カーボンナノチューブの高収率回収法の開発

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カーボンナノチューブは、直径数nm程度の針状グラファイト結晶であり、C60等のフラーレンに続く最も新しい炭素材料として注目されている。本研究では、直流アーク放電法によって陰極側に析出する種々の炭素の中からナノチューブのみを効率よく回収することを目的として、種々のガス化剤によるガス化精製法を検討した。熱天秤を用いて、酸素、二酸化炭素、水素により所定の温度でガス化を行い、ガス化前後の試料の電子顕微鏡観察からの精製の程度を調べたところ、750℃程度の比較的高い温度で酸素を用いてガス化した場合の単離が極めて良好であった。また、二酸化炭素でガス化した場合は、試料に含有される塊状の炭素は除去できるものの、カーボンナノパーティクルが多量に残存することが認められた。このパーティクルは、二酸化炭素から析出した可能性もあり、今後の検討が必要である。マイクロ波プラズマ反応器を用いて、水素プラズマ、酸素プラズマによりガス化を行ったところ、試料中でのナノチューブの存在状態がやや不均一ではあるが、水素プラズマによりカーボンナノチューブを単離回収できることを見いだした。マイクロ波プラズマは、炭素の析出にも利用できるため、精製ならびに形態制御という新しい展開が可能になると考えられる。本研究では、ガス化前後の試料中の同一場所を走査型および透過型電子顕微鏡で観察するという極めて高度な観察手法を開発し、カーボンナノチューブの回収のみならず炭素質のガス化機構を解明する上で、極めて貴重な直接的知見を得ることに成功した。