JPH04366503A

JPH04366503A - 炭素クラスター電導体

Info

Publication number: JPH04366503A
Application number: JP3140363A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Ueha; 上羽　良信; Gunji Saito; 斎藤　軍治
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1992-12-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な炭素クラスター
電導体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近時、複
数個の炭素原子が球状に繋がった、いわゆるフラーレン
（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ）構造を有する、Ｃ６０、Ｃ７
０等の炭素クラスターからなる薄膜に、アルカリ金属を
ドープした有機電導体が提案された（Ｈａｄｄｏｎ　Ｒ
．Ｃ．　ｅｔ　ａｌ．　Ｎａｔｕｒｅ　Ｖｏｌ．３５０
　，３２０−３２２　，２８　Ｍａｒｃｈ　１９９１　
およびＨｅｂａｒｄ　Ａ．Ｆ．　ｅｔ　ａｌ．　Ｎａｔ
ｕｒｅ　Ｖｏｌ．３５０　，６００−６０１　，１８　
Ａｐｒｉｌ　１９９１　参照）。前者の論文では、例え
ばカリウム（Ｋ）またはルビジウム（Ｒｂ）をドープし
たＣ６０の薄膜において、それぞれ、５００Ｓ／ｃｍ、
１００Ｓ／ｃｍの電導度が得られることが報告されてお
り、後者の論文では、上記カリウムをドープしたＣ６０
の薄膜が、マイクロ波吸収と磁化測定の結果から臨界温
度Ｔｃ＝１８Ｋ、抵抗測定の結果から臨界温度Ｔｃ＝１
６Ｋの超電導性を示すことが報告されている。また、ル
ビジウムをドープしたＣ６０の薄膜は、未確認ながら、
臨界温度Ｔｃ＝３０Ｋの超電導性を示すとされている。

【０００３】しかし、上記アルカリ金属をドープした有
機電導体は不安定で、短期間に電導度が低下してしまう
という問題があった。これは、アルカリ金属自体が周知
のように反応性が高く不安定である上、このアルカリ金
属のドープにより生成される化合物も不安定であり、例
えば空気中の酸素や水と反応し易いことが原因と考えら
れる。

【０００４】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであって、炭素クラスターからなり、しかも、安定で
、電導度が短期間に劣化するおそれのない炭素クラスタ
ー電導体を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための、本発明の炭素クラスター電導体は、π電
子共役系を有する炭素クラスターに、アルカリ土類金属
元素の陽イオン、遷移金属元素の陽イオン、［ＮＨ４　
］＋　および［ＰＨ４　］＋　からなる群より選ばれた
少なくとも１種のドナー、または、トリハライド、Ａｕ
Ｉ２　−　、ＡｕＢｒ２　−　、ＮＯ３　−　、ＢＦ４
　−　、ＣｌＯ４　−　、ＲｅＯ４　−　、ＰＦ６　−
　、ＡｓＦ６　−　、Ｃｌ・Ｈ２Ｏ、Ｃｕ（ＮＣＳ）２
　−　およびＣｕ［Ｎ（ＣＮ）２　］Ｂｒ−　からなる
群より選ばれた少なくとも１種のアクセプターをドーピ
ングしてなることを特徴とする。

【０００６】炭素クラスターとしては、前記Ｃ６０、Ｃ
７０の他、Ｃ２ｎ（但し１０≦ｎ≦１００）で表される
、π電子共役系を有する種々の炭素クラスターを使用す
ることができる。上記炭素クラスターは、原料としての
グラファイトやカーボンから、アーク放電、抵抗加熱、
レーザービーム加熱、マグネトロンスパッタリング等に
よって得たスートを、溶媒抽出、カラムクロマトグラフ
精製等により、９９．９％以上の高純度に精製すること
で製造される。

【０００７】上記炭素クラスターは、粉末、微粒子、粉
末圧縮シート、ペレット、板、薄膜、線、テープ等の種
々の形態に加工して使用することができる。炭素クラス
ターにドープされるドナーとしては、アルカリ金属より
安定な、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、
カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウ
ム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属元素の陽イオン、チタ
ン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（
Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃ
ｕ）等の遷移金属元素の陽イオン、［ＮＨ４　］＋　、
［ＰＨ４　］＋　からなる群より選ばれた少なくとも１
種があげられる。

【０００８】一方、アクセプターとしては、アルカリ金
属より安定な、Ｉ３−　、Ｂｒ３　−　、ＩＢｒ２　−
　等のトリハライド、ＡｕＩ２　−　、ＡｕＢｒ２　−
　、ＮＯ３　−　、ＢＦ４　−　、ＣｌＯ４　−　、Ｒ
ｅＯ４　−　、ＰＦ６　−　、ＡｓＦ６　−　、Ｃｌ・
Ｈ２　Ｏ、Ｃｕ（ＮＣＳ）２　−　、Ｃｕ［Ｎ（ＣＮ）
２　］Ｂｒ−　からなる群より選ばれた少なくとも１種
があげられる。上記ドナーまたはアクセプターの、炭素
クラスターへのドーピング方法としては、炭素クラスタ
ーの形状その他の条件に応じて、電解法、気相法等の、
従来公知の種々のドーピング方法を採用することかでき
る。電解法としては、定電圧または定電流の電気化学的
酸化還元法があげられ、特に、定電圧印加による電気化
学的酸化還元法が好ましい。また、気相法としては、真
空拡散法、イオン注入法等があげられる。

【０００９】上記構成からなる、本発明の炭素クラスタ
ー電導体においては、アルカリ金属よりも安定な、前記
例示のドナーまたはアクセプターをドーパントとして使
用しているので、電導度が短期間に低下するおそれがな
く、安定である。また、本発明の炭素クラスター電導体
は、Ｃ２ｎで表される炭素クラスターの構造、特に、Ｃ
６０のサッカーボール状の構造から判るように、３次元
的な性質を期待でき、従来の有機電導体、超電導体が１
次元または２次元的な性質を有し、応用が次元性によっ
て制約されていたのに対し、このような制約を解消して
、種々の応用を可能にできる。

【００１０】また、ドーパントの選択、ドープ濃度の設
定等の条件によっては、アルカリ金属をドーパントとし
て用いた場合と同様に、２０〜３０Ｋという高い臨界温
度を有し、しかも安定な超電導体を製造することも可能
である。さらに、ドーパントとしてＦｅ、Ｃｒ等の遷移
金属を使用した場合には、磁性材料としての利用も可能
である。

【００１１】しかも、炭素クラスターは、前述したよう
に、粉末、微粒子、粉末圧縮シート、ペレット、板、薄
膜、線、テープ等の多様な形態に加工して使用すること
ができるので、本発明の炭素クラスター電導体は、軽量
の電導体、超電導体として、電磁シールド、磁気シール
ド、ベアリング、各種線材、センサ等の種々の分野での
工業的利用価値の高いものである。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明を、実施例にもとづいて説明
する。実施例１グラファイトロッドのアーク放電による、既知のスート
製造方法によってスートを製造し、得られたスートをベ
ンゼンによって処理してベンゼンに不溶の成分を除去し
たのち、上記スートの、ベンゼンに可溶の成分を溶解し
た溶液を濃縮して、Ｃ２ｎ（但し１０≦ｎ≦１００）で
表される炭素クラスターの粗生成物を回収した。

【００１３】つぎに、この粗生成物を、Ｃ１８シリカ担
体と、トルエン／イソプロパノール（２：３）混合溶媒
とを用いた逆相クロマトグラフによって複数の成分に分
離精製した。精製された炭素クラスターをＭＳ分析によ
って分析したところ、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８
、Ｃ８４等の各炭素クラスターが確認された。つぎに、
上記分離精製によって得られた各炭素クラスターのうち
のＣ６０を、真空度１×１０−５〜１×１０−８Ｔｏｒ
ｒ、蒸発源温度２００〜４５０℃の条件で、真空蒸着法
によって導電性ＮＥＳＡガラス基板の表面に蒸着して、
厚み１００〜１００００ÅのＣ６０膜を形成した。

【００１４】つぎに、ドナーの原料であるＮＨ４　Ｉを
エタノールで溶解した電解液（ＮＨ４　Ｉ濃度０．１Ｍ
）中に、上記Ｃ６０膜が形成された基板と、直径１ｍｍ
の白金線と、銀−塩化銀（Ａｇ／Ａｇ＋　）電極とを浸
漬し、基板を負極、白金線を正極、銀−塩化銀電極を参
照電極として、定電圧法（印加電圧０．３Ｖ、液温２０
℃）により３日間の電解還元反応を行い、ドナーとして
の［ＮＨ４　］＋　をＣ６０膜にドーピングした。

【００１５】得られた［ＮＨ４　］＋　ドープＣ６０膜
の抵抗は１０−２Ωｃｍを示し、高い導電性を有するこ
とが判った。また、上記［ＮＨ４　］＋　ドープＣ６０
膜は、極性溶媒であるエタノール中で製造されることか
ら、空気中の酸素や水等と反応し難く、極めて安定な膜
であることが予測された。

【００１６】実施例２上記実施例１と同様にして、導電性ＮＥＳＡガラス基板
の表面に厚み１００〜１００００ÅのＣ６０を蒸着した
後、得られたＣ６０膜の表面の所定位置に金を蒸着して
電極を形成した。つぎに、この電極に、抵抗測定用のリ
ード線を金ペーストによって接続した後、アクセプター
の原料であるヨウ素結晶上に、上記基板をセットした。

【００１７】そして、Ｃ６０膜の抵抗を測定しながらヨ
ウ素のドーピングを行ったところ、抵抗値が時間ととも
に低下し、このことから、ヨウ素がＣ６０膜にドーピン
グされて、導電性膜が得られたことが判った。また、ド
ープ終了後のヨウ素ドープＣ６０膜を空気中に２４時間
放置した後、同様にＣ６０膜の抵抗を測定したところ、
ドープ終了時の抵抗値と殆ど変わらない値を示し、この
ことから、上記ヨウ素ドープＣ６０膜は、空気中の酸素
や水等と反応し難く、極めて安定な膜であることが判っ
た。

【００１８】

【発明の効果】本発明の炭素クラスター電導体は、以上
のように構成されており、アルカリ金属よりも安定なド
ナーまたはアクセプターをドーパントとして使用してい
るので、電導度が短期間に低下するおそれがなく、安定
性に優れている。しかも、上記炭素クラスター電導体は
、炭素クラスターの構造上、３次元的な性質を期待でき
、従来の有機電導体、超電導体のような次元性の制約を
解消できる。さらに、上記炭素クラスター電導体は、ド
ーパントの種類等の条件によっては、アルカリ金属をド
ーパントとして用いた場合と同様に、２０〜３０Ｋとい
う高い臨界温度を有し、しかも安定な超電導体を製造す
ることも可能である。したがって、本発明の炭素クラス
ター電導体は、種々の分野での工業的利用価値の高いも
のである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】π電子共役系を有する炭素クラスターに、
アルカリ土類金属元素の陽イオン、遷移金属元素の陽イ
オン、［ＮＨ４　］＋　および［ＰＨ４　］＋　からな
る群より選ばれた少なくとも１種のドナー、または、ト
リハライド、ＡｕＩ２　−　、ＡｕＢｒ２　−　、ＮＯ
３　−　、ＢＦ４　−　、ＣｌＯ４　−　、ＲｅＯ４　
−　、ＰＦ６　−　、ＡｓＦ６　−　、Ｃｌ・Ｈ２　Ｏ
、Ｃｕ（ＮＣＳ）２　−　およびＣｕ［Ｎ（ＣＮ）２　
］Ｂｒ−　からなる群より選ばれた少なくとも１種のア
クセプターをドーピングしてなることを特徴とする炭素
クラスター電導体。