カーボンナノチューブの分離法
【課題】安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができ、かつスケールアップも容易な工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブをゲル電気泳動法により、それに含まれる金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブに分離する。
【解決手段】カーボンナノチューブをゲル電気泳動法により、それに含まれる金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブに分離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から両者を効率的に分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴはその電気的特性や機械的強度など優れた性質を持ち、究極の新素材として研究開発が精力的に行われている。このＣＮＴは、レーザー蒸発法、アーク放電法、及び化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの種々の方法で合成されている。しかし、現状ではいずれの合成方法を用いても、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴの混合物の形態でしか得られていない。実使用においては、金属型もしくは半導体型のいずれか一方の性質のみを用いることが多いため、ＣＮＴ混合物から金属型、あるいは半導体型のＣＮＴのみを分離精製するための研究はＣＮＴの実使用の観点から極めて重要なものとされている。
【０００３】
これまでに、金属型のＣＮＴと半導体型のＣＮＴを分離したという報告はあるが、大量生産に適応できるようなものは今のところ存在しない。例えば、界面活性剤で分散したＣＮＴを微小電極上で誘電泳動する方法（非特許文献１）や、溶媒中でアミン類を分散剤に用いる手法（非特許文献２，３）、過酸化水素によって半導体型ＣＮＴを選択的に燃やす方法（非特許文献４）などが存在するが、いずれも金属型ＣＮＴのみしか得ることができない上に、回収率が低いという問題点がある。
【０００４】
また、界面活性剤で分散したＣＮＴを、密度勾配超遠心分離法により、金属型-半導体型ＣＮＴに分離する方法があるが（非特許文献５）、超遠心分離機という非常に高価な機器や、12時間にもわたる分離時間を必要とし、また、機器の大型化に限界があり大量の試料を処理できないといった難点があった。
【０００５】
さらに、ＣＮＴを非イオン性の界面活性剤で分散させた後、その溶液に直流電界をかけて金属型ＣＮＴを陰極側に移動させ、半導体型ＣＮＴを陽極側に残留させる方法が存在する（非特許文献６，７）。しかしながら、分散能が低い非イオン性の界面活性剤を使用する必然性があり回収率が悪く、分離時間も18時間と非常に長く、また、自由溶液中で行う電気泳動であるため、分離したものを精度良く回収することが困難であるという難点があった。
【０００６】
また、界面活性剤で分散したＣＮＴ溶液のpHやイオン強度を調節することで、ＣＮＴの種類によって異なる程度のプロトン化を生じさせ、電場をかけることで金属型と半導体型とを分離しようとする報告があるが（特許文献１）、この方法では、分離に先立って、懸濁したナノチューブ混合物のpHやイオン強度を、強酸を用いて前処理する工程を必要とし、またそのための厳密な工程管理を余儀なくされる上、最終的には金属型と半導体型のＣＮＴの分離は達成されていない。
【０００７】
【非特許文献１】Advanced Materials18,(2006)1468-1470
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc. 127,(2005)10287-10290
【非特許文献３】J. Am. Chem. Soc. 128,(2006)12239-12242
【非特許文献４】J. Phys. Chem. B 110,(2006)25-29
【非特許文献５】Nature Nanotechnology 1,(2006)60-65
【非特許文献６】第32回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム講演要旨集 p136,3P-7（2007年2月15日、名城大学、愛知）
【非特許文献７】2007年春期 第54回応用物理学関係連合講演会講演予稿集No.3 p1593, 27p-ZR-1（2007年3月27日、青山学院大学、神奈川）
【特許文献１】特表２００５−５２７４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができ、かつスケールアップも容易な工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
〈１〉分離用容器内に分離用ゲルを入れる工程と、
前記分離用容器内にカーボンナノチューブを分散させた分散液を入れる工程と、
前記分離用ゲルとカーボンナノチューブ分散液を入れた分離用容器を通電する工程と、
前記分離用ゲル中に半導体型カーボンナノチューブ領域と、半導体型カーボンナノチューブと金属型カーボンナノチューブとの混在領域と、金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
を備えるカーボンナノチューブ分離方法。
〈２〉前記電気泳動は、前記分離液が電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈３〉前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、界面活性剤を含むことを特徴とする〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈４〉前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であることを特徴とする〈３〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈５〉前記陰イオン界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、又はドデシル硫酸ナトリウムとコール酸ナトリウムとの混合物であることを特徴とする〈４〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈６〉〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された金属型カーボンナノチューブ。
〈７〉〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された半導体型カーボンナノチューブ。
〈８〉電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、
金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを備え、前記半導体型カーボンナノチューブ領域と前記混在領域と前記金属型カーボンナノチューブ領域とが電気泳動方向に配設されているカーボンナノチューブ分離用容器。
〈９〉前記金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域は、分散液中の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合とがほぼ等しいことを特徴とする〈８〉記載の分離用容器。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができる。
また、ゲルを用いるので、電気泳動による分離後のＣＮＴ試料を安定した状態で扱え、精度良く分離や回収を行うことが可能であり、また、金属型と半導体型の分離のみならず、ゲルの分子ふるい効果によって長さや直径などの差違による分離を同時に行うことも可能である。
さらに、本方法はスケールアップも容易であるため工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法ということができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴからそれぞれのＣＮＴを分離する方法は、ゲル電気泳動法を用いたことを特徴とする。
ゲル電気泳動装置それ自体は、ディスク型、サブマリン型、スラブ型など従来公知の何れでも使用するがことができる。
また、電気泳動用のゲルとしては、従来公知のもの、たとえばアガロースゲル、アクリルアミドゲル、デンプンゲルなどの高分子ゲルを用いることができる。
この場合、ゲル中の高分子ゲルの濃度はたとえば通常タイプのアガロースゲルで０．１〜２．０ｗｔ／ｖｏｌ％とすることができる。また、必要に応じ、緩衝液には、界面活性剤などを添加してもよい。
【００１２】
また、泳動用緩衝液としては、酸性から塩基性まで様々なｐＨの緩衝液を使用することができる。好ましくは、ＴＢ緩衝液（５０ｍＭトリスヒドロキシメチルアミノメタン、４８．５ｍＭ ホウ酸（ｐＨ８．２））や、ＴＡＥ緩衝液（４０ｍＭ トリスヒドロキシメチルアミノメタン、２０ｍＭ 酢酸、１ｍＭ エチレンジアミン四酢酸（ｐＨ８．０））などを用いることができる。また、必要に応じ、緩衝液には、界面活性剤などを添加してもよい。
【００１３】
泳動温度は状況に応じ選択すれば良いが、たとえば、１５〜３０℃程度でも良い。また、印加電圧の大きさについても状況に応じ選択すれば良いが、たとえば、直流で１０〜１００Ｖ程度でも良い。
【００１４】
つぎに、本発明で分離対象となるカーボンナノチューブについて説明する。
本発明では、金属型カーボンナノチューブ（金属型ＣＮＴ）と半導体型カーボンナノチューブ（半導体型ＣＮＴ）を包含するカーボンナノチューブであれば、その製法、直径、長さあるいは構造（単層、多層）を問わず、いずれのものも分離の対象とすることができる。
【００１５】
このようなカーボンナノチューブとしては、アーク放電法、レーザー蒸発法や化学気相成長法などの種々の方法で得られるものが包含される。
アーク放電法により得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされ、このようなカーボンナノチューブの市販品としては、ＣａｒｂｏＬｅｘ−ＡＰ（ＣａｒｂｏＬｅｘ社）が挙げられる。
また、レーザー蒸発法で得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされる。
化学気相成長法により得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされ、このようなカーボンナノチューブの市販品としては、ＨｉＰｃｏ−ＣＮＴ（ＣＮＩ社）が挙げられる。
【００１６】
一般的に、ＣＮＴの構造は（ｎ，ｍ）という２つの整数の組からなるカイラル指数により一義的に定義される。本発明でいう、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴとは、カーボンナノチューブをその電気的性質から分けたものであり、金属型ＣＮＴは、カイラル指数がｎ−ｍ＝（３の倍数）となるものであり、半導体型ＣＮＴは、それ以外の（ｎ−ｍ＝３の倍数でない）ものと定義される（非特許文献８）。
【非特許文献８】齋藤理一郎、篠原久典 共編「カーボンナノチューブの基礎と応用」培風館
【００１７】
本発明方法により、カーボンナノチューブをゲル電気泳動法により分離するにあたっては、まず、界面活性剤などを含む適当な溶媒にカーボンナノチューブを混入し、分散可溶化させて、長時間安定に存在させておくことが肝要である。
【００１８】
用いられる溶媒としては、たとえば、水が最も好ましく使用される。
【００１９】
界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれもが使用できるが、陰イオン界面活性剤、殊に、アルキル硫酸塩系で炭素数が１０〜１４のもの、特に炭素数１２のもの（ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ））や、コール酸ナトリウム（ＳＣ）などが好ましい。これらの界面活性剤は混合して使用することができ、また、他の界面活性剤と併用することもできる。併用される界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤の他、高分子ポリマー、ＤＮＡ、タンパク質などの分散剤でも良い。
【００２０】
また、上記分散液の可溶化や静置安定性を高めるために、超音波処理などを施すことがこのましい。
このような方法により、分散液中のカーボンナノチューブの濃度を１μｇ/ｍｌ〜１０ｍｇ/ｍｌ好ましくは０．１ｍｇ/ｍｌ〜１ｍｇ/ｍｌとすることができる。
【００２１】
［ＣＮＴ分散溶液の調製］
合成されたＣＮＴは、金属型と半導体型の両方のＣＮＴを含む数十から数百本の束（バンドル）になっており、金属型と半導体型のＣＮＴを分離するに先立って、一本ずつに孤立した状態にする必要がある。そこで、金属型・半導体型ＣＮＴ混合物に界面活性剤などの分散剤を含む溶液を加え、十分に超音波処理を行い、分散・孤立化させる。この分散溶液には、孤立化ＣＮＴと、孤立化できずにバンドルを形成したままのＣＮＴ、合成副産物であるアモルファスカーボンや金属触媒などが含まれる。超音波処理後の分散液を遠心分離にかける事により、バンドルしているＣＮＴやアモルファスカーボン、金属触媒は沈殿し、界面活性剤とミセルを形成した孤立ＣＮＴを上清に回収できる。この溶液が電気泳動に使用する試料となる。
【００２２】
［ゲルの作製］
ゲルには、アガロースのほか、アクリルアミドやデンプンなどの高分子を使用することができ、その濃度も適宜変更できる。ゲルは、熱による融解後に冷却する方法、又は、重合開始剤を加える方法などによって作製される。通常、ゲル電気泳動では分子量の大きさで分離することができることから、本発明では、適当なゲル濃度を用いれば、金属型と半導体型のＣＮＴを分離すると同時に、ＣＮＴの長さ、あるいは太さの分離を行うことも可能である。
【００２３】
［電気泳動］
電気泳動用緩衝液としては、ＴＢやＴＡＥの他の緩衝液を使用することも可能である。電場の制御法としては、定電圧、定電流のどちらでも問題なく、また、高分子ＤＮＡを分離する時に使用されるような一定間隔で電場の方向を変えて泳動するパルスフィールド電気泳動法を適用することも可能である。
［光吸収スペクトル測定］
金属型・半導体型ＣＮＴの比率を見積もるために紫外−可視−近赤外光吸収スペクトル測定を利用する。図２のＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）を用いた時の結果を例として説明すると、Ｍ１と呼ばれる吸収波長帯（およそ５００−７００ｎｍ）は金属型ＣＮＴに、Ｓ２（およそ７００−１０５０ｎｍ）とＳ３（およそ５００ｎｍ以下）という２つ吸収波長帯は半導体型ＣＮＴに由来する。ここではＭ１とＳ２のピークの大きさの比率から金属−半導体の比率を見積もる。測定するＣＮＴの平均直径によって吸収波長帯（Ｍ１、Ｓ２、Ｓ３）は変化し、細くなるにつれて短波長側に、太くなるにつれて長波長側にシフトしていく。
測定方法は、泳動後のゲルを適当な溶媒で希釈してから溶かして測定しても良いし、ゲルをそのまま測定に用いても良い。ガラス管などの容器のまま測定を行うことも可能であり、リアルタイムで測定をすることも可能である。金属型と半導体型の吸収波長帯は、使用するＣＮＴの直径分布から見積もることができる。
【００２４】
以上の如く、本発明によれば、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができる。
また、ゲルを用いるので、電気泳動による分離後のＣＮＴ試料を安定した状態で扱え、精度良く分離や回収を行うことが可能であり、また、金属型と半導体型の分離のみならず、ゲルの分子ふるい効果によって長さや直径などの差違による分離を同時に行うことも可能である。
さらに、本方法はスケールアップも容易であるため工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法ということができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００２６】
実施例１
［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の調製］
平均粒径５ミクロンの高純度グラファイト粉末に、ニッケル酸化物およびコバルト酸化物の粉末をモル濃度比それぞれ０．６％ずつ混合し、均一に混ぜ合わせたものを、フェノール樹脂でロッド状に整形固化させ、それを１２００℃で２時間、不活性ガス中で焼結したものをターゲットとした。このターゲットをアルゴンガス７６０Torrの雰囲気を満たした石英管中に置き、アルゴンガスを毎分１００cc程度流しながら、石英管全体を１０５０℃まで加熱した。ターゲット表面に４５０ｍJ/pulseのNd:YAGレーザー光を照射し、炭素およびニッケルおよびコバルトを蒸発させた。これらが電気炉内で凝集し形成された単層カーボンナノチューブが石英管内に付着したものを回収し、原料試料とした。原料試料を、過酸化水素濃度１５％の水に分散し、１００℃で２時間環流し、その後塩酸で触媒金属を除去し、精製されたＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）を得た。
［ＣＮＴ分散液の調製］
０．６ｍｇのＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）に、１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の水溶液（２ｍｌ）を加えた。その溶液をチップ型超音波破砕機(ＶＰ−１５、タイテック社製、チップ先端径：３ｍｍ)を用いて、超音波処理した。その際、マイクロチューブは氷水中で冷却しながら、出力２で、０．７秒ｏｎ−０．３秒ｏｆｆを繰り返して合計５．７時間（合計ｏｎ時間、４時間）の条件で行った。超音波処理後の分散液を遠心分離(１６，０００×ｇ、１５時間、２５℃)にかけた後、上清を回収した。この溶液には、界面活性剤によって孤立分散しているＣＮＴが多く含まれる。得られた上清に終濃度が10%となるようにショ糖(５０％水溶液)を添加し、電気泳動用の試料とした。
［ゲル電気泳動］
電気泳動用のゲル(０．４％低融点アガロース、超音波分散に用いた１０分の１の濃度の界面活性剤［ここでは０．１２％ＳＤＳ、０．０８％ＳＣ］、ＴＢ緩衝液)は長さ１０ｃｍ、外径７ｃｍ、内径５ｃｍのガラス管中に作製した。アトー社製のディスクゲル電気泳動装置で、泳動用緩衝液に超音波分散に用いた１０分の１の濃度の界面活性剤（ここでは０．１２％ＳＤＳ、０．０８％ＳＣ）を含むＴＢ緩衝液を用いて、陰極から陽極方向に、５０Ｖで６０分間電気泳動を行った。ディスクゲル電気泳動とは、電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする電気泳動である。電気泳動時のゲルの様子を図１に示す。電気泳動開始前（０分）から、１５分後には一部のＣＮＴ試料がゲルの中に入っているのが分かる。泳動開始３０分後には、ＣＮＴ試料はほぼすべてゲル中に入り、色合いから、大きく分けて３つの部分に分類できた。試料添加位置から最も近い緑色の部分と、中ほどの濃緑色の部分、泳動先端の青みを帯びた灰色の部分である。これら３つの部分は、さらに４５分、６０分と泳動を続けると、その領域を広げながら泳動されていった。緑色の部分に注目すると、濃緑色の部分にあった一部のＣＮＴが泳動されなくなり、ほとんど動かなくなるのが観察できた。
［光吸収スペクトル測定］
電気泳動後のゲルはガラス管から取り出し、適当な位置で切断した。各ゲル片に２％ＳＤＳ水溶液を加え、湯せんで溶かした後、紫外可視近赤外分光光度計（島津 ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ−３７００）を使用して光吸収スペクトルを測定した。電気泳動後の写真と光吸収スペクトルの結果を図２に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できた部分の吸収スペクトル（１）は、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が顕著に増加する一方で、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少していた。逆に泳動先端に近い部分（３、４）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少し、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が増加していた。中間の濃緑色の部分（２）は、分離前の試料と金属型と半導体型の比率はほとんど変わっていなかった。
以上の結果をまとめると次の様になる。特定の界面活性剤を用いた本ゲル電気泳動法では、半導体型ＣＮＴは電気泳動されなくなる結果、試料添加位置に近い部分でその割合が多くなる。一方、泳動先端部分では金属型ＣＮＴの割合が多くなり、中央部分では電気泳動前の試料と同程度の割合となる。このような現象はこれまでに報告例がなく、本手法は、既存の金属型・半導体型ＣＮＴ分離法とは全く異なる、新規な原理に基づいたものである。
【００２７】
実施例２
実施例１と同様の実験を、界面活性剤として１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の代わりに２％ＳＤＳを使用して行った。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図３に示す。実施例１の結果と同様に、ゲルの上端に近い部分（１）に半導体型ＣＮＴが、泳動先端に近い部分（３、４）に金属型ＣＮＴが分離された。中央部（２）は分離前の試料と同程度の比率であった。
【００２８】
実施例３
［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）の調製］
実施例１の［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の調製法］のＣＮＴ合成時の温度１０５０℃を１２５０℃に変更する以外は同様の手順で実験を行い、Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太：直径１．４±０．１ｎｍ）を得た。
得られたＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）を用いて、実施例１と同様の実験を行った。電気泳動時のゲルの様子を図４に示す。太さの異なるＣＮＴでは、金属型と半導体型で吸収波長が異なるため、見た目の色が変わる。電気泳動開始前（０分）から、１５分後には一部のＣＮＴ試料がゲルの中に入っているのが分かる。泳動開始３０分後には、ＣＮＴ試料はほぼすべてゲル中に入り、色合いから、大きく分けて３つの部分に分類できた。試料添加位置から最も近い赤茶色の部分と、中ほどの濃緑色の部分、泳動先端の青緑色の部分である。これら３つの部分は、さらに４５分、６０分と泳動を続けると、その領域を広げながら泳動されていった。赤茶色の部分に注目すると、濃緑色の部分にあった一部のＣＮＴが泳動されなくなり、ほとんど動かなくなるのが観察できた。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図５に示す。太いＬａｓｅｒ−ＣＮＴを用いた時も、細いＬａｓｅ−ＣＮＴを用いた時と同様に、ゲルの上端に近い部分（１）に半導体型ＣＮＴが、泳動先端に近い部分（３、４）に金属型ＣＮＴが分離された。中央部（２）は分離前の試料と同程度の比率であった。
【００２９】
実施例４
実施例１と同様の実験を、界面活性剤として１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の代わりに４％ＳＣを使用して行った。また、超音波処理時のＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の濃度を１ｍｇ/ｍｌとし、電気泳動のゲルと緩衝液には０．２％ＳＣを添加した。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図６に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できたゲル上半分の吸収スペクトル（１）は、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少する一方で、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が増加していた。逆に泳動先端に近い部分（２）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少し、金属型ＣＮＴの吸収（Ｍ１）が増加していた。界面活性剤にＳＣを単独で用いても、半導体型と金属型のＣＮＴを分離精製できることを示している。
【００３０】
実施例５
実施例１と同様の実験を、Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の代わりにＨｉＰｃｏ（登録商標）−ＣＮＴ（直径１．０±０．３ｎｍ）を用いて行った。超音波分散に用いる界面活性剤溶液を１％ＳＤＳもしくは１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣとして、電気泳動用のゲルと緩衝液にはＴＢ緩衝液の代わりにＴＡＥ緩衝液を使用し、界面活性剤は添加しなかった。１％ＳＤＳを用いた際の電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図７に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できたゲル上半分の吸収スペクトル（１）は、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少する一方で、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が顕著に増加していた。逆に泳動先端に近い部分（２）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少していた。この結果はＨｉＰｃｏ（登録商標）−ＣＮＴを用いても、半導体型と金属型のＣＮＴを分離精製できることを示している。図示しないが、界面活性剤に１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物を用いた時の結果も同様であった。
なお、上記実施例１〜５における電気泳動後のガラス管に入った状態のゲル中のＣＮＴの光学測定は、ゲルを一度溶液に溶かしてから測定する上記の方法の他に、ゲルを溶かさずにガラス管のまま直接計測することも可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（実施例１）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ−ＳＣ）の電気泳動の連続写真と模式図
【図２】電気泳動後（実施例１）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ−ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図３】電気泳動後（実施例２）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図４】（実施例３）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）、ＳＤＳ−ＳＣ）の電気泳動の連続写真と模式図
【図５】電気泳動後（実施例３）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）、ＳＤＳ−ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図６】電気泳動後（実施例４）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図７】電気泳動後（実施例５）のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ−ＣＮＴ、ＳＤＳ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から両者を効率的に分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴはその電気的特性や機械的強度など優れた性質を持ち、究極の新素材として研究開発が精力的に行われている。このＣＮＴは、レーザー蒸発法、アーク放電法、及び化学気相成長法（ＣＶＤ法）などの種々の方法で合成されている。しかし、現状ではいずれの合成方法を用いても、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴの混合物の形態でしか得られていない。実使用においては、金属型もしくは半導体型のいずれか一方の性質のみを用いることが多いため、ＣＮＴ混合物から金属型、あるいは半導体型のＣＮＴのみを分離精製するための研究はＣＮＴの実使用の観点から極めて重要なものとされている。
【０００３】
これまでに、金属型のＣＮＴと半導体型のＣＮＴを分離したという報告はあるが、大量生産に適応できるようなものは今のところ存在しない。例えば、界面活性剤で分散したＣＮＴを微小電極上で誘電泳動する方法（非特許文献１）や、溶媒中でアミン類を分散剤に用いる手法（非特許文献２，３）、過酸化水素によって半導体型ＣＮＴを選択的に燃やす方法（非特許文献４）などが存在するが、いずれも金属型ＣＮＴのみしか得ることができない上に、回収率が低いという問題点がある。
【０００４】
また、界面活性剤で分散したＣＮＴを、密度勾配超遠心分離法により、金属型-半導体型ＣＮＴに分離する方法があるが（非特許文献５）、超遠心分離機という非常に高価な機器や、12時間にもわたる分離時間を必要とし、また、機器の大型化に限界があり大量の試料を処理できないといった難点があった。
【０００５】
さらに、ＣＮＴを非イオン性の界面活性剤で分散させた後、その溶液に直流電界をかけて金属型ＣＮＴを陰極側に移動させ、半導体型ＣＮＴを陽極側に残留させる方法が存在する（非特許文献６，７）。しかしながら、分散能が低い非イオン性の界面活性剤を使用する必然性があり回収率が悪く、分離時間も18時間と非常に長く、また、自由溶液中で行う電気泳動であるため、分離したものを精度良く回収することが困難であるという難点があった。
【０００６】
また、界面活性剤で分散したＣＮＴ溶液のpHやイオン強度を調節することで、ＣＮＴの種類によって異なる程度のプロトン化を生じさせ、電場をかけることで金属型と半導体型とを分離しようとする報告があるが（特許文献１）、この方法では、分離に先立って、懸濁したナノチューブ混合物のpHやイオン強度を、強酸を用いて前処理する工程を必要とし、またそのための厳密な工程管理を余儀なくされる上、最終的には金属型と半導体型のＣＮＴの分離は達成されていない。
【０００７】
【非特許文献１】Advanced Materials18,(2006)1468-1470
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc. 127,(2005)10287-10290
【非特許文献３】J. Am. Chem. Soc. 128,(2006)12239-12242
【非特許文献４】J. Phys. Chem. B 110,(2006)25-29
【非特許文献５】Nature Nanotechnology 1,(2006)60-65
【非特許文献６】第32回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム講演要旨集 p136,3P-7（2007年2月15日、名城大学、愛知）
【非特許文献７】2007年春期 第54回応用物理学関係連合講演会講演予稿集No.3 p1593, 27p-ZR-1（2007年3月27日、青山学院大学、神奈川）
【特許文献１】特表２００５−５２７４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができ、かつスケールアップも容易な工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
〈１〉分離用容器内に分離用ゲルを入れる工程と、
前記分離用容器内にカーボンナノチューブを分散させた分散液を入れる工程と、
前記分離用ゲルとカーボンナノチューブ分散液を入れた分離用容器を通電する工程と、
前記分離用ゲル中に半導体型カーボンナノチューブ領域と、半導体型カーボンナノチューブと金属型カーボンナノチューブとの混在領域と、金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
を備えるカーボンナノチューブ分離方法。
〈２〉前記電気泳動は、前記分離液が電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈３〉前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、界面活性剤を含むことを特徴とする〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈４〉前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であることを特徴とする〈３〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈５〉前記陰イオン界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、又はドデシル硫酸ナトリウムとコール酸ナトリウムとの混合物であることを特徴とする〈４〉記載のカーボンナノチューブ分離方法。
〈６〉〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された金属型カーボンナノチューブ。
〈７〉〈１〉記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された半導体型カーボンナノチューブ。
〈８〉電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、
金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを備え、前記半導体型カーボンナノチューブ領域と前記混在領域と前記金属型カーボンナノチューブ領域とが電気泳動方向に配設されているカーボンナノチューブ分離用容器。
〈９〉前記金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域は、分散液中の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合とがほぼ等しいことを特徴とする〈８〉記載の分離用容器。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができる。
また、ゲルを用いるので、電気泳動による分離後のＣＮＴ試料を安定した状態で扱え、精度良く分離や回収を行うことが可能であり、また、金属型と半導体型の分離のみならず、ゲルの分子ふるい効果によって長さや直径などの差違による分離を同時に行うことも可能である。
さらに、本方法はスケールアップも容易であるため工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法ということができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴからそれぞれのＣＮＴを分離する方法は、ゲル電気泳動法を用いたことを特徴とする。
ゲル電気泳動装置それ自体は、ディスク型、サブマリン型、スラブ型など従来公知の何れでも使用するがことができる。
また、電気泳動用のゲルとしては、従来公知のもの、たとえばアガロースゲル、アクリルアミドゲル、デンプンゲルなどの高分子ゲルを用いることができる。
この場合、ゲル中の高分子ゲルの濃度はたとえば通常タイプのアガロースゲルで０．１〜２．０ｗｔ／ｖｏｌ％とすることができる。また、必要に応じ、緩衝液には、界面活性剤などを添加してもよい。
【００１２】
また、泳動用緩衝液としては、酸性から塩基性まで様々なｐＨの緩衝液を使用することができる。好ましくは、ＴＢ緩衝液（５０ｍＭトリスヒドロキシメチルアミノメタン、４８．５ｍＭ ホウ酸（ｐＨ８．２））や、ＴＡＥ緩衝液（４０ｍＭ トリスヒドロキシメチルアミノメタン、２０ｍＭ 酢酸、１ｍＭ エチレンジアミン四酢酸（ｐＨ８．０））などを用いることができる。また、必要に応じ、緩衝液には、界面活性剤などを添加してもよい。
【００１３】
泳動温度は状況に応じ選択すれば良いが、たとえば、１５〜３０℃程度でも良い。また、印加電圧の大きさについても状況に応じ選択すれば良いが、たとえば、直流で１０〜１００Ｖ程度でも良い。
【００１４】
つぎに、本発明で分離対象となるカーボンナノチューブについて説明する。
本発明では、金属型カーボンナノチューブ（金属型ＣＮＴ）と半導体型カーボンナノチューブ（半導体型ＣＮＴ）を包含するカーボンナノチューブであれば、その製法、直径、長さあるいは構造（単層、多層）を問わず、いずれのものも分離の対象とすることができる。
【００１５】
このようなカーボンナノチューブとしては、アーク放電法、レーザー蒸発法や化学気相成長法などの種々の方法で得られるものが包含される。
アーク放電法により得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされ、このようなカーボンナノチューブの市販品としては、ＣａｒｂｏＬｅｘ−ＡＰ（ＣａｒｂｏＬｅｘ社）が挙げられる。
また、レーザー蒸発法で得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされる。
化学気相成長法により得られるカーボンナノチューブは、一般的に、単層ＣＮＴ、アモルファスカーボン、金属触媒などが含まれるとされ、このようなカーボンナノチューブの市販品としては、ＨｉＰｃｏ−ＣＮＴ（ＣＮＩ社）が挙げられる。
【００１６】
一般的に、ＣＮＴの構造は（ｎ，ｍ）という２つの整数の組からなるカイラル指数により一義的に定義される。本発明でいう、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴとは、カーボンナノチューブをその電気的性質から分けたものであり、金属型ＣＮＴは、カイラル指数がｎ−ｍ＝（３の倍数）となるものであり、半導体型ＣＮＴは、それ以外の（ｎ−ｍ＝３の倍数でない）ものと定義される（非特許文献８）。
【非特許文献８】齋藤理一郎、篠原久典 共編「カーボンナノチューブの基礎と応用」培風館
【００１７】
本発明方法により、カーボンナノチューブをゲル電気泳動法により分離するにあたっては、まず、界面活性剤などを含む適当な溶媒にカーボンナノチューブを混入し、分散可溶化させて、長時間安定に存在させておくことが肝要である。
【００１８】
用いられる溶媒としては、たとえば、水が最も好ましく使用される。
【００１９】
界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれもが使用できるが、陰イオン界面活性剤、殊に、アルキル硫酸塩系で炭素数が１０〜１４のもの、特に炭素数１２のもの（ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ））や、コール酸ナトリウム（ＳＣ）などが好ましい。これらの界面活性剤は混合して使用することができ、また、他の界面活性剤と併用することもできる。併用される界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤の他、高分子ポリマー、ＤＮＡ、タンパク質などの分散剤でも良い。
【００２０】
また、上記分散液の可溶化や静置安定性を高めるために、超音波処理などを施すことがこのましい。
このような方法により、分散液中のカーボンナノチューブの濃度を１μｇ/ｍｌ〜１０ｍｇ/ｍｌ好ましくは０．１ｍｇ/ｍｌ〜１ｍｇ/ｍｌとすることができる。
【００２１】
［ＣＮＴ分散溶液の調製］
合成されたＣＮＴは、金属型と半導体型の両方のＣＮＴを含む数十から数百本の束（バンドル）になっており、金属型と半導体型のＣＮＴを分離するに先立って、一本ずつに孤立した状態にする必要がある。そこで、金属型・半導体型ＣＮＴ混合物に界面活性剤などの分散剤を含む溶液を加え、十分に超音波処理を行い、分散・孤立化させる。この分散溶液には、孤立化ＣＮＴと、孤立化できずにバンドルを形成したままのＣＮＴ、合成副産物であるアモルファスカーボンや金属触媒などが含まれる。超音波処理後の分散液を遠心分離にかける事により、バンドルしているＣＮＴやアモルファスカーボン、金属触媒は沈殿し、界面活性剤とミセルを形成した孤立ＣＮＴを上清に回収できる。この溶液が電気泳動に使用する試料となる。
【００２２】
［ゲルの作製］
ゲルには、アガロースのほか、アクリルアミドやデンプンなどの高分子を使用することができ、その濃度も適宜変更できる。ゲルは、熱による融解後に冷却する方法、又は、重合開始剤を加える方法などによって作製される。通常、ゲル電気泳動では分子量の大きさで分離することができることから、本発明では、適当なゲル濃度を用いれば、金属型と半導体型のＣＮＴを分離すると同時に、ＣＮＴの長さ、あるいは太さの分離を行うことも可能である。
【００２３】
［電気泳動］
電気泳動用緩衝液としては、ＴＢやＴＡＥの他の緩衝液を使用することも可能である。電場の制御法としては、定電圧、定電流のどちらでも問題なく、また、高分子ＤＮＡを分離する時に使用されるような一定間隔で電場の方向を変えて泳動するパルスフィールド電気泳動法を適用することも可能である。
［光吸収スペクトル測定］
金属型・半導体型ＣＮＴの比率を見積もるために紫外−可視−近赤外光吸収スペクトル測定を利用する。図２のＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）を用いた時の結果を例として説明すると、Ｍ１と呼ばれる吸収波長帯（およそ５００−７００ｎｍ）は金属型ＣＮＴに、Ｓ２（およそ７００−１０５０ｎｍ）とＳ３（およそ５００ｎｍ以下）という２つ吸収波長帯は半導体型ＣＮＴに由来する。ここではＭ１とＳ２のピークの大きさの比率から金属−半導体の比率を見積もる。測定するＣＮＴの平均直径によって吸収波長帯（Ｍ１、Ｓ２、Ｓ３）は変化し、細くなるにつれて短波長側に、太くなるにつれて長波長側にシフトしていく。
測定方法は、泳動後のゲルを適当な溶媒で希釈してから溶かして測定しても良いし、ゲルをそのまま測定に用いても良い。ガラス管などの容器のまま測定を行うことも可能であり、リアルタイムで測定をすることも可能である。金属型と半導体型の吸収波長帯は、使用するＣＮＴの直径分布から見積もることができる。
【００２４】
以上の如く、本発明によれば、安価な設備と簡便な工程により、金属型ＣＮＴと半導体型ＣＮＴを含むＣＮＴから両者を短時間で大量に効率良く分離精製することができる。
また、ゲルを用いるので、電気泳動による分離後のＣＮＴ試料を安定した状態で扱え、精度良く分離や回収を行うことが可能であり、また、金属型と半導体型の分離のみならず、ゲルの分子ふるい効果によって長さや直径などの差違による分離を同時に行うことも可能である。
さらに、本方法はスケールアップも容易であるため工業的に極めて有利なＣＮＴの分離方法ということができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００２６】
実施例１
［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の調製］
平均粒径５ミクロンの高純度グラファイト粉末に、ニッケル酸化物およびコバルト酸化物の粉末をモル濃度比それぞれ０．６％ずつ混合し、均一に混ぜ合わせたものを、フェノール樹脂でロッド状に整形固化させ、それを１２００℃で２時間、不活性ガス中で焼結したものをターゲットとした。このターゲットをアルゴンガス７６０Torrの雰囲気を満たした石英管中に置き、アルゴンガスを毎分１００cc程度流しながら、石英管全体を１０５０℃まで加熱した。ターゲット表面に４５０ｍJ/pulseのNd:YAGレーザー光を照射し、炭素およびニッケルおよびコバルトを蒸発させた。これらが電気炉内で凝集し形成された単層カーボンナノチューブが石英管内に付着したものを回収し、原料試料とした。原料試料を、過酸化水素濃度１５％の水に分散し、１００℃で２時間環流し、その後塩酸で触媒金属を除去し、精製されたＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）を得た。
［ＣＮＴ分散液の調製］
０．６ｍｇのＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細：直径１．２±０．１ｎｍ）に、１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の水溶液（２ｍｌ）を加えた。その溶液をチップ型超音波破砕機(ＶＰ−１５、タイテック社製、チップ先端径：３ｍｍ)を用いて、超音波処理した。その際、マイクロチューブは氷水中で冷却しながら、出力２で、０．７秒ｏｎ−０．３秒ｏｆｆを繰り返して合計５．７時間（合計ｏｎ時間、４時間）の条件で行った。超音波処理後の分散液を遠心分離(１６，０００×ｇ、１５時間、２５℃)にかけた後、上清を回収した。この溶液には、界面活性剤によって孤立分散しているＣＮＴが多く含まれる。得られた上清に終濃度が10%となるようにショ糖(５０％水溶液)を添加し、電気泳動用の試料とした。
［ゲル電気泳動］
電気泳動用のゲル(０．４％低融点アガロース、超音波分散に用いた１０分の１の濃度の界面活性剤［ここでは０．１２％ＳＤＳ、０．０８％ＳＣ］、ＴＢ緩衝液)は長さ１０ｃｍ、外径７ｃｍ、内径５ｃｍのガラス管中に作製した。アトー社製のディスクゲル電気泳動装置で、泳動用緩衝液に超音波分散に用いた１０分の１の濃度の界面活性剤（ここでは０．１２％ＳＤＳ、０．０８％ＳＣ）を含むＴＢ緩衝液を用いて、陰極から陽極方向に、５０Ｖで６０分間電気泳動を行った。ディスクゲル電気泳動とは、電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする電気泳動である。電気泳動時のゲルの様子を図１に示す。電気泳動開始前（０分）から、１５分後には一部のＣＮＴ試料がゲルの中に入っているのが分かる。泳動開始３０分後には、ＣＮＴ試料はほぼすべてゲル中に入り、色合いから、大きく分けて３つの部分に分類できた。試料添加位置から最も近い緑色の部分と、中ほどの濃緑色の部分、泳動先端の青みを帯びた灰色の部分である。これら３つの部分は、さらに４５分、６０分と泳動を続けると、その領域を広げながら泳動されていった。緑色の部分に注目すると、濃緑色の部分にあった一部のＣＮＴが泳動されなくなり、ほとんど動かなくなるのが観察できた。
［光吸収スペクトル測定］
電気泳動後のゲルはガラス管から取り出し、適当な位置で切断した。各ゲル片に２％ＳＤＳ水溶液を加え、湯せんで溶かした後、紫外可視近赤外分光光度計（島津 ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ−３７００）を使用して光吸収スペクトルを測定した。電気泳動後の写真と光吸収スペクトルの結果を図２に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できた部分の吸収スペクトル（１）は、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が顕著に増加する一方で、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少していた。逆に泳動先端に近い部分（３、４）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少し、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が増加していた。中間の濃緑色の部分（２）は、分離前の試料と金属型と半導体型の比率はほとんど変わっていなかった。
以上の結果をまとめると次の様になる。特定の界面活性剤を用いた本ゲル電気泳動法では、半導体型ＣＮＴは電気泳動されなくなる結果、試料添加位置に近い部分でその割合が多くなる。一方、泳動先端部分では金属型ＣＮＴの割合が多くなり、中央部分では電気泳動前の試料と同程度の割合となる。このような現象はこれまでに報告例がなく、本手法は、既存の金属型・半導体型ＣＮＴ分離法とは全く異なる、新規な原理に基づいたものである。
【００２７】
実施例２
実施例１と同様の実験を、界面活性剤として１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の代わりに２％ＳＤＳを使用して行った。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図３に示す。実施例１の結果と同様に、ゲルの上端に近い部分（１）に半導体型ＣＮＴが、泳動先端に近い部分（３、４）に金属型ＣＮＴが分離された。中央部（２）は分離前の試料と同程度の比率であった。
【００２８】
実施例３
［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）の調製］
実施例１の［Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の調製法］のＣＮＴ合成時の温度１０５０℃を１２５０℃に変更する以外は同様の手順で実験を行い、Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太：直径１．４±０．１ｎｍ）を得た。
得られたＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）を用いて、実施例１と同様の実験を行った。電気泳動時のゲルの様子を図４に示す。太さの異なるＣＮＴでは、金属型と半導体型で吸収波長が異なるため、見た目の色が変わる。電気泳動開始前（０分）から、１５分後には一部のＣＮＴ試料がゲルの中に入っているのが分かる。泳動開始３０分後には、ＣＮＴ試料はほぼすべてゲル中に入り、色合いから、大きく分けて３つの部分に分類できた。試料添加位置から最も近い赤茶色の部分と、中ほどの濃緑色の部分、泳動先端の青緑色の部分である。これら３つの部分は、さらに４５分、６０分と泳動を続けると、その領域を広げながら泳動されていった。赤茶色の部分に注目すると、濃緑色の部分にあった一部のＣＮＴが泳動されなくなり、ほとんど動かなくなるのが観察できた。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図５に示す。太いＬａｓｅｒ−ＣＮＴを用いた時も、細いＬａｓｅ−ＣＮＴを用いた時と同様に、ゲルの上端に近い部分（１）に半導体型ＣＮＴが、泳動先端に近い部分（３、４）に金属型ＣＮＴが分離された。中央部（２）は分離前の試料と同程度の比率であった。
【００２９】
実施例４
実施例１と同様の実験を、界面活性剤として１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物の代わりに４％ＳＣを使用して行った。また、超音波処理時のＬａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の濃度を１ｍｇ/ｍｌとし、電気泳動のゲルと緩衝液には０．２％ＳＣを添加した。電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図６に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できたゲル上半分の吸収スペクトル（１）は、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少する一方で、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が増加していた。逆に泳動先端に近い部分（２）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少し、金属型ＣＮＴの吸収（Ｍ１）が増加していた。界面活性剤にＳＣを単独で用いても、半導体型と金属型のＣＮＴを分離精製できることを示している。
【００３０】
実施例５
実施例１と同様の実験を、Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）の代わりにＨｉＰｃｏ（登録商標）−ＣＮＴ（直径１．０±０．３ｎｍ）を用いて行った。超音波分散に用いる界面活性剤溶液を１％ＳＤＳもしくは１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣとして、電気泳動用のゲルと緩衝液にはＴＢ緩衝液の代わりにＴＡＥ緩衝液を使用し、界面活性剤は添加しなかった。１％ＳＤＳを用いた際の電気泳動後のゲルの写真と光吸収スペクトルの結果を図７に示す。電気泳動で分離する前の分散液の吸収スペクトルと比較すると、目視で緑色が確認できたゲル上半分の吸収スペクトル（１）は、金属型ＣＮＴに対応するＭ１の吸収が減少する一方で、半導体型ＣＮＴに対応するＳ２の吸収が顕著に増加していた。逆に泳動先端に近い部分（２）では、半導体型ＣＮＴに由来するＳ２の吸収が減少していた。この結果はＨｉＰｃｏ（登録商標）−ＣＮＴを用いても、半導体型と金属型のＣＮＴを分離精製できることを示している。図示しないが、界面活性剤に１．２％ＳＤＳ−０．８％ＳＣの混合物を用いた時の結果も同様であった。
なお、上記実施例１〜５における電気泳動後のガラス管に入った状態のゲル中のＣＮＴの光学測定は、ゲルを一度溶液に溶かしてから測定する上記の方法の他に、ゲルを溶かさずにガラス管のまま直接計測することも可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（実施例１）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ−ＳＣ）の電気泳動の連続写真と模式図
【図２】電気泳動後（実施例１）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ−ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図３】電気泳動後（実施例２）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＤＳ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図４】（実施例３）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）、ＳＤＳ−ＳＣ）の電気泳動の連続写真と模式図
【図５】電気泳動後（実施例３）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（太）、ＳＤＳ−ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図６】電気泳動後（実施例４）のＣＮＴ（Ｌａｓｅｒ−ＣＮＴ（細）、ＳＣ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【図７】電気泳動後（実施例５）のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ−ＣＮＴ、ＳＤＳ）のゲル写真とその光吸収スペクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離用容器内に分離用ゲルを入れる工程と、
前記分離用容器内にカーボンナノチューブを分散させた分散液を入れる工程と、
前記分離用ゲルとカーボンナノチューブ分散液を入れた分離用容器を通電する工程と、
前記分離用ゲル中に半導体型カーボンナノチューブ領域と、半導体型カーボンナノチューブと金属型カーボンナノチューブとの混在領域と、金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
を備えるカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項２】
前記電気泳動は、前記分離液が電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項３記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項５】
前記陰イオン界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、又はドデシル硫酸ナトリウムとコール酸ナトリウムとの混合物であることを特徴とする請求項４記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項６】
請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された金属型カーボンナノチューブ。
【請求項７】
請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された半導体型カーボンナノチューブ。
【請求項８】
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを備え、前記半導体型カーボンナノチューブ領域と前記混在領域と前記金属型カーボンナノチューブ領域とが電気泳動方向に配設されているカーボンナノチューブ分離用容器。
【請求項９】
前記金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域は、分散液中の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合とがほぼ等しいことを特徴とする請求項８記載の分離用容器。
【請求項１】
分離用容器内に分離用ゲルを入れる工程と、
前記分離用容器内にカーボンナノチューブを分散させた分散液を入れる工程と、
前記分離用ゲルとカーボンナノチューブ分散液を入れた分離用容器を通電する工程と、
前記分離用ゲル中に半導体型カーボンナノチューブ領域と、半導体型カーボンナノチューブと金属型カーボンナノチューブとの混在領域と、金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを形成する工程と、
を備えるカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項２】
前記電気泳動は、前記分離液が電気泳動方向以外の側面が緩衝液などの外界から隔離された状態で行われることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブを分散させた分散液は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項３記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項５】
前記陰イオン界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、又はドデシル硫酸ナトリウムとコール酸ナトリウムとの混合物であることを特徴とする請求項４記載のカーボンナノチューブ分離方法。
【請求項６】
請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された金属型カーボンナノチューブ。
【請求項７】
請求項１記載のカーボンナノチューブ分離方法によって作成された半導体型カーボンナノチューブ。
【請求項８】
電気泳動により移動せず静止した状態の半導体型カーボンナノチューブ領域と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域と、分散液中の半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合より半導体型カーボンナノチューブに対する金属型カーボンナノチューブの割合が高い金属型カーボンナノチューブ領域とを備え、前記半導体型カーボンナノチューブ領域と前記混在領域と前記金属型カーボンナノチューブ領域とが電気泳動方向に配設されているカーボンナノチューブ分離用容器。
【請求項９】
前記金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとが混在している混在領域は、分散液中の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合と、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブとの割合とがほぼ等しいことを特徴とする請求項８記載の分離用容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８５３８６（Ｐ２００８−２８５３８６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３４２３６（Ｐ２００７−１３４２３６）
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２１日（２００７．５．２１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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