富勒烯结构体、其制造方法及其制造装置

1.本发明涉及富勒烯结构体、其制造方法及其制造装置。


背景技术：

2.富勒烯在单质的状态下是小的球状分子，显示出各种优异的特性，但在产业领域中作为富勒烯的集合体、复合体等被广泛应用。例如，在有机太阳能电池中，使用含有富勒烯的复合体作为受体材料，在有机晶体管中，富勒烯以薄膜形状形成在基板上而使用。在这样的用途中，由于作为球状分子的富勒烯是微粉末状，因此要将粒子状的富勒烯担载于担载体来使用。为了改善单独的富勒烯的操作性，期望形成富勒烯的微米级的结构体。另外，在微米级的结构体中，为了得到富勒烯单质的优异特性，也期望富勒烯的结晶性高。
3.有富勒烯连接成纤维状的富勒烯纳米晶须这样的材料。该结构体经由利用液液界面的形成方法(非专利文献1：k.miyazawa等，surf.interface anal.35，117(2003))而形成，因此其形成速度非常慢，在向产业领域的应用中成为瓶颈。
4.在专利文献1中，提出了通过在低温条件下混合含有金属过氧化物的异丙醇溶液和含有富勒烯类的甲苯溶液来制造中空六棱柱状富勒烯微细结构体的方法。
5.在专利文献1所公开的方法中，由于在低温下在溶液中进行反应，因此需要10小时以上的时间。
6.专利文献2中提出了如下方法：将含有铂催化剂和/或钌催化剂的异丙醇溶液和含有富勒烯的甲苯溶液在形成液相界面的状态下保持在-10～30℃，制作负载有金属催化剂的富勒烯纳米晶须-纳米纤维纳米管。
7.在专利文献2所公开的方法中，由于在低温下在液相界面进行反应，因此需要0.5～20天的时间。
8.专利文献3中提出了如下方法：用碳富勒烯类的饱和溶液和第二溶剂制作2个以上的界面，在各个界面使富勒烯纳米晶须集合体析出，制造富勒烯纳米晶须。
9.在专利文献3所公开的方法中，想要缩短富勒烯纳米晶须的形成时间，改善均匀性和长度的结构控制，但富勒烯纳米晶须的生长速度为1μm/min左右。
10.在专利文献4中，提出了在由富勒烯分子构成的细线的表面形成银离子粒子，细线构成六面体形状的碳结构体。另外，在专利文献4中，提出了通过对1-丁醇的银离子溶液进行孵育，在富勒烯溶液中添加银离子溶液，在富勒烯溶液与银离子溶液之间形成液液界面，使富勒烯结构体析出，从而制造碳结构体。
11.在专利文献4的实施例中，银离子溶液的孵育需要8～20天，富勒烯结构体的析出需要20～40小时。
12.专利文献5中提出了如下方法：向含有c60粉末和c70粉末的混合溶液中注入贫溶剂，形成液液界面，将生成了晶核的溶液在15℃下静置2天，制造目标长度和直径的双成分富勒烯纳米晶须。
13.现有技术文献
14.专利文献
15.专利文献1：日本特开2004-043245号公报
16.专利文献2：日本特开2006-083050号公报
17.专利文献3：日本特开2008-100874号公报
18.专利文献4：日本特开2011-219282号公报
19.专利文献5：日本特开2014-088305号公报
20.非专利文献
21.非专利文献1：k.miyazawa等，surf.interface anal.35，117(2003)


技术实现要素：

22.发明所要解决的课题
23.专利文献1～5中公开的富勒烯结构体的制造方法均为使用了液液界面的方法，存在富勒烯结构体的形成速度慢的倾向。
24.在专利文献3中，在使用液液界面的方法中，尝试缩短形成时间，但依然耗费时间，存在难以量产的问题。
25.在专利文献4及专利文献5中，虽然想要提供具备功能性的富勒烯结构体，但尚未充分缩短形成时间。
26.本发明的一个目的是提供结晶性高的富勒烯结构体。另外，本发明的另一目的在于短时间且简便地提供富勒烯结构体。
27.用于解决课题的方法
28.本发明的主旨在于以下的构成。
29.[1]一种富勒烯结构体，其包含柱状形状部和从前述柱状形状部突出的翅片部，前述柱状形状部和前述翅片部分别为富勒烯。
[0030]
[2]根据[1]所述的富勒烯结构体，其中，前述翅片部形成在前述柱状形状部的至少一个侧面上。
[0031]
[3]根据[1]或[2]所述的富勒烯结构体，其中，前述柱状形状部和前述翅片部分别为结晶富勒烯。
[0032]
[4]一种富勒烯结构体的制造方法，其包括将富勒烯原料在存在非氧化性气体的情况下加热至可升华温度以上以及对加热了前述富勒烯原料的气氛进行冷却。
[0033]
[5]根据[4]所述的富勒烯结构体的制造方法，其包括：向一个方向供给非氧化性气体，相对于非氧化性气体的供给方向，在上游侧将前述富勒烯原料加热至可升华温度以上，在下游侧对加热了前述富勒烯原料的气氛进行冷却。
[0034]
[6]一种富勒烯结构体的制造装置，其具备：反应容器，其具备第一区段和第二区段；原料投入部，其配置于前述第一区段；产物回收部，其配置于前述第二区段；加热器，其对前述反应容器内的第一区段进行加热；温度调节单元，其将前述反应容器内的第二区段调节为比前述第一区段低的温度；以及气体供给器，其向前述反应容器供给非氧化性气体。
[0035]
[7]根据[6]所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，前述反应容器为反应管，前述气体供给器从前述反应管的轴向的一端侧向前述反应管内供给非氧化性气体，相对于前述非氧化性气体的供给方向，在上游侧配置前述第一区段，在下游侧配置前述第二区段。
[0036]
[8]根据[6]或[7]所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，前述加热器从前述反应容器的外周侧对前述第一区段进行加热。
[0037]
[9]根据[6]或[7]所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，前述加热器设置在前述反应容器的内部。
[0038]
[10]根据[6]至[9]中任一项所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，具备从前述反应容器内排出气体的气体排出器。
[0039]
[11]根据[6]至[10]中任一项所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，具备对前述反应容器内的第二区段进行冷却的冷却器。
[0040]
[12]根据[6]至[11]中任一项所述的富勒烯结构体的制造装置，其中，具备控制前述加热器及前述气体供给器的控制部，前述控制部控制前述加热器，以使前述第一区段成为原料的可升华温度以上，并控制前述气体供给器，以使得按照前述第二区段的温度低于前述第一区段的温度的方式从所述气体供给器供给非氧化性气体。
[0041]
发明效果
[0042]
根据本发明，能够提供结晶性高的富勒烯结构体。另外，根据本发明，可以短时间且简便地提供富勒烯结构体。
附图说明
[0043]
[图1]图1是用于说明富勒烯结构体的制造方法的一例的概略说明图。
[0044]
[图2]图2是用于说明富勒烯结构体的制造装置的一例的概略立体图。
[0045]
[图3]图3是用于说明富勒烯结构体的制造装置的另一例的概略立体图。
[0046]
[图4]图4是例1～4中回收的富勒烯结构体的照片，(a)～(d)分别表示例1～例4的照片。
[0047]
[图5]图5是例1中得到的富勒烯结构体的扫描型电子显微镜(sem)照片。
[0048]
[图6]图6是例2中得到的富勒烯结构体的扫描型电子显微镜(sem)照片。
[0049]
[图7]图7是例3中得到的富勒烯结构体的扫描型电子显微镜(sem)照片。
[0050]
[图8]图8是对例1中得到的富勒烯结构体测定拉曼光谱的结果。
[0051]
[图9]图9是对例1中得到的富勒烯结构体测定xrd光谱的结果。
[0052]
[图10]图10是例5中得到的富勒烯结构体的扫描型电子显微镜(sem)照片。
具体实施方式
[0053]
以下，对本发明的一个实施方式进行说明，但以下的实施方式中的例示并不限定本发明。
[0054]
(富勒烯结构体)
[0055]
作为本实施方式的富勒烯结构体，其特征在于，包括柱状形状部和从柱状形状部突出的翅片部，柱状形状部和翅片部分别为富勒烯。
[0056]
由此，能够提供结晶性高的富勒烯结构体。
[0057]
本实施方式的富勒烯结构体由于柱状形状部和翅片部为富勒烯，因此能够在不担载于其他物质的情况下发挥功能。该富勒烯结构体可以具有微米级结构，进而可以具有毫米级结构。微米级的富勒烯结构体在操作性方面也具有优越性。纳米级的微粉末有难以处
理的倾向。
[0058]
另外，本实施方式的富勒烯结构体的结晶性高，富勒烯被紧密地填充，因此在导电性等方面能够显示出优越性。另外，富勒烯有望作为n型传导材料，通过制成本实施方式的富勒烯结构体，能够期待用途的扩展。另外，本实施方式的富勒烯结构体具有柱状形状部向一个方向延伸的结构，能够期待应用于电气配线等。本实施方式的富勒烯结构体具有容易取得电接触的优点。本实施方式的富勒烯结构体优选柱状形状部和翅片部分别为结晶富勒烯。通过使柱状形状部和翅片部为结晶富勒烯，结晶性变高，能够更好地发挥这些优点。
[0059]
由于本实施方式的富勒烯结构体能够如后述那样通过气相生长而形成，因此能够在短时间内生长到微米级，进而生长到毫米级。与此相对，以往的富勒烯纳米晶须材料是采用液液界面的形成方法，形成速度非常慢。本实施方式的富勒烯结构体的制造方法与以往相比，能够实现100倍以上的形成速度。
[0060]
一个实施方式的富勒烯结构体优选为包含柱状形状部和从柱状形状部突出的翅片部的形状。进一步，该富勒烯结构体优选为包含柱状形状部和从柱状形状部的至少1个侧面突出的翅片部的形状。
[0061]
在富勒烯结构体中，柱状形状具有短径和长径，大致的外形可以是圆柱、椭圆柱、多棱柱形状等。作为多棱柱形状，可以是三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱等。另外，柱状形状只要概略的外形为柱状即可，也可以是沿着柱状形状的长轴方向形成有槽、凸部等的形状。另外，柱状形状优选为实心形状。
[0062]
关于柱状形状，在长轴的全长上，与长轴正交的方向的截面形状可以大致相同，也可以不同。例如，也可以是柱状形状的一端侧的截面形状大、另一端侧的截面形状细、前端变细的形状。
[0063]
关于柱状形状，有时在生成晶体的核之后，晶体以晶体的核为起点向长轴方向的一个方向生长。在该状态下，柱状形状大多是一端侧变粗、另一端变细而成为前端变细的形状。
[0064]
翅片部从柱状形状突出地形成。该翅片部与柱状形状部一体地形成，因此在某种程度的混合处理、分散处理等中，能够维持该形状。
[0065]
认为翅片部是为了通过提高富勒烯结构体的结晶性来确保晶体稳定的形状而形成的。另外，认为若晶体的稳定面占优势，则翅片部的平面区域变大。
[0066]
翅片部的形状没有特别限定，优选为从柱状形状部的侧面突出的形状，且具有至少1个平面区域。更优选的是，翅片部以相对于柱状形状部的在翅片部突出的部分的截面的短径为0.5倍以上的长度、更优选为0.8倍以上的长度从柱状形状的侧面突出。
[0067]
翅片部的形状没有特别限定，优选柱状形状部的与长轴方向平行的方向的长度(a)比柱状形状部的与长轴方向正交的方向的最大长度(b)长。例如，更优选a/b为1.1倍以上且较长，进一步优选a/b为1.2倍以上。
[0068]
翅片部的形状没有特别限定，相对于柱状形状部的长径，可以遍及全长地形成，也可以局部地形成。例如，相对于柱状形状部的长径(c)，1个翅片部的长度(a)以a/c计优选为0.1～0.8，以a/c计优选为0.2～0.5，以a/c计更优选为0.2～0.4。
[0069]
将富勒烯结构体的一个实施方式示于图5。在图5中，x是柱状形状部，y是翅片部。
[0070]
在1个富勒烯结构体中，在柱状形状部上可以形成1个或2个以上的翅片部。在该情
况下，可以在柱状形状部的1个侧面形成1个或2个以上的翅片部，也可以在柱状形状部的2个以上的侧面分别形成1个或2个以上的翅片部。
[0071]
富勒烯结构体的尺寸没有特别限定，优选短径为1μm以上，短径可以为10μm以上，短径可以为50μm以上。短径与长径的纵横比没有特别限定，优选为1：1.1以上，更优选为1：1.5以上，也可以为1：2以上。
[0072]
在此，富勒烯结构体的短径和长径分别是根据包含柱状形状部和翅片部的整体外观形状的尺寸求出的数值。
[0073]
富勒烯结构体可以是各种富勒烯，例如可以举出c60、c70、c76、c80。另外，作为富勒烯结构体，也可以是富勒烯衍生物、用有机分子等修饰的功能性富勒烯等以富勒烯原料为来源的富勒烯。它们可以单独为1种，或者也可以为2种以上的组合。
[0074]
富勒烯结构体优选整体上显示结晶性，具体而言，优选柱状形状部和翅片部分别为结晶富勒烯。富勒烯结构体优选为面心立方晶格。
[0075]
(富勒烯结构体的制造方法)
[0076]
以下，对本实施方式的富勒烯结构体的制造方法的一例进行说明。需说明的是，本实施方式的富勒烯结构体并不限定于通过以下的制造方法而制造的富勒烯结构体。
[0077]
本实施方式的富勒烯结构体的制造方法的特征在于，包括将富勒烯原料在存在非氧化性气体的情况下加热至可升华温度以上以及对加热了富勒烯原料的气氛进行冷却。
[0078]
由此，能够短时间且简便地提供富勒烯结构体。另外，根据该方法，能够提供结晶性高的富勒烯结构体。
[0079]
根据该制造方法，能够通过热处理这样的比较简单的方法来提供富勒烯结构体。另外，根据该制造方法，可以不经由液相、催化剂等而提供富勒烯结构体，可以提供高纯度的富勒烯结构体。
[0080]
在加热富勒烯原料的工序中，加热温度优选为富勒烯的可升华温度以上。
[0081]
可升华温度是指富勒烯至少部分地开始升华的温度。
[0082]
具体而言，加热温度优选为700℃以上，更优选为800℃以上，进一步优选为900℃以上。通过在700℃以上进行加热，富勒烯部分地开始升华。虽然也依赖于反应容器的尺寸及形状、加热时间等反应条件，但通过在800℃以上进行加热，更多的富勒烯升华。
[0083]
加热温度只要是富勒烯部分升华的温度则足够。需要说明的是，通过加热至富勒烯的升华温度以上，能够缩短富勒烯升华的时间而有效地进行反应。从该观点出发，加热温度优选为1200℃以下，更优选为1000℃以下，进一步优选为950℃以下。
[0084]
例如，加热温度优选为700～1200℃，更优选为800～1000℃，更优选为900～950℃。
[0085]
在加热富勒烯原料的工序中，气氛优选为非氧化性，更优选为非活性气氛。由此，能够防止由氧化反应引起的副产物的产生。
[0086]
作为非氧化性气体，可以举出氩气、氮气、氦气等非活性气体等，也可以是它们的混合气体。另外，也可以将反应容器内设为真空气氛。
[0087]
在对富勒烯原料进行加热的工序中，优选为，在可升华温度以上的温度范围内，将反应容器内设为非氧化性气体。例如，为了提高反应容器内的清洁度，也可以在将反应容器内置换为非氧化性气体之后开始富勒烯原料的加热。
[0088]
在加热富勒烯原料的工序中，只要非氧化性气体填充于反应容器内即可。例如，在将非氧化性气体填充到反应容器中之后，进行加热，通过气流的对流，加热后的气氛被运送到非加热区域而被冷却，能够使富勒烯结构体析出。另外，详细内容后述，也可以通过向反应容器内持续供给非氧化性气体，在反应管内产生一个方向的气流，将加热后的气氛运送到非加热区域。
[0089]
另外，在对加热了富勒烯原料的气氛进行冷却的工序中，优选在可升华温度以上的温度范围内使反应容器内为非氧化性气体。例如，更优选在冷却工序中在300℃以上的温度范围内使反应容器内成为非氧化性气体，也可以在冷却至室温的期间内使反应容器内成为非氧化性气体。
[0090]
在对富勒烯原料进行加热的工序中，加热时间根据所投入的原料的质量、反应容器的大小、加热温度等反应条件而适当调节。加热时间是从达到规定的加热温度起直至冷却至低于该温度为止的时间。
[0091]
例如，加热时间优选为10分钟以上，更优选为30分钟以上，进一步优选为1小时以上。由此，能够进一步促进富勒烯原料的升华，析出富勒烯结构体。
[0092]
加热时间优选为10小时以下，更优选为5小时以下，也可以为2小时以下。在一个实施方式的方法中，即使在短时间的热处理中也能够析出富勒烯结构体，因此能够在该范围内进一步缩短时间而进行反应。
[0093]
需要说明的是，所得到的富勒烯结构体的尺寸存在因加热温度高、加热时间长等而变大的倾向。因此，可以根据期望的尺寸适当调节加热温度和加热时间。例如，随着加热时间变长，存在在析出的富勒烯结构体的长轴方向上变长的倾向。因此，为了得到长轴方向更长的结构体，可以延长加热时间。
[0094]
在加热富勒烯原料的工序中，升温速度也取决于加热方法、反应容器的大小等，例如优选为10～100℃/分钟，更优选为20～30℃/分钟。
[0095]
在加热富勒烯原料的工序中，压力没有特别限定，可以在大气压下进行反应。
[0096]
在加热富勒烯原料的工序中，富勒烯原料的投入量可以根据反应容器的大小等制造条件等适当设定。富勒烯原料可以进行分批处理，也可以连续提供。
[0097]
对加热了富勒烯原料的气氛进行冷却的工序是为了对含有经过加热富勒烯原料的工序而升华了的富勒烯原料的气氛进行冷却而进行的。由此，富勒烯晶体的核从含有升华的富勒烯原料的气氛中析出，在反应容器内，例如在反应容器的底面堆积结晶富勒烯。可以认为，由于堆积的富勒烯处于维持在一定程度的高温的状态，因此保持活性的状态，晶体生长缓慢地进行。最终，可以形成具有翅片部的柱状形状的富勒烯结构。
[0098]
在对加热了富勒烯原料的气氛进行冷却的工序中，冷却优选为低于富勒烯的可升华温度的温度，进而更优选为富勒烯晶体的核开始析出的温度以下。
[0099]
冷却可以在空气中自然冷却，也可以通过冷却器强制冷却，还可以以缓慢的冷却速度冷却。
[0100]
作为富勒烯原料，没有特别限定，可以为各种富勒烯，例如可以举出c60、c70、c76、c80等。
[0101]
另外，作为富勒烯原料，可以使用富勒烯衍生物、用有机分子等修饰的功能性富勒烯等。
[0102]
富勒烯原料可以是粉末、粒状、块状等中的任一种。
[0103]
富勒烯原料可以单独使用1种或组合使用2种以上。
[0104]
作为制造富勒烯结构体的优选的一例，包括：向一个方向供给非氧化性气体，相对于非氧化性气体的供给方向，在上游侧将富勒烯原料加热至可升华温度以上，在下游侧将加热了富勒烯原料的气氛冷却。
[0105]
在该方法中，能够更简便地进行富勒烯原料的加热至冷却。
[0106]
通过向一个方向供给非氧化性气体，在反应体系中产生一个方向的气流。通过相对于非氧化性气体的供给方向而在上游侧将富勒烯原料加热至可升华温度以上，从而富勒烯原料在上游侧被加热而能够形成包含富勒烯原料的气氛。而且，虽然该气氛沿着一个方向的气流而被输送至下游侧，但是在被输送至下游侧的非加热区域的过程中，包含富勒烯原料的气氛会被暴露在温度更低的区域中。这样，含有富勒烯原料的气氛被冷却，从而形成富勒烯晶体的核，从而析出富勒烯结构体。此时，在一个方向的气流的下游侧，在成为适当的冷却温度的部位，富勒烯结构体析出并堆积。
[0107]
在这样的反应体系中，通过控制富勒烯原料的加热温度、非氧化性气体的供给速度等，使反应体系整体的温度梯度恒定，从而能够使富勒烯结构体析出并堆积的位置大致固定化。
[0108]
非氧化性气体的供给速度优选为0.1～2l/分钟，更优选为0.2～1l/分钟。
[0109]
非氧化性气体的排出可以通过气体排出管向大气开放，也可以使用风扇等强制地排出。
[0110]
图1表示用于说明该方法的概略说明图。图1是示意性地表示反应管的截面的图，31是反应管，32是原料投入部，33是产物回收部，34是加热器，38是载置富勒烯原料的试样台，用x表示非氧化性气体的供给方向。
[0111]
在反应管31内的试样台38上的原料投入部32上载置富勒烯原料，通过加热器34从反应管1的外侧对加热区域1a进行加热，从而富勒烯原料被加热至可升华温度以上而升华。而且，含有富勒烯原料的气氛通过非氧化性气体的气流而被运送至供给方向x的下游侧的非加热区域31b。而且，在供给方向x的下游侧的产物回收部33中形成富勒烯晶体的核，从而使富勒烯结构体析出。
[0112]
(富勒烯结构体的制造装置)
[0113]
以下，对本实施方式的富勒烯结构体的制造装置的一例进行说明。另外，本实施方式的富勒烯结构体并不限定于通过以下的制造装置而制造的富勒烯结构体。另外，本实施方式的富勒烯结构体的制造方法并不限定于使用以下的制造装置的方法。
[0114]
本实施方式的富勒烯结构体的制造装置的特征在于，具备：反应容器，其具备第一区段和第二区段；原料投入部，其配置于第一区段；产物回收部，其配置于第二区段；加热器，其对反应容器内的第一区段进行加热；温度调节单元，其将反应容器内的第二区段调节为比第一区段低的温度；以及气体供给器，其向反应容器供给非氧化性气体。
[0115]
由此，能够短时间且简便地提供富勒烯结构体。另外，根据该方法，能够提供结晶性高的富勒烯结构体。
[0116]
根据该制造装置，能够通过热处理这样的比较简便的方法来提供富勒烯结构体。此外，根据该制造装置，能够不经由液相、催化剂等而提供富勒烯结构体，从而能够提供高
纯度的富勒烯结构体。
[0117]
作为本实施方式的富勒烯结构体的制造装置的优选的一例，反应容器为反应管，气体供给器从反应管的轴向的一端侧向反应管内供给非氧化性气体，相对于非氧化性气体的供给方向，在上游侧配置第一区段，在下游侧配置第二区段。
[0118]
在该装置中，作为温度调节单元，通过控制非氧化性气体的气流和加热器的加热，能够将反应容器内的第二区段调节为比第一区段低的温度。
[0119]
将反应容器内的第二区段调节为比第一区段低的温度的方法并不限定于此，也可以利用对反应容器内的1个部位进行加热而使气流对流的现象，使反应容器内产生温度梯度。
[0120]
图2表示一个实施方式的富勒烯结构体的制造装置的一例。
[0121]
在图2所示的富勒烯结构体的制造装置100中，1为反应管，2为原料投入部，3为产物回收部，4为加热器，5为气体供给器，6为气体供给管，7为气体排出管，8为试样台。加热器4和气体供给管6的气体调节阀6a与控制部10连接而能够控制。图中，x表示气体的供给方向。
[0122]
需要说明的是，作为制造装置的其他例子，也可以分别设置控制加热器4的控制部和控制气体供给管6的气体调节阀6a的控制部。
[0123]
反应管1从气体供给方向x的上游侧起依次划分为非加热区域1c、作为第一区段的加热区域1a、作为第二区段的非加热区域1b。
[0124]
反应管1优选为对加热温度具有耐久性且在高温下不会在管内混入杂质的材料，例如优选为石英玻璃、陶瓷等。
[0125]
从反应管内的压力负荷变得均匀、防止反应管的损伤的观点出发，反应管1优选为圆筒状。
[0126]
加热器4是线圈加热器，在加热区域1a卷绕设置于反应管1的外周面。加热器4的线圈加热器与未图示的电源连接，通过流过电流而发热，能够根据电流量来控制温度。该温度控制能够由控制部10进行。
[0127]
需要说明的是，加热器4并不限定于线圈加热器，能够使用板式加热器、辐射加热器等各种加热器。另外，根据反应容器的种类、大小，也可以在反应容器内设置加热器。
[0128]
反应管1的内部能够设置试样台8。试样台8能够载置并投入富勒烯原料，另外，能够堆积并回收反应后的富勒烯结构体。试样台8以能够调节高度的方式设置在反应管1内。
[0129]
试样台8优选具有耐热性且即使在高温下反应性也低的材料，例如优选石英基板、硅(si)基板等。
[0130]
也可以不使用试样台8，但若考虑反应管1内部的清扫，则通过使用试样台8能够连续且顺畅地进行反应。
[0131]
气体供给器5填充有非氧化性气体，能够经由气体供给管6向反应管1供给非氧化性气体。气体供给器5与反应管1的一端侧连接，能够从反应管1的一端侧供给非氧化性气体。在从气体供给器5到反应管1之间设置有气体调节阀6a，通过控制部10能够控制非氧化性气体的供给量。
[0132]
作为气体排出器的气体排出管7与反应管1的另一端侧连接，能够从反应管1的另一端侧排出气体。排出的气体也可以通过向大气开放而排出。另外，也可以使用风扇等强制
地排出。排出的气体也可以通过未图示的排气处理装置进行处理。
[0133]
原料投入部2配置于反应管1内的加热区域1a。可以在加热器4的卷绕有线圈加热器的区域中投入并放置富勒烯原料。
[0134]
产物回收部3配置于反应管1内的非加热区域1b。该位置成为未卷绕加热器4的线圈的区域。详细而言，产物回收部3的位置成为如下位置，即，包含在加热区域1a中被加热并升华的富勒烯原料的气氛被向气体供给方向x的下游侧运送，并在非加热区域1b中被冷却至适当的温度的位置。该位置可以通过控制反应管的大小及形状、非氧化性气体的供给速度、加热温度等而固定化。
[0135]
图3表示一个实施方式的富勒烯结构体的制造装置的另一例。在图3中，关于与上述的图2共通的部件，表示相同的符号，关于没有特别说明的部位，与上述的图2相同。
[0136]
在图3中，富勒烯结构体的制造装置100具备原料投入管9。
[0137]
原料投入管9为耐热性的管状结构，以在非加热区域1c贯通反应管1、开口部位于反应管1内的原料投入部2附近的方式插入。由此，能够从反应管1的外侧向反应管1内的原料投入部2投入富勒烯原料。通过使用该装置，能够一边继续利用加热器4进行加热，一边使反应管1内的气氛恒定，连续地投入原料来进行反应。
[0138]
在原料投入管9中，也可以在投入原料的一侧的开口部设置盖。在不从原料投入管9投入原料的期间，通过在原料投入管9的开口部盖上盖，能够更均匀地保持反应管1内的气氛和温度。
[0139]
本实施方式的富勒烯结构体可以作为碳材料应用于电池领域、有机电子领域等。具体而言，可以应用于有机晶体管、燃料电池用电极材料、有机太阳能电池用电极材料、催化剂担载材料、n型碳材料等。
[0140]
实施例
[0141]
以下，通过实施例详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
[0142]
(制造例1)
[0143]
按照以下的步骤由富勒烯原料制作富勒烯结构体。
[0144]
富勒烯原料使用富勒烯-c
60
(sigma-aldrich公司制，98％)。
[0145]
加热装置使用筒状的小型均热处理装置。将该装置的概略图示于图2。在实验中，在试样台8上，分为富勒烯原料投入部2和产物回收部3而设置2个硅基板。
[0146]
首先，在硅(si)基板上载置富勒烯原料，将其配置在反应管1内，进行调节以使富勒烯原料的载置部位于加热区域1a。另外，在反应管1内的非加热区域1b配置回收用的硅基板。接着，从反应管1的一端侧以每分钟0.5l供给氩气，从另一端侧排出，用氩气将反应管1内填充。接着，在以每分钟0.5l供给氩气的状态下，利用线圈加热器4对反应管1的加热区域1a进行加热。
[0147]
加热是将升温速度设为20～30℃/分钟，到达加热温度后保持1小时，然后进行空冷。冷却至300℃以下后，停止氩的供给。加热温度如表1所示。
[0148]
通过反应管1的加热区域1a的加热，富勒烯原料升华，含有富勒烯原料的气氛通过氩气被输送到下游侧的非加热区域1b，富勒烯晶体在一定的位置析出，富勒烯晶体堆积在回收用的硅基板上。
[0149]
反应管为内径轴向的长径500mm、石英玻璃制。
[0150]
硅基板(富勒烯原料投入部)为2mm
×
2mm。
[0151]
硅基板(产物回收部)为1mm
×
3mm。
[0152]
富勒烯原料的提供量为0.1～0.3g。
[0153]
相对于富勒烯原料的供给量，观察富勒烯晶体的生成量，根据以下的基准，评价富勒烯晶体的析出。将结果示于表1。
[0154]
a：能够确认富勒烯晶体的生成。
[0155]
b：能够确认富勒烯晶体的生成，但富勒烯晶体的生成量比上述a少。
[0156]
c：不能确认富勒烯晶体的生成。
[0157]
[表1]
[0158] 加热温度(℃)富勒烯晶体的析出例1900a例2800a例3700b例4650c
[0159]
如表所示，在c
60
富勒烯中，通过将加热温度控制在700℃以上，可以确认富勒烯晶体的生成。
[0160]
在800℃以上的加热中，富勒烯原料的升华量多，在非加热区域1b的冷却部析出了大量的富勒烯晶体。
[0161]
在700℃的加热中，富勒烯原料的升华量稍微减少，在冷却部中，富勒烯晶体的生成量稍微减少。
[0162]
在650℃，富勒烯原料几乎全部残留在加热区域1a中，在冷却部中无法确认富勒烯晶体的生成。
[0163]
图4示出了在非加热区域1b中沉积在用于回收的硅基板上的富勒烯晶体的照片。图中(a)～(d)分别表示例1～例4的照片。图中，黑色部分为硅基板。在硅基板上，在例1～例3中观察到粒状的富勒烯晶体，在例4中未观察到富勒烯晶体。
[0164]
对得到的富勒烯结构体进行扫描型电子显微镜(sem)观察。
[0165]
图5表示例1的sem照片图像，图6表示例2的sem照片图像，图7表示例3的sem照片图像。在sem照片图像中，照片下部的白线在图5和图6中表示100μm的标尺，在图7中表示10μm的标尺。
[0166]
由这些图可以确认，例1～例3的富勒烯结构体是在柱状形状部具备翅片部的结构。在进行了更高温处理的例1中，确认到结晶性良好、漂亮的柱状形状部和大的翅片部。对此，考虑是在高温加热中，优先形成能量上稳定的面取向，面取向的数量变少，翅片部大幅生长。在例2中，在一部分中观察到不规则的结构体。在例3中，确认了形成于柱状形状部的翅片部的形状小，翅片部具有各种面方位。认为这是因为由于低温处理而结晶性降低。
[0167]
图8表示对例1中得到的富勒烯结构体测定拉曼光谱的结果。
[0168]
由该图可以确认，根据拉曼光谱的峰位置，例1的富勒烯结构体为c
60
富勒烯。
[0169]
图9表示对例1中得到的富勒烯结构体测定xrd光谱的结果。
[0170]
由该图可以确认，例1的富勒烯结构体为面心立方晶格(fcc)。认为由于例1的富勒烯结构体显示完美的面心立方晶格，因此在图5所示的sem照片图像中，形成于柱状形状部
的翅片部的平面部变大。
[0171]
(制造例2)
[0172]
在上述制造例1的例1中，将加热时间变更为10分钟，除此以外，按照同样的步骤，制作例5的富勒烯结构体。
[0173]
图10表示对得到的富勒烯结构体进行扫描型电子显微镜(sem)观察的结果。在sem照片图像中，照片下部的白线表示100μm的标尺。
[0174]
根据该图，即使加热时间短至10分钟，也观察到具有翅片部的柱状晶体的生成。若对比例1和例5的sem照片图像，则能够确认加热时间长、为1小时时，晶体生长进展，形成于柱状晶体的翅片部的形状变大。
[0175]
符号说明
[0176]
1反应管，2原料投入部，3产物回收部，4加热器，5气体供给器，6气体供给管，7气体排出管，8试样台，9原料投入管，10控制部，100装置，31反应管，32原料投入部，33产物回收部，34加热器，38试样台。