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導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法 新技術説明会

国内特許コード P10P007217
掲載日 2010年5月14日
出願番号 特願2008-270238
公開番号 特開2010-097914
登録番号 特許第5483228号
出願日 平成20年10月20日(2008.10.20)
公開日 平成22年4月30日(2010.4.30)
登録日 平成26年2月28日(2014.2.28)
発明者
  • 近藤 剛史
  • 河合 武司
  • 李 相哲
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】比表面積の大きな多孔質体であって、良好な電気化学特性が期待できる導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜は、導電性ダイヤモンドの中空ファイバーが三次元的に絡み合って形成されているため、大きな比表面積を有し、また、貫通した中空体である中空ファイバーにより構成されるので、電解液等の流体の通過も容易であるため、高い電気化学的特性を得ることができる。かかる本発明の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜は、耐熱性のある繊維が三次元的に絡み合って形成される多孔質基材に導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液を塗布し、多孔質基材にダイヤモンドナノ粒子を固定し、化学気相成長法により、多孔質基材の表層部(表面及びその内部)に導電性ダイヤモンド膜を合成した後、導電性ダイヤモンド膜から多孔質基材を除去することにより得ることができる。
【選択図】図6A
従来技術、競合技術の概要


導電性ダイヤモンド薄膜は、機械的・熱的・化学的安定性、生体親和性に極めて優れた導電材料であり、高性能な電気化学電極材料として様々な用途に利用できる可能性がある。例えば、感度や安定性に優れた分析用電極材料として、あるいは長期安定性や電流効率に優れる電解合成用電極材料として、従来の電極材料(グラファイト系炭素材料、貴金属材料)の性能を凌駕するという研究報告がなされている。また、導電性ダイヤモンドの優れた基礎物性を考慮すると、その応用範囲はこれらの用途に限らず、燃料電池や二次電池等の各種電池や電気化学キャパシタ等、他の電気化学的用途に用いた場合でも従来の電極材料と比べて物理・化学安定性等に優れた特性を示すものと考えられる。



人工的にダイヤモンドを製造する方法としては、超高圧を用いる方法と気相から合成する方法の2つに大別されるが、大面積の膜が得られる方法として、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD法)が広く用いられている。基材の表面に薄膜を形成する蒸着法の一つである化学気相成長法(CVD法)は、石英等で出来た反応管内で加熱した所定の基板の表面に、目的とする薄膜(導電性ダイヤモンド膜)の成分を含む原料ガスを供給し、基板の表面あるいは気相での化学反応により膜を堆積する方法である。一方、CVD法で基板上に薄膜として作製される導電性ダイヤモンドは、基板の面積に左右されるため適用面積に制限があり、また加工性に乏しいことから、これらの電極材料に適した大きな比表面積を持つ形状を得ることは困難であり、適用範囲に制限があるという問題があった。



このような事情から、導電性ダイヤモンドを用いた電極材料について、基板上に導電性ダイヤモンドを薄膜として形成しないようにして、大きな比表面積を得るべく検討が進められている。例えば、ポーラスアルミナ膜をマスクとして、酸素プラズマエッチングによりアスペクト比の大きい細孔からなるナノハニカムダイヤモンド電極を得る方法が提供されている(例えば、非特許文献1を参照。)。また、他の例としては、炭素繊維からなるカーボンフェルトを基材として、かかる基材に導電性ダイヤモンドをコーティングしたダイヤモンド電極が作製されている(例えば、非特許文献2を参照。)。



【非特許文献1】
K.Hondaら「Electrochemical Characterization of the Nanoporous Honeycomb Diamond Electrode as an Electrical Double-Layer CapaCitor(電気二重層コンデンサーとしてのナノポーラスハニカムダイヤモンド電極の電気化学的挙動)」、J.Electrochem.Soc.,147、p.659-666(2000年)
【非特許文献2】
E.C.Almeidaら「Structural and voltammetric studies at boron-doped diamond electrode grown on carbon felt produced from different tempertures(異なる温度から得られたカーボンフェルトを基材としたボロンをドープしたダイヤモンド電極の成長に関する構造的及び電解分析な考察)」、Diamond and Relate Material 14,p.679-684(2005年)

産業上の利用分野



本発明は、導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法に関する。さらに詳しくは、比表面積が大きく、二次電池や電気化学キャパシタ等の電極材料や、ガスセンサー、燃料電池に用いるガス拡散電極等に適用可能な導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
導電性ダイヤモンドからなる中空ファイバーが三次元的に絡み合って形成され
前記中空ファイバーの外径が50nm~10μm、内径が20nm~5μm、長さが0.1~10mmであることを特徴とする導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜。

【請求項2】
請求項1に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法であって、
耐熱温度が250℃以上の繊維が三次元的に絡み合って形成される多孔質基材に導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液を塗布し、前記多孔質基材にダイヤモンドナノ粒子を固定する工程と、成長温度を250℃以上として、化学気相成長法(CVD法)により、前記多孔質基材の表層部に導電性ダイヤモンド膜を合成する工程と、前記導電性ダイヤモンド膜から前記多孔質基材を除去する工程、を含むことを特徴とする導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。

【請求項3】
前記多孔質基材の除去が、当該多孔質基材を溶解可能な溶液に浸漬することにより実施されることを特徴とする請求項に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。

【請求項4】
前記多孔質基材を構成する繊維が石英からなることを特徴とする請求項または請求項に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008270238thum.jpg
出願権利状態 登録
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