WO2006075680A1

WO2006075680A1 - 気体吸着性物質、気体吸着合金および気体吸着材

Info

Publication number: WO2006075680A1
Application number: PCT/JP2006/300330
Authority: WO
Inventors: Chie Hirai; Kazutaka Uekado; Akiko Yuasa; Akihiro Nozue; Hideyuki Okumura; Keiichi Ishihara; Eiji Yamasue
Original assignee: Kyoto University NUC; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyoto University NUC; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2007-07-14
Also published as: TW200700144A; US20080160291A1; DE112006000279B4; US8211202B2; US20090169869A9; DE112006000279T5

Abstract

　少なくともＬｉと、硬度が５以上である固体物質とを含み、かつ２５°C常圧下で少なくとも窒素もしくは酸素を吸着する気体吸着性物質、相互に金属間化合物をつくらない少なくとも２種の金属からなり、かつ前記２種の金属の混合のエンタルピーが０より大きいこと、また前記２種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする気体吸着合金、および上記気体吸着物質と気体吸着合金を含有する気体吸着材。

Description

気体吸着性物質、気体吸着合金および気体吸着材

技術分野

[0001] 本発明は、気体吸着性物質、気体吸着合金、および、当該気体吸着性物質および

/または気体吸着合金を含む気体吸着材 (以下、まとめて「気体吸着性物質等」と、うこともある）に関するものである。

背景技術

[0002] 気体吸着性物質等は、真空保持、希ガス中の微量ガスの除去、蛍光灯中のガスの除去等様々な分野で用いられて、る。

[0003] 半導体製造工業で用いられている希ガスは、希ガス中の窒素、炭化水素、一酸ィ匕炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気などを除去し、高純度に精製することが望まれている。特に、その中でも安定な分子である窒素を除去することは困難である。

[0004] 希ガス中の窒素、あるいは炭化水素などを取り除く従来の方法としては、例えば、ジルコ-ゥム、バナジウム及びタングステン力もなる三元合金のゲッター材と希ガスを加熱下に接触させる方法がある (例えば、特許文献 1参照)。

[0005] これは、合金を 100〜600°Cの温度で希ガスと接触させることにより、希ガスカも窒素等の不純物を除去するものである。

[0006] 従来の別の方法としては、ジルコニウム、鉄、マンガン、イットリウム、ランタンと、希土類元素の 1種の元素を含み、窒素に対して高ガス吸着効率を備える無蒸発ゲッタ一合金を用いる方法がある（例えば、特許文献 2参照)。

[0007] これは、合金を 300〜500°Cの間の温度で 10〜20分間活性化処理を行うことにより、水素、炭化水素、窒素等の吸着に対して室温でも作用することができるものである

[0008] 従来のさらに別の方法としては、低温で窒素を吸着する性質がある Ba— Li合金を用いる方法がある（例えば、特許文献 3参照)。

[0009] これは、断熱ジャケット内に真空を維持するためのデバイスであり、 Ba— Li合金からなり、室温においても窒素等のガスに対して反応性を示す。 [0010] これは Baによる窒素吸着であり、 Liではなぐ Na、 Kでも問題ないという記載がある

[0011] 酸素吸収剤として鉄粉、酸化促進物質、フィラー、水分供与体力なるものがある（例えば、特許文献 4参照)。

[0012] これは、食品、医薬品等の品質保持用途に利用される酸素吸収剤であり、酸素吸収には水分が必要である。

特許文献 1：特開平 6— 135707号公報

特許文献 2 :特表 2003— 535218号公報

特許文献 3：特許第 2627703号公報

特許文献 4：特許第 3252866号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] し力しながら、特許文献 1に記載の上記従来の技術では、 300〜500°Cで加熱し続けることが必要であり、高温での加熱であるためエネルギーコストが大きく環境にも悪ぐまた、低温でのガス吸着を望む場合は使用できない。

[0014] 特許文献 2に記載の上記従来の技術では、 300〜500°Cの前処理が必要であり、高温での前処理が困難な場合のガス除去、例えばプラスチック袋中のガスを常温下で除去することは困難である。

[0015] 特許文献 3に記載の上記従来の技術では、活性化のための熱処理を必要とせず常温で窒素吸着可能であるが、さらなる高活性化、大容量ィ匕が望まれていると共に、

Baは劇物指定物質であるため、工業的に使用するには環境や人体に対して問題のないものが望まれている。

[0016] また、作製のため合金を溶融する必要があり、製造に力かるエネルギーが大きくなる。

[0017] 特許文献 4に記載の上記従来の技術では、酸素吸収に水分が必要であり、微量の水分も嫌う雰囲気では使用することができない。

[0018] 本発明は、上記従来の課題を解決するもので、気体吸着活性が高ぐ特に窒素および/または酸素に対する吸着性能が高い気体吸着性物質等を得ることにより、常温常圧、あるいは常温減圧下でも窒素および/または酸素を吸着可能とすることを目的とする。

[0019] さらには、環境や人体に対して問題のない気体吸着性物質等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

[0020] 上記目的を達成するために、少なくとも Liと、硬度が 5以上である固体物質とを含み、かつ 25°C常圧下で少なくとも窒素もしくは酸素を吸着する気体吸着性物質、相互に金属間化合物をつくらない少なくとも 2種の金属力なり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいこと、また前記 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こって!/ヽることを特徴とする気体吸着合金、および上記気体吸着物質と気体吸着合金を含有する気体吸着材を提供するものである。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明の実施の形態における気体吸着性物質の吸着特性の評価に用いた吸着評価装置の概略構成図。

[図 2]本発明の実施例 1—1における、サンプル管内が約 80000Paとなるよう窒素を導入したときの気体吸着性物質による窒素の吸着特性を示す特性図。

[図 3]本発明の実施例 1— 2における、サンプル管内が約 60000Paとなるよう窒素を導入したときの気体吸着性物質による窒素の吸着特性と、サンプル管内が約 60000 Paとなるよう酸素を導入したときの気体吸着性物質による酸素の吸着特性とを示す特性図

[図 4]本発明の実施例 1— 2における、サンプル管内が約 55000Paとなるよう雰囲気空気を導入したときの気体吸着性物質による空気の吸着特性を示す特性図。

[図 5]本発明の実施例 1— 3における、サンプル管内が約 60000Paとなるよう窒素を導入したときの気体吸着性物質による窒素の吸着特性を示す特性図。

[図 6]本発明の実施例 1— 3における、サンプル管内が約 65000Paとなるよう窒素約 8

0%、酸素約 20%の混合空気を導入したときの気体吸着性物質による混合空気の吸着特性を示す特性図。

[図 7]本発明の実施例 1— 3における、サンプル管内を窒素約 310Paとしたときの気体吸着性物質による窒素の吸着特性を示す特性図。

[図 8]本発明の実施例 1—4における、サンプル管内を窒素約 96000Paとしたときの気体吸着性物質による窒素の吸着特性を示す特性図。

[図 9]Mg— Tiの相図。

[図 10]Li— Feの相図。

[図 ll]Ni—Tiの相図。

発明を実施するための最良の形態

[0022] まず、少なくとも Liと、硬度が 5以上である固体物質とを含み、かつ 25°C常圧下で少なくとも窒素もしくは酸素を吸着する気体吸着性物質について説明する。

[0023] Liは、通常は表面に被膜が形成される等の理由で不活性ィ匕し、窒素あるいは酸素を吸着することができない。

[0024] し力しながら、 Liの硬度が 0. 6であるのに対し、硬度が 5以上の固体物質を共存させること〖こより、固体物質が Liを磨砕したりし、 Liの表面が削られ活性な表面を新生することが可能となる。従って、常温で窒素および/または酸素を速やかに吸着可能となる。

[0025] 本発明の気体吸着性物質において、固体物質が酸化物、もしくは少なくとも酸ィ匕物を含むことが好ましい。

[0026] 酸ィ匕物を用いることにより、酸ィ匕物表面の酸素が擬似的に Liと仮結合を組むため、例えば破砕、握和等を行う際、酸ィ匕物の破砕と共に、 Liも有効に粉砕され、 Liの活性化が促進されると考える。

[0027] 本発明の気体吸着性物質においては、 Liの少なくとも一部力粒径 lmm以下になつていることが好ましい。

[0028] 粒径を lmm以下とすることにより、 Li外層部だけでなぐ Li内部まで窒化あるいは酸化されやすくなり、 Liあたりの気体吸着量が増大し、材料を有効に使うことができる

[0029] 本発明の気体吸着性物質においては、少なくとも Liと、固体物質の一部とが、相溶していることが好ましい。

[0030] Liと固体物質の一部とが相溶することにより、界面が増大し、活性が向上すると考えられる。

[0031] 本発明の気体吸着性物質は、少なくとも Liと、前記固体物質とが、メカニカルァロイングにより混合されてなることが好ま、。

[0032] メカ-カルァロイすることにより、 Liと固体物質とを高エネルギーで磨砕、混合することができ、固体物質による Liを削る効果が増大し、 Li新生面露出や細分化効果が増大する。また、固体物質も削られ細分化されるので、 Liを細分化することに対しさらに効果的となるのである。

[0033] また、メカ-カルァロイすることにより、機械的エネルギーが Liや固体物質に蓄積され、出発点で有するエネルギーよりもメカ-カルァロイ後に有するエネルギーの方が増大し、さらに高活性ィ匕することが考えられる。

[0034] 上記方法で作製することは、溶融等が必要なく熱エネルギーが必要でないため、環境的あるいはコスト的にも優れて、る。

[0035] 本発明の気体吸着性物質は、特に窒素および/または酸素に対する吸着活性が高い合金を得ることができる。

[0036] 気体吸着性物質の第 1番目の発明は、少なくとも Liと、硬度が 5以上である固体物質とを含み、かつ 25°C常圧下で少なくとも窒素および/または酸素を吸着することを特徴とする。

[0037] ここで、硬度が 5以上である固体物質としては、 Si、 B、 c— C (ダイヤモンド）、 SiO、

2

SiC、 c BN (立方晶窒化ホウ素）、 Al O、 MgO、 TiO等があげられる。

2 3 2

[0038] その他の成分を添加することも可能である。

[0039] ここでいう硬度とは 10段階のモース硬度を指す。

[0040] 上記固体物質の確認方法としては、例えば X線回折にて、 Liと、固体物質のピークが確認できる等の方法で行ってもょ、が、特に指定するものではな、。

[0041] 固体物質の含有率は 5mol%以上 95mol%以下であることが望まし、。それは、気体吸着性物質 100mol%に対し、固体物質が 5mol%よりも少なくなると、延性の高い Liが多くなることにより、固体物質と均一に混合しにくくなり、また、 95mol%より多くなると活性の高い Liが減少し気体吸着活性が小さくなるためである。

[0042] 好ましくは、固体物質の密度が 5gZcm³以下であることが好ましい。このような固体物質を用いることにより、密度が 0. 53gZcm³の Liと組み合わせたときでも密度上昇が少なぐまた、単位重量あたりの窒素吸着量を増大することができる。

[0043] 従って、例えば、本気体吸着性物質を製品に組み込んだときでも重量増加が少なぐかつ窒素等の吸着量を確保できるのである。

[0044] 本発明の気体吸着性物質は、 25°C常圧下で少なくとも窒素および/または酸素を吸着可能とするものである力窒素もしくは酸素以外の気体、例えば、水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素を吸着するものであってもよい。窒素あるいは酸素以外に吸着する気体については、特に指定するものではない。

[0045] 本発明において吸着量の測定方法については、特に指定するものではなぐ吸着容量法、重量法等、公知のものを利用でき、少なくとも窒素および/または酸素の吸着を確認できればよい。

[0046] 本発明の気体吸着性物質は、 lgあたり窒素および/または酸素を lcm³以上吸着可能、好ましくは 3cm³以上吸着可能、さらに好ましくは 5cm³以上吸着することが好ましい。その吸着量の測定は、例えば、吸着している過程にある、一部吸着した気体吸着性物質を取り出し、その気体吸着性物質に対し窒素吸着量を測定してもよぐまた一部吸着もしくは吸着活性を失った気体吸着性物質に対し、加熱する等の方法で窒素を追い出し、その窒素量と、加熱後の気体吸着性物質とから lgあたりの窒素吸着量を求めてもよい。

[0047] ここでいう吸着とは、表面への吸着の他に内部への吸収、あるいは収着も含むものとする。

[0048] 本発明における気体吸着性物質は、常温、あるいは約 80°C以下の雰囲気にて、常圧以下、特に低圧領域での吸着が可能である。

[0049] 気体吸着性物質の使用形態としては、粉体、圧縮成型、ペレット化、シート状、薄膜状、あるいは別容器への収容、他物質への蒸着といった使用方法をあげられるが、特に指定するものではな、。

[0050] 気体吸着性物質の第 2番目の発明は、第 1番目の発明における固体物質が少なくとも酸化物を含むことを特徴とする。 [0051] ここで、酸化物とは、 Al O、 MgO、 SiO、 TiO等である。

2 3 2 2

[0052] あるいは、三元素以上含む酸化物であってもよい。

[0053] 気体吸着性物質の第 3番目の発明は、第 1番目もしくは第 2番目のいずれかの発明において、 Liの少なくとも一部力粒径 lmm以下になっていることを特徴とする。

[0054] 粒径 lmm以下とは、少なくとも一部の粒径が lmm以下となっていればよぐ一般的な確認方法で確認することが可能である。また、気体吸着前の粒径であっても、吸着後の粒径であっても、特に指定するものではな、。

[0055] 気体吸着性物質の第 4番目の発明は、第 1から第 3番目の、ずれかの発明にお、て、少なくとも Liと固体物質の少なくとも一部とが相溶していることを特徴とする。

[0056] ここで、少なくとも一部が相溶しているとは、少なくとも一部が物理的に 2種の物質を分離できない状態のことをいう。例えば 2種の物質の境界面の一部が原子レベルで物質同士が混合して、る等の状態を!、うが、これに限定するものではな!/、。

[0057] 気体吸着性物質の第 5番目の発明は、第 1〜第 4番目のいずれかの発明において

、少なくとも Liと固体物質とがメカ-カルァロイングにより混合されていることを特徴とする。

[0058] ここで、メカ-カルァロイングで混合するとは、機械的に混合する方法を指し、特に指定するものではない。高活性な気体吸着合金を作製するため、不活性気体中、例えば Ar、 He等の雰囲気中、あるいは真空下でメカ-カルァロイングを行うことが好ましい。

[0059] メカ-カルァロイングを行う際、別に Cを添カ卩したり、冷却下で行ったり、アルコール等を少量滴下したりして、容器への付着を防いだりすることもできる。

[0060] 次に、相互に金属間化合物をつくらない少なくとも 2種の金属力なり、かつ前記 2 種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいこと、また前記 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする気体吸着合金について説明する。

[0061] 相互に金属間化合物をつくらない金属であり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルビーが 0より大きい金属で、通常では相互作用をもたないような金属を用いることにより、その中に含まれる金属の活性を向上させることが可能である。従って、金属と気体との反応性が向上し気体吸着活性が高くなるのである。 [0062] この理由としては、模式的に述べると、例えば Li Fe系合金では Li原子と Fe原子が安定な化学結合をつくらな、ため、強制的にそれらの原子を隣接させると互いに他の第三元素と結合しょうとする働きが一層大きくなり、吸着活性が高くなるためであると考免られる。

[0063] 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こるほど混合することにより、金属間の反発力をさらに高め、その中に含まれる金属の活性を向上させることができる。従つて、気体との反応性が向上し、気体吸着活性が高くなるのである。

[0064] 本発明の気体吸着合金は、少なくとも Liと、 Liと金属間化合物をつくらない遷移金属とからなり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことが好ましい。

[0065] これにより、窒素を吸着可能な Liの活性を向上させることができる。従って、一般的には吸着が難しい気体である窒素に対する気体吸着活性が非常に高い合金を得ることができるのである。

[0066] 本発明の気体吸着合金は、メカ-カルァロイングにより混合してなることが好ましい

[0067] 相互に金属間化合物をつくらない、また、混合ェンタルピーが 0より大きい金属同士を合金化し、活性を向上するために、メカ-カルァロイングで混合することが最適な方法なのである。

[0068] 本発明の気体吸着合金は、相互に金属間化合物をつくらない 2種の金属力なり、 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいこと、また、少なくとも一部は相溶が起こっていることにより、窒素、酸素、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水分等の気体、中でも特に窒素に対する活性が非常に高い合金を得ることができる。

[0069] 気体吸着合金の第 1番目の発明は、相互に金属間化合物をつくらない少なくとも 2 種の金属力なり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことを特徴とする。

[0070] ここでいう合金とは、 2種以上の金属によって構成される物質のことをいう。

[0071] 金属同士が金属間化合物をつくらないことは、例えば X線回折力も確認できる。

[0072] 少なくとも 2種の金属が金属間化合物をつくらなければよぐ例えばもう 1成分以上元素を添加することも可能であり、またその元素が前記金属とィ匕合物をつくることも可能である。

[0073] 混合のェンタルピーが 0より大きいことは、例えば相図力も確認でき、例えば図 9に示すように温度をある程度上昇させても線が交わらな、こと等力確認できる。

[0074] 混合のェンタルピーが 0より大きい金属種の相図には、図 9に示すような非固溶型、あるいは共晶型と、つたことを表す相図が含まれる。

[0075] 吸着可能な気体としては、窒素、酸素、水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素等があげられるが、特に指定するものではない

[0076] ここでいう吸着とは、表面への吸着の他に内部への吸収も含むものとする。

[0077] 本発明の気体吸着性合金は高活性であるため、常温、あるいは約 80°C以下の雰囲気にて常圧以下、特に低圧領域での吸着が可能である。

[0078] 合金の使用形態としては、粉体、圧縮成型、ペレット化、シート状、薄膜状、あるいは別容器への収容、他物質への蒸着といった使用方法をあげられるが、特に指定するものではない。

[0079] 気体吸着合金の第 2番目の発明は、前記 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こって、ることを特徴とする。

[0080] 少なくとも一部は相溶が起こっているとは、少なくとも一部が物理的に 2種の金属を分離できない状態のことをいう。例えば 2種の金属の境界面の一部が原子レベルで金属同士が混合して、る等の状態を!、うが、これに限定するものではな!/、。

[0081] 気体吸着合金の第 3番目の発明は、少なくとも 298Kでの窒化物生成ェンタルピー力^より小さい金属と、前記金属と金属間化合物をつくらない第 2の金属とからなり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことを特徴とする気体吸着合金である。

[0082] 窒化物生成ェンタルピーが 0より小さ!/、金属としては、 Li、 Mg、 Al、 Ca、 Si等がある。

[0083] 気体吸着合金の第 4番目の発明は、前記 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする。「少なくとも一部は相溶が起こっている」とは、上記と同義である。

[0084] 気体吸着合金の第 5番目の発明は、少なくとも Liと、 Liと金属間化合物をつくらない遷移金属と力なり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことを特徴とする。

[0085] Liとの混合ェンタルピーが 0より大き!/、遷移金属としては、 Co、 Cr、 Cu、 Fe、 Hf、

Mn、 Mo、 Nb、 Ni、 Ta、 Ti、 V、 W、 Y、 Zr等力 Sある。

[0086] 本発明の気体吸着合金は窒素に対して活性が高いが、他にも酸素、水素、水蒸気

、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、炭化水素等の気体に対しても高活性である。

[0087] 遷移金属の含有率は 5mol%以上 95mol%以下であることが望まし、。

[0088] 合金 100mol%に対し、遷移金属が 5mol%よりも少なくなると、延性の高い Liが多くなることにより、遷移金属と均一に混合しに《なり、また、 95mol%より多くなると活性の高い Liが減少し気体吸着活性が小さくなるためである。

[0089] 気体吸着合金の第 6番目の発明は、前記 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする。「少なくとも一部は相溶が起こっている」とは、上記と同義である。

[0090] 気体吸着合金の第 7番目の発明は、第 1〜6番目の発明における少なくとも 2種の金属をメカ-カルァロイングにより混合したことを特徴とする気体吸着合金である。

[0091] メカ-カルァロイングで混合するとは、機械的に混合する方法を指し、特に指定するものではない。また、高活性な気体吸着合金を作製するため、不活性気体中、例えば Ar、 He等の雰囲気中でメカ-カルァロイングを行うことが好まし!/、。

[0092] 本発明にお、ては、上記気体吸着合金と、気体吸着性物質とを含む気体吸着材をち提供するちのである。

[0093] このように、異なる気体吸着活性をもつ、前記気体吸着合金と、本発明の気体吸着性物質を組み合わせることにより、吸着対象気体への暴露直後には活性な方が気体を急速に吸着し、より活性の低い方が前者よりも緩やかに吸着をするといつた、速効性にも吸着活性維持にも優れた気体吸着材を得ることができるのである。

[0094] 気体吸着合金と気体吸着物質とを含む気体吸着剤は、前者と後者を一度に混合する、あるいは予め前者の気体吸着合金と気体吸着物質を別々に作製して同一雰囲気中で使用する、あるいは別々に作製したものをその後混合する、またその混合物を圧縮成形する、あるいは各々別にペレット化して同雰囲気中で使用する、あるいはどちらかをどちらかで被覆する等の方法により製造することができるものである。

[0095] 本発明の吸着材は高活性であるため、常温、あるいは約 80°C以下の雰囲気にて常圧以下、特に低圧領域での吸着が可能である。

[0096] 以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施例 1

[0097] (実施の形態 1：気体吸着性物質）

本発明の気体吸着性物質は、 Liと固体物質の 2種の物質からなる。この固体物質は環境等に対して問題のな、ものを用いて、る。

[0098] 固体物質の種類を変えた気体吸着性物質の窒素、酸素、空気吸着の評価結果を実施例 1—1から 1— 3に示す。

[0099] (実施例 I 1)

固体物質として Siを使用した。 lmolの Liと 5molの Siとを、 Ar雰囲気中、ステンレス製ボールによる遊星ボールミルを用いてメカ-カルァロイングを行、混合して気体吸着性物質 (Li Si)を得た。なお、 Siの硬度は 6. 5、密度は 2. 3gZcm³である。

[0100] メカ-カルァロイングにより混合することにより、 2種の物質の境界面の一部がナノレベルで混合しており、 2種の物質同士の境界面で相溶が生じていると考えられる。

[0101] Liの少なくとも一部が lmm以下の粉末になっていることを確認した。

[0102] 次に、 Ar雰囲気下で気体吸着性物質 (Li Si)の吸着特性を、図 1の吸着材評価装置 1にて評価した。

[0103] 吸着材評価装置 1は、ガスボンベ 4が第一バルブ 5を通じて、また、真空ポンプ 6が第二バルブ 7を通じて、所定容積をもつ気体供与部 8に接続されている。また、気体供与部 8から、第三バルブ 9を経てサンプル管 3に接続されている。また、サンプル管 3には、圧力ゲージ 10が接続されている。また、気体供与部 8と、第三バルブ 9との間は取り外し可能となって、る。 [0104] まず、気体吸着性物質 2は、 Ar雰囲気にて、取り外した状態のサンプル管 3 (図示せず）に密閉し、第三バルブ 9を閉めた状態で、気体供与部 8に接続した。

[0105] それから、第一バルブ 5は閉めた状態で、第ニノレブ 7、その後第三バルブ 9を開け、系内を真空排気する。その後、系内が十分低圧になったところで、第三バルブ 9 、第二バルブ 7を閉め、第一バルブ 5を開け、ガスボンベ 4から、サンプル管 3内が所定圧になるよう、気体供与部 8にガスを導入し、第一ノレブ 5を閉める。そして、第三バルブ 9を開け、気体吸着性物質 2に気体を暴露させることにより、気体吸着特性を評価した。

[0106] サンプル管内が約 80000Paとなるよう、窒素を導入したときの、時間と圧力変化の関係を図 2に示す。

[0107] 図 2に示すように、約 40分でほぼ OPaとなった。

[0108] (実施例 I 2)

固体物質として Al Oを使用した。 lmolの Liと 1. lmolの Al Oとを、 Ar雰囲気中、

2 3 2 3

ステンレス製ボールによる振動ボールミルを用いてメカ-カルァロイングを行、混合して、気体吸着性物質 (Li— Al O )を得た。なお、 Al Oの硬度は 9、密度は 3. 97g

2 3 2 3

Z cm Cめる。

[0109] Liの少なくとも一部が lmm以下の粉末になっていることを確認した。

[0110] 次に、 Ar雰囲気下で気体吸着性物質 (Li Al O )をサンプル管 3に密閉し、実施

2 3

例 I - 1と同様の方法で、吸着材評価装置 1にて吸着特性を評価した。

[0111] サンプル管内が約 60000Paとなるよう、窒素を導入したときの、時間と圧力変化の関係を図 3に示す。

[0112] 吸着初期では、実施例 I 1に比べて、初期圧が低いにもかかわらず、吸着速度が速ぐ活性が高いことがわかる。

[0113] サンプル管内が約 60000Paとなるよう、酸素を導入したときの、時間と圧力変化の関係を図 3に示す。

[0114] サンプル管内に、第一バルブ 5から雰囲気空気 (湿度 63%)を導入し、約 55000P aとした。そのときの、時間と圧力の関係を図 4に示す。

[0115] さらに、吸着量を測定するため、気体吸着性物質 (Li Al O )を Quantachrome 社製 Autosorb— 1 Cにより、窒素'酸素吸着量評価を行った。

[0116] 窒素吸着量を評価することにより、約 5300Paで 21. 98cm³/gSTP、約 92000Pa にて 30. 45cm³/gSTP吸着することを確認した。また、酸素吸着量を評価すること

【こより、約 900Pa【こて 1. 99cm³/gSTP、約 92000Pa【こて 6. 31cm³/gSTP吸着することを確認した。

[0117] (実施例 I 3)

固体物質として MgOを使用した。 lmolの Liと 2molの MgOとを、ステンレス製ボールによる振動ボールミルを用いてメカ-カルァロイングを行、混合して、気体吸着性物質 (Li MgO)を得た。なお、 MgOの硬度は 5. 5、密度は 3. 6gZcm³である。

[0118] Liの少なくとも一部が lmm以下の粉末になっていることを確認した。

[0119] 次に、 Ar雰囲気下で気体吸着性物質 (Li— MgO)をサンプル管 3に密閉し、実施例 I - 1と同様の方法で、吸着材評価装置 1にて吸着特性を評価した。

[0120] サンプル管内が約 60000Paとなるよう、窒素を導入したときの、時間と圧力の関係を図 5に示す。

[0121] サンプル管内が約 65000Paとなるよう、窒素約 80%、酸素約 20%の混合空気を導入したときの、時間と圧力の関係を図 6に示す。

[0122] サンプル管内を窒素約 310Paとしたときの、時間と圧力変化の関係を図 7に示す。

[0123] 図 7より、約 6. 5分で 50Paに到達し、さらに圧力が下がる傾向を示した。

[0124] さらに、吸着量を測定するため、気体吸着性物質 (Li MgO)を Quantachrome 社製 Autosorb— 1 Cにより、窒素'酸素吸着量評価を行った。

[0125] 窒素吸着量を評価することにより、約 45Paで 5. 44cmVgSTP,約 92000Pa〖こて

26. 64cm³/gSTP吸着することを確認した。また、酸素吸着量を評価することにより

、約 45Paで 1. 94cm³/gSTP、約 92000Paにて 11. 93cm³/g吸着することを確した ₀

[0126] (実施例 I 4)

固体物質として MgOを使用した。 lmolの Liと lmolの MgOとを、ステンレス製ボールによる振動ボールミルを用いてメカ-カルァロイングを行、混合して、気体吸着性物質 (Li— MgO)を得た。 [0127] 次に、 Ar雰囲気下で気体吸着性物質 (Li— MgO)をサンプル管 3に密閉し、実施例 I - 1と同様の方法で、吸着材評価装置 1にて吸着特性を評価した。

[0128] サンプル管内を、窒素約 96000Paとしたときの、時間と圧力の関係を、時間と圧力の関係を図 8に示す。

[0129] 窒素暴露と同時に、速やかに窒素を吸着することを確認した。

(実施例 I 5)

固体物質として SiOを使用した。 lmolの Liと 3molの SiOとを、 Ar雰囲気中、ステ

2 2

ンレス製ボールによる遊星ボールミルを用いてメカ-カルァロイングを行、混合して気体吸着性物質 (Li— SiO )を得た。なお、 SiOの硬度は 6. 5、密度は 2. 3g/cm³

2 2

である。

[0130] メカ-カルァロイングにより混合することにより、 2種の物質の境界面の一部がナノレベルで混合しており、 2種の物質同士の境界面で相溶が生じていると考えられる。

[0131] 次に、 Ar雰囲気下で気体吸着性物質 (Li— SiO )を容積 20cm³の容器に密閉し、

2

容器内を真空排気し、その後約 0. 05MPaの窒素雰囲気としたとき、雰囲気圧力は 0. 05MPa力ら 15Paとなった。

[0132] このとき、気体吸着性物質 (Li— SiO )は lgあたり約 12cm³吸着していた。

2

[0133] 次に本発明の実施の形態 1の気体吸着性物質に対する比較例を示す。

[0134] (比較例 I 1)

気体吸着性物質として、 Li単体をメカ-カルァロイングしようとした力そのままではメカ-カルァロイングによる均一な細分ィ匕ができな力つた。

[0135] (比較例 I 2)

気体吸着性物質として、粒径約 lcmの Liの吸着特性を評価した。サンプル管内を、窒素約 80000Paとした。結果、 2時間経過して力も圧力が減少し始めた。

[0136] (比較例 I 3)

気体吸着性物質として、 lmolの Liと 5molの Auとをメカ-カルァロイングした力均一な細分ィ匕はできな力つた。なお、 Auの硬度は 2. 5、密度は 19. 3gZcm³である。

[0137] 実施例 I 1と同様の方法で、吸着材評価装置 1にて吸着特性を評価した。サンプル管内を、約 50000Paの窒素雰囲気としたとき、雰囲気圧力は少し減少した力大幅な減少は見られなカゝつた。

[0138] (実施の形態 2 :気体吸着合金）

本発明の気体吸着合金は、金属 a 金属 bの 2種力もなる。これらの金属は環境等に対して問題のな、金属を用いて、る。

[0139] 金属の種類を変えた気体吸着合金の窒素吸着の評価結果を実施例 II 1から II 2に示す。評価は、密閉系内に気体吸着合金を静置、約 0. 08MPaの窒素雰囲気とし、その系内の圧力変化を観察した。

[0140] (実施例 II 1)

金属 aとして Mg、金属 bとして Tiを使用した。 Mgと Tiを Ar雰囲気中ボールミルにてメカニカルァロイングを行、混合した。

[0141] 図 9の Mg—Tiの相図の形より混合ェンタルピーが 0より大きいことを確認した。

[0142] このような金属同士は通常温度をあげても相互作用をもつものは得られないが、メ力-カルァロイングにより混合することにより相互に混合することができる。ここで相互に混合することができるのは、 2種の金属の境界面の一部がナノレベルで金属同士が混合しており、 2種の金属同士の境界面で相溶が生じているためと考える。

[0143] Mg— Tiを密閉系に静置し、約 0. 08MPaの窒素雰囲気としたとき、雰囲気圧力は

0. 08MPa力ら lOPaとなった。

[0144] (実施例 II 2)

金属 aとして Li、金属 bとして Feを使用した。 Liと Feを Ar雰囲気中ボールミルにてメ力-カノレア口イングを行、混合した。

[0145] 図 10の Li Feの相図の形より混合ェンタルピーが 0より大きいことを確認した。

[0146] このような金属同士は通常温度をあげても相互作用をもつものは得られないが、メ力-カルァロイングにより混合することにより相互に混合することができる。

[0147] Li— Feを密閉系に静置し、約 0. 08MPaの窒素雰囲気としたとき、雰囲気圧力は 0

. 08MPaから 6Paとなった。

[0148] 次に本発明の実施の形態 2の気体吸着合金に対する比較例を示す。

[0149] (比較例 II 1)

比較例の合金として、 Ni—Ti合金を用いた。 Niと Tiを Ar雰囲気中ボールミルにてメカ-カルァロイングを行い混合した。図 11に Ni— Tiの相図を示す。図 11より、 Ni— Ti合金は金属間化合物をつくることがわかる。

[0150] Ni— Tiを密閉系に静置し、約 0. 08MPaの窒素雰囲気としたとき、圧力減少はほとんどおこらなかった。

産業上の利用可能性

[0151] 以上のように、本発明の力かる気体吸着性物質は、気体吸着活性が高ぐ特に窒素あるいは酸素に対する吸着性能が高いため、蛍光灯中のガスの除去、断熱等の真空保持、希ガス中の微量ガスの除去、気体分離等様々な分野で用いることができる。

Claims

請求の範囲

[I] 少なくとも Liと、硬度が 5以上である固体物質とを含み、かつ 25°C常圧下で少なくとも窒素および/または酸素を吸着することを特徴とする気体吸着性物質。

[2] 前記固体物質が、少なくとも酸化物を含むことを特徴とする請求項 1に記載の気体吸着性物質。

[3] 前記 Liの少なくとも一部力粒径 lmm以下になっていることを特徴とする請求項 1 もしくは 2のいずれか一項に記載の気体吸着性物質。

[4] 少なくとも前記 Liと、前記固体物質の少なくとも一部とが、相溶していることを特徴とする請求項 1から 3いずれかに記載の気体吸着性物質。

[5] 少なくとも前記 Liと、前記固体物質とが、メカ-カルァロイングにより混合されていることを特徴とする請求項 1から 4のいずれか一項に記載の気体吸着性物質。

[6] 少なくとも Liと、 25°Cにおける硬度が 5以上でありかつ密度が 4gZcm³以下である固体物質とを含み、かつ 25°C常圧下で窒素を 5cm³Zg以上吸着可能とすることを特徴とする気体吸着性物質。

[7] 相互に金属間化合物をつくらない少なくとも 2種の金属力なり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことを特徴とする気体吸着合金。

[8] 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする請求項 7に記載の気体吸着合金。

[9] 少なくとも 298Kでの窒化物生成ェンタルピーが 0より小さい金属と、前記金属と金属間化合物をつくらない第 2の金属と力なり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルビーが 0より大きいことを特徴とする気体吸着合金。

[10] 2種の金属の間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする請求項 9に記載の気体吸着合金。

[II] 少なくとも Liと、 Liと金属間化合物をつくらない遷移金属とからなり、かつ前記 2種の金属の混合のェンタルピーが 0より大きいことを特徴とする気体吸着合金。

[12] 遷移金属と、 Liとの間で少なくとも一部は相溶が起こっていることを特徴とする請求項 11に記載の気体吸着合金。

[13] 少なくとも 2種の金属をメカニカルァロイングにより混合したことを特徴とする請求項 7から 12のいずれか一項に記載の気体吸着合金。

請求項 7〜請求項 13いずれか一項に記載の気体吸着合金と、請求項 1から 6のいずれか一項に記載の気体吸着性物質とを含むことを特徴とする気体吸着材。