JP2003054921A - カーボンナノチューブの精製、整列、及び準結晶化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、特に、単層
カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）の精製及び整列方
法、及びこれにより作られるカーボンナノチューブ準結
晶の提供。 【解決手段】蒸発の前に酸が取り除かれてしまったＣＮ
Ｔ濃縮液を緩やかに蒸発させることによってカーボンナ
ノチューブの準結晶を作る。ＣＮＴ濃縮液を緩やかに蒸
発させることにより、ＣＮＴがファンデルワールス引力
によって自己会合する長い時間が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ａ．発明の技術分野 本発明は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を精製及び
整列する方法に関し、そのカーボンナノチューブには単
層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナ
ノチューブ（ＭＷＮＴ）、等が可能である。更に詳しく
は、本発明は、−例えば−水素吸蔵媒体として、又は水
素燃料電池の電極として使用することが出来る緻密で、
体積効率の高い準結晶を達成するようにＳＷＮＴを精製
及び整列する方法に関する。更に、本発明は、本方法で
作られるカーボンナノチューブ準結晶に関する。

【０００２】

【従来の技術】ｂ．関連技術 アーク放電又はレーザアブレーションを使って合成する
時は、ＣＮＴ及び、更に具体的には、ＳＷＮＴは、ＣＮ
Ｔ成長用に使用される他のカーボン質材料及び触媒を伴
うのが普通である。ＣＮＴ及びＳＷＮＴの精製は、科学
的及び工業的目的には極めて重要である。更に、精製さ
れた後でさえも、ＳＷＮＴはランダムで高度に絡み合っ
た状態で束状になっているのが普通である。しかしなが
ら、幾つかの用途に対しては、整列型ＳＷＮＴは、絡み
合ったＳＷＮＴが持つ性能よりも遥かに優れた性能を有
することが期待される。従って、ＳＷＮＴの整列は科学
的及び工業的目的にも極めて重要である。

【０００３】アーク放電合成によって作られたＳＷＮＴ
の精製には多数の方法が開発されたが、そのなかには簡
単にスケールアップ出来るのは殆どない。例えば、次の
諸論文を参照されたい：Ａ．Ｃ．Ｄｉｌｌｏｎ等、Ａｄ
ｖ．Ｍａｔｅｒ．、１１巻、１３５４頁、１９９９年；
Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等、Ｎａｔｕｒｅ、３８３巻、６７９
頁、１９９６年；Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等、Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅ
ｍ．Ｂ．，１０１巻、１９７４頁、１９９７年；Ｋ．Ｔ
ｏｈｊｉ等、Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．，６５７
巻、１４４−１４５頁、１９９９年；Ａ．Ｂｏｕｇｒｉ
ｎｅ等、Ｓｙｎ．Ｍｅｔ．，１０３巻、２４８０頁、１
９９９年；Ｚ．Ｓｈｉ等、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏ
ｍｍ．，１１２巻、３５頁、１９９９年；Ｋ．Ｂ．Ｓｈ
ｅｌｉｍｏｖ等、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２
８２巻、４２９頁、１９９９年；Ｓ．Ｂａｎｄｏｗ等、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ、６７巻、２３頁、１９９８
年；Ｇ．Ｓ．Ｄｕｅｓｂｅｒｇ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ａ、６７巻、１１７頁、１９９８年；Ｇ．Ｓ．Ｄｕ
ｅｓｂｅｒｇ等、Ｓｙｎ．Ｍｅｔ．１０３巻、２４８４
頁、１９９９年；Ｍ．Ｈｏｌｚｉｎｇｅｒ等、Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ、７０巻、５９９頁、２０００年。
Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等の日本国特開平１０−１２０４０９
号、１９９８年も参照されたい。

【０００４】また、レーザアブレーションによって合成
されたＳＷＮＴの精製にも多数の方法が開発された。し
かしながら、アーク放電による合成煤は、温度履歴、Ｓ
ＷＮＴ品質、純度、及びマトリックス組成等について
は、レーザによる合成煤とは異なると考えると、レーザ
アブレーションによって合成されたＳＷＮＴを精製する
ために開発されこれらの方法はアーク放電による合成Ｓ
ＷＮＴには適用出来ない。

【０００５】アーク放電による煤の生成速度は、レーザ
アブレーションによる煤の生成速度よりも遥かに速いの
で、本出願人は、本明細書では、アーク放電による合成
煤に関する関連技術の方法に焦点を絞っている。大半の
カーボン不純物を取り除く主な段階に従うと、公表され
た精製方法は、４つのタイプに分類することが出来る；
即ち、空気酸化；直接分離；クロマトグラフィー；及び
酸性酸化。

【０００６】ＳＷＮＴ精製プロセスの第１のタイプは空
気酸化である。Ｔｏｈｊｉ等は、原料煤が酸化前に水を
使って還流される場合、アーク放電で生成したＳＷＮＴ
は、空気中で酸化によって精製出来ることを報告してい
る。例えば：Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等、Ｎａｔｕｒｅ、３８３
巻、６７９頁、１９９６年；Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等、Ｐｈｙ
ｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．、１０１巻、１９７４頁、１９９７
年；Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等、Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃ
ｉ．，６５７巻、１４４−１４５頁、１９９９年；及び
Ｋ．Ｔｏｈｊｉ等の日本国特開平１０−１２０４０９
号、１９９８年も参照されたい。この方法は、簡単でか
つ経済的なプロセスであるが、今までは、少量の原料煤
（１００ｍｇ）の場合でのみ成功している。スケールア
ップの実証は行なわれておらず、多分−そして主に−Ｓ
ＷＮＴを損傷しないうちに一定の方法で非晶質カーボン
を酸化除去することが難しいからであろう。よく似た理
由で、或いは、ガス酸化に基づいた、やや改良された方
法も少量の試料の場合は成功している。Ａ．Ｂｏｕｇｒ
ｉｎｅ等、Ｓｙｎ．Ｍｅｔ．，１０３巻、２４８０頁、
１９９９年；及びＺ．Ｓｈｉ等、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔ
ｅ Ｃｏｍｍ．１１２巻、３５頁、１９９９年を参照さ
れたい。更に、幾つかの別のグループについては、前記
の方法で主張されている結果を再現することが出来なか
った、−Ｋ．Ｂ．Ｓｈｅｌｉｍｏｖ等、Ｃｈｅｍ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２８２巻、４２９頁、１９９８年を
参照されたい−従って、これらの方法は信頼出来ない。

【０００７】ＳＷＮＴ精製プロセスの第２のタイプは直
接分離である。Ｂａｎｄｏｗ等は、所謂、１段階ＳＷＮ
Ｔ精製プロセスの手順を発表している。Ｂａｎｄｏｗの
プロセスは、カチオン界面活性剤の存在で水溶液の中で
原料煤を遠心分離又は微細濾過することを含む。Ｓ．Ｂ
ａｎｄｏｗ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ、６７巻、１１
７頁、１９９８年を参照されたい。この方法は極めて簡
単で直接的である。しかしながら、この方法の抱える問
題は、得られる生成物が満足のいく純度ではない−即
ち、空気酸化及び酸処理による追加の精製が必要である
−そしてスケールアップも極めて難しいことである。カ
ーボン粒子がミクロフィルターを簡単に塞ぐことがあ
り、その次の濾過が極めて難しくなるので、微細濾過の
場合にはスケールアップが特に難しい。

【０００８】ＳＷＮＴ精製プロセスの第３のタイプはク
ロマトグラフィーである。Ｄｕｅｓｂｅｒｇ等は、ＳＷ
ＮＴを他のカーボン不純物と分離するためのサイズ排除
クロマトグラフィーの方法を開発した。この方法は、界
面活性剤懸濁型煤、或いは酸処理煤のどちらかに適用さ
れた。Ｇ．Ｓ．Ｄｕｅｓｂｅｒｇ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ａ、６７巻、１１７頁、１９９８年；Ｇ．Ｓ．Ｄｕ
ｅｓｂｅｒｇ等、Ｓｙｎ．Ｍｅｔ．１０３巻、２４８４
頁、１９９９年；Ｍ．Ｈｏｌｚｉｎｇｅｒ等、Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ、７０巻、５９９頁、２０００年を参
照されたい。この方法を使うと、高純度で長さが揃った
ＳＷＮＴを得ることが出来る。しかしながら、ナノチュ
ーブの限られた溶解度及びスケールアップが出来ないこ
とはこの方法の大きな欠点である。

【０００９】ＳＷＮＴ精製プロセスの第４のタイプは酸
性酸化である。酸性還流手順はレーザによる煤を精製す
るためにＲｉｃｅグループによって最初に適用された。
例えば、Ｊ．Ｌｉｕ等、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８０巻、１
２５３頁、１９９８年；及びＪ．Ｌｉｕ等、Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ａ．６７巻、２９頁、１９９８年を参照され
たい。その時以来、多くの他の研究者達が、いろいろな
反応時間、温度、酸濃度、及び後処理手法を使うことに
より、アーク放電による合成で７０重量％又は９０容量
％の純度のＳＷＮＴを得ることに成功した。例えば、
Ｊ．Ｃｈｅｎ等、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８２巻、９５頁、
１９９８年；Ｌ．Ｖａｃｃａｒｎｉ等、Ｓｙｎ．Ｍｅ
ｔ．，１０３巻、２４９２頁、１９９９年；Ｎ．Ｒａｊ
ａｌａｋｓｈｍｉ等、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ
Ａｃｔａ、４５巻、４５１１頁、２０００年；Ｐ．Ｕｍ
ｅｋ等、Ｃａｒｂｏｎ，３８巻、１７２３頁、２０００
年；及びＢ．Ｌｕｅ等、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．、３２０巻、３６５頁、２０００年を参照された
い。酸性還流スラリーの後処理に関して、最も魅力的な
手法は、微細濾過過程での閉塞問題を解決出来る十字濾
過の手法であると思われる。この後処理を使うと、数グ
ラムのＳＷＮＴ−９０％超の純度−は１週間で得ること
が出来る。しかしながら、手の込んだ十字流濾過システ
ム、及び界面活性剤を含む大量の緩衝溶液−精製対象の
原料煤の量の２０，０００倍超の量−が、このシステム
によるこのプロセスのスムースな進行には必要である。
更に、十字流濾過の後に、ＳＷＮＴを収集するには真空
濾過段階が必要である。そして得られる物質には、かな
りの量の不純物がまだ含まれている。Ｊ．Ｃｈｅｎ等、
Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８２巻、９５頁、１９９８年を参照
されたい。更に、強酸での酸化、濾過及び真空焼成によ
る追加の精製が必要である。従って、この手法は、スケ
ールアップは極めて煩雑で、面倒であり、時間がかかる
ばかりでなく人手もかかる。

【００１０】前記の方法全てによって得られる精製ＳＷ
ＮＴは、束状で、極めてランダムに絡み合っているのが
普通である。従って、前記の精製方法に加えて、更なる
整列段階が必要である。機械及び電子工業で使用される
ような多くの用途には、整列型ＳＷＮＴは、ランダムに
絡み合ったＳＷＮＴの性能よりも遥かに優れた性能を有
すると期待されている。そのような優れた性能は、ＳＷ
ＮＴの高度の異方性による。水素吸蔵の場合、整列型Ｓ
ＷＮＴは、ナノチューブとバンドルとの間の間隙空間に
追加の吸着サイトを提供することがあり、従って、ナノ
チューブの内部の吸着サイトで簡単に入ることが出来る
比較的多くの入口を提供することがある。

【００１１】ＳＷＮＴを整列するための幾つかの技術が
開発されてきた。これらの技術は４つのタイプに分類す
ることが出来る：即ち、現場でのＣＶＤ成長；機械的延
伸；磁力による延伸；及び自己会合。

【００１２】ＳＷＮＴ整列方法の第１のタイプは、ＣＶ
Ｄ技術により現場でのＳＷＮＴ成長に関するものであ
る。例えば、Ｍ．Ｔｅｒｒｏｎｅｓ等、Ｎａｔｕｒｅ．
３８８巻、５２頁、１９９７年；Ｈ．Ｃｈｅｎｇ等、Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２巻、３２８２頁、１
９９８年；及びＮ．Ｒ．Ｆｒａｎｋｌｉｎ等、Ａｄｖ．
Ｍａｔｅｒ．１２巻、８９０頁、２０００年を参照され
たい。この技術は、ＳＷＮＴを整列する際に直接的かつ
簡単であり、表示デバイスでの用途を見付けるかも知れ
ない。しかしながら、この技術によって調製された整列
型ＳＷＮＴは、或る小さい領域だけが良好で、整列され
ていないのが普通であることは注目される。更に、整列
型ＳＷＮＴの充填度は極めて緩いので、“結晶”構造を
形成出来ない。

【００１３】ＳＷＮＴ整列方法の第２のタイプはＳＷＮ
Ｔを機械的に延伸することに関するものである。ＳＷＮ
Ｔを含む原料煤もＳＷＮＴを含むポリマーのコンポジッ
トも延伸される。例えば、Ｃ．Ｈ．Ｋｉａｎｇ、Ｐｈｙ
ｓ．Ｃｈｅｍ．，１０４巻、２４５４頁、２０００年；
及びＲ．Ｈａｇｇｅｎｍｕｅｌｌｅｒ等、Ｐｈｙｓ．Ｃ
ｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，３３０巻、２１９頁、２０００年
を参照されたい。ポリマーコンポジットの場合、ＳＷＮ
Ｔとポリマーマトリックスとでは異なる機械的強度を使
用する試みがなされた。ＳＷＮＴ−ＰＭＭＡコンポジッ
トの溶融加工方法は、同様な機械的延伸メカニズムに基
づいて試験もされた。同書を参照されたい。このコンポ
ジットは高度の機械的強度を発現するけれども、これら
のマトリックスのＳＷＮＴ含量は低いのが普通であり−
即ち、１０％未満−このことからＳＷＮＴは結晶化どこ
ろではないことが判る。

【００１４】ＳＷＮＴ整列方法の第３のタイプは、ナノ
チューブ／Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘの懸濁物を濾過する間に強
い面内磁界−２５テスラ−を利用することである。Ｄ．
Ａ．Ｗａｌｔｅｒｓ等、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．、３３８巻、１４頁、２００１年を参照されたい。
このような方法を使って、Ｗａｌｔｅｒｓ等は整列型Ｓ
ＷＮＴの薄膜を得るのに成功した。この薄膜は、特異な
光学特性を発現し、磁界に対して平行な天然の劈開面を
形成する。しかしながら、こうして生成された薄膜の微
細組織は未だに実証されていない。更に、界面活性剤
（Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ）は、ＳＷＮＴの表面自由エネルギ
ーを下げるのに使用されていて−即ち、溶液中のＳＷＮ
Ｔの準安定状態を作るために−これらの界面活性剤が完
全に洗い落とされない場合には、最終生成物の結晶性に
大きい影響を及ぼすかも知れない。更に、この技術に関
する更なる挑戦は、濾過及び整列プロセスをスケールア
ップする可能性であるが、簡単には使用出来ない極めて
大きい磁界を使用する。

【００１５】ＳＷＮＴ整列方法の第４のタイプは自己会
合に基づくものである。或る研究グループは、直径０．
４ないし１μｍ及び長さ５ないし１０μｍのＳＷＮＴの
超バンドル（ｓｕｐｅｒ ｂｕｎｄｌｅ）を作るのに成
功した。Ｔ．Ｇｅｎｎｅｔｔ等、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅ
ｒ．，１２巻、５９９頁、２０００年を参照されたい。
均質化の後に、超音波、界面活性剤及び長時間の沈降の
助けにより溶媒−空気界面にこれらの超バンドルがある
程度生成することから、ＳＷＮＴを自己会合させること
が出来る。しかしながら、この超バンドルは、空気−溶
媒界面でのみ形成するので、得られるこの超バンドルの
量は極めて少ない（１ｍｇの出発物質量からは１ｍｇよ
り遥かに少量）。更に、Ｇｅｎｎｅｔｔによって得られ
た整列の程度は、改良にはなお多くの余地が残されてい
る。

【００１６】このタイプの整列方法を使った更なる研究
では、微細な“結晶”ＳＷＮＴ物質−幅０．２μｍを有
し、そして長さ０．５μｍを有する−がＳＴＭにより観
察された。界面活性剤ＳＤＳを使用したＳＷＮＴコロイ
ド状懸濁物を濾過した後に、０．２μｍの孔径フィルタ
ー上に捕捉された固形物としてこのＳＷＮＴ物質が得ら
れた。Ｐ．Ｕｍｅｋ等、Ｃａｒｂｏｎ，１７２３頁、２
０００年を参照されたい。しかしながら、ＵｍｅｋはＣ
ＮＴ整列の程度については考察していない。

【００１７】前述から判るように、これらの方法は複雑
であり、サイズが小さく整列の不充分なＳＷＮＴ“結
晶”構造が生成される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ｃ．本発明によって解
決される課題 本発明の１つの目的は、ＣＮＴを精製及び整列する方法
を提供することである。更に詳しくは、１つの目的は、
より高い効率で、より優れた能力でスケールアップされ
る、ＣＮＴを精製及び整列する方法を提供することであ
る。

【００１９】本発明のもう１つの目的は、溶液化学に基
づいてＣＮＴを精製及び整列することであり、それによ
ってこの方法は容易にスケールアップ出来る。ＣＮＴを
整列及び会合させて準結晶にすることが更なる目的であ
る。更に詳しくは、高度に整列した大きいＣＮＴ準結晶
を作ることがもう１つの目的である。

【００２０】本発明の尚、もう１つの目的は、関連技術
の方法と比較して、簡単で、容易にスケールアップさ
れ、しかも制御出来る方法で大きい“結晶”構造（即
ち、準結晶）の高度に整列されたＳＷＮＴを提供するこ
とである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】ｄ．課題の解決手段 前記及びその他の目的を達成するために、本発明は、Ｃ
ＮＴ濃縮液を生成させた後、その溶液を緩やかに蒸発さ
せることを含む、ＣＮＴの精製及び整列方法を提供す
る。ＣＮＴ濃縮液を緩やかに蒸発させることにより、Ｃ
ＮＴのファンデルワールス引力によりＣＮＴが自己整列
するのに充分な時間が提供される。ＣＮＴ濃縮液の蒸発
を緩やかにすればするほど、ＣＮＴの自己整列の時間は
それだけ長くなることにより、よく整列された準結晶が
生成出来る。即ち、準結晶は緻密であり、整列主軸から
逸れる繊維は殆ど含まれない。従って、本発明のＳＷＮ
Ｔ準結晶はよく整列され、比較的緻密なので、体積効率
が高いことから、例えば水素吸蔵又は水素燃料電池の電
極のような用途には有用である。この方法のＣＮＴに
は、ＳＷＮＴ、ＭＷＮＴ等が可能である。

【００２２】更に、この方法は、例えば、アーク放電、
レーザアブレーション等のようないずれの方法によって
合成されるＣＮＴに適用可能である。更に、前記及びそ
の他の目的を達成するために、次の事項を含むカーボン
ナノチューブを精製及び整列する方法が提供される：カ
ーボンナノチューブを含む煤を提供すること；前記煤試
料に酸性還流を実施することにより酸処理混合物を生成
すること；前記酸処理混合物を遠心分離、デカンテーシ
ョン、及び再懸濁することにより酸除去沈殿物を生成す
ること；前記酸除去沈殿物を遠心分離、デカンテーショ
ン、及び再懸濁することによりカーボンナノチューブ濃
縮液を生成すること；並びに前記カーボンナノチューブ
濃縮液を２００ｍｌ／時間ないし１リットル／時間の蒸
発速度で蒸発することにより、整列型カーボンナノチュ
ーブ準結晶を生成すること。

【００２３】更に、前記及びその他の目的を達成するた
めに、次の事項を含むカーボンナノチューブを精製及び
整列する方法が提供される：前記カーボンナノチューブ
を含む煤を提供すること；前記煤に酸性還流を実施して
酸処理混合物を生成すること；前記酸処理混合物から酸
を取り除いて酸除去沈殿物を生成すること；前記酸除去
沈殿物を３０００ｒｐｍ以上の速度で遠心分離して、２
０ｎｍより大きい粒子を取り除くことにより第１カーボ
ンナノチューブ濃縮液を生成すること；前記第１カーボ
ンナノチューブ濃縮液を濃厚にして濃厚液を生成するこ
と；沈殿物を生成するように前記濃厚液を遠心分離し、
前記沈殿物を収集して、前記沈殿物を液体に再懸濁する
ことにより第２カーボンナノチューブ濃縮液の第１体積
を生成すること；並びに整列型カーボンナノチューブ準
結晶を生成するように前記第２カーボンナノチューブ濃
縮液を２００ｍｌ／時ないし１リットル／時の速度で蒸
発すること。

【００２４】更に、前記及びその他の目的を達成するた
めに、次の事項を含むカーボンナノチューブ準結晶が提
供される：互いに結合した複数のカーボンナノチューブ
バンドル；前記複数のカーボンナノチューブバンドルの
各々が、分布を形成するように整列主軸に対して傾斜角
で配置されること；及びカーボンナノチューブバンドル
の前記分布が、前記整列主軸に沿う長さ１μｍにわたっ
て２４°未満の半値全幅を有すること。

【００２５】好ましくは、この半値全幅は１０°未満で
あり、更に好ましくは３°ないし９°の範囲である。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の前記及びその他の目的及
び長所は、付図を参照しながら本発明の好ましい例示の
実施態様を詳細に説明することにより更に明らかになる
だろう。

【００２７】ｅ．本発明を実施するための最良の形態 本発明の実施態様は図１に概略を示していて、その図面
は、ＣＮＴを精製及び整列する方法によるフローを示し
ている。ＣＮＴは、例えば、ＳＷＮＴ、ＭＷＮＴ等のよ
うないずれのカーボンナノチューブでもよい。図１で
は、精製段階はフローチャートの左側に番号を付けて列
挙され、一方、右側には、取り除かれた種が点線枠のボ
ックスの中に示されている。物質のフローは、実線枠の
ボックスによって強調されて、フローチャートの中央部
を下に向って表されている。

【００２８】第１に、所望のカーボンナノチューブを含
む原料煤が採取される。この原料煤は、例えば、アーク
放電及びレーザアブレーション等のようないずれの公知
の方法でも作ることが出来る。本発明のこの実施態様
は、溶液−化学に基づいていて、所望のカーボンナノチ
ューブの温度履歴、品質、純度及びマトリックス組成は
重要ではない。即ち、いずれのナノチューブ含有煤も使
用出来る。下記で更に説明する実施例１では、この煤は
ＳＷＮＴを含んでいて、そのＳＷＮＴを精製及び整列さ
せて準結晶にすることが望まれている。

【００２９】第２に、段階Ｓ１では、前記の煤は、金属
粒子（未使用の触媒からの）及び非晶質カーボンを取り
除くために酸性還流にかけられる。この酸性還流の過程
では、煤の中の金属粒子及び非晶質カーボンと酸が確実
に溶液を形成する機会を持つように煤は酸と混合され
る。この煤が酸性還流にかけられる前に、特に強酸を酸
性還流で使用する場合は、煤が酸と混合された時に、煤
に含まれるいずれのナノ触媒も発火しないようにするた
めに、煤は溶媒と水との混合物で濡らされのが望ましい
かも知れない。この段階の生成物は酸処理混合物であ
る。

【００３０】第３に、酸ばかりでなく、酸処理混合物に
溶解している金属及び非晶質カーボンも除去するため
に、前記酸処理混合物は、段階Ｓ２で、デカンテーショ
ン、及び再懸濁にかけられされる。遠心分離の速度は、
２０ｎｍ超の粒子を取り除くのに充分でなければならな
い。一般的には、３０００ｒｐｍ以上の速度が望まし
い。この速度は、２０ｎｍ超の粒子を沈殿するのに充分
である限り重要ではない。更に具体的には、段階Ｓ１か
らの酸処理混合物を遠心分離した後、沈降物の上には赤
味を帯びた褐色の透明な上澄み液が存在する。この赤味
を帯びた褐色の上澄み液は、酸、金属及び非晶質カーボ
ンを含み、一方、沈降物は所望のカーボンナノチューブ
を含む。次に、この赤味を帯びた褐色の上澄み液を流出
させて、即ち、デカンテーションすると、沈降物が残
る。次に、この沈降物を純水で洗浄して再懸濁する。次
に、上澄み液が遠心分離の後で黒色になるまで必要に応
じて段階Ｓ２を再度実施する。遠心分離の後、上澄み液
が黒色になると、その上澄み液には生成済みの酸除去沈
殿物が含まれている。

【００３１】第４に、段階Ｓ２からの酸除去沈殿物を含
む黒色上澄み液は、段階Ｓ３の遠心分離、デカンテーシ
ョン、及び再懸濁にかけられる。更に詳しくは、段階Ｓ
２からの酸除去沈殿物を含む黒色上澄み液をデカンテー
ションして所望の黒色上澄み液を取り出す。ここで黒色
上澄み液は、所望のカーボンナノチューブ及び水溶性カ
ーボンを含み、一方、沈降物は２０ｎｍ超のサイズのナ
ノ粒子（カーボン粒子、及び／又はカーボンで被覆され
た金属）を含む。次に、デカンテーションされた溶液
は、水で洗浄して再懸濁する。その次には、この再懸濁
液を再度遠心分離する。沈降物が充分に取り除かれて黒
色上澄み液が残るまで必要に応じてこのプロセスを繰り
返す。この時にデカンテーションされた、即ち、流し出
された黒色溶液を濃厚にした後、所望のカーボンナノチ
ューブが沈殿するように数時間沈降させる。沈降プロセ
スの過程では、バンドルからカーボンナノチューブの一
部分が凝集する。沈降の後、沈降物を生成するように、
この溶液を再度遠心分離すると、この沈降物には今度は
所望のカーボンナノチューブが含まれている。次に、こ
れらの沈降物を純水で洗浄し、僅かの残留不純物も取り
除いて水に再懸濁する。この再懸濁液はカーボンナノチ
ューブ濃縮液である。

【００３２】第５に、段階Ｓ４では、カーボンナノチュ
ーブ濃縮液は、ここで稀釈されて短時間の超音波処理に
かけられ、これが終わると整列型カーボンナノチューブ
濃縮固形準結晶を生成するような緩やかな蒸発を行なわ
せる。この蒸発は、１００トル（ｔｏｒｒ）で５０℃の
回転式蒸発器で行なうことが出来る。重要な点は緩やか
な蒸発である。カーボンナノチューブ濃縮液の蒸発は緩
やかであればあるほど、カーボンナノチューブの自己整
列の時間がそれだけ長く保たれる。蒸発時間は、カーボ
ンナノチューブが所望の結晶サイズに自己整列出来るほ
ど充分にしなければならない。高度の整列を有する所望
の大きさのカーボンナノチューブ準結晶を得るために
は、２００ｍｌ／時間ないし１リットル／時間の範囲の
蒸発速度が好ましい。従って、蒸発が穏やかである限り
において、発生する圧力や温度を変更することが出来
る。

【００３３】第６に、段階Ｓ５では、この整列型カーボ
ンナノチューブ濃縮固形準結晶は抽出によって更に精製
される。更に詳しく、高度に水素化されたカーボンのよ
うなあらゆる残留不純物も取り除くために、整列型カー
ボンナノチューブ濃縮固体準結晶は超音波発生ソックス
レー抽出器の中に入れられて水又は他の溶媒で抽出され
る。この段階では、ソックスレー抽出器−例えば、Ｈ．
Ｊ．Ｈｕａｎｇ等、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．１２巻、２
７１５頁、２０００年に記載されている−を使用するこ
とが出来る。この段階では、赤味を帯びた褐色溶液は、
前記の整列型カーボンナノチューブ濃縮固形準結晶から
分離されるが、この場合、この溶液は２０ｎｍ未満の水
溶性カーボン粒子を含む。Ｎ基を含む溶媒−即ち、一般
式Ｒ_１Ｒ _２Ｒ_３Ｎの溶媒、式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ
_３は、Ｈ、ＯＨ、ＮＨ_２、ＮＨ_２Ｃ_ｎＨ_２ｎ（式中、ｎ
＝１−４）、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１（式中、ｎ＝１−４）、Ｎ
Ｈ_３Ｈ _２Ｏ、 ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、及び（ＣＨ_２ＣＨ_２）_３Ｎ
−は、水素化不純物を取り除くに当たって極めて有効で
ある。また、水又は他の溶媒は前記のＮ基含有溶媒に加
えて使用してもよい。

【００３４】最後に、段階Ｓ６では、準結晶−官能基を
有するカーボンナノチューブを含む−は、官能基を取り
除くために、加熱アニール段階にかけられる。アニール
段階の生成物は、精製及び整列されたカーボンナノチュ
ーブ、即ち準結晶の試料である。このアニール段階で使
用する加熱は、妥当な時間内で官能基を取り除くほどの
充分な大きさでなければならないが、準結晶の中の所望
のカーボンナノチューブを損傷するほど高くしてはいけ
ない。従って、一般的に、温度を高くすればアニール時
間を短くすることが出来、或いは温度を低くすればアニ
ール時間を長くすることが出来る。

【００３５】準結晶は、拡大して図２ａ−ｄに示してい
る。準結晶とは、この物質は結晶に似ているが、本発明
の技術分野で公知のように完全な周期を有していないこ
とを意味する。一般的に、結晶は準結晶よりも優れてい
るが、ＳＷＮＴの充分大きい結晶を得ることは極めて難
しい。従って、本発明は、結晶化の目標への大きい進展
を意味している。更に、準結晶は、例えば水素吸蔵のよ
うな或る分野では結晶より勝る長所を有することがあ
る。即ち、例えば、準結晶は、追加の水素吸着サイト
と、そしてこれらのサイトに到達するための比較的簡単
なチャンネルを提供することがある。

【００３６】本発明の方法によって作られる準結晶は、
１ないし１００ｎｍの範囲の直径を各々を有するＣＮＴ
のバンドルを含む。更に好ましくは、ＣＮＴのバンドル
は、各々、２ないし２０ｎｍの範囲の直径を有する。準
結晶を構成するバンドルの直径は、ＣＮＴ濃縮液の蒸発
速度を制御することにより調節することが出来る。即
ち、蒸発時間が長ければ長いほど（即ち、蒸発速度が遅
ければ遅いほど）、準結晶を構成するＣＮＴバンドルの
直径はそれだけ大きくなる。

【００３７】準結晶も、蒸発速度、及び当初の煤の中の
ＣＮＴの長さによって長さが変動する。一般的に、出発
煤の中のＣＮＴが長ければないほど、準結晶は長くな
る。また、ここでも、直径の場合のように、蒸発時間が
長ければ長いほど、長い準結晶が生成する。前記の方法
により生成する準結晶は、．１μｍないし１０ｃｍの範
囲内、そして好ましくは１０μｍないし１ｃｍの範囲内
である。そのような準結晶を作るには、当初の煤の中の
ＣＮＴの長さは１００ｎｍないし１００μｍの範囲内が
好ましい。

【００３８】準結晶の体積は、その最終用途によって選
ぶことが出来る。即ち、水素吸蔵の場合、準結晶は、貯
蔵される時間の好適なエネルギー密度体積を得るのに好
適な大きさの体積を有しなければならない。しかしなが
ら、速度論の観点から準結晶が小さければ小さいほど、
準結晶の中心部に水素を収納し易い。従って、水素吸蔵
用の準結晶の体積は、エネルギー密度と速度論的考察と
のかね合いによる。けれども、一般的に、蒸発時間が長
ければ長いほど、準結晶の体積は大きくなる。そして出
発煤の中のＣＮＴが長ければ長いほど、準結晶の体積は
大きくなる。本発明によって生成される準結晶の体積
は、０．００１μｍ^３ないし１０００ｃｍ ^３の範囲内に
ある。水素吸蔵の場合には、準結晶の体積は、０．００
１μｍ^３ないし１ｃｍ^３の範囲内にあるのが好ましい。
このような好ましい体積を生成するためには、出発煤の
中のＣＮＴは、１００ｎｍないし１００μｍの範囲内が
好ましい。

【００３９】更に、本発明の方法によって、準結晶を構
成するＣＮＴバンドルの高度の整列が達成される。ＣＮ
Ｔバンドルの整列は、図３及び４を参照しながら説明す
る。図３は図２ｄと同じ様に、精製したＳＷＮＴ準結晶
のＳＥＭ写真であるが、図３に示した整列主軸Ａｘを有
する。そして図４は、準結晶内部のバンドルの分布を示
すグラフである。整列の程度は、準結晶内部のバンドル
の分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）によって説明される。バ
ンドルの分布は、図３に示している整列主軸Ａｘからの
各バンドルの傾斜角に基づいて決められる。傾斜角は、
各バンドルに対して測定される。具体的な角度、例えば
３°に対してその傾斜角を有するバンドルの数がカウン
トされる。この結果は図４のグラフに示されていて、こ
の４図では、ｘ軸は整列の主軸Ａｘからのバンドルの傾
斜角を表し、一方、ｙ軸はｘ軸上に示されている各具体
的角度のおける−準結晶の整列軸に沿う方向の長さ１μ
ｍにわたる−バンドルの数を表す。ＦＷＨＭが小さけれ
ば小さいほど、準結晶内のＣＮＴバンドルの整列の程度
は大きいので、小さいＦＷＨＭを有することが望まし
い。従って、２４°以下のＦＷＨＭが望ましい。ＦＷＨ
Ｍは、１０°未満が好ましい。図３及び４から判るよう
に、本発明の準結晶は６°±３°のＦＷＨＭを有するＣ
ＮＴバンドルの分布を達成している。即ち、本発明の準
結晶の中のＣＮＴバンドルは、互いに高度に整列されて
いて、関連技術によって達成される整列の程度より遥か
に高度の整列を有する。

【００４０】整列の具体的値をＳＷＮＴについて考察し
てきたけれども、ＭＷＮＴ等のような他のＣＮＴについ
ても同じ値が得られる。同様に、種々の形状の準結晶−
しかも同じ程度の整列を有する−は、本発明の方法によ
って達成出来る。

【００４１】カーボンナノチューブ濃縮液が蒸発される
フラスコの形状は、ある程度までは準結晶の全体的形状
を決める。即ち、カーボンナノチューブ濃縮液が蒸発す
るにつれて、カーボンナノチューブは互いに自己整列し
てフラスコの壁に集まる。従って、フラスコが湾曲して
いるとカーボンナノチューブ準結晶（準結晶を構成する
ＣＮＴも）は、フラスコと同じ形状にならって湾曲す
る。従って、より直線状の準結晶を望む場合、蒸発段階
過程では、平らな、又は直線状の表面を有するフラスコ
を使用しなければならない。同様に、いろいろな形状の
準結晶−即ち、いろいろな寸法の湾曲、又はフィルムの
形状−が所望ならば、蒸発段階には相補的な形状のフラ
スコを使用しなければならない。準結晶は、フラスコの
形状にならって湾曲することがあるけれども、その曲率
は極めて大きいので、所望の比較的小さい範囲では準結
晶は直線状となる。

【００４２】

【実施例】実施例１ ＳＷＮＴの精製 ＳＷＮＴ含有煤は、Ｎｉ４．２原子％、及びＹ１．０原
子％を含むカーボンロッドのアーク放電によって合成し
た。ＳＷＮＴが本実施例における所望のＣＮＴであるこ
とを除いて、ＳＷＮＴ含有煤の精製プロセスは図１に概
略で示しているプロセスと類似である。

【００４３】この煤−２５グラム−は、先ず、フラスコ
の中でジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）と純水の１：１
の溶媒混合物１０ｍｌで濡らした。この煤と溶媒の混合
物をフラスコの中で激しく攪拌した。このような濡らす
プロセスは、安全面から重要である、と言うのは、この
煤が酸性還流段階で濃硝酸と混合されると、この煤に含
まれているナノ触媒が発火するかも知れないからであ
る。濡らした後、試料中の金属及び非晶質カーボンを取
り除くために濃硝酸（７０％）２５０ｍｌをゆっくりと
フラスコの中に入れた。次に、酸吸収器に接続されてい
る凝縮器にフラスコを取り付けた。次に、酸に浸された
煤には、１１０℃の還流を１０時間、次いで１７０℃の
還流を更に１０時間行なった。この時間と温度は、重要
ではないが、酸が煤の中の金属及び非晶質カーボンと溶
液を形成するのに充分でなければならない。一般的に、
高温にすれば時間は短く、一方、時間を長くすれば温度
は低くくすることが出来る。

【００４４】次に、この混合物を室温まで冷却させ、排
気ラインを取り外した後、プラスチックチューブの中で
５，０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行なった。次
に、褐色の透明な上澄み液をデカンテーションし、一
方、湿った沈降物は純水で洗浄した後、再懸濁して、沈
降物に溶解している酸及び非晶質カーボンを取り除い
た。この際、無色／淡褐色の上澄み液は、酸、金属及び
高度の官能基が通常結合されている望ましくないカーボ
ンを含んでいて、望ましい割合ではなかった。前記の遠
心分離−デカンテーション−再懸濁のサイクルを３回行
なうと−遠心分離後の−上澄み液は完全に黒色となっ
た。黒色に変る前は上澄み液は無色／淡褐色であった。

【００４５】上澄み液が黒色に変ったのち、前記と同じ
パラメータのもとで、デカンテーション、再懸濁及び遠
心分離のプロセスによって上澄み液を集めた。この場
合、黒色に変った後は上澄み液は所望の割合であり、Ｓ
ＷＮＴ及び水溶性カーボンを含んでいた。このプロセス
は、黒色溶液、即ちデカンテーションされた溶液が得ら
れるように３回繰り返し、一方、残されている沈降物
は、２０ｎｍ超のサイズのカーボン粒子、カーボンで被
覆された金属等を含んでいた。１−２リットルの黒色溶
液を得た。

【００４６】１−２リットルの黒色溶液は、１００ｍｌ
に濃厚にした後、数時間沈降させた。この溶液を沈降さ
せる時間が長ければ長ほど、ＳＷＮＴの沈殿には好まし
い。また、この沈殿過程では幾つかのバンドルの凝集物
が生成した。次に、この溶液をチューブの中で５，００
０ｒｐｍで２０分間遠心分離すると、更に多くのＳＷＮ
Ｔ沈降物が沈殿した。これらのＳＷＮＴ沈降物を純水で
２回洗浄して不純物を取り除いたのち、水に再懸濁し
た。その次に、この再懸濁液（所謂、ＳＷＮＴ濃縮液）
を水で稀釈して１リットルとした後、短時間の超音波処
理を行なった。

【００４７】ＳＷＮＴの整列及び追加の精製 １リットルのＳＷＮＴ濃縮液は、１００トルで５０℃の
回転式蒸発装置を使って、穏やかに−即ち、５時間を超
えて−蒸発させた。このような緩やかな蒸発過程では、
よく整列したＳＷＮＴが前記の溶液から沈殿し、図２ａ
−２ｄに示しているような準結晶を生成した。緩やかな
蒸発によりナノチューブ間の高度のファンデルワールス
力のためにＳＷＮＴが自己整列する。

【００４８】次に、ＳＷＮＴ準結晶を更に精製した。Ｓ
ＷＮＴ準結晶を超音波発生ソックスレー抽出器に入れ
て、高度に水素化されたカーボンのような残留不純物を
取り除くために水及び他の溶媒による抽出プロセスを行
なった。Ｎ基を含む溶媒−即ち、一般式Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｎ
の溶媒、式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３は、Ｈ、ＯＨ、ＮＨ
_２、ＮＨ_２Ｃ_ｎＨ_２ｎ（式中、ｎ＝１−４）、Ｃ_ｎＨ
_２ｎ＋１（式中、ｎ＝１−４）、 ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、及び（ＣＨ
_２ＣＨ_２）_３Ｎから選ばれる−は、水素化された不純物
を取り除くのに極めて有効であった。

【００４９】最後に、準結晶を１０時間２５０℃に加熱
して余分の官能基−例えば、ＯＨ、及びＮＯ_２のような
−をＳＷＮＴから取り除いた。最終まで精製したＳＷＮ
Ｔ準結晶の量は４グラムであった。

【００５０】本実施例では、アーク放電からの煤を出発
物質として使用した。しかしながら、この方法は溶液−
化学の方法なので、煤が所望のＣＮＴ；本実施例でのＳ
ＷＮＴを含む限り、出発物質としていかなる煤も使用出
来る。即ち、本発明の精製及び整列方法は、アーク放
電、レーザアブレーション等によって作られる煤、及び
任意の触媒を使って作られた煤について容易に使用出来
る。触媒が異なる場合、酸性還流段階で同じ酸でも別の
酸でも使用してもよい。

【００５１】また、本実施例では、ＳＷＮＴ濃縮液を５
時間より長く蒸発させた。しかしながら、そのような時
間は重要ではなく、好ましいだけである。即ち、蒸発速
度は、充分な結晶サイズを有するＳＷＮＴの整列を得る
のに充分な時間となるようにしなければならない。一般
的に、蒸発速度が遅ければ遅いほど、生成する準結晶の
直径、長さ及び体積は大きくなる。更に具体的には、１
リットルの溶液に含まれる２５グラムの煤であって、こ
の溶液は精製された溶液、即ちカーボンナノチューブ濃
縮液の場合には、２００ｍｌ／時間ないし１リットル／
時間の範囲の蒸発速度が使用出来る。従って、本発明の
重要なポイントは、カーボンナノチューブ濃縮液を使用
すること、及び強いファンデルワールス力でナノチュー
ブを互いに引き寄せることが出来、カーボンナノチュー
ブが自己整列するのに充分な時間が得られるようにその
溶液を緩やかに蒸発させることである。

【００５２】

【発明の効果】ｆ．本発明の長所 本発明は、カーボンナノチューブを精製及び整列して準
結晶にする方法を提供する。この方法は溶液−化学に基
づいているので、所望のカーボンナノチューブを含む大
量の煤を処理するのに容易にスケールアップ出来る。ま
た、本方法は、溶液−化学に基づいているので、例え
ば、アーク放電又はレーザアブレーションのようないず
れの方法によって作られるＣＮＴ含有煤にも使用するこ
とが出来る。更に、本方法は、種々の異なる触媒を使っ
て作られるＣＮＴに使用することが出来る。即ち、本方
法の精製は、いろいろな温度履歴、品質、純度及びマト
リックス組成等を有するＣＮＴに使用可能である。その
上、本方法は、カーボンナノチューブ濃縮液を作るこ
と、次にその溶液を緩やかに蒸発させることを含むの
で、本方法は、良く整列されたカーボンナノチューブの
大きい準結晶を得ることが出来る。

【００５３】また、本発明は、不均一な酸化及びカーボ
ンナノチューブの損傷を引起す空気燃焼、及び極めて遅
いプロセスである微細濾過のような技術は避けている。
従って、比較的高い品質のカーボンナノチューブ準結晶
を、関連技術におけるよりも短時間で得ることが出来
る。

【００５４】特許請求の範囲で定義される本発明の精神
及び範囲を逸脱することなく、本発明によりＣＮＴを精
製及び整列する方法に対しては多数の変更が可能である
と考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＮＴの精製及び整列プロセスの概略のフロー
チャートであり、精製段階は本チャートの左側に番号を
付けて列記され、一方、このチャートの右側の点線枠の
ボックスの中には、取り除かれた種が記入され、そして
物質のフローは実線のボックスによって強調されて、本
チャートの中央部に記入されている。

【図２ａ〜ｄ】精製したＳＷＮＴ準結晶の走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）の拡大写真である。

【図３】図２ｄでの精製したＳＷＮＴ準結晶と類似のＳ
ＥＭ写真であるが、図面に表示した整列主軸Ａｘを有す
る。

【図４】準結晶内のバンドルの分布を示すグラフであ
り、このグラフでは、ｘ軸は整列の主軸Ａｘからのバン
ドルの傾斜角を示し、一方、ｙ軸は、ｘ軸上に示した各
具体的角度−準結晶の幅１μｍにわたる−のバンドルの
数を示す。

【符号の説明】

１ Ａｘ（主軸） ２ ｘ軸 ３ ｙ軸 ４ ＦＷＨＭ（半値全幅）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 淳夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 阿多 誠文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CA00 CC10

Claims (66)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カーボンナノチューブを含む煤を提供す
   ること；前記煤試料に酸性還流を実施することにより酸
   処理混合物を生成すること；前記酸処理混合物を遠心分
   離、デカンテーション、及び再懸濁することにより酸除
   去沈殿物を生成すること；前記酸除去沈殿物を遠心分
   離、デカンテーション、及び再懸濁することによりカー
   ボンナノチューブ濃縮液を生成すること；並びに前記カ
   ーボンナノチューブ濃縮液を蒸発することにより整列型
   カーボンナノチューブ準結晶を生成すること、から成る
   ことを特徴とするカーボンナノチューブの精製及び整列
   方法。
2. 【請求項２】 更に、高度に水素化されたカーボンを取
   り除くように前記準結晶を抽出する段階を含み、前記抽
   出段階が前記蒸発段階の後に実施されることを特徴とす
   る、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記抽出段階が、前記準結晶に超音波処
   理をすることを含むことを特徴とする、請求項２に記載
   の方法。
4. 【請求項４】 前記抽出段階が、溶媒として水を使用す
   ることを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 前記抽出段階が、Ｎ基を含む下記の一般
   式の溶媒を使用することを含むことを特徴とする、請求
   項２に記載の方法： Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｎ、式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３は、Ｈ、Ｏ
   Ｈ、ＮＨ_２、ＮＨ_２Ｃ _ｎＨ_２ｎ（式中、ｎ＝１−４）、
   Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１（式中、ｎ＝１−４）、ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、 ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、及び（ＣＨ_２ＣＨ_２）_３Ｎ
   から成る群から選ばれる。
6. 【請求項６】 更に、カーボンナノチューブに結合した
   官能基を取り除くアニール段階を含み、前記アニール段
   階が前記抽出段階の後に実施されることを特徴とする、
   請求項２に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記アニール段階が、前記準結晶を加熱
   することを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方
   法。
8. 【請求項８】 酸性還流を実施する前記段階が、濃硝酸
   を前記煤に導入することを含むことを特徴とする、請求
   項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記濃硝酸が、約７０％濃度であること
   を特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 酸性還流を実施する前記段階が、約１
    １０℃で約１０時間実施されることを特徴とする、請求
    項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 酸性還流を実施する前記段階が、更に
    約１７０℃で約１０時間酸性還流を実施することから成
    ることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 更に、前記酸処理混合物を室温まで冷
    却する段階を含み、前記冷却段階が、前記酸処理混合物
    を遠心分離、デカンテーション、及び再懸濁する前記段
    階の前に実施されることを特徴とする、請求項１１に記
    載の方法。
13. 【請求項１３】 更に、前記煤を濡らす段階を含み、前
    記濡らす段階が、酸性還流を実施する前記段階の前に実
    施されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記濡らす段階が、前記煤をＤＭＦと
    純水との溶液と混合することを含むことを特徴とする、
    請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記濡らす段階が、前記煤をＤＭＦと
    純水との１：１の比率の溶液と混合することを含むこと
    を特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記酸処理混合物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、前記酸処理混
    合物を約５０００ｒｐｍで約２０分間遠心分離すること
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記酸処理混合物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、上澄み液を流
    出させることによりデカンテーションすることを含むこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
18. 【請求項１８】 上澄み液を流出させることによるデカ
    ンテーションの前記段階が、赤味を帯びた褐色、淡褐
    色、又は無色の上澄み液を流出させることを含むことを
    特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記酸処理混合物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、純水に再懸濁
    することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
20. 【請求項２０】 前記酸処理混合物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、３回繰り返さ
    れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記酸処理混合物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、遠心分離の後
    に黒色上澄み液が現われるまで繰り返されて、前記黒色
    上澄み液が酸除去沈殿物であることを特徴とする、請求
    項１に記載の方法。
22. 【請求項２２】 更に、前記黒色上澄み液を流出させる
    段階を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方
    法。
23. 【請求項２３】 前記酸除去沈殿物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、前記酸除去沈
    殿物を約５０００ｒｐｍで約２０分間遠心分離すること
    を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記酸除去沈殿物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、前記酸除去沈
    殿物を純水に再懸濁することを含むことを特徴とする、
    請求項２２に記載の方法。
25. 【請求項２５】 前記酸除去沈殿物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、３回繰り返さ
    れることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
26. 【請求項２６】 前記酸除去沈殿物を遠心分離、デカン
    テーション、及び再懸濁する前記段階が、カーボンナノ
    チューブ濃縮液である黒色上澄み液を流出させることに
    よるデカンテーションを含み、前記カーボンナノチュー
    ブ濃縮液が第１体積（ａ ｆｉｒｓｔ ｖｏｌｕｍｅ）を
    含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
27. 【請求項２７】 更に、前記カーボンナノチューブ濃縮
    液を濃厚にする段階を含むことを特徴とする、請求項２
    ６に記載の方法。
28. 【請求項２８】 前記濃厚段階が、前記カーボンナノチ
    ューブ濃縮液の前記第１体積を、前記第１体積の．１０
    ないし．２０である第２体積まで減らすことを含むこと
    を特徴とする、請求項２７に記載の方法。
29. 【請求項２９】 更に、前記濃厚液を沈降させる段階か
    ら成ることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
30. 【請求項３０】 更に、沈降物を生成するように前記沈
    降液を遠心分離し、前記沈降物を純水で洗浄して、カー
    ボンナノチューブ濃縮再懸濁液を生成するように１体積
    部の前記沈降物を９体積部の水に再懸濁する段階を含
    み、前記沈降液を遠心分離し、前記沈降物を洗浄して、
    前記沈降物を再懸濁する前記段階が、前記蒸発段階の前
    に実施されることを特徴とする、請求項２９に記載の方
    法。
31. 【請求項３１】 更に、高度に水素化されたカーボンを
    取り除くように前記準結晶を抽出する段階を含み、前記
    抽出段階が前記蒸発段階の後に実施されることを特徴と
    する、請求項２５に記載の方法。
32. 【請求項３２】 前記抽出段階が、前記準結晶に超音波
    処理をすることを含むことを特徴とする、請求項３１に
    記載の方法。
33. 【請求項３３】 前記抽出段階が、溶媒として水を使用
    することを含むことを特徴とする、請求項３１に記載の
    方法。
34. 【請求項３４】 前記抽出段階が、Ｎ基を含む次の一般
    式である溶媒を使用することを含むことを特徴とする、
    請求項３１に記載の方法： Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｎ、式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３は、Ｈ、Ｏ
    Ｈ、ＮＨ_２、ＮＨ_２Ｃ _ｎＨ_２ｎ（式中、ｎ＝１−４）、
    Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１（式中、ｎ＝１−４）、ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、 ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、及び（ＣＨ_２ＣＨ_２）_３Ｎ
    から成る群から選ばれる。
35. 【請求項３５】 更に、カーボンナノチューブに結合し
    た官能基を取り除くアニール段階を含み、前記アニール
    段階が前記抽出段階の後に実施されることを特徴とす
    る、請求項３１に記載の方法。
36. 【請求項３６】 前記アニール段階が、前記準結晶を加
    熱することを含むことを特徴とする、請求項３５に記載
    の方法。
37. 【請求項３７】 前記蒸発段階が、約１００トルで約５
    ０℃で実施されることを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
38. 【請求項３８】 前記カーボンナノチューブが単層カー
    ボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１に
    記載の方法。
39. 【請求項３９】 前記カーボンナノチューブを含む煤
    を提供すること；前記煤に酸性還流を実施して酸処理混
    合物を生成すること；前記酸処理混合物から酸を取り除
    いて酸除去沈殿物を生成すること；前記酸除去沈殿物を
    ３０００ｒｐｍ以上の速度で遠心分離して、２０ｎｍよ
    り大きい粒子を取り除くことにより第１カーボンナノチ
    ューブ濃縮液を生成すること；前記第１カーボンナノチ
    ューブ濃縮液を濃厚にして濃厚液を生成すること；沈殿
    物を生成するように前記濃厚液を遠心分離し、前記沈殿
    物を収集して、前記沈殿物を液体に再懸濁することによ
    り第２カーボンナノチューブ濃縮液の第１体積を生成す
    ること；並びに整列型（ａｌｉｇｎｅｄ）カーボンナノ
    チューブ準結晶を生成するように前記第２カーボンナノ
    チューブ濃縮液を２００ｍｌ／時ないし１リットル／時
    の速度で蒸発することから成ることを特徴とするカーボ
    ンナノチューブを精製及び整列する方法。
40. 【請求項４０】 更に、前記カーボンナノチューブ準結
    晶を抽出器に入れて、不純物を取り除くように溶媒で抽
    出を実施することから成ることを特徴とする、請求項３
    ９に記載の方法。
41. 【請求項４１】 前記抽出実施段階が、溶媒としての水
    で抽出を実施することを含むことを特徴とする、請求項
    ４０に記載の方法。
42. 【請求項４２】 前記抽出実施段階が、Ｎ基を含む次の
    一般式である溶媒で抽出を実施することを含むことを特
    徴とする、請求項４０に記載の方法： Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｎ、式中、Ｒ_１、Ｒ_２及びＲ_３は、Ｈ、Ｏ
    Ｈ、ＮＨ_２、ＮＨ_２Ｃ _ｎＨ_２ｎ（式中、ｎ＝１−４）、
    Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１（式中、ｎ＝１−４）、ＮＨ_３Ｈ_２Ｏ、 ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２、及び（ＣＨ_２ＣＨ_２）_３Ｎ
    から成る群から選ばれる。
43. 【請求項４３】 煤を提供する前記段階が、単層カーボ
    ンナノチューブを含む煤を提供することを含むことを特
    徴とする、請求項３９に記載の方法。
44. 【請求項４４】 前記酸性還流実施段階が、前記煤に約
    １１０℃で約１０時間還流を施した後、約１７０℃で約
    １０時間還流を実施することにより酸処理混合物を生成
    することを含むことを特徴とする、請求項３９に記載の
    方法。
45. 【請求項４５】 前記酸処理混合物から酸を取り除く前
    記段階が：上澄み液及び沈降物部分を生成するように前
    記酸処理混合物を遠心分離すること；前記上澄み液を流
    出させること；前記沈降物部分を水で洗浄すること；及
    び前記沈降物部分を水に再懸濁することにより前記酸除
    去沈殿物を生成すること、を含むことを特徴とする、請
    求項３９に記載の方法。
46. 【請求項４６】 更に、前記上澄み液が黒色になるまで
    前記酸を前記酸処理混合物から取り除く前記段階を繰り
    返すことから成ることを特徴とする、請求項４５に記載
    の方法。
47. 【請求項４７】 前記濃厚段階が、前記カーボンナノチ
    ューブ濃縮液の前記第１体積を、前記第１体積の．１０
    ないし．２０である第２体積まで減らすことを含むこと
    を特徴とする、請求項３９に記載の方法。
48. 【請求項４８】 更に、前記濃厚液を沈降させる段階を
    含み、前記濃厚液を沈降させる前記段階が、前記濃厚液
    を遠心分離する前記段階の後で、かつ前記沈殿物を収集
    する前記段階の前に実施されることを特徴とする、請求
    項３９に記載の方法。
49. 【請求項４９】 前記沈殿物を液体に再懸濁する前記段
    階が、前記液体の約９部の中に前記沈殿物の１部を再懸
    濁することを含むことを特徴とする、請求項３９に記載
    の方法。
50. 【請求項５０】 更に、前記カーボンナノチューブ準結
    晶をアニールする段階から成ることを特徴とする、請求
    項３９に記載の方法。
51. 【請求項５１】 前記カーボンナノチューブ準結晶をア
    ニールする前記段階が、前記カーボンナノチューブ準結
    晶を加熱することを含むことを特徴とする、請求項５０
    に記載の方法。
52. 【請求項５２】 前記蒸発段階が、約１００トルで約５
    ０℃で５時間より長く実施されることを特徴とする、請
    求項３９に記載の方法。
53. 【請求項５３】 互いに結合した複数のカーボンナノ
    チューブバンドル（ｂｕｎｄｌｅ）；前記複数のカーボ
    ンナノチューブバンドルの各々が、分布を形成するよう
    に整列主軸に対して傾斜角で配置されること；及びカー
    ボンナノチューブバンドルの前記分布が、前記整列主軸
    に沿うた長さ１μｍにわたって２４°未満の半値全幅を
    有すること、を特徴とするカーボンナノチューブの準結
    晶。
54. 【請求項５４】 前記カーボンナノチューブバンドル分
    布が１０°未満の半値全幅を有することを特徴とする、
    請求項５３に記載の準結晶。
55. 【請求項５５】 前記カーボンナノチューブバンドル分
    布が３°ないし９°の半値全幅を有することを特徴とす
    る、請求項５３に記載の準結晶。
56. 【請求項５６】 前記複数のカーボンナノチューブバン
    ドルの各々が、２ないし１００ｎｍの範囲の直径を有す
    ることを特徴とする、請求項５３に記載の準結晶。
57. 【請求項５７】 前記複数のカーボンナノチューブバン
    ドルの各々が、２ないし２０ｎｍの範囲の直径を有する
    ことを特徴とする、請求項５３に記載の準結晶。
58. 【請求項５８】 前記複数のカーボンナノチューブバン
    ドルの各々が、．１μｍないし１０ｃｍの範囲の長さを
    有することを特徴とする、請求項５３に記載の準結晶。
59. 【請求項５９】 前記複数のカーボンナノチューブバン
    ドルの各々が、１０μｍないし１ｃｍの範囲の長さを有
    することを特徴とする、請求項５３に記載の準結晶。
60. 【請求項６０】 更に、０．００１μｍ^３ないし１００
    ０ｃｍ^３の範囲の体積から成ることを特徴とする、請求
    項５３記載の準結晶。
61. 【請求項６１】 更に、０．００１μｍ^３ないし１ｃｍ
    ^３の範囲の体積から成ることを特徴とする、請求項５３
    に記載の準結晶。
62. 【請求項６２】 前記カーボンナノチューブが、単層カ
    ーボンナノチューブから成ることを特徴とする、請求項
    ５３に記載の準結晶。
63. 【請求項６３】 前記準結晶が、湾曲部を形成すること
    を特徴とする、請求項５３に記載の準結晶。
64. 【請求項６４】 前記カーボンナノチューブバンドルの
    各々が、複数のカーボンナノチューブから成り、前記カ
    ーボンナノチューブの各々が、１００ｎｍないし１００
    μｍの範囲の長さを有することを特徴とする、請求項５
    ３に記載の準結晶。
65. 【請求項６５】 請求項５３−６４のいずれかの１項に
    記載のカーボンナノチューブの準結晶；及び前記準結晶
    に吸蔵された水素から成ることを特徴とする水素吸蔵媒
    体。
66. 【請求項６６】 前記水素が、前記複数のカーボンナノ
    チューブバンドルの少なくとも２個の間に貯蔵されるこ
    とを特徴とする、請求項６５に記載の水素吸蔵媒体。