite material to which the ultrafine metal particles are attached can be used as, for example, an electromagnetic shielding material. For example, electromagnetic interference can be avoided by installing this material in a portion that shields electromagnetic waves emitted from an ignition device in a mobile phone, electronic equipment, ETC, automobile engine room, or the like.

また、この金属超微粒子付着済みの炭素複合素材を、樹脂に混入させて利用することも可能である。このようにすると、付着した金属超微粒子が樹脂と引っかかり易くなるので、金属超微粒子がすべり抵抗素子として機能し、その結果、炭素素材と樹脂との間のすべり抵抗が増大し、樹脂の機械的強度を高めることができるようになる。   It is also possible to use the carbon composite material to which the metal ultrafine particles have been adhered by mixing it in a resin. In this way, the attached metal ultrafine particles are easily caught by the resin, so that the metal ultrafine particles function as a slip resistance element. As a result, the slip resistance between the carbon material and the resin increases, and the mechanical properties of the resin Strength can be increased.

更にこの金属超微粒子付着済みの炭素複合素材を、排ガス処理用の触媒、燃料電池電極の触媒として利用することも可能である。各種排ガス処理装置では、金属超微粒子を塗布するなどして触媒として活用しているが、その塗布の非効率性が問題となっている。そこで、予め炭素素材に分散して金属超微粒子を固着した本発明の金属超微粒子付着済みの炭素複合素材を用いることで、広範囲な表面積に効率的に金属超微粒子を配置可能であるので、金属素材の使用量を少なくできるので、安価な排ガスの浄化を実現でき、しかも、効率的な排ガス浄化機能を得ることができるようになる。また、この金属超微粒子付着済みの炭素複合素材は、カーボンナノチューブが高強度で且つ劣化しにくい特性を有しており、更に金属超微粒子はカーボンナノチューブに強固に付着されているため、耐久性の良い燃料電池電極の触媒としても利用できる。   Further, the carbon composite material to which the ultrafine metal particles are adhered can be used as a catalyst for exhaust gas treatment and a catalyst for a fuel cell electrode. In various exhaust gas treatment apparatuses, metal ultrafine particles are applied as a catalyst, but the inefficiency of the application is a problem. Therefore, by using the carbon composite material to which the ultrafine metal particles of the present invention that have been dispersed in a carbon material and fixed with ultrafine metal particles are attached in advance, the ultrafine metal particles can be efficiently disposed over a wide surface area. Since the amount of the material used can be reduced, it is possible to realize an inexpensive exhaust gas purification and to obtain an efficient exhaust gas purification function. In addition, the carbon composite material to which the ultrafine metal particles have been attached has the characteristics that the carbon nanotubes have high strength and are not easily deteriorated, and the ultrafine metal particles are firmly adhered to the carbon nanotubes. It can also be used as a catalyst for good fuel cell electrodes.

本発明よれば、カーボンナノチューブ等の炭素素材に、金属超微粒子を均一に分散した状態で安定的で、効率的に付着させることができ、物理的、化学的、機械的特性等種々の面で優れた物性を備えた新素材である炭素複合素材を得ることができる


According to the present invention, it is possible to stably and efficiently adhere ultrafine metal particles to a carbon material such as a carbon nanotube in various states such as physical, chemical, and mechanical properties. A new carbon composite material with excellent physical properties can be obtained .


以下、本発明に係る金属超微粒子の付着方法およびそれを用いた金属超微粒子付着炭素素材を実施するための最良の形態を図を参照して説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out a method for attaching ultrafine metal particles according to the present invention and an ultrafine metal particle-attached carbon material using the same will be described with reference to the drawings.

図1は本実施の形態における金属超微粒子の付着方法を示す工程図である。金属超微粒子の付着は次のような工程で成る。ステップS1において表面にアルキル基を持ち且つ金属表面との反応性を持つ官能基を有する有機化合物によって被覆された金属超微粒子(有機複合金属ナノ粒子)を有機溶媒に分散・可溶化する。有機溶媒として、該有機複合金属ナノ粒子を良く可溶化する有機溶剤を用いることができるが、特にトルエン、ヘキサン、又はシクロヘキサン等の鎖状、環状、芳香族を含む各種飽和炭化水素を用いるのが好ましいが、不飽和の炭化水素を用いることも出来る。また、場合により、各種テルペン類などを用いることも出来る。   FIG. 1 is a process diagram showing a method for attaching metal ultrafine particles in the present embodiment. The adhesion of ultrafine metal particles consists of the following steps. In step S1, ultrafine metal particles (organic composite metal nanoparticles) coated with an organic compound having an alkyl group on the surface and a functional group having reactivity with the metal surface are dispersed and solubilized in an organic solvent. As the organic solvent, an organic solvent that well solubilizes the organic composite metal nanoparticles can be used, and in particular, various saturated hydrocarbons including chain, cyclic, and aromatic such as toluene, hexane, and cyclohexane are used. Although preferred, unsaturated hydrocarbons can also be used. In some cases, various terpenes can be used.

ステップS2で、スターラー、超音波等の攪拌手段により沈殿物がなくなるまで攪拌する。   In step S2, the mixture is stirred by a stirring means such as a stirrer or an ultrasonic wave until the precipitate disappears.

その一方で、これらと平行して、ステップS3において、ステップS1で使用したと同じ有機溶剤の溶媒を使用して、例えば、特許文献6記載の分散装置を用いて炭素素材を分散処理する。図2に示されるように、分散装置100は、有機溶媒に対して圧力を付与する圧力付与装置110と、圧力付与装置によって加圧された有機溶媒を導入する複数(ここでは2本)の導入流路120A、120Bと、これらの導入流路120A、120Bを介して流れ込んだ有機溶媒を相互に衝突させる衝突部122と、衝突した溶媒を導出する複数(ここでは2本)の導出流路124A、124Bを備える。従って、加圧された炭素素材担持有機溶媒を、狭い空間となる衝突部122で衝突させ、流路を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、そのエネルギーによって、前記炭素素材の分散を実施する。   On the other hand, in parallel with these, in step S3, using the same organic solvent as used in step S1, the carbon material is dispersed using, for example, a dispersion apparatus described in Patent Document 6. As shown in FIG. 2, the dispersing device 100 includes a pressure applying device 110 that applies pressure to the organic solvent, and a plurality (two in this case) of introducing the organic solvent pressurized by the pressure applying device. The flow path 120A, 120B, the collision part 122 that causes the organic solvent that has flowed through the introduction flow paths 120A, 120B to collide with each other, and a plurality of (here, two) lead-out flow paths 124A that lead out the collided solvent. , 124B. Therefore, the pressurized carbon material-supporting organic solvent is collided at the collision part 122 which is a narrow space, and the flow path is changed to generate turbulent flow, high-speed flow, ultrasonic wave, shock wave, cavitation, etc., and its energy To disperse the carbon material.

この分散装置100を用いるのが好都合な理由は、炭素素材がカーボンナノチューブ、カーボンファイバーである場合に、凝集して繭状になってもつれているカーボンナノチューブ群、カーボンファイバー群の塊を崩し、ある程度均一な形状や長さに分断しながら分散させることができるからである。塊を崩すことにより次のステップで金属超微粒子を付着させる際に一本一本に付着させることが可能である。またカーボンブラック、カーボングラファイト、コークス、黒鉛、活性炭等その他の炭素素材は、二次凝集をおこしていることが多い。ステップS3において分散装置100を用いて、一次粒子径に再分散させた状態にすることにより、次のステップで金属微粒子を一次粒子一個一個の炭素素材に付着させることができるからである。   The reason why it is convenient to use the dispersion device 100 is that when the carbon material is carbon nanotubes or carbon fibers, the aggregates of the carbon nanotube groups and carbon fiber groups that are aggregated and entangled are broken down to some extent. This is because it can be dispersed while being divided into a uniform shape and length. By breaking the lump, the metal ultrafine particles can be attached one by one in the next step. In addition, other carbon materials such as carbon black, carbon graphite, coke, graphite, and activated carbon often cause secondary aggregation. This is because, by using the dispersion device 100 in step S3 to redisperse to the primary particle diameter, the metal fine particles can be attached to the carbon material of each primary particle in the next step.

ステップS4において、ステップS2の有機複合金属ナノ粒子分散溶媒と、ステップS3で分散装置100によって分散処理した炭素素材とを、更に攪拌混合し、有機複合金属ナノ粒子を炭素素材に付着させる。このときの攪拌混合手段としては、例えば、スターラー(攪拌器)、超音波、あるいは図2で示した分散装置等により外力を付与して攪拌混合したり、または振動を付与することで攪拌混合できる形態のものが好適である。特に、金属超微粒子が銀であって、それをカーボンナノチューブ表面に均等(均一)に付着させる場合には、超音波であることが最も好ましい。また、図2の分散装置100を使用して行うことも勿論可能であり、短時間で攪拌混合を完了させることができる。ステップS4における攪拌混合時間は15分〜30分程度である。攪拌混合時間を長くかけてもあまり効果は変わらない。特に超音波や、分散装置100を用いる手法によれば、炭素素材に均等に金属超微粒子を付着させることが可能である。   In step S4, the organic composite metal nanoparticle dispersion solvent in step S2 and the carbon material dispersed by the dispersion apparatus 100 in step S3 are further stirred and mixed to attach the organic composite metal nanoparticles to the carbon material. As the stirring and mixing means at this time, for example, stirring and mixing can be performed by applying an external force with a stirrer (stirrer), ultrasonic waves, a dispersing device shown in FIG. 2 or the like, or by applying vibration. The form is preferred. In particular, when the ultrafine metal particles are silver and are uniformly (uniformly) adhered to the surface of the carbon nanotube, it is most preferable to use ultrasonic waves. Further, it is of course possible to use the dispersion apparatus 100 of FIG. 2, and stirring and mixing can be completed in a short time. The stirring and mixing time in step S4 is about 15 minutes to 30 minutes. The effect does not change much even if the stirring and mixing time is prolonged. In particular, according to the method using the ultrasonic wave or the dispersion device 100, it is possible to uniformly attach the ultrafine metal particles to the carbon material.

ステップS5において濾紙で溶媒を濾過により除去する。ステップS6で、濾紙に残った金属超微粒子が付着した炭素素材を乾燥させ、ステップS7の加熱処理工程において、オーブン等で加熱処理してステアリン酸等の脂肪酸である保護膜を飛ばす。加熱温度の条件は保護膜材の有機化合物が分解する温度(例えば脂肪酸であれば200℃)以上で、各炭素素材が分解する温度以下の範囲であるのが望ましい。また、加熱雰囲気圧は大気圧よりも低圧の環境下で加熱するのが好ましい。この場合、大気下で行うのがよい。また、窒素ガス雰囲気下で行うのもよい。また、減圧下で行うのもよいと考えられる。これらにより、金属超微粒子の凝集、すなわち金属の肥大化を抑制できるからである。なお、この加熱の際、温度と時間の作用により、炭素材表面が前記金属超微粒子と反応・侵食した形で一体化する。   In step S5, the solvent is removed by filtration with filter paper. In step S6, the carbon material with the ultrafine metal particles remaining on the filter paper is dried, and in the heat treatment process in step S7, the protective film that is a fatty acid such as stearic acid is blown by an oven or the like. It is desirable that the heating temperature is in a range not less than the temperature at which the organic compound of the protective film material is decomposed (for example, 200 ° C. for fatty acids) and not more than the temperature at which each carbon material is decomposed. Moreover, it is preferable to heat in a heating atmosphere pressure lower than atmospheric pressure. In this case, it is good to carry out in the atmosphere. Further, it may be performed in a nitrogen gas atmosphere. It is also considered to be performed under reduced pressure. This is because aggregation of metal ultrafine particles, that is, enlargement of metal can be suppressed. During the heating, the surface of the carbon material is integrated with the ultrafine metal particles by reaction and erosion due to the effects of temperature and time.

こうして、ステップS8において、炭素素材に、金属超微粒子が強固に付着した、金属超微粒子付着炭素複合体を得ることができる。   In this way, in step S8, the metal ultrafine particle-attached carbon composite in which the metal ultrafine particles are firmly attached to the carbon material can be obtained.

以下、上記実施の形態における金属超微粒子の付着方法を具体的に実施した実施例を説明する。   Hereinafter, examples in which the method for attaching ultrafine metal particles in the above embodiment is specifically described will be described.

上記の金属超微粒子の付着方法を用いて試作した金属超微粒子付着炭素素材の実施例1を説明する。以下の各実施例では、特に断らない限り炭素素材に多層カーボンナノチューブが、有機金属化合物における金属に銀のナノ粒子が用いられる。   Example 1 of a carbon ultrafine particle-adhered carbon material that has been experimentally produced using the above method for attaching ultrafine metal particles will be described. In the following examples, unless otherwise specified, multi-walled carbon nanotubes are used as the carbon material, and silver nanoparticles are used as the metal in the organometallic compound.

実施例1は、上記ステップS6における攪拌混合手段として超音波を用い、超音波の照射時間を変化させてカーボンナノチューブに対し銀のナノ粒子を付着させ、銀ナノ粒子とカーボンナノチューブとの複合体を得ることができた。図3の電子顕微鏡写真で示される複合体は超音波の照射時間を15分、同じく図4は30分、図5は45分、図6は1時間、および図7は2時間に設定して得たものである。これらによれば、カーボンナノチューブが密集する領域にも満遍なく均等に銀のナノ粒子が良好に付着している様子がうかがえる。一方、これらの結果から、超音波の照射時間によりナノ粒子の付着度合いが変わることがないので、超音波照射は、短時間で有効的に簡易且つ均一に金属超微粒子を炭素素材に付着できることが判った。   In Example 1, ultrasonic waves are used as the stirring and mixing means in the above step S6, the silver irradiation particles are attached to the carbon nanotubes by changing the irradiation time of the ultrasonic waves, and a composite of the silver nanoparticles and the carbon nanotubes is formed. I was able to get it. The composite shown in the electron micrograph of FIG. 3 has an ultrasonic irradiation time of 15 minutes, FIG. 4 is set to 30 minutes, FIG. 5 is set to 45 minutes, FIG. 6 is set to 1 hour, and FIG. It is obtained. According to these, it can be seen that silver nanoparticles are uniformly and evenly attached even to the region where the carbon nanotubes are densely packed. On the other hand, from these results, since the degree of adhesion of the nanoparticles does not change depending on the ultrasonic irradiation time, ultrasonic irradiation can effectively and uniformly attach the ultrafine metal particles to the carbon material in a short time. understood.

実施例2は、ステップS6の攪拌混合手段として、図2の分散装置100を用いたものであり、印加する圧力と処理回数(衝突回数)を変化させてカーボンナノチューブに対し銀のナノ粒子を付着させ、銀ナノ粒子とカーボンナノチューブの複合体を得た。使用圧力は50Mpa、100Mpa、150Mpa、回数はそれぞれ1回処理、3回処理、5回処理を行った。図8に示されるように、低圧(低エネルギー)である50MPaで1回処理でも銀ナノ粒子が万遍なく均等に良好に付着していることが確認できた。なお、特に図示しないが、圧力を上げても処理回数を重ねてもナノ粒子の付着度合いが変わることが無かったので、前記超音波照射と同様、この分散装置100を用いて混合処理を行えば、有効的に簡易且つ均一に金属超微粒子を炭素素材に付着できることが判った。   Example 2 uses the dispersion apparatus 100 of FIG. 2 as the stirring and mixing means in step S6, and changes the applied pressure and the number of treatments (number of collisions) to attach silver nanoparticles to the carbon nanotubes. Thus, a composite of silver nanoparticles and carbon nanotubes was obtained. The working pressure was 50 Mpa, 100 Mpa, 150 Mpa, and the number of times was 1, 3 and 5 times, respectively. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the silver nanoparticles were uniformly and satisfactorily adhered even after a single treatment at 50 MPa, which is a low pressure (low energy). Although not specifically illustrated, the degree of nanoparticle adhesion did not change even when the pressure was increased or the number of treatments was repeated. Therefore, as in the case of the ultrasonic irradiation, if the dispersion treatment 100 is used, the mixing treatment is performed. It was found that the ultrafine metal particles can be effectively and uniformly attached to the carbon material.

実施例3は、攪拌混合手段としてスターラーを用いて複合体を得たものであり、図9に示すように、細かいナノ粒子と、大きなナノ粒子のところとがあり、付着もまばらな状態である。結果として、この実施例2も外力を与えることで、銀のナノ粒子がカーボンナノチューブの表面に付着したナノ銀付着の複合体を得ることができた。   In Example 3, a composite was obtained using a stirrer as a stirring and mixing means. As shown in FIG. 9, there are fine nanoparticles and large nanoparticles, and the adhesion is sparse. . As a result, this Example 2 was also able to obtain a nanosilver-adhered composite in which silver nanoparticles were adhered to the surface of the carbon nanotube by applying an external force.

実施例4は攪拌混合手段としてハンドシェイクによる外力を与えて複合体を得たものである。図10に示すように、銀のナノ粒子がカーボンナノチューブに付着しているが、まばらな状態で付着している。また、銀のナノ粒子が大きく凝集して大きな塊となっている部分と、そうでないところとがある。この結果、この実施例4によっても銀のナノ粒子をカーボンナノチューブに良好に付着させた複合体を得ることができる。   In Example 4, a composite was obtained by applying an external force by handshaking as stirring and mixing means. As shown in FIG. 10, silver nanoparticles are attached to the carbon nanotubes, but are attached in a sparse state. In addition, there are portions where silver nanoparticles are largely agglomerated to form large lumps, and other portions are not. As a result, also in Example 4, it is possible to obtain a composite in which silver nanoparticles are well adhered to carbon nanotubes.

実施例5は攪拌混合手段を用いることなく、なにもしないで複合体を得たものである。図11に示されるように、銀のナノ粒子が付着しているところと、付着していな個所とが多々あり、カーボンナノチューブへの付着が薄い。また、細かいナノ粒子が多いようであり、その一方でナノ粒子の巨大な塊も多く、上記実施例1〜3と比較検討すると、ナノ粒子はカーボンナノチューブに付着はするものの、不均一な付着状態を呈していることが判る。   In Example 5, a composite was obtained without using a stirring and mixing means and without doing anything. As shown in FIG. 11, there are many places where silver nanoparticles are attached and places where silver nanoparticles are not attached, and the adhesion to carbon nanotubes is thin. In addition, it seems that there are many fine nanoparticles, and on the other hand, there are also a lot of nano particles, and when compared with Examples 1 to 3 above, the nanoparticles adhere to the carbon nanotubes, but the uneven adhesion state It can be seen that

実施例6から以下の実施例9までは炭素素材をカーボンナノチューブ以外の炭素素材に置換し、上記ステップS4での攪拌混合を超音波で行い、ステップS7における加熱は所定時間かけて実施した場合の例である。   In Example 6 to Example 9 below, the carbon material is replaced with a carbon material other than carbon nanotubes, the stirring and mixing in Step S4 is performed with ultrasonic waves, and the heating in Step S7 is performed over a predetermined time. It is an example.

すなわち、実施例6は、黒鉛に銀のナノ粒子を付着した場合であり、図12,図13に示すように、黒鉛の表面にナノ粒子が均一に付着している状態がうかがえ、良好な複合体を得ることができた。   That is, Example 6 is a case where silver nanoparticles are attached to graphite, and as shown in FIGS. 12 and 13, it can be seen that the nanoparticles are uniformly attached to the surface of the graphite, and a good composite is obtained. I was able to get a body.

実施例7は、炭素素材としてCB(カーボンブラック)を使用し、これに銀のナノ粒子を付着させた例である。図14,図15に示すように、CBの表面にナノ粒子が良好な状態で付着している様子が判り、良好な複合体を得ることができた。   Example 7 is an example in which CB (carbon black) was used as a carbon material, and silver nanoparticles were adhered thereto. As shown in FIGS. 14 and 15, it was found that the nanoparticles were adhered to the surface of CB in a good state, and a good composite could be obtained.

実施例8は、炭素素材としてCG(カーボングラファイト)を用いて実施した場合であり、図16,図17のようにCG表面に銀のナノ粒子が均一に分散した状態で良好に付着している様子が判り、良好な複合体を得ることができた。   Example 8 is a case where CG (carbon graphite) is used as a carbon material, and silver nanoparticles are well adhered to the CG surface as shown in FIGS. 16 and 17 in a uniform manner. The situation was understood and a good composite could be obtained.

実施例9は、炭素素材として活性炭を用いた実施した例である。図18,図19に示すように、活性炭の表面に銀のナノ粒子が均一に分散した様態で良好に付着している複合体を得ることができた。   Example 9 is an example in which activated carbon was used as the carbon material. As shown in FIGS. 18 and 19, it was possible to obtain a composite that was well adhered to the surface of the activated carbon in a state where silver nanoparticles were uniformly dispersed.

以上のように、実施例6〜実施例9のいずれの炭素素材に対しても銀のナノ粒子が良好な状態で付着することが可能な複合体が得られた。   As mentioned above, the composite_body | complex in which the nanoparticle of silver can adhere in the favorable state was obtained with respect to any carbon raw material of Example 6-9.

本実施例10〜実施例12は、カーボンナノチューブに銀のナノ粒子を付着させる過程の上記ステップS2において金属超微粒子を有機溶剤に分散・可溶化させた溶液に分散剤を混入して使用する例である。   Examples 10 to 12 are examples in which a dispersant is mixed in a solution in which ultrafine metal particles are dispersed and solubilized in an organic solvent in step S2 in the process of attaching silver nanoparticles to carbon nanotubes. It is.

本実施例10は、ステアリン酸がカチオン系であるので、カチオン系であるオクチルアミンを適量添加した。その結果、図20に示すように、カーボンナノチューブ表面に銀のナノ粒子が良好な状態で付着した複合体が得られ、アミンによる分散安定性が優れ、効果があることが判った。またステップS3におけるカーボンナノチューブ等炭素素材の事前分散の際に溶媒にオクチルアミン、ペンチルアミン、プロピルアミンを適量添加し、その後溶媒をトルエン、ヘキサン、シクロヘキサン等に置換しても、同様の効果が得られた。   In Example 10, since stearic acid is cationic, an appropriate amount of cationic octylamine was added. As a result, as shown in FIG. 20, it was found that a composite in which silver nanoparticles were adhered to the surface of the carbon nanotube in a good state was obtained, and the dispersion stability by amine was excellent and effective. The same effect can be obtained by adding an appropriate amount of octylamine, pentylamine, propylamine to the solvent during the pre-dispersion of carbon materials such as carbon nanotubes in step S3, and then substituting the solvent with toluene, hexane, cyclohexane or the like. It was.

実施例11は、ノニオン系の分散剤として日信化学株式会社製のオルフィンを使用した例である。この結果、図21のように、実施例10よりは幾分銀のナノ粒子度合いが小さい複合体が得られ、ノニオン系も分散剤として有益であることが判った。   Example 11 is an example in which Olphine manufactured by Nissin Chemical Co., Ltd. was used as a nonionic dispersant. As a result, as shown in FIG. 21, a composite having a slightly lower degree of silver nanoparticles than Example 10 was obtained, and it was found that the nonionic system was also useful as a dispersant.

実施例12は、ポリマー系の分散剤を使用した例であり、図22のような複合体を得た。実施例10,実施例11の場合とは異なり、ナノ粒子の付着はかなり弱くなっている。これは、ポリマー系の分散剤がカーボンナノチューブ表面を覆ってしまうことが原因していると思われる。   Example 12 is an example using a polymer-based dispersant, and a composite as shown in FIG. 22 was obtained. Unlike the case of Example 10 and Example 11, the adhesion of nanoparticles is considerably weakened. This seems to be caused by the polymer-based dispersant covering the carbon nanotube surface.

実施例10〜実施例12の複合体を比較検討すると、カチオン系の分散剤をトルエン等の溶媒に混入させるのが、銀のナノ粒子をカーボンナノチューブに凝集させる上で好ましいことが考えられる。   Comparing the composites of Examples 10 to 12, it can be considered that it is preferable to mix a cationic dispersant in a solvent such as toluene in order to aggregate silver nanoparticles into carbon nanotubes.

なお、分散剤としてはナノ粒子の凝集付着が可能な分散剤であれば、適宜の界面活性剤を使用することもできる。   In addition, as a dispersing agent, if it is a dispersing agent which can carry out aggregation adhesion of a nanoparticle, an appropriate surfactant can also be used.

実施例13として、上記ステップS6およびステップS7における乾燥・加熱方法の検討を行った。加熱温度が不足する場合には金属超微粒子を取り囲む有機被膜であるステアリン酸の分解が不十分となり、有機被膜から銀が析出しないからである。そこで、ゆっくり昇温させて(15℃/分)、30分間加熱する方法と、或る温度状態の中に投入して30分間または60分間一気に加熱する方法とを実施した。その結果を示すと表1のようになる。   As Example 13, the drying / heating method in Steps S6 and S7 was examined. This is because when the heating temperature is insufficient, the decomposition of stearic acid, which is an organic film surrounding the metal ultrafine particles, becomes insufficient, and silver does not precipitate from the organic film. Therefore, a method of heating slowly (15 ° C./min) and heating for 30 minutes and a method of heating in a certain temperature state for 30 minutes or 60 minutes at a stretch were performed. The results are shown in Table 1.

有機金属化合物化した銀ナノ粒子原料に占めるステアリン酸の含有率は略25重量%である。これを前提にすると、ステップS7の加熱過程でステアリン酸が分解されるので、その含有率に相当する重量が減る。この考えに基づいて表1を検討すると、230℃から250℃の温度で30分加熱するのが銀のナノ粒子をカーボンナノチューブに付着させるのに効果的であり、望ましいことが判った。
The content rate of stearic acid in the silver nanoparticle raw material converted into the organometallic compound is about 25% by weight. Assuming this, since stearic acid is decomposed in the heating process of step S7, the weight corresponding to the content decreases. Examining Table 1 based on this idea, it was found that heating at a temperature of 230 ° C. to 250 ° C. for 30 minutes is effective in attaching silver nanoparticles to the carbon nanotubes, and is desirable.

一方、表1からわかるように、加熱温度が280℃になると、減少重量が25%を遙かに逸脱した数値となっているため、ステアリン酸の含有量以上の重量分が燃焼して減少していることが判る。そこで、280℃まで30分間一気に加熱した後の状態を電子顕微鏡で確認すると、図23に示されるように、銀ナノ粒子がカーボンナノチューブ表面を侵食した状態が判別できた。また、同様に250℃で1時間加熱したものは、表1よりステアリン酸含有量以上重量が減少しており、図24に示されるように、電子顕微鏡でもカーボンナノチューブ表面を侵食しはじめた状態が確認された。   On the other hand, as can be seen from Table 1, when the heating temperature reaches 280 ° C., the reduced weight is a value that deviates far from 25%, so that the weight more than the content of stearic acid burns and decreases. You can see that Therefore, when the state after heating to 280 ° C. for 30 minutes at a stretch was confirmed with an electron microscope, the state in which the silver nanoparticles eroded the carbon nanotube surface as shown in FIG. 23 could be determined. Similarly, when heated at 250 ° C. for 1 hour, the weight of stearic acid content or more decreased from Table 1, and as shown in FIG. 24, the surface of the carbon nanotube began to erode even with an electron microscope. confirmed.

他方、ゆっくり昇温させた場合と、一気に加熱させた場合とについて銀のナノ粒子の付着具合を比較検討すると、一気に加熱した方が銀ナノ粒子を細かく付着できることが判った。これは、ゆっくり昇温させるケースでは、ステアリン酸は低温から徐々に昇温して分解していくが、その過程で、銀が凝集を始めるためであると考えられる。   On the other hand, when the temperature of the silver nanoparticles was compared between the case where the temperature was raised slowly and the case where the temperature was heated at once, it was found that the silver nanoparticles can be finely adhered when heated at a stroke. This is probably because stearic acid is gradually heated from a low temperature and decomposes in the case where the temperature is slowly raised, and silver starts to aggregate in the process.

実施例14は、上記実施例13の知見に基づいた例である。加熱温度を280℃乃至それ以上の温度で加熱し付着反応を促進させると、図25,図26に示す実施例14の複合体を得ることができた。この複合体は、230℃以下では起こりえない状態、すなわち、銀ナノ粒子がカーボンナノチューブを侵食して穴が開いた状態となっている。穴には、銀ナノ粒子が除去された穴と、銀ナノ粒子が存在する穴とが混在する。カーボンナノチューブ表面は全体として穴により凸凹形状を呈している。図26によく示されるように、銀のナノ粒子が付着している穴には、ナノ粒子がカーボンナノチューブの内側へ進展して付着している。このことから、本発明による金属超微粒子の付着方法は、物理吸着ではなく、なんらかの化学結合を起していることが考えられる。   Example 14 is an example based on the knowledge of Example 13 above. When the heating temperature was heated to 280 ° C. or higher to promote the adhesion reaction, the composite of Example 14 shown in FIGS. 25 and 26 could be obtained. This complex is in a state that cannot occur at 230 ° C. or lower, that is, a state in which silver nanoparticles have eroded carbon nanotubes and have holes. The holes include a hole from which silver nanoparticles are removed and a hole in which silver nanoparticles are present. The surface of the carbon nanotube as a whole has an uneven shape due to the holes. As well shown in FIG. 26, in the hole to which the silver nanoparticles are adhered, the nanoparticles are developed and adhered to the inside of the carbon nanotube. From this, it can be considered that the method for attaching ultrafine metal particles according to the present invention is not physical adsorption but causes some kind of chemical bond.

実施例15は、ゆっくり230℃まで昇温加熱(1分間に15℃上昇)させて、金属超微粒子付着カーボンナノチューブ複合体を作製した後、15分間乳鉢ですり潰して外力を加えた。この結果を観察したところ、図27に示されるように、金属超微粒子は脱落することなく、ほとんどが残っていることが分かる。従って、十分な強度でカーボンナノチューブに結合していることが分かる。   In Example 15, the temperature was slowly raised to 230 ° C. (15 ° C. increased for 1 minute) to prepare a carbon nanotube composite with metal ultrafine particles, and then external force was applied by grinding in a mortar for 15 minutes. Observation of this result reveals that most of the ultrafine metal particles remain without dropping off, as shown in FIG. Therefore, it turns out that it couple | bonds with the carbon nanotube with sufficient intensity | strength.

実施例16は、同様にゆっくり230℃まで昇温加熱(1分間に15℃上昇)させて、金属超微粒子付着カーボンナノチューブ複合体を作製した後、30分間超音波照射を行い振動を加えた。この結果を観察したところ、図28に示されるように、金属超微粒子の抜け落ちはなく良好に分散して付着していた。   In Example 16, similarly, the temperature was slowly increased to 230 ° C. (15 ° C. increased for 1 minute) to produce a carbon nanotube composite with metal ultrafine particles attached thereto, followed by ultrasonic irradiation for 30 minutes to apply vibration. When this result was observed, as shown in FIG. 28, the metal ultrafine particles did not fall out and were well dispersed and adhered.

上記の実施例15、16より、最適温度(230℃)で最適時間(30分)加熱処理を行った複合体は、このように強い外力を与えても金属超微粒子が強固にカーボンナノチューブに付着して抜け落ちないことが確認された。本検証の結果から、単なる物理吸着ではなく、なんらかの化学結合により金属超微粒子が付着されているということが考えられる。   From Examples 15 and 16 above, the composite subjected to the heat treatment at the optimum temperature (230 ° C.) for the optimum time (30 minutes) strongly adheres to the carbon nanotubes even when such a strong external force is applied. It was confirmed that it would not fall out. From the result of this verification, it is considered that the metal ultrafine particles are attached not by simple physical adsorption but by some chemical bond.

実施例15は、カーボンナノチューブをCG(カーボングラファイト)に置換し、280℃以上で加熱することにより、図29に示す複合体を得た。CGの場合にも、穴が形成され、穴の内側に銀ナノ粒子を付着した複合体が得ることができる。   In Example 15, the carbon nanotube was replaced with CG (carbon graphite) and heated at 280 ° C. or higher to obtain the composite shown in FIG. Also in the case of CG, a composite in which holes are formed and silver nanoparticles are attached inside the holes can be obtained.

上記の実施例14やこの実施例17からわかるように、加熱や外力によって炭素素材の表面の銀を除去して、表面に凹凸を形成することが可能となる。   As can be seen from the above Example 14 and Example 17, it is possible to remove the silver on the surface of the carbon material by heating or external force, and to form irregularities on the surface.

本実施例18および後述の実施例21は、カーボンナノチューブの直径を種々変化させて、銀ナノ粒子の付着具合を検討するために得た複合体に関する実施例である。   Example 18 and Example 21 described later are examples relating to composites obtained in order to study the adhesion of silver nanoparticles by variously changing the diameter of carbon nanotubes.

本実施例18は、カーボンナノチューブの直径が1nmφのものを使用した例であり、図30,図31に示すように、銀のナノ粒子がカーボンナノチューブの直径より大きな塊となって凝集し、カーボンナノチューブに付着していない。係る複合体は本発明が意図する複合体とは言えない。   Example 18 is an example in which carbon nanotubes having a diameter of 1 nmφ were used. As shown in FIG. 30 and FIG. 31, silver nanoparticles aggregated as a lump larger than the diameter of carbon nanotubes, and carbon It is not attached to the nanotube. Such a complex cannot be said to be a complex intended by the present invention.

実施例19は、カーボンナノチューブの直径が60nmφである。図32、図33に示すように、その直径よりも小さな銀のナノ粒子がカーボンナノチューブ表面に良好に付着した複合体を得ることができた。   In Example 19, the diameter of the carbon nanotube is 60 nmφ. As shown in FIGS. 32 and 33, it was possible to obtain a composite in which silver nanoparticles smaller than the diameter adhered well to the carbon nanotube surface.

図34、図35に示す実施例20は、カーボンナノチューブの直径を100nmとした場合の複合体である。実施例20によっても、銀のナノ粒子がカーボンナノチューブ表面に良好に付着する複合体を得ることができた。   Example 20 shown in FIGS. 34 and 35 is a composite when the diameter of the carbon nanotube is 100 nm. Also in Example 20, it was possible to obtain a composite in which silver nanoparticles adhered favorably to the carbon nanotube surface.

実施例21は、図36,図37に示すように、カーボンナノチューブの直径が20nm〜80nmの範囲にあるカーボンナノチューブを混在させた場合の複合体である。本実施例21によっても、カーボンナノチューブ表面に銀のナノ粒子が均一に付着する複合体を得ることができた。   Example 21 is a composite in which carbon nanotubes having a diameter of 20 nm to 80 nm are mixed, as shown in FIGS. 36 and 37. Also in Example 21, a composite in which silver nanoparticles were uniformly attached to the surface of the carbon nanotube could be obtained.

上記の実施例18〜21を比較検討した結果、炭素素材がカーボンナノチューブである場合には、銀のナノ粒子(金属超微粒子)のサイズとしては、カーボンナノチューブの直径以下、または、半径以下とするのが望ましいことが判った。これにより、カーボンナノチューブ表面に、銀ナノ粒子をカーボンナノチューブを破壊することなく均一に分散して付着できる。   As a result of comparative study of the above Examples 18 to 21, when the carbon material is a carbon nanotube, the size of the silver nanoparticles (ultrafine metal particles) is set to be equal to or less than the diameter of the carbon nanotube or less than the radius. I found it desirable. As a result, the silver nanoparticles can be uniformly dispersed and adhered to the surface of the carbon nanotubes without destroying the carbon nanotubes.

なお、本発明の金属超微粒子の付着方法およびそれを用いた金属超微粒子付着炭素素材は、上記した実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The ultrafine metal particle adhesion method of the present invention and the ultrafine metal particle-attached carbon material using the same are not limited to the above-described embodiments and examples, and are within the scope not departing from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made.

すなわち、複合体としての金属超微粒子付着炭素素材は、電磁波シールドの材料として利用できる。炭素素材の表面等に付着する金属超微粒子の存在により放射される電磁波を吸収または遮断するので、電磁波シールド機能が要求される分野に応用が可能である。   That is, the metal ultrafine particle-adhered carbon material as a composite can be used as an electromagnetic shielding material. Since it absorbs or blocks electromagnetic waves emitted by the presence of ultrafine metal particles adhering to the surface of the carbon material, it can be applied to fields that require an electromagnetic wave shielding function.

また、金属超微粒子付着炭素素材を、合成樹脂に混入させて利用する用途もある。炭素素材の表面に付着する金属超微粒子が凹凸を成すため、すべり抵抗により合成樹脂の強度を高めることができる利点がある。   In addition, there is an application in which a carbon material with ultrafine metal particles is mixed with a synthetic resin. Since the ultrafine metal particles adhering to the surface of the carbon material are uneven, there is an advantage that the strength of the synthetic resin can be increased by slip resistance.

また、金属微超粒子付着炭素素材を、排ガス処理用の触媒として利用する用途もある。これによれば、複合体を対象となる排ガス浄化装置(例えば、ハニカム構造のセラミック捕集装置)の表面に塗布して使用することで、炭素素材表面に付着する金属超微粒子による触媒機能により、有害成分を吸収できる利点がある。   In addition, there is an application in which the metal ultrafine particle-attached carbon material is used as a catalyst for exhaust gas treatment. According to this, by applying the composite to the surface of the target exhaust gas purification device (for example, a honeycomb-structured ceramic collection device), the catalytic function by the metal ultrafine particles adhering to the carbon material surface, There is an advantage that harmful components can be absorbed.

本発明の金属超微粒子の付着方法およびそれを用いた金属超微粒子付着炭素素材は、自体が具有する物理的、化学的、機械的特性等種々の面で優れた物性を備えた新素材であるため、あらゆる技術分野に利用することができる。   The ultrafine metal particle adhesion method of the present invention and the ultrafine metal particle-attached carbon material using the same are new materials with excellent physical properties such as physical, chemical and mechanical properties. Therefore, it can be used in all technical fields.

本実施の形態における金属超微粒子の付着方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the adhesion method of the metal ultrafine particle in this Embodiment. 同金属超微粒子の付着方法で用いられる分散装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the dispersion apparatus used with the adhesion method of the metal ultrafine particle. 同じく、実施例1の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 1. FIG. 同じく、実施例1の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 1. FIG. 同じく、実施例1の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 1. FIG. 同じく、実施例1の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 1. FIG. 同じく、実施例1の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 1. FIG. 実施例2の複合体に係る電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph according to the composite of Example 2. 実施例3の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 3. 実施例4の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 4. 実施例5の複合体に係る電子顕微鏡写真である。6 is an electron micrograph according to the composite of Example 5. 実施例6の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。4 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 6. 同じく、実施例6の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 6. FIG. 実施例7の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。4 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 7. 同じく、実施例7の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 7. FIG. 実施例8の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。4 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 8. 同じく、実施例8の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 8. FIG. 実施例9の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 9. 同じく、実施例9の拡大電子顕微鏡写真である。Similarly, it is an enlarged electron micrograph of Example 9. 実施例10の複合体に係る電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph according to the composite of Example 10. 実施例11の複合体に係る電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph according to the composite of Example 11. 実施例12の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 12. 実施例13の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 13. 実施例13の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 13. 実施例14の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。4 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 14. 同じく、実施例14の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 14. FIG. 実施例15の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。2 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 15. 実施例16の複合体に係る電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph according to the composite of Example 16. 実施例17複合体に係る電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which concerns on Example 17 composite. 実施例18の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。2 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 18. 同じく、実施例18の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 18. FIG. 実施例19の複合体に係る電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph according to the composite of Example 19. 同じく、実施例19の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the expansion electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 19. FIG. 実施例20の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。3 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 20. 同じく、実施例20の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 20. FIG. 実施例21の複合体に係る拡大電子顕微鏡写真である。2 is an enlarged electron micrograph according to the composite of Example 21. 同じく、実施例21の複合体に係る電子顕微鏡写真である。Similarly, it is the electron micrograph which concerns on the composite_body | complex of Example 21. FIG.

Claims (8)

表面にアルキル基を持ち且つ金属表面との反応性を持つ官能基を有する有機化合物によって、金属超微粒子が被覆されて構成される有機複合金属ナノ粒子を有機溶媒に分散・可溶化し、該有機複合金属ナノ粒子を含んだ前記有機溶媒に炭素素材を攪拌混合した後、加熱処理により前記有機溶媒を乾燥させ、前記有機複合金属ナノ粒子における前記金属超微粒子を取り囲む有機被膜を分解させることにより、前記炭素素材に対して前記金属超微粒子を反応又は侵食した形で一体化させ、
前記金属超微粒子を被覆する前記有機化合物が、炭素数5から22の直鎖脂肪酸又は炭素数5から22の直鎖高級アルコールであり、前記有機溶媒として、トルエン、ヘキサン、又はシクロヘキサン等の鎖状、環状、芳香族を含む炭化水素を用いることを特徴とする炭素複合素材の製造方法。
An organic compound having an alkyl group on the surface and a functional group having reactivity with the metal surface is used to disperse and solubilize organic composite metal nanoparticles composed of metal ultrafine particles in an organic solvent. After the carbon material is stirred and mixed in the organic solvent containing the composite metal nanoparticles, the organic solvent is dried by heat treatment, and the organic coating surrounding the metal ultrafine particles in the organic composite metal nanoparticles is decomposed. Integrating the ultrafine metal particles into the carbon material in a reacted or eroded form,
The organic compound covering the ultrafine metal particles is a linear fatty acid having 5 to 22 carbon atoms or a linear higher alcohol having 5 to 22 carbon atoms, and the organic solvent is a chain such as toluene, hexane, or cyclohexane. A method for producing a carbon composite material, characterized by using a hydrocarbon containing cyclic, aromatic.
前記炭素素材は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、黒鉛、活性炭、コークス、カーボンブラック、カーボングラファイト、及びダイヤモンドのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の炭素複合素材の製造方法。   The method for producing a carbon composite material according to claim 1, wherein the carbon material is any one of carbon nanotubes, carbon fibers, graphite, activated carbon, coke, carbon black, carbon graphite, and diamond. 前記金属超微粒子は、白金、金、銀、ニッケル、鉄、及び銅のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素複合素材の製造方法。   The method for producing a carbon composite material according to claim 1, wherein the metal ultrafine particles are any one of platinum, gold, silver, nickel, iron, and copper. 前記有機溶媒と前記炭素素材を攪拌混合する攪拌混合手段として、超音波を用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の炭素複合素材の製造方法。   The method for producing a carbon composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein an ultrasonic wave is used as a stirring and mixing means for stirring and mixing the organic solvent and the carbon material. 前記有機溶媒と前記炭素素材を攪拌混合する攪拌混合手段として、前記有機溶媒に対して圧力を付与する圧力付与装置と、前記力付与装置によって加圧された前記有機溶媒を導入する複数の導入流路と、前記導入流路を介して流れ込んだ前記有機溶媒を相互に衝突させる衝突部とを備える装置を用い、前記有機溶媒を衝突させて流れ方向を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、これにより攪拌混合することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の炭素複合素材の製造方法。 As stirring and mixing means for mixing and stirring the carbon material and the organic solvent, a plurality of introduction for introducing a pressure applying apparatus for applying pressure, the organic solvent which is pressurized by the pressure applying device to the organic solvent By using a device including a flow path and a collision unit that causes the organic solvent that has flowed through the introduction flow path to collide with each other, by changing the flow direction by colliding the organic solvent, turbulent flow, high-speed flow, The method for producing a carbon composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein ultrasonic waves, shock waves, cavitation, and the like are generated and mixed by stirring. 前記有機溶媒を乾燥させる前記加熱処理が、大気下又は大気圧よりも低圧環境下で行うようにし、前記加熱処理の温度は、前記有機化合物の分解する温度以上且つ前記炭素素材が分解する温度以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の炭素複合素材の製造方法。 The heat treatment for drying the organic solvent is performed in the atmosphere or in a low-pressure environment lower than atmospheric pressure, and the temperature of the heat treatment is not less than the temperature at which the organic compound is decomposed and not more than the temperature at which the carbon material is decomposed. The method for producing a carbon composite material according to claim 1, wherein: 前記炭素素材を予め他の溶媒に一旦分散させてから、該炭素素材を、前記有機複合金属ナノ粒子を含んだ前記有機溶媒に混入させるようにし、且つ、
前記炭素素材を前記溶媒に予め分散させる分散手段として、前記溶媒に対して圧力を付与する圧力付与装置と、前記圧力付与装置によって加圧された前記溶媒を導入する複数の導入流路と、前記導入流路を介して流れ込んだ前記溶媒を相互に衝突させる衝突部とを備える装置を用い、前記炭素素材を含んだ前記溶媒を衝突させて流れ方向を変えることにより、乱流、高速流、超音波、衝撃波、キャビテーション等を発生させ、前記炭素素材を分散させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載の炭素複合素材の製造方法。
The carbon material is once dispersed in another solvent in advance, and then the carbon material is mixed in the organic solvent containing the organic composite metal nanoparticles, and
As dispersion means for predispersing the carbon material in the solvent, a pressure applying device that applies pressure to the solvent, a plurality of introduction channels that introduce the solvent pressurized by the pressure applying device, Using a device that includes a collision unit that collides the solvent that has flowed through the introduction flow path with each other, and changes the flow direction by colliding the solvent containing the carbon material, whereby turbulent flow, high-speed flow, The method for producing a carbon composite material according to any one of claims 1 to 6, wherein the carbon material is dispersed by generating sound waves, shock waves, cavitation, and the like.
前記炭素素材に付着する前記金属超微粒子を、加熱や外力によって除去することにより、前記炭素素材表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の炭素複合素材の製造方法。 The unevenness is formed on the surface of the carbon material by removing the metal ultrafine particles adhering to the carbon material by heating or an external force, according to any one of claims 1 to 7. Manufacturing method of carbon composite material.
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