単層カーボンナノチューブの分離方法
【課題】金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴをそれぞれ分離可能であり、簡便かつスケールアップ容易なＳＷＮＴの分離方法の提供
【解決手段】本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する方法であって、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンションとする工程、及び、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離する工程を含み、前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤である。
【解決手段】本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する方法であって、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンションとする工程、及び、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離する工程を含み、前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単層カーボンナノチューブの分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、炭素原子からなる円筒状の物質である。カーボンナノチューブには、円筒形の層が１層の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、前記層が２層以上の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、これらが束になったバンドルが含まれる。カーボンナノチューブは、その螺旋度（カイラリティ）に依存して金属性又は半導体性を示す。
【０００３】
単層カーボンナノチューブは、上述のとおり、構造によって金属的にも半導体的にもなることから、将来ボトムアップ的に微細な回路形成をするためのナノスケールの電子材料となることが期待されている。金属性ＳＷＮＴは、ナノスケールの配線材料や透明電極材料として、また、半導体性ＳＷＮＴは、ナノスケールの高性能な電界効果型トランジスタ用材料や、有機半導体に代わるフレキシブルデバイスの材料として期待されている。
【０００４】
現在の単層カーボンナノチューブの合成方法では、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを選択的に合成することができない。したがって、通常合成される単層カーボンナノチューブは、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの混合物である。しかしながら、単層カーボンナノチューブ本来の性能を引き出したデバイスを作製するためには、純度の高い金属性ＳＷＮＴ又は半導体性ＳＷＮＴを得ることが重要である。
【０００５】
電気的特性や化学修飾を利用して金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴを単層カーボンナノチューブから分離しようとする試みは、これまでにいくつか報告されている。例えば、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの誘電特性の違いに着目して誘電泳動により金属性ＳＷＮＴを選択的に捕集する方法（例えば、非特許文献１）、ＤＮＡでラッピングしたＳＷＮＴを陰イオン交換クロマトグラフィーで分離する方法（特許文献１）、アミン系有機溶媒中で遠心分離をすることにより金属性ＳＷＮＴを取得する方法（非特許文献２）、ｐＨ調整によりＳＷＮＴをそのカイラリティに応じて分離する方法（特許文献２）、過酸化水素により半導体性ＳＷＮＴを除去する方法、ニトロニウム又は硫酸・硝酸混合液で処理して金属性ＳＷＮＴを除去する方法（特許文献３及び４）、及び、帯電させたＳＷＮＴを電気泳動する方法（特許文献５）等が挙げられる。
【特許文献１】特表2006-512276号公報
【特許文献２】特表2005-527455号公報
【特許文献３】特開2005-325020号公報
【特許文献４】特開2005-194180号公報
【特許文献５】特開2005-104750号公報
【非特許文献１】R. Krupke et al., Scinence 301, 344 (2003)
【非特許文献２】Y. Maeda et al., J. Am. Chem. Soc. 127, 10287 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方しか取得できない場合がある。また、金属性及び半導体性のＳＷＮＴをそれぞれ分離可能な場合であっても、スケールアップが困難であったり、ｐＨ調整などの作業が必要であったりする。そこで、本発明は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴをそれぞれ分離可能であり、簡便かつスケールアップ容易なＳＷＮＴの分離方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する方法であって、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンション(suspension)とする工程、及び、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離する工程を含み、前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者らは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）に含まれる金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴを分離する方法について鋭意研究を重ねた結果、ＳＷＮＴをある種の界面活性剤を用いて分散させるだけで、得られたサスペンション中の金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴにそれぞれ異なる電荷を帯電させることができることを見出した。そしてさらに研究を重ねた結果、例えば電気泳動のようにこのサスペンションに電界を印加すれば、移動度や移動速度の差により金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
本発明は上述のとおり金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離できる方法であるから、本発明によれば、例えば純度の高い金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴを製造することができる。また、本発明は簡便な方法であるから、本発明によれば例えばＳＷＮＴの分離処理のスケールアップや低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のＳＷＮＴの分離方法において、前記分離する工程は、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極による電気泳動により行われることが好ましい。
【００１１】
本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法において、前記非イオン性界面活性剤は、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位、及び／又は、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有することが好ましい。前記非イオン性界面活性剤には、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものが好ましく含まれる。
【００１２】
前記陰イオン性界面活性剤は、例えば、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する陰イオン性界面活性剤であって、好ましくは、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される陰イオン性界面活性剤である。
【００１３】
前記ポリマー界面活性剤は、例えば、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含むポリマー界面活性剤であって、好ましくは、アルキレンの炭素原子数が３〜１０のポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーある。
【００１４】
本発明は、その他の態様として、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うためのＳＷＮＴの分離装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備え、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方を分離できる装置を提供する。
【００１５】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極、前記サスペンションの導入口及び流路、並びに、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方の回収口を備え、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方を連続的に分離可能な分離装置であることが好ましい。
【００１６】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、装置本体と一対の電極とを備え、前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、前記開口部に、前記一対の電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。前記分離装置は、さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。
【００１７】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、本体容器と、一対の電極と、中空隔壁とを備え、前記本体容器の内壁に一方の電極が配置され、前記本体容器の略中央に他方の電極が配置され、前記中央の電極を取り囲むように前記中空隔壁が配置され、前記中空隔壁が、単層カーボンナノチューブが透過可能な材料から形成される分離装置であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、さらにその他の態様として、半導体性ＳＷＮＴの製造方法であって、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて半導体性ＳＷＮＴを分離回収することを含む製造方法を提供する。
【００１９】
本発明は、さらにその他の態様として、金属性ＳＷＮＴの製造方法であって、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて金属性ＳＷＮＴを分離回収することを含む製造方法を提供する。
【００２０】
本発明において、“単層カーボンナノチューブ（Single Wall carbon NanoTube；ＳＷＮＴ）”の用語は、円筒型の層が１層のカーボンナノチューブの単体、又はその集合体をいい、金属性ＳＷＮＴ、半導体性ＳＷＮＴ、及びそれらの混合物を含む。
【００２１】
本発明において、“金属性ＳＷＮＴ”とは、一般にカイラルベクトルで金属性と定義されるＳＷＮＴ、又は、ラマン散乱分光で金属性と判別されるＳＷＮＴであって、金属性ＳＷＮＴ単体、及び金属性ＳＷＮＴ単体の存在比が全体の５０％以上、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％以上を占めるＳＷＮＴの集合体を含む。同様に、本発明において、“半導体性ＳＷＮＴ”とは、一般にカイラルベクトルで半導体性と定義されるＳＷＮＴ、又は、ラマン散乱分光で半導体性と判別されるＳＷＮＴであって、半導体性ＳＷＮＴ単体、及び半導体性ＳＷＮＴ単体の存在比が全体の５０％以上、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％以上を占めるＳＷＮＴの集合体を含む。
【００２２】
ラマン散乱分光においてＳＷＮＴを金属性又は半導体性と判別する方法としては、例えば、励起波長６３２．８ｎｍでラマンスペクトルを測定した場合に、１８０〜２４０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れるものを金属性、２４０〜３１０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れるものを半導体性とする判別方法が挙げられる。
【００２３】
以下に本発明のＳＷＮＴの分離方法について説明する。本発明のＳＷＮＴの分離方法は、上述のとおり、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させたサスペンションを調製する工程と、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する工程を含む。
【００２４】
まず、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を準備する。前記ＳＷＮＴ混合物は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むものであれば特に制限されず、従来公知のＳＷＮＴの合成法により合成してもよく、また、市販のものであってもよい。ＳＷＮＴの合成法としては、例えば、アーク放電法、レーザー蒸発法、熱ＣＶＤ法等が挙げられる。上述したとおり、従来公知のＳＷＮＴ合成法では金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとが混在したＳＷＮＴしか合成することができない。したがって、本発明における前記ＳＷＮＴ混合物としては、従来公知のＳＷＮＴ合成法により合成されたものを使用することができる。
【００２５】
次に、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させたサスペンションを調製する。前記サスペンションを得る方法は特に制限されず、従来公知の方法を適用できるが、例えば、前記ＳＷＮＴ混合物、水、及び界面活性剤を混合して超音波処理することでＳＷＮＴを分散させる方法などが挙げられる。前記超音波処理に変えて、機械的なせん断力によりＳＷＮＴを分散させてもよい。前記サスペンションにおいて、ＳＷＮＴは孤立した状態であることが好ましい。そのため、必要に応じて、超遠心分離処理を用いてバンドルを除去してもよい。
【００２６】
前記サスペンションの調製に使用する界面活性剤は、ＳＷＮＴを分散させることができる界面活性剤であれば特に制限されないが、例えば、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、及び、ポリマー界面活性剤、並びにこれらの組み合わせである。
【００２７】
前記非イオン性界面活性剤は、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を有することが好ましい。前記オキシエチレン繰り返し単位数としては、例えば１０〜２００であって、好ましくは１５〜１５０であって、より好ましくは２０〜１００である。また、前記非イオン性界面活性剤は、炭素原子数６〜４０、好ましくは、炭素原子数７〜３０、より好ましくは、炭素原子数８〜２０の直鎖アルキル基を有することが好ましい。前記非イオン性界面活性剤は、前記オキシエチレン繰り返し単位及び前記直鎖アルキル基のどちらか一方を有するものであってもよいが、同時に備えることがより好ましい。さらにまた、前記非イオン性界面活性剤は、分子量が１０００以上であることが好ましい。
【００２８】
前記非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。この中でも好ましくは、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、及び、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）であって、より好ましくは、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）及びポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）である。
【００２９】
前記陰イオン性界面活性剤は、例えば、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有するものが挙げられる。前記炭素原子数としては、好ましくは７〜３０、より好ましくは８〜２０である。前記陰イオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。この中でも好ましくは、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）である。
【００３０】
前記ポリマー界面活性剤としては、例えば、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を有するポリマー界面活性剤であって、好ましくは、ポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが挙げられる。前記アルキレンの炭素原子数としては、例えば、３、４、５、６〜１０である。そのなかでも前記ポリマー界面活性剤としては、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーが好ましい。前記ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーとしては、例えば、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ[商品名]系界面活性剤が挙げられ、その中でも好ましくは、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ−６８[商品名]である。
【００３１】
前記水及び界面活性剤を含む液体は、例えば、水と界面活性剤とを混合して調製できる。前記サスペンションの分散媒として機能する範囲で前記水に換えて重水や従来公知の様々なバッファーを使用してもよい。例えば、前記サスペンションの調製において超遠心分離を行う場合には重水を使用できる。
【００３２】
前記水及び界面活性剤を含む液体における前記界面活性剤の濃度は、前記ＳＷＮＴ混合物を分散できる範囲であれば特に制限されず、また、当該技術分野の当業者であれば適宜設定可能である。前記界面活性剤の濃度としては、例えば、ＣＭＣ（臨界ミセル濃度）以上３０ｗｔ％以下であって、好ましくは、ＣＭＣ以上１０ｗｔ％以下であって、より好ましくは、ＣＭＣ以上５ｗｔ％以下である。
【００３３】
前記水及び界面活性剤を含む液体に混合する前記ＳＷＮＴ混合物の量、すなわち、前記サスペンションにおける前記ＳＷＮＴ混合物の濃度は、分散可能な範囲であれば特に制限されないが、例えば、前記水及び界面活性剤を含む液体に対して、１μｇ／ｍＬ〜１００ｍｇ／ｍＬであって、好ましくは、５μｇ／ｍＬ〜１０ｍｇ／ｍＬであり、より好ましくは１０μｇ／ｍＬ〜５ｍｇ／ｍＬである。
【００３４】
前記ＳＷＮＴ混合物及び前記水及び界面活性剤を含む液体を混合したものに、超音波処理やせん断処理などをすることでＳＷＮＴを分散させてサスペンションを得る。前記超音波処理及びせん断処理の条件は、従来公知のものでよく、特に制限されない。例えば、前記超音波処理の条件としては、例えば、１〜１０００Ｗ、１分〜１２時間、０〜１００℃が挙げられる。
【００３５】
前記超音波処理又はせん断処理などによって得られたサスペンションは、さらに、超遠心分離処理を行い、ＳＷＮＴのバンドルを除去してもよい。前記超遠心分離処理の条件は特に制限されないが、例えば、２０００〜２００００００×ｇ、５分〜５０時間、０〜８０℃が挙げられる。
【００３６】
そして、調製された前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する。上述のとおり、前記サスペンションを形成するだけで金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとがそれぞれ異なる電荷を帯電し、これを利用すれば簡便に電気的に両者を分離できるという知見は、本発明者らが初めて見出したことである。
【００３７】
前記サスペンションに電界を印加して両者を分離する方法としては、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとで異なる電荷量に起因する電界中での移動速度や移動度の差に基づくものであれば特に制限されない。印加する電界は、通常、直流電界又は直流パルス電界である。金属性ＳＷＮＴは、通常、前記サスペンション中で正電荷を帯び、その電荷量は半導体性ＳＷＮＴより大きい。従って、金属性ＳＷＮＴは、電界中で陰極方向へ移動し、その移動速度／移動度は、半導体性ＳＷＮＴよりも大きくなる。この点を踏まえれば、当該技術分野の当業者であれば、両者を電気的に分離する従来公知の技術や条件を適宜設定できる。
【００３８】
前記サスペンションへの電界の印加方法は、特に制限されず、電界を発生させる少なくとも一対の電極を用いて行うことができる。前記電極は、前記サスペンションに直接接触させてもよいし、接触させなくてもよい。また、具体的な分離技術としては、例えば、従来公知の電気泳動法が挙げられる。前記電気泳動法としては、ゲルを用いる方法、ゲルを用いない方法のいずれであってもよい。大量のＳＷＮＴ混合物を処理する場合には、例えば、前記サスペンションの流れ（フロー）に対して直角方向に電界を印加し連続的に電気泳動するフリーフロー電気泳動法を採用できる。前記電極の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。電気泳動で印加する電圧は、特に制限されず適宜調節可能であるが、例えば、電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ以下、好ましくは１ｋＶ／ｃｍ以下、より好ましくは１００Ｖ／ｃｍ以下となる電圧である。
【００３９】
本発明のＳＷＮＴの分離方法を用いて分離できる半導体性ＳＷＮＴの純度は、分離されたＳＷＮＴ中の半導体性ＳＷＮＴ存在比として、例えば、７０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらにより好ましくは９５％以上である。また、本発明のＳＷＮＴの分離方法により分離できる金属性ＳＷＮＴの純度は、分離されたＳＷＮＴ中の金属性ＳＷＮＴ存在比として、例えば、７０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらにより好ましくは９５％以上である。
【００４０】
以下に本発明のＳＷＮＴの分離装置について説明する。本発明のＳＷＮＴの分離装置は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うための装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備える。前記電極は、前記サスペンションに直接接触するように配置することもでき、又は、接触しないように配置してもよい。本発明のＳＷＮＴの分離装置は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方を分離する装置であってもよく、又は、双方を分離する装置であってもよい。また、本発明のＳＷＮＴの分離装置は、バッチ式であってもよく、連続式であってもよい。連続式の分離装置としては、特に制限されないが、例えば、上述のとおり、フリーフロー電気泳動が可能な分離装置が挙げられる。
【００４１】
本発明のＳＷＮＴの分離装置の一実施形態を図７に示す。図７の本発明のＳＷＮＴ分離装置１０は、一対の電極１１，１２、前記電極１１，１２が発生させる電界の方向と直角の方向に配置された流路１３、前記流路１３に接続する前記サスペンションの導入口１４、前記流路の下流に配置された分岐点１５、及び、前記分岐点で分岐した流路１３に接続する回収口１６を備える。同図の本発明のＳＷＮＴ分離装置１０は、下記のように使用することができる。すなわち、金属性及び半導体性ＳＷＮＴを含む前記サスペンションを導入口１４から導入し同図の矢印方向にフローさせ、このフローに対して電源に接続された電極１１，１２から電界を印加する。すると、金属性ＳＷＮＴは半導体性ＳＷＮＴよりも大きな速度で陰極１２に移動して分岐点１５付近では陽極１１側に半導体性ＳＷＮＴ、陰極１２側に金属性ＳＷＮＴが分布することとなる。その結果、陽極１１側の回収口１６からは半導体性ＳＷＮＴが、陰極１２側の回収口１６からは金属性ＳＷＮＴが回収できる。前記分岐点１５及び回収口１６の数は特に制限されず、さらに設けてもよい。より細かく分画することで、より純度の高い金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴを回収できる。また、前記電極の数も特に制限されない。
【００４２】
本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の実施形態は、装置本体と一対の電極とを備え、前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、前記開口部に、前記一対の電極を配置可能な分離装置である。このように電極を配置する部分を開口とすることで、電極に電圧を印加した場合に発生する気泡を逃がすことができる。前記装置本体の大きさ及び材料は、特に制限されず適宜設計選択できる。また、前記開口部間の距離も、特に制限されない。
【００４３】
前記分離装置は、さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。電極を前記電極槽に配置することにより、気泡の発生に伴う対流の影響を抑制できる。そのような本発明のＳＷＮＴの分離装置の一例を図８に示す。図８の分離装置２０は、基板２１、スペーサ２２、上部カバー２３、電極槽２４を含む。基板２１、スペーサ２２及び上部カバー２３が結合して装置本体を形成する。スペーサ２２の空間２９が、液溜め部となる。上部カバー２３の開口部は、電極槽２４の両端の開口部と一致している。なお、同図において電極は図示していない。前記分離装置２０の使用方法を図９の断面模式図に基づき説明する。図９において、図８と同一部分には同一符号を付す。まず、電極槽２４の開口部２７から試料であるＳＷＮＴサスペンション２８を液溜め部２６へ注入する。注入するサスペンション２８の量は特に制限されないが、例えば、電極槽２４内で前記サスペンション２８と電極２５とが接触する程度に注入することが好ましい。そして、両方の電極２５を配置した後、電極２５に直流電圧を印加することで、電気泳動によるＳＷＮＴの分離が可能となる。電極２５の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。また、電極２５の形態は、電極槽２４に納まる形態であれば特に制限されないが、例えば、コイル状であることが好ましい。
【００４４】
本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の実施形態を図１０に示す。図１０の分離装置３０は、本体容器３１と、一対の電極３２、３３と、中空隔壁３４とを備え、前記本体容器３１の内壁に一方の電極３２が配置され、前記本体容器３１の略中央に他方の電極３３が配置され、前記中央の電極３３を取り囲むように前記中空隔壁３４が配置され、前記中空隔壁３４の側面がＳＷＮＴの透過可能な材料から形成される分離装置である。
【００４５】
本体容器３１と電極３２は、例えば、本体容器３１の側面が電極となりうる金属からなるときは、一体化することができる。本体容器３１の形状は、特に制限されず、例えば円筒形である。中央電極３３の形状は、特に制限されないが、例えば棒状（円柱や角柱）が挙げられる。電極３２，３３の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。前記中空隔壁３４の側面材料は、ＳＷＮＴが透過可能であれば特に制限されないが、各種フィルター、メンブレン、不織布などが利用できる。フィルターやメンブレンの場合、その口径は、例えば、０．１〜１０μｍである。図１０において中空隔壁３４は１つであるが、必要に応じて２つ以上配置してもよい。中空隔壁３４の形状は、特に制限されず、例えば円筒形である。
【００４６】
図１０の分離装置３０の断面模式図を図１１に示す。同図において図１０と同一部分には同一符号を付す。分離装置３０は、中空隔壁３４を備えることにより、中空隔壁３４の内側（電極３３側）の液３５と外側（電極３２側）の液３６とが対流して混合することを抑制でき分離精度の向上が可能となる。また、液３５又液３６を回収する場合にも、他方の液と混合を抑制しながら回収することができ、回収作業の簡便化及び回収物の純度の向上という利点がある。
【００４７】
さらに分離装置３０であれば、例えば、中空隔壁３４の内側へＳＷＮＴのサスペンションを注入し、中空隔壁３４の外側へＳＷＮＴを含まない界面活性剤と水を含む液体を注入し、中央の電極３３をプラスに印加して金属性ＳＷＮＴのみを外側の液に移動させ、純度がより向上した金属性ＳＷＮＴを分離する方法などが可能となる。この方法において、前記ＳＷＮＴサスペンションは中空隔壁の内側、外側どちらに注入してもよく、かける電圧の方向も適宜変更可能であり、サスペンション側から中空隔壁３４を通過し界面活性剤と水を含む液体側に移動させるＳＷＮＴも半導体性・金属性のどちらでもよい。
【００４８】
本発明の金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴの製造方法は、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて金属性及び／又は半導体性のＳＷＮＴを分離する工程を含む。本発明の製造方法は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方を製造する方法であってもよく、双方のＳＷＮＴをそれぞれ製造する方法であってもよい。本発明の製造方法は、さらに、分離回収した金属性及び／又は半導体性のＳＷＮＴを精製する工程を含んでもよい。前記精製する方法は、特に制限されない。
【００４９】
以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。
【実施例１】
【００５０】
＜サスペンションの調製＞
１ｗｔ％の非イオン性界面活性剤Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート）を含む重水１０ｍＬ中に１０ｍｇのＨｉＰｃｏ ＳＷＮＴ（Carbon Nanotechnologies社製）を混合し、プローブ型超音波ホモジナイザーを用いて３００Ｗ、２０分、氷水中で超音波処理を行った。その超音波処理したものを２６０，０００×ｇ、５０分の超遠心分離を行い、その上清の７０％をピペットで回収してＳＷＮＴのサスペンションとした。
【００５１】
＜分離装置＞
前記サスペンションを電気泳動するために、図１（Ａ）に示す電極チップを作製して分離装置とした。前記電極チップは、ガラス基板１上に平行平面電極２が配置されている。この電極チップの平行平面電極２は、７００μｍのステンレスロッドをマスクとして用いてガラス基板１上にＣｒ １０ｎｍ、Ａｕ １００ｎｍの順に蒸着し、前記ロッドをリフトオフすることで作製した。最終的な平行平面電極２間の距離ｄは、約７００μｍであった。そして、前記電極チップを利用して、図１（Ｂ）に示すような分離装置を作製した。すなわち、この分離装置は、ガラス基板１及び平行平板電極２の上に厚み１００μｍのシリコンゴム製スペーサ３が配置され、滴下されたサスペンション５をスライドグラス４が密封する構成である。電気泳動は、直流電源を用いて電極２間に直流電界を印加して電気泳動を行った。対物レンズ６は、顕微ラマン（励起光：２５ｍＷ、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（６３２，８ｎｍ）、レーザースポット径３．５μｍ）のものである。電気泳動と同時にラマンスペクトル測定し、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの挙動を評価した。すなわち、励起波長６３２．８ｎｍでラマンスペクトルを測定した場合に、金属性ＳＷＮＴであれば、１８０〜２４０ｃｍ-1の領域に、半導体性ＳＷＮＴであれば、２４０〜３１０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れることを利用した。
【００５２】
＜電気泳動の結果＞
前記分離装置に２Ｖの電圧を印加して前記サスペンションを電気泳動したときの電極間の中央部分におけるラマンスペクトルの測定結果の一例を図２（Ａ）に示す。同図に示すとおり、電界を印加すると中央部分では金属性ＳＷＮＴが半導体性ＳＷＮＴよりも早く減少し、１０分後にはほぼ半導体性ＳＷＮＴのみとなっていた。一方、電気泳動した時の陰極電極上におけるラマンスペクトルの測定結果の一例を図２（Ｂ）に示す。同図に示すとおり、電界を印加して２０分後には陰極上に金属性ＳＷＮＴがより多く増加していた。これらの結果から、前記サスペンションを電気泳動するだけで、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離できることが示された。
【００５３】
電気泳動における金属性及び半導体性ＳＷＮＴの挙動を確認するために、図３に示す測定位置ａ〜ｅの５箇所でラマンスペクトルを測定した。点ａは陽極近傍、点ｂは陽極から５０μｍ、点ｃは両電極の中央、点ｄは陰極から５０μｍ、点ｅは陰極近傍である。
【００５４】
金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図４−１〜図４−５にそれぞれ示す。陽極近傍（ａ点）では金属性ＳＷＮＴが急激に減少し、それより少し遅れて半導体性ＳＷＮＴが減少した（図４−１）。ｂ及びｃ点でもａ点と同様の現象が観察されたが、ｂ〜ｅ点では積分強度の経時変化にピークが現れた（図４−２〜５）。このピークは、ＳＷＮＴの電気泳動が進行するに従いＳＷＮＴがある程度一団となって移動したために現れたと考えられる。また、ピークが現れる時間は陰極に近いほど遅いことから、金属性及び半導体性ＳＷＮＴは共に陰極方向に移動したことが確認された。また、測定位置により差はあるが、電極間では半導体性ＳＷＮＴの割合が増加し、電界印加前には約５０％程度であった半導体性ＳＷＮＴの割合は、最大８０％程度となった。このことから、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを選択的に分離できることが確認された。
【実施例２】
【００５５】
界面活性剤を非イオン性界面活性剤Ｂｒｉｊ７００[商品名]（ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル）に換えた他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｂ、ｃ、ｄの３箇所でラマンスペクトルを測定した。金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図５−１〜図５−３にそれぞれ示す。これらの図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが共に陰極方向へ泳動され、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１と同様であった。なお、最終的な半導体性ＳＷＮＴの純度は、実施例１よりも高く約９０％であった。
【実施例３】
【００５６】
界面活性剤を陰イオン性界面活性剤ＳＤＢＳ（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）に換えた他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｂ、ｃ、ｄの３箇所でラマンスペクトルを測定した。金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図６−１〜図６−３にそれぞれ示す。これらの図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが共に陰極方向へ泳動され、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１及び２と同様であった。
【実施例４】
【００５７】
界面活性剤を２ｗｔ％のポリマー界面活性剤 Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ６８[商品名]（ＢＡＳＦ社製）に換え、ＳＷＮＴの濃度を０．３ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１２に示す。同図に示すとおり、１０分後には金属性ＳＷＮＴのピークが著しく減少した。よって、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜３と同様であった。
【実施例５】
【００５８】
界面活性剤を１ｗｔ％のＴｒｉｔｏｎＸ−４０５[商品名]（ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル）に換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、ラマンスペクトルを測定した。その結果、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜４と同様であった。
【実施例６】
【００５９】
界面活性剤を１ｗｔ％のＢｒｉｊ７８[商品名]（ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル）に換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、ラマンスペクトルを測定した。その結果、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜５と同様であった。
【００６０】
（比較例１）
界面活性剤を１ｗｔ％のコール酸ナトリウムに換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１３に示す。同図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴのピークはいずれも変化せず、電気泳動がされていないことが示された。
【００６１】
（比較例２）
界面活性剤を１ｗｔ％のデオキシコール酸ナトリウムに換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１４に示す。同図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴのピークは共に時間とともに減少し、３０分後にはどちらのピークもほぼ消滅した。したがって、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが同じ泳動挙動を示し両者の分離ができないことが示された。
【実施例７】
【００６２】
＜分離装置＞
図８及び９に示す分離装置を作製し、本発明のＳＷＮＴの分離方法のスケールアップ化を試みた。作製した分離装置は、スペーサ２２の空間２９は、厚み３ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５ｃｍであって、電極槽２４の内径が８ｍｍ、高さが３０ｍｍであった。電極としては、白金製のコイル状電極を使用した。前記分離装置に、実施例２と同様のＳＷＮＴサスペンションを４．２ｍｌ注入し、前記電極をセットし、直流１００Ｖで１８時間、電気泳動した。電気泳動終了後、陽極側から順に６つに分画して回収した（各０．７ｍｌ）。
【００６３】
＜電気泳動の結果＞
回収した分画の第１フラクション（陽極）及び第６フラクション（陰極）について、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの存在を、励起波長６３２．８ｎｍ及び７８２ｎｍのラマンシフト、並びに、吸収スペクトルで確認した。リファレンスとして、電気泳動をしていないサスペンションを使用した。なお、励起波長７８２ｎｍでラマンスペクトルを測定すると、半導体性ＳＷＮＴであれば、２００〜２７０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が検出される。また、吸収スペクトルでは、金属性ＳＷＮＴは、４４０〜６４５ｎｍで吸収を示し、半導体性ＳＷＮＴは、６００〜８００ｎｍ及び８３０〜１６００ｎｍで吸収を示す。励起波長６３２．８ｎｍ及び７８２ｎｍのラマンシフト、並びに、吸収スペクトルの結果を、それぞれ、図１５、１６及び１７に示す。図１５に示すとおり、陽極側の第１フラクションは、ほとんど金属性ＳＷＮＴが検出されない非常に純度の高い半導体性ＳＷＮＴであり、反対に、陰極側の第６フラクションは、ほとんど半導体性ＳＷＮＴが検出されない非常に純度の高い金属性ＳＷＮＴであることが示された。また、図１６においても、第６フラクションは半導体性ＳＷＮＴがほとんど検出できないことが示される。さらに、図１７の結果も、第１フラクションが半導体性ＳＷＮＴに富み、第６フラクションが金属性ＳＷＮＴに富むことが示された。なお、図１７は、４００ｎｍで標準化した。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上説明したとおり、本発明のＳＷＮＴの分離方法であれば、簡便かつ大量に低コストで金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離回収することができるから、例えば、カーボンナノチューブのデバイス応用分野において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うための分離装置の一例の模式図であって、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の分離装置におけるラマンスペクトル測定の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、電極間の中央（Ａ）、又は、陰極上（Ｂ）における金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果の一例のグラフである。
【図３】図３は、実施例において行った本発明のＳＷＮＴの分離方法において、ラマン強度を測定した測定位置を説明する図である。
【図４−１】図４−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ａで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−２】図４−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−３】図４−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−４】図４−４は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−５】図４−５は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｅで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−１】図５−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−２】図５−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−３】図５−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−１】図６−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−２】図６−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−３】図６−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のＳＷＮＴの分離装置の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の例を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のその他の例を示すグラフである。
【図１４】図１５は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のさらにその他の例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のさらにその他の例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を励起波長＝７８２ｎｍで測定した結果の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの吸収スペクトルを測定した結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１・・基板
２・・電極
３・・スペーサ
４・・スライドグラス
５・・サスペンション
６・・・対物レンズ
１０・・分離装置
１１，１２・・電極
１３・・流路
１４・・導入口
１５・・分岐
１６・・回収口
２０・・分離装置
２１・・基板
２２・・スペーサ
２３・・上部カバー
２４・・電極槽
２５・・電極
２６・・液溜め部
２７・・開口部
２８・・サスペンション
２９・・スペーサ空間
３０・・分離装置
３１・・容器本体
３２、３３・・電極
３４・・中空隔壁
３５、３６・・液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単層カーボンナノチューブの分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、炭素原子からなる円筒状の物質である。カーボンナノチューブには、円筒形の層が１層の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、前記層が２層以上の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、これらが束になったバンドルが含まれる。カーボンナノチューブは、その螺旋度（カイラリティ）に依存して金属性又は半導体性を示す。
【０００３】
単層カーボンナノチューブは、上述のとおり、構造によって金属的にも半導体的にもなることから、将来ボトムアップ的に微細な回路形成をするためのナノスケールの電子材料となることが期待されている。金属性ＳＷＮＴは、ナノスケールの配線材料や透明電極材料として、また、半導体性ＳＷＮＴは、ナノスケールの高性能な電界効果型トランジスタ用材料や、有機半導体に代わるフレキシブルデバイスの材料として期待されている。
【０００４】
現在の単層カーボンナノチューブの合成方法では、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを選択的に合成することができない。したがって、通常合成される単層カーボンナノチューブは、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの混合物である。しかしながら、単層カーボンナノチューブ本来の性能を引き出したデバイスを作製するためには、純度の高い金属性ＳＷＮＴ又は半導体性ＳＷＮＴを得ることが重要である。
【０００５】
電気的特性や化学修飾を利用して金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴを単層カーボンナノチューブから分離しようとする試みは、これまでにいくつか報告されている。例えば、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの誘電特性の違いに着目して誘電泳動により金属性ＳＷＮＴを選択的に捕集する方法（例えば、非特許文献１）、ＤＮＡでラッピングしたＳＷＮＴを陰イオン交換クロマトグラフィーで分離する方法（特許文献１）、アミン系有機溶媒中で遠心分離をすることにより金属性ＳＷＮＴを取得する方法（非特許文献２）、ｐＨ調整によりＳＷＮＴをそのカイラリティに応じて分離する方法（特許文献２）、過酸化水素により半導体性ＳＷＮＴを除去する方法、ニトロニウム又は硫酸・硝酸混合液で処理して金属性ＳＷＮＴを除去する方法（特許文献３及び４）、及び、帯電させたＳＷＮＴを電気泳動する方法（特許文献５）等が挙げられる。
【特許文献１】特表2006-512276号公報
【特許文献２】特表2005-527455号公報
【特許文献３】特開2005-325020号公報
【特許文献４】特開2005-194180号公報
【特許文献５】特開2005-104750号公報
【非特許文献１】R. Krupke et al., Scinence 301, 344 (2003)
【非特許文献２】Y. Maeda et al., J. Am. Chem. Soc. 127, 10287 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方しか取得できない場合がある。また、金属性及び半導体性のＳＷＮＴをそれぞれ分離可能な場合であっても、スケールアップが困難であったり、ｐＨ調整などの作業が必要であったりする。そこで、本発明は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴをそれぞれ分離可能であり、簡便かつスケールアップ容易なＳＷＮＴの分離方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する方法であって、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンション(suspension)とする工程、及び、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離する工程を含み、前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者らは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）に含まれる金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴを分離する方法について鋭意研究を重ねた結果、ＳＷＮＴをある種の界面活性剤を用いて分散させるだけで、得られたサスペンション中の金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴにそれぞれ異なる電荷を帯電させることができることを見出した。そしてさらに研究を重ねた結果、例えば電気泳動のようにこのサスペンションに電界を印加すれば、移動度や移動速度の差により金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離できることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
本発明は上述のとおり金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離できる方法であるから、本発明によれば、例えば純度の高い金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴを製造することができる。また、本発明は簡便な方法であるから、本発明によれば例えばＳＷＮＴの分離処理のスケールアップや低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のＳＷＮＴの分離方法において、前記分離する工程は、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極による電気泳動により行われることが好ましい。
【００１１】
本発明の単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の分離方法において、前記非イオン性界面活性剤は、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位、及び／又は、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有することが好ましい。前記非イオン性界面活性剤には、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものが好ましく含まれる。
【００１２】
前記陰イオン性界面活性剤は、例えば、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する陰イオン性界面活性剤であって、好ましくは、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される陰イオン性界面活性剤である。
【００１３】
前記ポリマー界面活性剤は、例えば、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含むポリマー界面活性剤であって、好ましくは、アルキレンの炭素原子数が３〜１０のポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーある。
【００１４】
本発明は、その他の態様として、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うためのＳＷＮＴの分離装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備え、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方を分離できる装置を提供する。
【００１５】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極、前記サスペンションの導入口及び流路、並びに、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方の回収口を備え、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴの少なくとも一方を連続的に分離可能な分離装置であることが好ましい。
【００１６】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、装置本体と一対の電極とを備え、前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、前記開口部に、前記一対の電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。前記分離装置は、さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。
【００１７】
本発明のＳＷＮＴの分離装置は、本体容器と、一対の電極と、中空隔壁とを備え、前記本体容器の内壁に一方の電極が配置され、前記本体容器の略中央に他方の電極が配置され、前記中央の電極を取り囲むように前記中空隔壁が配置され、前記中空隔壁が、単層カーボンナノチューブが透過可能な材料から形成される分離装置であることが好ましい。
【００１８】
本発明は、さらにその他の態様として、半導体性ＳＷＮＴの製造方法であって、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて半導体性ＳＷＮＴを分離回収することを含む製造方法を提供する。
【００１９】
本発明は、さらにその他の態様として、金属性ＳＷＮＴの製造方法であって、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて金属性ＳＷＮＴを分離回収することを含む製造方法を提供する。
【００２０】
本発明において、“単層カーボンナノチューブ（Single Wall carbon NanoTube；ＳＷＮＴ）”の用語は、円筒型の層が１層のカーボンナノチューブの単体、又はその集合体をいい、金属性ＳＷＮＴ、半導体性ＳＷＮＴ、及びそれらの混合物を含む。
【００２１】
本発明において、“金属性ＳＷＮＴ”とは、一般にカイラルベクトルで金属性と定義されるＳＷＮＴ、又は、ラマン散乱分光で金属性と判別されるＳＷＮＴであって、金属性ＳＷＮＴ単体、及び金属性ＳＷＮＴ単体の存在比が全体の５０％以上、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％以上を占めるＳＷＮＴの集合体を含む。同様に、本発明において、“半導体性ＳＷＮＴ”とは、一般にカイラルベクトルで半導体性と定義されるＳＷＮＴ、又は、ラマン散乱分光で半導体性と判別されるＳＷＮＴであって、半導体性ＳＷＮＴ単体、及び半導体性ＳＷＮＴ単体の存在比が全体の５０％以上、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％以上を占めるＳＷＮＴの集合体を含む。
【００２２】
ラマン散乱分光においてＳＷＮＴを金属性又は半導体性と判別する方法としては、例えば、励起波長６３２．８ｎｍでラマンスペクトルを測定した場合に、１８０〜２４０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れるものを金属性、２４０〜３１０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れるものを半導体性とする判別方法が挙げられる。
【００２３】
以下に本発明のＳＷＮＴの分離方法について説明する。本発明のＳＷＮＴの分離方法は、上述のとおり、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させたサスペンションを調製する工程と、前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する工程を含む。
【００２４】
まず、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むＳＷＮＴ混合物を準備する。前記ＳＷＮＴ混合物は、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを含むものであれば特に制限されず、従来公知のＳＷＮＴの合成法により合成してもよく、また、市販のものであってもよい。ＳＷＮＴの合成法としては、例えば、アーク放電法、レーザー蒸発法、熱ＣＶＤ法等が挙げられる。上述したとおり、従来公知のＳＷＮＴ合成法では金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとが混在したＳＷＮＴしか合成することができない。したがって、本発明における前記ＳＷＮＴ混合物としては、従来公知のＳＷＮＴ合成法により合成されたものを使用することができる。
【００２５】
次に、前記ＳＷＮＴ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させたサスペンションを調製する。前記サスペンションを得る方法は特に制限されず、従来公知の方法を適用できるが、例えば、前記ＳＷＮＴ混合物、水、及び界面活性剤を混合して超音波処理することでＳＷＮＴを分散させる方法などが挙げられる。前記超音波処理に変えて、機械的なせん断力によりＳＷＮＴを分散させてもよい。前記サスペンションにおいて、ＳＷＮＴは孤立した状態であることが好ましい。そのため、必要に応じて、超遠心分離処理を用いてバンドルを除去してもよい。
【００２６】
前記サスペンションの調製に使用する界面活性剤は、ＳＷＮＴを分散させることができる界面活性剤であれば特に制限されないが、例えば、非イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、及び、ポリマー界面活性剤、並びにこれらの組み合わせである。
【００２７】
前記非イオン性界面活性剤は、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を有することが好ましい。前記オキシエチレン繰り返し単位数としては、例えば１０〜２００であって、好ましくは１５〜１５０であって、より好ましくは２０〜１００である。また、前記非イオン性界面活性剤は、炭素原子数６〜４０、好ましくは、炭素原子数７〜３０、より好ましくは、炭素原子数８〜２０の直鎖アルキル基を有することが好ましい。前記非イオン性界面活性剤は、前記オキシエチレン繰り返し単位及び前記直鎖アルキル基のどちらか一方を有するものであってもよいが、同時に備えることがより好ましい。さらにまた、前記非イオン性界面活性剤は、分子量が１０００以上であることが好ましい。
【００２８】
前記非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。この中でも好ましくは、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、及び、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）であって、より好ましくは、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）及びポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）である。
【００２９】
前記陰イオン性界面活性剤は、例えば、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有するものが挙げられる。前記炭素原子数としては、好ましくは７〜３０、より好ましくは８〜２０である。前記陰イオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。この中でも好ましくは、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）である。
【００３０】
前記ポリマー界面活性剤としては、例えば、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を有するポリマー界面活性剤であって、好ましくは、ポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが挙げられる。前記アルキレンの炭素原子数としては、例えば、３、４、５、６〜１０である。そのなかでも前記ポリマー界面活性剤としては、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーが好ましい。前記ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーとしては、例えば、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ[商品名]系界面活性剤が挙げられ、その中でも好ましくは、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ−６８[商品名]である。
【００３１】
前記水及び界面活性剤を含む液体は、例えば、水と界面活性剤とを混合して調製できる。前記サスペンションの分散媒として機能する範囲で前記水に換えて重水や従来公知の様々なバッファーを使用してもよい。例えば、前記サスペンションの調製において超遠心分離を行う場合には重水を使用できる。
【００３２】
前記水及び界面活性剤を含む液体における前記界面活性剤の濃度は、前記ＳＷＮＴ混合物を分散できる範囲であれば特に制限されず、また、当該技術分野の当業者であれば適宜設定可能である。前記界面活性剤の濃度としては、例えば、ＣＭＣ（臨界ミセル濃度）以上３０ｗｔ％以下であって、好ましくは、ＣＭＣ以上１０ｗｔ％以下であって、より好ましくは、ＣＭＣ以上５ｗｔ％以下である。
【００３３】
前記水及び界面活性剤を含む液体に混合する前記ＳＷＮＴ混合物の量、すなわち、前記サスペンションにおける前記ＳＷＮＴ混合物の濃度は、分散可能な範囲であれば特に制限されないが、例えば、前記水及び界面活性剤を含む液体に対して、１μｇ／ｍＬ〜１００ｍｇ／ｍＬであって、好ましくは、５μｇ／ｍＬ〜１０ｍｇ／ｍＬであり、より好ましくは１０μｇ／ｍＬ〜５ｍｇ／ｍＬである。
【００３４】
前記ＳＷＮＴ混合物及び前記水及び界面活性剤を含む液体を混合したものに、超音波処理やせん断処理などをすることでＳＷＮＴを分散させてサスペンションを得る。前記超音波処理及びせん断処理の条件は、従来公知のものでよく、特に制限されない。例えば、前記超音波処理の条件としては、例えば、１〜１０００Ｗ、１分〜１２時間、０〜１００℃が挙げられる。
【００３５】
前記超音波処理又はせん断処理などによって得られたサスペンションは、さらに、超遠心分離処理を行い、ＳＷＮＴのバンドルを除去してもよい。前記超遠心分離処理の条件は特に制限されないが、例えば、２０００〜２００００００×ｇ、５分〜５０時間、０〜８０℃が挙げられる。
【００３６】
そして、調製された前記サスペンションに電界を印加して金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとに分離する。上述のとおり、前記サスペンションを形成するだけで金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとがそれぞれ異なる電荷を帯電し、これを利用すれば簡便に電気的に両者を分離できるという知見は、本発明者らが初めて見出したことである。
【００３７】
前記サスペンションに電界を印加して両者を分離する方法としては、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとで異なる電荷量に起因する電界中での移動速度や移動度の差に基づくものであれば特に制限されない。印加する電界は、通常、直流電界又は直流パルス電界である。金属性ＳＷＮＴは、通常、前記サスペンション中で正電荷を帯び、その電荷量は半導体性ＳＷＮＴより大きい。従って、金属性ＳＷＮＴは、電界中で陰極方向へ移動し、その移動速度／移動度は、半導体性ＳＷＮＴよりも大きくなる。この点を踏まえれば、当該技術分野の当業者であれば、両者を電気的に分離する従来公知の技術や条件を適宜設定できる。
【００３８】
前記サスペンションへの電界の印加方法は、特に制限されず、電界を発生させる少なくとも一対の電極を用いて行うことができる。前記電極は、前記サスペンションに直接接触させてもよいし、接触させなくてもよい。また、具体的な分離技術としては、例えば、従来公知の電気泳動法が挙げられる。前記電気泳動法としては、ゲルを用いる方法、ゲルを用いない方法のいずれであってもよい。大量のＳＷＮＴ混合物を処理する場合には、例えば、前記サスペンションの流れ（フロー）に対して直角方向に電界を印加し連続的に電気泳動するフリーフロー電気泳動法を採用できる。前記電極の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。電気泳動で印加する電圧は、特に制限されず適宜調節可能であるが、例えば、電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ以下、好ましくは１ｋＶ／ｃｍ以下、より好ましくは１００Ｖ／ｃｍ以下となる電圧である。
【００３９】
本発明のＳＷＮＴの分離方法を用いて分離できる半導体性ＳＷＮＴの純度は、分離されたＳＷＮＴ中の半導体性ＳＷＮＴ存在比として、例えば、７０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらにより好ましくは９５％以上である。また、本発明のＳＷＮＴの分離方法により分離できる金属性ＳＷＮＴの純度は、分離されたＳＷＮＴ中の金属性ＳＷＮＴ存在比として、例えば、７０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、さらにより好ましくは９５％以上である。
【００４０】
以下に本発明のＳＷＮＴの分離装置について説明する。本発明のＳＷＮＴの分離装置は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うための装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備える。前記電極は、前記サスペンションに直接接触するように配置することもでき、又は、接触しないように配置してもよい。本発明のＳＷＮＴの分離装置は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方を分離する装置であってもよく、又は、双方を分離する装置であってもよい。また、本発明のＳＷＮＴの分離装置は、バッチ式であってもよく、連続式であってもよい。連続式の分離装置としては、特に制限されないが、例えば、上述のとおり、フリーフロー電気泳動が可能な分離装置が挙げられる。
【００４１】
本発明のＳＷＮＴの分離装置の一実施形態を図７に示す。図７の本発明のＳＷＮＴ分離装置１０は、一対の電極１１，１２、前記電極１１，１２が発生させる電界の方向と直角の方向に配置された流路１３、前記流路１３に接続する前記サスペンションの導入口１４、前記流路の下流に配置された分岐点１５、及び、前記分岐点で分岐した流路１３に接続する回収口１６を備える。同図の本発明のＳＷＮＴ分離装置１０は、下記のように使用することができる。すなわち、金属性及び半導体性ＳＷＮＴを含む前記サスペンションを導入口１４から導入し同図の矢印方向にフローさせ、このフローに対して電源に接続された電極１１，１２から電界を印加する。すると、金属性ＳＷＮＴは半導体性ＳＷＮＴよりも大きな速度で陰極１２に移動して分岐点１５付近では陽極１１側に半導体性ＳＷＮＴ、陰極１２側に金属性ＳＷＮＴが分布することとなる。その結果、陽極１１側の回収口１６からは半導体性ＳＷＮＴが、陰極１２側の回収口１６からは金属性ＳＷＮＴが回収できる。前記分岐点１５及び回収口１６の数は特に制限されず、さらに設けてもよい。より細かく分画することで、より純度の高い金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴを回収できる。また、前記電極の数も特に制限されない。
【００４２】
本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の実施形態は、装置本体と一対の電極とを備え、前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、前記開口部に、前記一対の電極を配置可能な分離装置である。このように電極を配置する部分を開口とすることで、電極に電圧を印加した場合に発生する気泡を逃がすことができる。前記装置本体の大きさ及び材料は、特に制限されず適宜設計選択できる。また、前記開口部間の距離も、特に制限されない。
【００４３】
前記分離装置は、さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な分離装置であることが好ましい。電極を前記電極槽に配置することにより、気泡の発生に伴う対流の影響を抑制できる。そのような本発明のＳＷＮＴの分離装置の一例を図８に示す。図８の分離装置２０は、基板２１、スペーサ２２、上部カバー２３、電極槽２４を含む。基板２１、スペーサ２２及び上部カバー２３が結合して装置本体を形成する。スペーサ２２の空間２９が、液溜め部となる。上部カバー２３の開口部は、電極槽２４の両端の開口部と一致している。なお、同図において電極は図示していない。前記分離装置２０の使用方法を図９の断面模式図に基づき説明する。図９において、図８と同一部分には同一符号を付す。まず、電極槽２４の開口部２７から試料であるＳＷＮＴサスペンション２８を液溜め部２６へ注入する。注入するサスペンション２８の量は特に制限されないが、例えば、電極槽２４内で前記サスペンション２８と電極２５とが接触する程度に注入することが好ましい。そして、両方の電極２５を配置した後、電極２５に直流電圧を印加することで、電気泳動によるＳＷＮＴの分離が可能となる。電極２５の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。また、電極２５の形態は、電極槽２４に納まる形態であれば特に制限されないが、例えば、コイル状であることが好ましい。
【００４４】
本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の実施形態を図１０に示す。図１０の分離装置３０は、本体容器３１と、一対の電極３２、３３と、中空隔壁３４とを備え、前記本体容器３１の内壁に一方の電極３２が配置され、前記本体容器３１の略中央に他方の電極３３が配置され、前記中央の電極３３を取り囲むように前記中空隔壁３４が配置され、前記中空隔壁３４の側面がＳＷＮＴの透過可能な材料から形成される分離装置である。
【００４５】
本体容器３１と電極３２は、例えば、本体容器３１の側面が電極となりうる金属からなるときは、一体化することができる。本体容器３１の形状は、特に制限されず、例えば円筒形である。中央電極３３の形状は、特に制限されないが、例えば棒状（円柱や角柱）が挙げられる。電極３２，３３の材質は、特に制限されず適宜選択可能であるが、金又は白金電極が好ましい。前記中空隔壁３４の側面材料は、ＳＷＮＴが透過可能であれば特に制限されないが、各種フィルター、メンブレン、不織布などが利用できる。フィルターやメンブレンの場合、その口径は、例えば、０．１〜１０μｍである。図１０において中空隔壁３４は１つであるが、必要に応じて２つ以上配置してもよい。中空隔壁３４の形状は、特に制限されず、例えば円筒形である。
【００４６】
図１０の分離装置３０の断面模式図を図１１に示す。同図において図１０と同一部分には同一符号を付す。分離装置３０は、中空隔壁３４を備えることにより、中空隔壁３４の内側（電極３３側）の液３５と外側（電極３２側）の液３６とが対流して混合することを抑制でき分離精度の向上が可能となる。また、液３５又液３６を回収する場合にも、他方の液と混合を抑制しながら回収することができ、回収作業の簡便化及び回収物の純度の向上という利点がある。
【００４７】
さらに分離装置３０であれば、例えば、中空隔壁３４の内側へＳＷＮＴのサスペンションを注入し、中空隔壁３４の外側へＳＷＮＴを含まない界面活性剤と水を含む液体を注入し、中央の電極３３をプラスに印加して金属性ＳＷＮＴのみを外側の液に移動させ、純度がより向上した金属性ＳＷＮＴを分離する方法などが可能となる。この方法において、前記ＳＷＮＴサスペンションは中空隔壁の内側、外側どちらに注入してもよく、かける電圧の方向も適宜変更可能であり、サスペンション側から中空隔壁３４を通過し界面活性剤と水を含む液体側に移動させるＳＷＮＴも半導体性・金属性のどちらでもよい。
【００４８】
本発明の金属性ＳＷＮＴ及び／又は半導体性ＳＷＮＴの製造方法は、本発明のＳＷＮＴの分離方法又は本発明のＳＷＮＴの分離装置を用いて金属性及び／又は半導体性のＳＷＮＴを分離する工程を含む。本発明の製造方法は、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴのいずれか一方を製造する方法であってもよく、双方のＳＷＮＴをそれぞれ製造する方法であってもよい。本発明の製造方法は、さらに、分離回収した金属性及び／又は半導体性のＳＷＮＴを精製する工程を含んでもよい。前記精製する方法は、特に制限されない。
【００４９】
以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。
【実施例１】
【００５０】
＜サスペンションの調製＞
１ｗｔ％の非イオン性界面活性剤Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]（ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート）を含む重水１０ｍＬ中に１０ｍｇのＨｉＰｃｏ ＳＷＮＴ（Carbon Nanotechnologies社製）を混合し、プローブ型超音波ホモジナイザーを用いて３００Ｗ、２０分、氷水中で超音波処理を行った。その超音波処理したものを２６０，０００×ｇ、５０分の超遠心分離を行い、その上清の７０％をピペットで回収してＳＷＮＴのサスペンションとした。
【００５１】
＜分離装置＞
前記サスペンションを電気泳動するために、図１（Ａ）に示す電極チップを作製して分離装置とした。前記電極チップは、ガラス基板１上に平行平面電極２が配置されている。この電極チップの平行平面電極２は、７００μｍのステンレスロッドをマスクとして用いてガラス基板１上にＣｒ １０ｎｍ、Ａｕ １００ｎｍの順に蒸着し、前記ロッドをリフトオフすることで作製した。最終的な平行平面電極２間の距離ｄは、約７００μｍであった。そして、前記電極チップを利用して、図１（Ｂ）に示すような分離装置を作製した。すなわち、この分離装置は、ガラス基板１及び平行平板電極２の上に厚み１００μｍのシリコンゴム製スペーサ３が配置され、滴下されたサスペンション５をスライドグラス４が密封する構成である。電気泳動は、直流電源を用いて電極２間に直流電界を印加して電気泳動を行った。対物レンズ６は、顕微ラマン（励起光：２５ｍＷ、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（６３２，８ｎｍ）、レーザースポット径３．５μｍ）のものである。電気泳動と同時にラマンスペクトル測定し、金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの挙動を評価した。すなわち、励起波長６３２．８ｎｍでラマンスペクトルを測定した場合に、金属性ＳＷＮＴであれば、１８０〜２４０ｃｍ-1の領域に、半導体性ＳＷＮＴであれば、２４０〜３１０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が現れることを利用した。
【００５２】
＜電気泳動の結果＞
前記分離装置に２Ｖの電圧を印加して前記サスペンションを電気泳動したときの電極間の中央部分におけるラマンスペクトルの測定結果の一例を図２（Ａ）に示す。同図に示すとおり、電界を印加すると中央部分では金属性ＳＷＮＴが半導体性ＳＷＮＴよりも早く減少し、１０分後にはほぼ半導体性ＳＷＮＴのみとなっていた。一方、電気泳動した時の陰極電極上におけるラマンスペクトルの測定結果の一例を図２（Ｂ）に示す。同図に示すとおり、電界を印加して２０分後には陰極上に金属性ＳＷＮＴがより多く増加していた。これらの結果から、前記サスペンションを電気泳動するだけで、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを分離できることが示された。
【００５３】
電気泳動における金属性及び半導体性ＳＷＮＴの挙動を確認するために、図３に示す測定位置ａ〜ｅの５箇所でラマンスペクトルを測定した。点ａは陽極近傍、点ｂは陽極から５０μｍ、点ｃは両電極の中央、点ｄは陰極から５０μｍ、点ｅは陰極近傍である。
【００５４】
金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図４−１〜図４−５にそれぞれ示す。陽極近傍（ａ点）では金属性ＳＷＮＴが急激に減少し、それより少し遅れて半導体性ＳＷＮＴが減少した（図４−１）。ｂ及びｃ点でもａ点と同様の現象が観察されたが、ｂ〜ｅ点では積分強度の経時変化にピークが現れた（図４−２〜５）。このピークは、ＳＷＮＴの電気泳動が進行するに従いＳＷＮＴがある程度一団となって移動したために現れたと考えられる。また、ピークが現れる時間は陰極に近いほど遅いことから、金属性及び半導体性ＳＷＮＴは共に陰極方向に移動したことが確認された。また、測定位置により差はあるが、電極間では半導体性ＳＷＮＴの割合が増加し、電界印加前には約５０％程度であった半導体性ＳＷＮＴの割合は、最大８０％程度となった。このことから、金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとを選択的に分離できることが確認された。
【実施例２】
【００５５】
界面活性剤を非イオン性界面活性剤Ｂｒｉｊ７００[商品名]（ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル）に換えた他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｂ、ｃ、ｄの３箇所でラマンスペクトルを測定した。金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図５−１〜図５−３にそれぞれ示す。これらの図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが共に陰極方向へ泳動され、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１と同様であった。なお、最終的な半導体性ＳＷＮＴの純度は、実施例１よりも高く約９０％であった。
【実施例３】
【００５６】
界面活性剤を陰イオン性界面活性剤ＳＤＢＳ（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）に換えた他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｂ、ｃ、ｄの３箇所でラマンスペクトルを測定した。金属性ＳＷＮＴ及び半導体性ＳＷＮＴの積分強度、並びに、半導体性ＳＷＮＴの割合をそれぞれ算出した結果の一例を図６−１〜図６−３にそれぞれ示す。これらの図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが共に陰極方向へ泳動され、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１及び２と同様であった。
【実施例４】
【００５７】
界面活性剤を２ｗｔ％のポリマー界面活性剤 Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ６８[商品名]（ＢＡＳＦ社製）に換え、ＳＷＮＴの濃度を０．３ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１２に示す。同図に示すとおり、１０分後には金属性ＳＷＮＴのピークが著しく減少した。よって、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜３と同様であった。
【実施例５】
【００５８】
界面活性剤を１ｗｔ％のＴｒｉｔｏｎＸ−４０５[商品名]（ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル）に換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、ラマンスペクトルを測定した。その結果、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜４と同様であった。
【実施例６】
【００５９】
界面活性剤を１ｗｔ％のＢｒｉｊ７８[商品名]（ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル）に換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、ラマンスペクトルを測定した。その結果、金属性ＳＷＮＴの泳動速度が半導体性ＳＷＮＴのそれよりも速いという泳動挙動は、実施例１〜５と同様であった。
【００６０】
（比較例１）
界面活性剤を１ｗｔ％のコール酸ナトリウムに換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１３に示す。同図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴのピークはいずれも変化せず、電気泳動がされていないことが示された。
【００６１】
（比較例２）
界面活性剤を１ｗｔ％のデオキシコール酸ナトリウムに換え、ＳＷＮＴの濃度を１ｍｇ／ｍｌとした他は実施例１と同様にサスペンションを調製して電気泳動を行い、図３に示す測定位置ｃ（中央）でラマンスペクトルを測定した。その結果の一例を図１４に示す。同図に示すとおり、金属性及び半導体性ＳＷＮＴのピークは共に時間とともに減少し、３０分後にはどちらのピークもほぼ消滅した。したがって、金属性及び半導体性ＳＷＮＴが同じ泳動挙動を示し両者の分離ができないことが示された。
【実施例７】
【００６２】
＜分離装置＞
図８及び９に示す分離装置を作製し、本発明のＳＷＮＴの分離方法のスケールアップ化を試みた。作製した分離装置は、スペーサ２２の空間２９は、厚み３ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５ｃｍであって、電極槽２４の内径が８ｍｍ、高さが３０ｍｍであった。電極としては、白金製のコイル状電極を使用した。前記分離装置に、実施例２と同様のＳＷＮＴサスペンションを４．２ｍｌ注入し、前記電極をセットし、直流１００Ｖで１８時間、電気泳動した。電気泳動終了後、陽極側から順に６つに分画して回収した（各０．７ｍｌ）。
【００６３】
＜電気泳動の結果＞
回収した分画の第１フラクション（陽極）及び第６フラクション（陰極）について、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの存在を、励起波長６３２．８ｎｍ及び７８２ｎｍのラマンシフト、並びに、吸収スペクトルで確認した。リファレンスとして、電気泳動をしていないサスペンションを使用した。なお、励起波長７８２ｎｍでラマンスペクトルを測定すると、半導体性ＳＷＮＴであれば、２００〜２７０ｃｍ-1の領域に共鳴ラマン散乱光が検出される。また、吸収スペクトルでは、金属性ＳＷＮＴは、４４０〜６４５ｎｍで吸収を示し、半導体性ＳＷＮＴは、６００〜８００ｎｍ及び８３０〜１６００ｎｍで吸収を示す。励起波長６３２．８ｎｍ及び７８２ｎｍのラマンシフト、並びに、吸収スペクトルの結果を、それぞれ、図１５、１６及び１７に示す。図１５に示すとおり、陽極側の第１フラクションは、ほとんど金属性ＳＷＮＴが検出されない非常に純度の高い半導体性ＳＷＮＴであり、反対に、陰極側の第６フラクションは、ほとんど半導体性ＳＷＮＴが検出されない非常に純度の高い金属性ＳＷＮＴであることが示された。また、図１６においても、第６フラクションは半導体性ＳＷＮＴがほとんど検出できないことが示される。さらに、図１７の結果も、第１フラクションが半導体性ＳＷＮＴに富み、第６フラクションが金属性ＳＷＮＴに富むことが示された。なお、図１７は、４００ｎｍで標準化した。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上説明したとおり、本発明のＳＷＮＴの分離方法であれば、簡便かつ大量に低コストで金属性ＳＷＮＴと半導体性ＳＷＮＴとをそれぞれ分離回収することができるから、例えば、カーボンナノチューブのデバイス応用分野において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行うための分離装置の一例の模式図であって、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の分離装置におけるラマンスペクトル測定の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、電極間の中央（Ａ）、又は、陰極上（Ｂ）における金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果の一例のグラフである。
【図３】図３は、実施例において行った本発明のＳＷＮＴの分離方法において、ラマン強度を測定した測定位置を説明する図である。
【図４−１】図４−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ａで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−２】図４−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−３】図４−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−４】図４−４は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図４−５】図４−５は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｅで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−１】図５−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−２】図５−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図５−３】図５−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−１】図６−１は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｂで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−２】図６−２は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｃで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図６−３】図６−３は、本発明のＳＷＮＴの分離方法を行い測定位置ｄで測定したラマンスペクトル積分強度及び半導体性ＳＷＮＴ比の結果の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のＳＷＮＴの分離装置の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の例を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のその他の例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明のＳＷＮＴの分離装置のさらにその他の例を示す模式図である。
【図１２】図１２は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図１３】図１３は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のその他の例を示すグラフである。
【図１４】図１５は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のさらにその他の例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を測定した結果のさらにその他の例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの相対ラマン強度を励起波長＝７８２ｎｍで測定した結果の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、金属性及び半導体性ＳＷＮＴの吸収スペクトルを測定した結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１・・基板
２・・電極
３・・スペーサ
４・・スライドグラス
５・・サスペンション
６・・・対物レンズ
１０・・分離装置
１１，１２・・電極
１３・・流路
１４・・導入口
１５・・分岐
１６・・回収口
２０・・分離装置
２１・・基板
２２・・スペーサ
２３・・上部カバー
２４・・電極槽
２５・・電極
２６・・液溜め部
２７・・開口部
２８・・サスペンション
２９・・スペーサ空間
３０・・分離装置
３１・・容器本体
３２、３３・・電極
３４・・中空隔壁
３５、３６・・液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとを含む単層カーボンナノチューブ混合物を金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとに分離する方法であって、
前記単層カーボンナノチューブ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンションとする工程、及び、
前記サスペンションに電界を印加し、金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとに分離する工程を含み、
前記界面活性剤が、非イオン性界面活性、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤であることを特徴とする単層カーボンナノチューブの分離方法。
【請求項２】
前記分離する工程が、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極による電気泳動により行われる請求項１記載の分離方法。
【請求項３】
前記非イオン性界面活性剤が、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含む非イオン性界面活性剤である請求項１又は２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記非イオン性界面活性剤が、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する非イオン性界面活性剤である請求項１から３のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項５】
前記非イオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される非イオン性界面活性剤である請求項１から４のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項６】
前記陰イオン性界面活性剤が、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する陰イオン性界面活性剤である請求項１から４のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項７】
前記陰イオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される陰イオン性界面活性剤である請求項１から６のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項８】
前記ポリマー界面活性剤が、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含むポリマー界面活性剤である請求項１から７のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項９】
前記ポリマー界面活性剤が、ポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーであって、前記アルキレンの炭素原子数が３〜１０である請求項１から８のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備え、金属性単層カーボンナノチューブ及び半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方を分離する装置。
【請求項１１】
さらに、前記サスペンションの導入口及び流路、並びに、金属性単層カーボンナノチューブ及び半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方の回収口を備え、金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方を連続的に分離可能な請求項１０記載の分離装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、装置本体と一対の電極とを備え、
前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、
前記開口部に、前記電極を配置可能な分離装置。
【請求項１３】
さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な請求項１２記載の分離装置。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、本体容器と、一対の電極と、中空隔壁とを備え、
前記本体容器の内壁に一方の電極が配置され、
前記本体容器の略中央に他方の電極が配置され、
前記中央の電極を取り囲むように前記中空隔壁が配置され、
前記中空隔壁の側面が、単層カーボンナノチューブが透過可能な材料から形成される分離装置。
【請求項１５】
半導体性単層カーボンナノチューブの製造方法であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法、又は、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分離装置を用いて半導体性単層カーボンナノチューブを分離回収することを含む製造方法。
【請求項１６】
金属性単層カーボンナノチューブの製造方法であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法、又は、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分離装置を用いて金属性単層カーボンナノチューブを分離回収することを含む製造方法。
【請求項１】
金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとを含む単層カーボンナノチューブ混合物を金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとに分離する方法であって、
前記単層カーボンナノチューブ混合物を水及び界面活性剤を含む液体に分散させてサスペンションとする工程、及び、
前記サスペンションに電界を印加し、金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブとに分離する工程を含み、
前記界面活性剤が、非イオン性界面活性、陰イオン性界面活性剤、ポリマー界面活性剤、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される界面活性剤であることを特徴とする単層カーボンナノチューブの分離方法。
【請求項２】
前記分離する工程が、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極による電気泳動により行われる請求項１記載の分離方法。
【請求項３】
前記非イオン性界面活性剤が、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含む非イオン性界面活性剤である請求項１又は２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記非イオン性界面活性剤が、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する非イオン性界面活性剤である請求項１から３のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項５】
前記非イオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ３５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５８[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９７[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ５６[商品名]）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７６[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ９８[商品名]）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ７００[商品名]）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート（Ｔｗｅｅｎ２０[商品名]）、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタントリオレアート（Ｔｗｅｅｎ８５[商品名]）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される非イオン性界面活性剤である請求項１から４のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項６】
前記陰イオン性界面活性剤が、炭素原子数６〜４０の直鎖アルキル基を有する陰イオン性界面活性剤である請求項１から４のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項７】
前記陰イオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ドデシルスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳＡ）、ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム（Ｓａｒｋｏｓｙｌ）、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム（ＴＲＥＭ）及びこれらの組み合わせからなる群から選択される陰イオン性界面活性剤である請求項１から６のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項８】
前記ポリマー界面活性剤が、少なくとも１０のオキシエチレン繰り返し単位を含むポリマー界面活性剤である請求項１から７のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項９】
前記ポリマー界面活性剤が、ポリオキシエチレン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーであって、前記アルキレンの炭素原子数が３〜１０である請求項１から８のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、前記サスペンションに電界を印加可能な少なくとも一対の電極を備え、金属性単層カーボンナノチューブ及び半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方を分離する装置。
【請求項１１】
さらに、前記サスペンションの導入口及び流路、並びに、金属性単層カーボンナノチューブ及び半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方の回収口を備え、金属性単層カーボンナノチューブと半導体性単層カーボンナノチューブの少なくとも一方を連続的に分離可能な請求項１０記載の分離装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、装置本体と一対の電極とを備え、
前記装置本体が、内部に前記サスペンションの液溜め部を有し、前記液溜め部の両端の端部に対応する位置に前記本体上面と前記端部とを貫通する開口部を有し、
前記開口部に、前記電極を配置可能な分離装置。
【請求項１３】
さらに、一対の電極槽を備え、前記電極槽は、両端に開口部を備える中空体であり、前記電極槽の一端の開口部と前記本体上面の開口部とが略一致するように前記本体上面に接続され、前記電極槽の内部に前記電極を配置可能な請求項１２記載の分離装置。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法を行うための単層カーボンナノチューブの分離装置であって、本体容器と、一対の電極と、中空隔壁とを備え、
前記本体容器の内壁に一方の電極が配置され、
前記本体容器の略中央に他方の電極が配置され、
前記中央の電極を取り囲むように前記中空隔壁が配置され、
前記中空隔壁の側面が、単層カーボンナノチューブが透過可能な材料から形成される分離装置。
【請求項１５】
半導体性単層カーボンナノチューブの製造方法であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法、又は、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分離装置を用いて半導体性単層カーボンナノチューブを分離回収することを含む製造方法。
【請求項１６】
金属性単層カーボンナノチューブの製造方法であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の分離方法、又は、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分離装置を用いて金属性単層カーボンナノチューブを分離回収することを含む製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図４−４】
【図４−５】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図４−４】
【図４−５】
【図５−１】
【図５−２】
【図５−３】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−５５３７５（Ｐ２００８−５５３７５Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３７８４０（Ｐ２００６−２３７８４０）
【出願日】平成１８年９月１日（２００６．９．１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発表した刊行物：２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Ｎｏ．３ ２２ａ−ＺＰ−１１ 発行：社団法人 応用物理学会 発行日：２００６年３月２２日 発表した研究集会：２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会 主催者：社団法人 応用物理学会 開催日：２００６年３月２２日〜２６日 発表した刊行物：２００６年（平成１８年）年度静電気学会春期講演会論文集 第５７−６０頁、プログラム番号２ｐ−３ 発行：静電気学会 発行日：２００６年３月６日 発表した研究集会：２００６年（平成１８年）年度静電気学会春期講演会 主催者：静電気学会 開催日：２００６年３月６日
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１日（２００６．９．１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発表した刊行物：２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Ｎｏ．３ ２２ａ−ＺＰ−１１ 発行：社団法人 応用物理学会 発行日：２００６年３月２２日 発表した研究集会：２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会 主催者：社団法人 応用物理学会 開催日：２００６年３月２２日〜２６日 発表した刊行物：２００６年（平成１８年）年度静電気学会春期講演会論文集 第５７−６０頁、プログラム番号２ｐ−３ 発行：静電気学会 発行日：２００６年３月６日 発表した研究集会：２００６年（平成１８年）年度静電気学会春期講演会 主催者：静電気学会 開催日：２００６年３月６日
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
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