JP2003001600A

JP2003001600A - 炭素細線及び炭素細線の製造方法

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Publication number: JP2003001600A
Application number: JP2002066141A
Authority: JP
Inventors: Kunichi Miyazawa; 薫一宮澤; Makoto Kuwabara; 誠桑原
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: US20020192143A1; US6890505B2; JP3785454B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フラーレンを構成要素とする新規な炭素細線
を得る。【解決手段】滑らかな表面を有するフラーレンの針状
結晶であることを特徴とする炭素細線を提供する。この
炭素細線は、（１）フラーレンを溶解している第１溶媒
を含む溶液と、前記第１溶媒よりもフラーレンの溶解能
が小さな第２溶媒とを合わせる工程、（２）前記溶液と
前記第２溶媒との間に液−液界面を形成する工程、及び
（３）前記液−液界面にて炭素細線を析出させる工程を
含む方法により製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラーレンを構成
要素とする炭素材料、特に、炭素細線及び炭素細線の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃ_６０は、代表的なフラーレンである。
このＣ_６０から構成される針状物質は、Ｃ_６０のトルエ
ン溶液から得られることが知られている（S. Ogawa，
H. Furusawa, T. Watanabe, and H. Yamamoto, “Obser
vation of condensed structureof C₆₀ assembled from
solution” Journal of Physics and Chemistry of So
lids 61(2000)1047-1050参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる文献
は、Ｃ_６０のトルエン溶液からＣ_６０を析出させ、かか
る針状物質を得ることを記載しているのみである。ま
た、かかる文献は、６月かけて２０ｍｍほどに、極めて
ゆっくりと、針状物質を成長させる技術を記載している
に過ぎない。かかる文献記載の方法は、Ｃ_６０の針状物
質の成長速度が小さ過ぎ、極めて長時間を要する。

【０００４】このように、フラーレンを構成要素とする
１次元物質、特に、針金状炭素材料を作製する場合、実
用上十分な成長速度が得られない難点がある。

【０００５】また、かかる従来のＣ_６０の針状物質は、
トルエンのみを溶媒とするＣ_６０の溶液から析出させて
得られる。かかる針状物質は非晶質であることが記載さ
れている（前記文献参照）。

【０００６】特開平１０−１３０６号公報明細書には、
フラーレン単量体の溶液にフラーレンの貧溶媒を添加す
ることによって得られる会合体が記載されている。

【０００７】しかし、かかる会合体はフラーレン単量体
がファンデルワールス力で会合したもので、結晶ではな
く、しかも粒状物質である。

【０００８】また、Ｃ_６０針状物質は、９５重量%ヘキ
サン−５重量%ベンゼンにＣ_６０を溶解した溶液及び同
様の組成の溶液を室温から８０℃の間で蒸発して得られ
ることが知られている（Y. Yosida, Jpn. J. Appl. Phy
s. 1992; 31: L505，”Scanning electron microscope
images of C_６０ whiskers”）。

【０００９】しかし、その針状結晶は極めて粗い表面を
有し、滑らかな表面を持つフラーレンの針状結晶とは明
らかに異なっている。また、その針状結晶は論文の走査
電子顕微鏡写真から多結晶体であることが明らかであ
る。

【００１０】マイクロセンサーアセンブリーやマイクロ
マシン等、超小型デバイスの電気駆動機構には、電気を
供給するための導電性細線が必要である。金属細線は結
晶化によって結晶粒界が形成されるため、粒界部への不
純物偏析による電気抵抗の増大、粒界部における破断、
粒界部における表面粗さの増大が本質的な問題として存
在している。

【００１１】また、金属細線の先端形状は金属結晶の晶
癖によって定まるので、先端がナノメートルサイズの曲
率を持った真球に近い構造を得ることは困難である。

【００１２】さらに、金属細線は、その表面に特定の官
能基を結合させて化学的に修飾した構造を作り、高次構
造を形成させることも難しい。

【００１３】本発明の課題は、フラーレンを構成要素と
する新規な炭素細線を得ることである。また、本発明の
他の課題は、フラーレンを構成要素とする炭素細線を、
フラーレンの溶液から高速で作製することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、フ
ラーレンを構成要素とする炭素細線であって、滑らかな
表面を有するフラーレンの針状結晶からなることを特徴
とする炭素細線に係るものである。

【００１５】また、本発明の第２発明は、フラーレンを
構成要素とする炭素細線であって、前記炭素細線が分岐
を有するフラーレンの針状結晶からなることを特徴とす
る炭素細線に係るものである。

【００１６】さらに、本発明の第３発明は、フラーレン
を構成要素とする炭素細線を得るにあたり、（１）フラ
ーレンを溶解している第１溶媒を含む溶液と、前記第１
溶媒よりもフラーレンの溶解能が小さな第２溶媒とを合
わせる工程、（２）前記溶液と前記第２溶媒との間に液
−液界面を形成する工程、及び（３）前記液−液界面に
て炭素細線を析出させる工程を含むことを特徴とする炭
素細線の製造方法に係るものである。

【００１７】また、本発明の第４発明は、フラーレンを
構成要素とする炭素細線を得るにあたり、（１）フラー
レンを溶解している第１溶媒を含む溶液と、前記第１溶
媒よりもフラーレンの溶解能が小さな第２溶媒とを合わ
せる工程、及び（２）前記溶液と前記第２溶媒とを超音
波処理し、炭素細線を析出させる工程を含むことを特徴
とする炭素細線の製造方法に係るものである。

【００１８】本発明は、フラーレンを溶解している溶液
に、フラーレンを溶解している溶媒とは異なる種類の溶
媒を添加することで、かかる溶液から、晶癖を有する針
金状のフラーレン（フラーレンワイヤ）の単結晶が析出
するという知見に基づくものである。

【００１９】また、本発明は、上記知見に基づく本発明
者の更なる研究により、フラーレンを溶解している第１
溶媒を含む溶液と、第１溶媒よりもフラーレンの溶解能
が小さな第２溶媒とを合わせ、前記溶液と前記第２溶媒
との間に液−液界面を形成して、前記溶液から析出させ
て得られる炭素材料が、従来には見られない滑らかな表
面を有するフラーレンの針状結晶であることを突き止
め、本発明に到達した。

【００２０】本発明では、「ワイヤ」を「細線」の意味
で使用し、「炭素を構成要素とするワイヤ」を「炭素細
線」の意味で使用する。炭素細線には、フラーレンを構
成要素とする針状結晶（針状単結晶及び針状多結晶を含
む。）が含まれる。

【００２１】フラーレンを構成要素とする針状結晶の炭
素細線を、「フラーレンワイヤ」又は「フラーレンウィ
スカー（ＦＷ）」と称する。なお、フラーレンワイヤは
主として晶癖を有する針金状のフラーレンの単結晶を含
むものの意味で使用し、フラーレンウィスカーは、晶癖
を有する針金状のフラーレンの単結晶、及びフラーレン
の針状単結晶及び針状多結晶を含むものの意味で使用す
る。

【００２２】本発明の第１発明は、滑らかな表面を有す
るフラーレンの針状結晶からなる炭素細線に係るもので
ある。

【００２３】本発明では、フラーレンには、Ｃ_６０及び
Ｃ_７０以上の全ての高次フラーレンが含まれる。また、
フラーレンの針状結晶には、針状単結晶及び針状多結晶
が含まれる。

【００２４】本発明にかかる滑らかな表面は、フラーレ
ンの針状結晶自体が有する晶癖の一種である。一般に、
晶癖とは、結晶の大きさと形状の特徴をいう。

【００２５】本発明にかかるフラーレンの針状結晶は、
結晶学的同価な面の発達の程度によって変わる、針状の
結晶形を取っている。

【００２６】本発明にかかる針状とは、１ｎｍ以上の外
径、１μｍ以上の長さ、及び２以上の長さと外径の比
（アスペクト比）を有する形状をいう。

【００２７】滑らかな表面という晶癖を有するフラーレ
ンの針状結晶は、本発明で初めて見出された。

【００２８】本発明の第１発明によれば、フラーレンを
構成要素とする炭素細線は、表面が滑らかなフラーレン
の針状結晶であるので、表面粗さの点において、従来の
金属細線等における問題点が解消し、低摩擦係数である
点において、マイクロマシン等の摺動部への応用が可能
となる。

【００２９】本発明の第２発明は、分岐を有するフラー
レンの針状結晶からなる炭素細線に係るものである。

【００３０】分岐を有するフラーレンの針状結晶は、本
発明で初めて見出された。

【００３１】本発明の第２発明によれば、フラーレンを
構成要素とする炭素細線は、分岐を有するフラーレンの
針状結晶であるので、かかる炭素細線の導電性回路等と
しての利用が可能となる。

【００３２】本発明の第３発明は、フラーレンを構成要
素とする炭素細線、特に、滑らかな表面を有するフラー
レンの針状結晶を製造することができる方法に係るもの
である。

【００３３】本発明の第３発明では、第１溶媒は、原料
となるフラーレンを溶解して溶液を形成している。かか
る第１溶媒は、フラーレンを溶解する溶媒系からなる。

【００３４】また、本発明の第３発明では、フラーレン
の溶液に、第２溶媒を添加する。第２溶媒は、フラーレ
ンを溶解している第１溶媒とは異なる種類の溶媒系であ
り、第１溶媒よりもフラーレンの溶解能が小さな溶媒系
からなる。

【００３５】かかる第２溶媒は、フラーレンの溶液か
ら、フラーレンを構成要素とする炭素細線を析出させる
働きをする。

【００３６】本発明の第３発明では、フラーレンを構成
要素とする炭素細線は、フラーレンの溶液と第２溶媒と
を合わせ、フラーレンの溶液と第２溶媒との間の液−液
界面を形成することによって、フラーレンの溶液から析
出する。

【００３７】かかる炭素細線は、第１溶媒及び第２溶媒
由来の物質が、分子間力による分子間結合、イオン結合
及び共有結合からなる群より選ばれる少なくとも１種の
結合によって、フラーレンと結合して形成されている。

【００３８】本発明の第３発明によれば、所定の第１溶
媒と異なる第２溶媒とを用いる液−液界面析出法によ
り、フラーレンの溶液からフラーレンを構成要素とする
炭素細線を容易に、かつ、１０〜４００μｍ／ｈの速い
成長速度で作製することができる。

【００３９】また、本発明の第３発明によれば、第１溶
媒及び第２溶媒由来の物質が、所定の化学結合及び分子
間結合によってフラーレンと結合し、更に、フラーレン
同士が分子間結合によって結合するので、純粋なフラー
レン単体に比べ、著しく高い強度を有する炭素材料、特
に、炭素細線を得ることができる。

【００４０】本発明の第４発明は、フラーレンを構成要
素とする炭素細線、特に、分岐を有するフラーレンの針
状結晶を製造することができる方法に係るものである。

【００４１】かかる第４発明は、第３発明と比較して、
第２工程が異なる以外、第３発明と同様である。第４発
明では、前記溶液と前記第２溶媒とを超音波処理し、炭
素細線を析出させる。

【００４２】本発明の第４発明によれば、第３発明と同
様に、フラーレンを構成要素とする炭素細線、特に、分
岐を有するフラーレンの針状結晶を容易に、かつ、速い
成長速度で作製することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
本発明では、フラーレンを構成要素とする炭素材料に
は、炭素細線〔フラーレンワイヤ又はフラーレンウィス
カー（ＦＷ）を含む。〕、かかる炭素細線を切断又は粉
砕等の少なくとも一種の手段により所定の平均長さや平
均粒度に調整した材料が含まれる。

【００４４】（１）第１発明本発明の第１発明には、フラーレンを構成要素とする炭
素材料であって、晶癖を有し、針金状の形状を有する、
フラーレンの単結晶からなる炭素材料が含まれる。

【００４５】（１−１）フラーレンワイヤ本発明にかかる針金状のフラーレンの単結晶は、晶癖を
有する。本発明では、晶癖とは、結晶の大きさと形状の
特徴をいう。

【００４６】本発明にかかるフラーレンの単結晶は、結
晶学的同価な面の発達の程度によって変わる、針金状の
結晶形を取っている。

【００４７】本発明にかかる針状には、３ｎｍ以上の外
径、５０μｍ以上の長さ、及び２以上の長さと外径の比
（アスペクト比）を有する針金状の形状が含まれる。

【００４８】フラーレンの単結晶であって、晶癖を有す
る針金状の単結晶は、本発明で初めて見出された。

【００４９】本発明の第１発明によれば、フラーレンを
構成要素とする炭素材料は、晶癖を有する針金状のフラ
ーレンの単結晶であるので、フラーレン単体の粉末結晶
に比べ強度が高く、異方性を有するので、優れた絶縁体
もしくは導電体となり、また、高電圧を付与するか、電
気伝導性を与える物質を添加することにより、優れた低
次元伝導性を示すことが期待できる。

【００５０】本発明では、かかる針金状の結晶は、外径
が３ｎｍ〜１０００μｍ、長さが５０μｍ〜２０ｍｍ及
びアスペクト比が２〜数百の形状で得ることができる。
また、本発明では、針状の結晶は、外径が１ｎｍ〜１０
００μｍ、長さが１μｍ〜２０ｍｍ及びアスペクト比が
２〜数千以上の形状で得ることができる。

【００５１】本発明では、結晶のアスペクト比として２
（六方晶で［０００１］軸を成長方向とした場合に、結
晶学的に許される最低の値１．６３よりも大きい値）を
最小限の値に設定できる。アスペクト比の最大値は、特
に制限はないが、長さが２ｃｍで、直径が０．２ｍｍの
ワイヤの観察結果から、１００、２００、３００等の数
百以上のオーダーにすることができる。

【００５２】かかる細長い形状の結晶は、方位配列の異
方性や成長速度の異方性により生じると考えられる。

【００５３】本発明者の研究によれば、かかる針金状の
結晶は、フラーレンの面心立方晶を基本単位格子とし、
フラーレン以外の物質がフラーレンの分子間隙に入り込
んで形成された面心立方晶の歪み部分を有すると考えら
れた。

【００５４】かかる面心立方晶の歪み部分は、菱面体晶
等となって、方位配列の異方性を有する部分となり、菱
面体晶の側面等に、フラーレンの結晶が成長していくと
考えられた。

【００５５】本発明にかかるフラーレンの針金状の結晶
は、晶癖を有することができる。かかる晶癖は、結晶学
的同価な面の発達の程度によって、純粋なフラーレンの
結晶（面心立方晶）とは異なり、種々の針金状の結晶形
として現れる。

【００５６】かかる晶癖は、例えば、針金状の結晶の断
面等を観察することによって、６角形等として、明りょ
うに確認することができる。

【００５７】フラーレンの結晶粉末を、ある範囲の高温
・高圧で成形させると、フラーレンがポリマー化した菱
面体晶となって、晶癖面を呈する粉末になる可能性があ
る。かかる温度と圧力以上では、フラーレンの結晶粉末
は、ガラス状炭素になったり、晶癖面を有するダイヤモ
ンドになったりすると考えられる。

【００５８】しかし、本発明者の研究では、銀のチュー
ブにＣ_６０を充填して、線引き加工してワイヤーにする
作業をした場合、かかる晶癖は、フラーレンから得られ
る線状の炭素材料には観察されなかった。

【００５９】本発明の第１発明には、かかる晶癖を有す
る針金状のフラーレンの単結晶が含まれる。かかる単結
晶は、分子結合の異方性等により、針金状の形状を有す
ることができる。

【００６０】かかる針金状の単結晶は、粉末からなる炭
素材料、非晶質の炭素材料及び塊状に成長した炭素材料
に比べて、強度に優れ、絶縁性や導電異方性に優れる炭
素材料となる。

【００６１】本発明は、炭素材料に関するものであるの
で、家電産業、自動車産業、機械産業、宇宙航空産業
等、幅広い産業上の利用分野を有し、これらの分野で応
用することが可能である。

【００６２】本発明の炭素材料は、強度を高く設定でき
るので、潤滑材、強誘電体フイラー、分散強化材、半導
体の分野で好適に用いることができる。

【００６３】適用できる製品には、強誘電性セラミック
ス・ポリマー、圧電素子、自己潤滑性セラミックス・ポ
リマー、絶縁材料、半導体材料等がある。

【００６４】本発明の炭素材料は、高圧ホットプレスに
よってポリマー化させた物質（ポリマー化フラーレンワ
イヤ）や、高圧でセラミックスとともにホットプレスす
ることにより、ポリマー化フラーレンワイヤ−セラミッ
クス複合体の作製が可能である。

【００６５】（１−２）フラーレンウィスカー本発明では、フラーレンウィスカーを、上述のフラーレ
ンワイヤを含むフラーレンの針状結晶の総称として使用
する。

【００６６】本発明にかかるフラーレンウィスカーは、
先端がナノメートルサイズの曲率を持った真球に近い構
造をとることができる。

【００６７】本発明にかかるＦＷは、外径の太いものが
多結晶体で得られることが多い。かかる多結晶体のＦＷ
は、単結晶体のＦＷが数本束なった構造を有することが
ある。

【００６８】（１−３）フラーレンナノウィスカー本発明にかかるＦＷの中で、特に、サブミクロンサイズ
以下の外径を有する単結晶性炭素細線を、フラーレンナ
ノウィスカー（ＦＮＷ）と呼ぶ。フラーレンウィスカー
の長さは、その外径の数倍から数１０ミリメートルの大
きさの範囲まで存在する。フラーレンナノウィスカーと
言う言葉は、今まで、本発明者以外に用いたものはな
い。

【００６９】本発明にかかるＦＮＷは、サブミクロンサ
イズの外径を有するフラーレン（Ｃ _６０，Ｃ_７０，その
他）の針状結晶である。さらに、ＦＮＷは、今までの研
究では、全て単結晶からなるものであって、成長軸はフ
ラーレン分子の最密充填方向である。

【００７０】カーボン繊維は、有機高分子繊維を８００
〜３０００℃の高温で加熱処理することによって得るも
のか、又は、ピッチから紡糸して熱処理して得るもので
あって、フラーレンを構成単位とするものではない。

【００７１】本発明にかかるＦＷ及びＦＮＷは、フラー
レンの針状結晶であり、その対称性が空間群によって規
定される３次元的な周期構造を有する。しかるに、フラ
ーレンの多量体や会合体（特開平１０−１３０６号公報
明細書参照）は結晶ではないので、ＦＷ及びＦＮＷは、
フラーレン多量体及び会合体と明らかに結晶学的に区別
できる。

【００７２】カーボンナノチューブは、グラファイトシ
ートを円筒状に丸めた構造を有する物質であるので、フ
ラーレン分子から構成されるＦＷ及びＦＮＷとは全く異
なった物質である。

【００７３】フラーレンは摩擦係数が小さく、しかも、
ＦＮＷには結晶粒界が存在しないため、表面粗さは原子
レベルで極めて小さくできる。

【００７４】また、ＦＮＷは、摩擦係数の低い滑らかな
表面を持つため、軽い導電性細線としての利用が可能に
なり、軽量化と表面粗さの点において、従来の金属細線
における問題点が解消する。さらに、ＦＮＷはアルカリ
金属元素を添加することによって超伝導体となる可能性
を有している。

【００７５】また、ＦＮＷは、表面がＣ_６０などのフラ
ーレン分子で覆われているため、共有結合を生じる有機
物分子でＦＮＷ表面を修飾することが可能となる。これ
は、従来の金属細線では不可能であった。

【００７６】本発明によるＦＮＷは、電子機器産業、機
械産業、航空宇宙産業等の広い分野において適用でき
る。また、ＦＮＷは有機物質と化学結合を作り、試薬と
しての利用もできるので、薬品工業においても利用可能
である。

【００７７】ＦＮＷは半導体であるので、低次元半導
体、量子細線として、半導体産業においても利用可能で
ある。ＦＮＷを規則正しく配列させることによって新規
なフォトニック結晶を作ることが可能となるので、光デ
バイス産業においても使用することが可能である。

【００７８】フラーレンは優れた水素吸蔵物質であり、
ＦＮＷを水素貯蔵装置用素材として使うことができるの
で、エネルギー産業においても利用可能である。

【００７９】Ｃ_６０分子は優れた電界放射材料となるこ
とが分かっているので、Ｃ_６０によるＦＮＷ（Ｃ_６０Ｎ
Ｗ）はプラズマディスプレー等のフィールドエミッター
素子として利用することが可能である。

【００８０】Ｃ_６０から構成されるＦＮＷの先端は、ナ
ノメートルサイズの曲率半径を有する真球構造であるの
で、極めて滑らかな先端形状を有しており、触針式表面
形状測定装置のプローブとして利用することができる。
また、Ｃ_６０ＮＷは導電性であるので、走査トンネル電
子顕微鏡用のプローブとして使用することができる。

【００８１】Ｃ_６０結晶はアルカリ金属をドープするこ
とによって超伝導体となるので、Ｃ _６０ＮＷは超伝導細
線としても利用可能である。

【００８２】高密度プリント配線板や集積回路における
導電体としての利用は、機器の軽量化に役立つ。

【００８３】ＦＮＷは化学的に修飾することが可能であ
るため、有機分子と複合させることができ、フォトレジ
スト等の強化材料として利用できる。

【００８４】ＦＮＷは導電性と直線性、低摩擦特性に優
れるので、マイクロマシン用の摺動部材としての利用も
可能である。

【００８５】さらに、Ｃ_６０ＮＷ中には格子転位が導入
されており、塑性変形が可能となるので、コイルのよう
に自由な形に変形させ得る。

【００８６】また、Ｃ_６０ＮＷの直径が大きいときは絶
縁体であるが、直径が小さくなると抵抗率が低下するの
で、新規な半導体材料として利用することも可能であ
る。

【００８７】（１−４）Ｃ_７０フラーレンウィスカー本発明では、Ｃ_７０のフラーレンを構成要素とするＣ
_７０針状結晶からなる炭素細線が好ましい。

【００８８】かかる針状結晶は、結晶性が高く、格子欠
陥密度が小さい。また、かかる針状結晶は、良導体とな
り、特に、針状単結晶はトランジスター用の炭素細線や
フィールドエミッション素子として極めて優れる。Ｃ
_７０ウィスカーは薄板が積層した構造であるため、しな
やかに変形する。また、高温超伝導体となることが期待
できる。Ｃ_７０ウィスカーは表面が平滑であり、摩擦係
数が極めて小さいので、マイクロマシンの摺動部材とし
て有用である。Ｃ_７０ウィスカーは高い空隙率を有する
ので、不純物元素の高濃度添加や高い触媒作用が期待で
きる。

【００８９】（１−５）中空部本発明では、フラーレンの針状結晶は中空部を有するこ
とができる。かかる中空部の形状及び形成部分等には特
に制限はない。中空部は、かかる針状結晶の中心部及び
先端部の少なくとも一方に形成することができる。中空
部は針状多結晶体に限られず、針状単結晶体にも形成さ
れる。

【００９０】中空部は、複数本のフラーレンの針状結晶
が束になり中心部分に形成されることがある。また、中
空部は、フラーレン単結晶ウィスカーの中心部に形成さ
れることがある。さらに、本発明者の研究によれば、中
空部は、フラーレンの針状結晶の同心円殻、すなわちコ
アシェル構造からなることがあると思われる。かかる同
心円殻は、例えば、フラーレンの針状結晶が同心円状に
取り巻いて中空部を形成する。

【００９１】中空部を有する中空の針状結晶は、空間充
填率の低いフラーレンの針状結晶となり、また、表面積
も大きくなる。かかる針状結晶の炭素細線は、触媒や導
波路として有用である。

【００９２】また、かかる針状結晶は、比強度が高くな
り、可とう性を示す炭素細線として有用である。さら
に、かかる針状結晶は、中空部に液体金属を導入するこ
とで難なく電極を形成し、ダイオードとして利用するこ
とができる。また、中空部に触媒元素等を導入して、高
い触媒活性を与えることができる。

【００９３】（１−６）薄板積層体本発明では、フラーレンの針状結晶はフラーレンの薄板
が積層されている薄板積層体からなることができる。

【００９４】かかるフラーレンの薄板は、厚さ及び形状
等特に制限されない。例えば、１〜５０ｎｍの厚さのス
ラブ状のフラーレン針状結晶が、１〜１００枚重ね合わ
されて形成される。１枚の薄い薄板と１枚の厚い薄板と
の組合せが、１〜１００組重ね合わされて形成されるこ
ともある。

【００９５】かかる薄板積層体からなる炭素細線は、物
理的及び化学的な手段を用いて層構造の一部を剥離させ
ることによって、分岐させることができる。また、炭素
細線同士を物理的及び化学的方法によって接合させるこ
とにより、分岐した構造を持つ炭素細線を作製すること
ができる。

【００９６】（１−７）不純物本発明では、フラーレンの針状結晶に不純物を含ませる
ことができる。かかる不純物としては、ヨウ素や臭素等
のハロゲン、アルカリ金属、シュウ化メチル等が挙げら
れる。

【００９７】かかる不純物を含むフラーレンの針状結晶
は、その物性を著しく改良することができる。例えば、
フラーレンの針状結晶は、ヨウ素により低温強磁性体化
し、アルカリ金属により超伝導体化する。

【００９８】フラーレンの針状結晶に不純物をドープす
るには、種々の方法を用いることができる。例えば、本
発明の方法により、結晶の溶液中での成長過程に不純物
を混入し、フラーレンの結晶成長と共に不純物をドープ
することができる。

【００９９】また、フラーレンの結晶を得た後、この結
晶を不純物を含む環境、例えば、ガス又は溶液に曝すこ
とによって容易に不純物をドープすることができる。

【０１００】（２）第２発明本発明の第２発明は、分岐を有するフラーレンの針状結
晶からなる炭素細線に係るものである。

【０１０１】本発明では、分岐は枝分かれを意味する。
例えば、フラーレンの針状結晶に幹と分枝とが存在する
状態を意味する。

【０１０２】かかる分岐は、ある方向性をもった幹を有
する針状結晶がその方向と一致しない別々の２つの方向
に枝分かれしているものや、１つの枝分かれのみが幹か
ら枝分かれしているものを含む。

【０１０３】第２発明の炭素細線は、分岐を有するフラ
ーレンの針状結晶からなるので、分岐に合わせた回路設
計が可能となる。

【０１０４】（３）第３発明本発明の第３発明は、フラーレンから形成されるミクロ
ンサイズからナノメートルサイズの太さの結晶性炭素細
線を得ることを可能とする。

【０１０５】本発明の第３発明では、フラーレンを構成
要素とする炭素材料を得るにあたり、フラーレンを溶解
している第１溶媒を含む溶液に、第２溶媒を添加し、前
記溶液から炭素材料を析出させることができる。

【０１０６】また、本発明では、かかる方法により、フ
ラーレンを構成要素とする炭素材料であって、前記炭素
材料がフラーレンの単結晶であり、前記単結晶が晶癖を
有する針金状であることを特徴とする炭素材料を含む、
滑らかな表面を有するフラーレンの針状結晶であること
を特徴とする炭素細線を得ることができる。

【０１０７】本発明では、フラーレンを構成要素とする
炭素材料を得るにあたり、第１溶媒を含有するフラーレ
ンの溶液に、第２溶媒を添加し、フラーレンの溶液から
炭素材料を析出させることができる。

【０１０８】また、本発明では、第２溶媒に、第１溶媒
を含有するフラーレンの溶液を添加し、フラーレンの溶
液から炭素材料を析出させることができる。

【０１０９】（３−１）原料本発明では、原料としてのフラーレンは、Ｃ_６０、Ｃ
_７０、Ｃ_８０等の種々のフラーレンを用いることができ
る。

【０１１０】（３−２）第１溶媒本発明にかかる第１溶媒は、フラーレンを溶解する溶媒
系からなればよい。かかる溶媒系は、１種類の溶媒の単
独、又は２種類以上の溶媒の混合溶媒で形成することが
できる。

【０１１１】かかる第１溶媒は、フラーレンの良溶媒等
からなる良溶媒系を用いることができる。かかる良溶媒
系は、フラーレンを溶かす能力が大きい溶媒系である。

【０１１２】本発明にかかる良溶媒としては、非極性溶
媒を用いることができる。かかる非極性溶媒としては、
炭化水素系溶媒を用いることができる。

【０１１３】本発明にかかる第１溶媒としては、トルエ
ン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、ペンタン、及びこ
れらの誘導体（ベンゾニトリル等）からなる群より選ば
れる少なくとも１種の炭化水素等の物質からなる炭化水
素系溶媒を好適に用いることができる。

【０１１４】特に好ましくは、第１溶媒は、トルエン、
ベンゼン、及びヘキサンからなる群より選ばれる少なく
とも１種の炭化水素からなる溶媒である。かかる溶媒
は、フラーレンの溶解度が高い。

【０１１５】（３−３）フラーレン溶液本発明にかかるフラーレンの溶液は、フラーレンが溶解
している溶液であればよい。かかる溶液としては、飽和
溶液及び未飽和溶液のいずれの溶液をも用いることがで
きる。

【０１１６】かかるフラーレンの溶液は、フラーレンの
飽和溶液を用いるのが好ましい。かかる飽和溶液は、フ
ラーレンを析出させる能力に優れる。

【０１１７】（３−４）添加剤フラーレンの溶液には、第１溶媒以外の物質で、フラー
レンを溶かす能力を高める添加剤を加えることもでき
る。かかる添加剤は、炭素材料の析出を妨げないものが
よい。

【０１１８】（３−５）第２溶媒本発明にかかる第２溶媒は、フラーレンを溶解している
第１溶媒とは異なる種類の溶媒系からなればよい。かか
る溶媒系は、１種類の溶媒の単独、又は２種類以上の溶
媒の混合溶媒で形成することができる。

【０１１９】かかる第２溶媒は、フラーレンの貧溶媒等
からなる貧溶媒系を用いることができる。かかる貧溶媒
系は、フラーレンを溶かす能力（溶解能）が小さい溶媒
系である。

【０１２０】かかる貧溶媒としては、極性溶媒を用いる
ことができる。かかる極性溶媒としては、アルコール系
溶媒を用いることができる。

【０１２１】本発明にかかる第２溶媒としては、ペンタ
ノール、ブチルアルコール、イソプロピルアルコール、
ｎ−プロピルアルコール、メタノール（メチルアルコー
ル）、エタノール（エチルアルコール）、及びエチレン
グリコール等の多価アルコールからなる群より選ばれる
少なくとも１種のアルコールからなるアルコール系溶媒
を好適に用いることができる。

【０１２２】（３−６）助剤第２溶媒には、第２溶媒以外の物質で、炭素材料の析出
を促進する助剤を添加することができる。

【０１２３】（３−７）核形成本発明では、第２溶媒の添加初期や炭素材料の析出時等
に、フラーレンの溶液から、フラーレンを構成要素とす
る炭素材料の核を生成させることができる。かかる核
は、フラーレン単独、フラーレンを構成要素とする炭素
材料自体、第１溶媒や第２溶媒等の溶媒から由来する物
質又は他の物質からなるものでよい。

【０１２４】また、本発明では、かかる核を、第２溶媒
の添加とは別に、フラーレンの溶液に添加することがで
きる。

【０１２５】本発明にかかる核は、その後、第２溶媒を
添加した混合溶液を静置する等の適切な処理によって成
長し、フラーレンを構成要素とする炭素材料を形成す
る。

【０１２６】（３−８）金属線本発明では、核生成を促進するために、金属線を用いる
ことができる。かかる金属線としては、銅線、アルミニ
ウム線、金線、ステンレス鋼線等からなる群より選ばれ
る少なくとも1種の金属線を用いることができる。

【０１２７】（３−９）液−液界面本発明では、フラーレンの溶液と第２溶媒との間に液−
液界面を形成し、この液−液界面を利用して、フラーレ
ンの溶液から、フラーレンを構成要素とする炭素材料を
析出させることができる。

【０１２８】かかる液−液界面は、第１溶媒と第２溶媒
とを互いに混じり合わない種類の溶媒系で構成し、形成
することができる。

【０１２９】また、かかる液−液界面は、第１溶媒と第
２溶媒とが、永久に分離するようにして形成する必要は
なく、静置の最中に混和するようにして形成しても問題
はない。

【０１３０】特に好ましい溶媒の組合せは、例えば、第
１溶媒がトルエンであり、第２溶媒がイソプロピルアル
コールである組合せを挙げることができる。

【０１３１】本発明にかかる液−液界面は、フラーレン
の溶液に第２溶媒を静かに添加する等によって形成する
ことができる。この手法は、第１溶媒と第２溶媒とが、
少なくとも一部において互いに混ざり合う種類の溶媒系
で構成される場合、特に有効である。

【０１３２】かかる液−液界面は、第２溶媒の添加初
期、炭素材料の核の生成期、炭素材料の析出期、及び炭
素材料の成長期のうち、少なくとも１種の過程で形成す
ることができ、維持することができる。

【０１３３】本発明では、フラーレンを溶解する第１溶
媒と、この第１溶媒と密度が異なる第２溶媒を用いるこ
とができる。この場合、フラーレンの溶液と第２溶媒と
の間に液−液界面が形成され易い。

【０１３４】（３−１０）第１溶媒と第２溶媒との組合
せかかる第１溶媒と第２溶媒の組合せとしては、第１溶媒
を、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、ペンタ
ン及びベンゾニトリルからなる群より選ばれる少なくと
も１種の物質からなる溶媒とし、第２溶媒を、イソプロ
ピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、メタノー
ル、エタノール及びエチレングリコールからなる群より
選ばれる少なくとも１種のアルコールからなる溶媒とす
ることができる。例えば、第１溶媒がトルエン（密度約
０．８７ｇｃｍ⁻³）で、第２溶媒がイソプロピルアル
コール（密度約０．７９ｇｃｍ⁻³）である。

【０１３５】（３−１１）析出条件フラーレンを構成要素とする炭素材料の析出には、出発
物質であるフラーレンの種類、純度又は使用量、第１溶
媒又は第２溶媒の選定、第１溶媒の使用量、添加剤の選
定、第２溶媒の添加量及び添加方法、助剤の選定、核の
生成、核の添加、核の成長、液−液界面の形成及び維
持、温度等、種々の条件を設定することができる。

【０１３６】フラーレンを構成要素とする炭素細線の析
出は、室温（約２１℃）で行うことができる。好ましく
は、−２０℃〜７５℃の温度、より一層好ましくは、１
０℃〜３０℃の温度で行う。

【０１３７】例えば、フラーレンＣ_６０を用いる場合、
フラーレンのトルエン飽和溶液３ｍＬに、第２溶媒とし
て、イソプロピルアルコールを３ｍＬ添加するのが好ま
しい。この条件では、炭素材料の成長速度が２００μｍ
／ｈオーダーで可能となる。

【０１３８】本発明では、炭素材料の析出条件を好適な
条件に設定することにより、炭素材料の成長速度を１０
μｍ／ｈ以上の高速にすることができる。成長速度は、
好ましくは１０〜４００μｍ／ｈ、更に好ましくは２０
０〜４００μｍ／ｈとすることができる。

【０１３９】（３−１２）析出容器本発明にかかる炭素材料は、種々の容器内で析出させる
ことができる。かかる容器は、透明なものが好ましい。
炭素材料の析出状態を確認し易いからである。なお、フ
ラーレンの光化学反応を避けるため、析出状態を確認す
る時以外は、容器をアルミ箔で覆う等の遮光処理をする
のが好ましい。

【０１４０】かかる容器は、大きさの制限は特にない。
シリコン基板等にリソグラフィー技術によって作製した
マイクロメートルサイズからナノメートルサイズの溝を
用いても良い。通常は、取り扱いが容易な、直径２０ｍ
ｍ程度の瓶でよい。炭素材料を大量に作製するには、１
００ｍＬ等のビーカーを用いることができる。

【０１４１】かかる容器は、バイアル瓶等の蓋付き瓶を
用いることができる。蓋付き瓶は、溶媒の蒸発を防ぐこ
とができる。また、かかる容器は、ガラス製のものが好
ましい。ガラスは、種々の溶媒と概して反応し難く、安
定で、耐久性に優れるからである。

【０１４２】（３−１３）析出する炭素材料本発明によれば、上述した製造方法によって、第１溶媒
及び第２溶媒由来の物質が、フラーレンと分子間結合、
イオン結合及び共有結合からなる群より選ばれる少なく
とも１種の結合によって結合し、フラーレンを構成要素
とする炭素材料が得られる。

【０１４３】フラーレン同士が分子間力で結合している
炭素材料は、金と同じくらいの硬さを有する。また、ト
ルエンの単独溶媒からフラーレンを析出させて得られる
炭素材料は、トルエンとフラーレンとが分子間結合して
いる分だけ、強度が高められる。

【０１４４】本発明の炭素材料は、２種以上の溶媒由来
の物質が、フラーレンと分子間結合や化学結合で結合す
るので、フラーレン同士の分子間結合及びトルエンとフ
ラーレンとの分子間結合に加えて、更に他の溶媒由来の
物質とフラーレンとの分子間結合や化学結合が加わり、
より一層強度が高められる。

【０１４５】また、本発明では、第１溶媒や第２溶媒
に、イオン結合性物質や、アルコール性ＯＨを有する物
質を用いることにより、フラーレンとこれらの物質や溶
媒由来の物質とがイオン結合したり、共有結合した炭素
材料を得ることができる。

【０１４６】本発明にかかる炭素材料は、適切な手段、
例えば、ろ過、遠心分離等を用いて溶液から分離するこ
とができる。

【０１４７】また、かかる炭素材料は、適切な手段、例
えば、粉砕機等によって、適切な大きさに粉砕し、粒
度、長さ等の均質な炭素材料とすることができる。

【０１４８】本発明では、フラーレンを構成要素とする
炭素材料を、晶癖を有する針金状の結晶（フラーレンワ
イヤ）として得ることができる。かかる針金状の結晶
は、フラーレンを、針金状に、所定の方向に成長させて
形成することができる。かかる結晶は、単結晶及び多結
晶のいずれから形成されていてもよい。

【０１４９】（４）第４発明本発明の第４発明は、フラーレンを構成要素とする炭素
細線を得るにあたり、超音波処理を行う方法に係るもの
である。

【０１５０】かかる超音波処理は、強さ、時間等、種々
の条件で行うことができる。好ましくは、１〜３０分
間、室温が良い。

【０１５１】本発明者の研究によれば、超音波処理は、
第１溶媒又は第２溶媒から成る液滴と、第２溶媒又は第
１溶媒との間の界面の表面積が著しく増大し、液−液界
面による結晶成長が促進されると考えられる。また、超
音波照射による局所的高圧力発生が核生成と結晶成長に
寄与すると考えられる。

【０１５２】（４−１）金属触媒又は金属酸化物触媒本発明では、結晶成長を促進するために、金属触媒又は
金属酸化物触媒を用いることができる。なお、かかる触
媒は前述の第３発明でも用いることができる。

【０１５３】金属触媒としては、銅、アルミニウム、
鉄、金等からなる群より選ばれる少なくとも1種の触媒
を用いることができる。

【０１５４】金属酸化物触媒としては、チタン酸ジルコ
ン酸鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉛等から
なる群より選ばれる少なくとも１種の触媒を用いること
ができる。

【０１５５】（５）本発明の有用性本発明は、フラーレンの良溶媒による飽和溶液と貧溶媒
とが作る液―液界面において、フラーレンの針状結晶と
単結晶繊維（ウィスカー）とを同時に得ることを可能と
する。

【０１５６】Ｃ_６０フラーレンウィスカーは外径が１０
μｍ以上では高抵抗半導体もしくは絶縁体であるが、マ
イクロメートルサイズ以下になると抵抗率が著しく減少
して導電的性質を獲得する。導電的性質は、Ｃ_６０分子
間距離の縮小による電子波動関数の重なりの増加によっ
て説明される。アルカリ金属元素等をドープすることに
より超伝導細線となる可能性がある。

【０１５７】Ｃ_６０ＮＷ及びＣ_６０ウィスカーは塑性加
工が可能であり、様々な形状を付与することができる。
金属と同様な熱処理と加工を施すことができる。コイル
状に加工してマイクロアンテナ等に役立てることができ
る。Ｃ_６０ウィスカーの全体は表面が滑らかであり、か
つ、低摩擦係数を持っているので、マイクロマシン等の
摺動部への応用が可能となる。Ｃ_６０ＮＷの先端形状は
真球であり、触針式センサープローブに応用できる。

【０１５８】Ｃ_６０ウィスカーは、表面を化学的に修飾
可能であるので有機合成試薬としての用途がありまた、
ガラス、ポリマー、セラミックス、金属との複合・結合
による新規機能物質が、多数誕生し得る。Ｃ_６０ウィス
カーは優れた水素貯蔵素材となる可能性がある。また、
Ｃ_６０ウィスカーを高圧高温プレスすることによりＣ
_６０分子を３次元的にポリマー化させて、光学的、電気
的、力学的に異方的な物性を示す材料を作製できる。

【０１５９】Ｃ_６０ウィスカーをリソグラフィー等によ
る鋳型を用いて、幾何学的に配列させることにより、新
たなフォトニッククリスタル、触媒、フィールドエミッ
ションデバイス等を作製することができる。本発明は、
Ｃ_７０等の高次フラーレンにも同様に適用できる。フラ
ーレンウィスカーを内部鋳型もしくは外部鋳型として、
物質の合成や形態の付与を可能とする。例えば、セラミ
ックスのコロイド溶液をフラーレンウィスカーにコーテ
ィングして、化学的、熱的処理を施すことにより、フラ
ーレンウィスカーとセラミックスの複合体を得ることが
できる。また、この複合体からフラーレンウィスカーを
化学的、熱的方法によって除去することにより、多孔質
セラミックスやセラミックスチューブを作製することが
できる。セラミックスの代わりに、フラーレンウィスカ
ーと金属、ガラス、ポリマーとの複合体を作製し、フラ
ーレンウィスカーと多孔質金属・ガラス・ポリマーとの
複合体を作製することができる。さらに、フラーレンウ
ィスカーを除去することにより、フラーレンウィスカー
を鋳型とした金属チューブ、ポリマーチューブ、ガラス
チューブを得ることができる。以上により除去されて生
じたフラーレン分子は再利用することができる。以上の
ように、フラーレンウィスカー全体は、応用における自
由度が極めて高い。

【０１６０】

【実施例】本発明を、図面を参照して、実施例に基づき
説明する。図１は、一例の炭素材料（フラーレンワイ
ヤ）の製造工程を示す図面代用写真である。図２は、図
１の説明図である。図３は、成長初期のフラーレンワイ
ヤの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図面代用写真で
ある。図４は、フラーレンワイヤのＳＥＭによるエネル
ギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）結果を示すグラフで
ある。図５は、フラーレンワイヤの粉末Ｘ線回折図形
（ＣｕＫ_α）である。図６は、成長したフラーレンワイ
ヤの実体顕微鏡像を示す図面代用写真である。

【０１６１】図７はＣ_６０ウィスカー及びＣ_６０ナノウ
ィスカーのＳＥＭ像を示す図面代用写真である。図８は
Ｃ_６０ナノウィスカーの透過電子顕微鏡像を示す図面代
用写真であり、（ａ）及び（ｂ）は明視野像を、（ｃ）
は制限視野電子線回折図形を示す。図９はＣ_６０ナノウ
ィスカーの破面の走査電子顕微鏡像を示す図面代用写真
である。

【０１６２】図１０はＣ_６０ウィスカー及びナノウィス
カーの直径と抵抗率との関係を示すグラフである。図１
１はＣ_６０ナノウィスカーの透過電子顕微鏡像を示す図
面代用写真である。

【０１６３】図１２（ａ）はＣ_６０ナノウィスカーの高
分解能透過電子顕微鏡像を示す図面代用写真であり、
（ｂ）は（ａ）像のフィルター逆変換ＦＦＴ像を示す図
面代用写真である。図１３はＣ_６０ナノウィスカーの透
過電子顕微鏡像を示す図面代用写真であり、（ａ）は先
端部を、（ｂ）は先端部の拡大像を、（ｃ）は暗視像
を、（ｄ）は制限視野回折像を示す。

【０１６４】図１４は曲げ変形させたＣ_６０ＮＷのＳＥ
Ｍ像を示す図面代用写真である。図１５は曲げ変形させ
たＣ_６０ウィスカーのＴＥＭ像を示す図面代用写真であ
る。

【０１６５】図１６はヨウ素添加Ｃ_６０ＮＷのＴＥＭ像
を示す図面代用写真である。図１７はヨウ素添加Ｃ_６０
ＮＷの図面代用写真であり、（ａ）はＨＲＴＥＭ像、
（ｂ）はＦＦＴ像を示す。図１８は直径５μｍのＣ_６０
ウィスカーのＩ−Ｖ曲線である。図１９は２μｍ，３μ
ｍ，５μｍの直径のヨウ素添加Ｃ_６０ウィスカーのＩ−
Ｖ曲線である。図２０はＣ_７０針状単結晶（矢印）の図
面代用写真であり、（ａ）はＳＥＭ像であり、（ｂ）は
（ａ）の拡大像である。図２１はＣ_７０ＮＷの図面代用
写真であり、（ａ）はＳＥＭ像、（ｂ）はＨＲＴＥＭ像
及びＦＦＴ像を示す。図２２はＣ_７０ナノウィスカーの
図面代用写真であり、（ａ）はＴＥＭ明視野像であり、
（ｂ）は同じ試料の暗視野像であり、（ｃ）は（ａ）と
同じ試料の電子線回折図形である。

【０１６６】図２３はＣ_７０ナノウイスカーの図面代用
写真であり、(a)は高分解能透過電顕像と正方形で囲ん
だ部分の高速フーリエ変換像（ＦＦＴ像）であり、
（ｂ）は（ａ）の核大像であり、（ｃ）は（ａ）の拡大
像である。図２４はＣ_７０ナノウイスカーのＴＥＭ像を
示す図面代用写真である。図２５はＣ_７０の図面代用写
真であり、（ａ）はＳＥＭ像であり、（ｂ）は矢印Ａで
示した部分の拡大像であり、（ｃ）は矢印Ｂで示した部
分の拡大像であり、ＣとＤは種結晶と考えられる構造で
ある。

【０１６７】図２６は実施例６のＣ_６０針状晶のＳＥＭ
像を示す図面代用写真であり、矢印はＰＺＴゲルを示
す。図２７は実施例６のワイヤ状Ｃ_６０結晶のＳＥＭ像
を示す図面代用写真である。

【０１６８】図２８は、Ｃ_６０針状結晶の断面ＳＥＭ像
を示す図面代用写真であり、（ａ）は中心に比較的小さ
な中空部を有する針状結晶を、（ｂ）は中心に比較的大
きな中空部を有する針状結晶を示す。図２９は、Ｃ_６０
のＴＧ及びＤＴＡの熱分析結果を示すグラフであり、
（ａ）は元のＣ_６０のものを、（ｂ）はＣ_６０の針状結
晶のものを示す。

【０１６９】図３０はＣ_６０針状結晶のＦＴ−ＩＲスペ
クトルである。図３１はＣ_６０ナノウィスカーのＴＥＭ
（２００ｋＶ）像を示す図面代用写真であり、（ａ）は
明視野像を、（ｂ）は制限視野電子回折図形を示す。図
３２はＣ_６０分子の“２＋２”付加環化によるＣ_６０ナ
ノウィスカー重合の体心立方晶モデルを示す図である。

【０１７０】実施例１ガラス製バイアル瓶（外径２０ｍｍ）等の透明容器中に
おいて、Ｃ_６０のトルエン飽和溶液にイソプロピルアル
コールを静かに加え、蓋をして、数時間〜９時間程度静
置する。

【０１７１】トルエン−イソプロピルアルコール界面に
おいて、Ｃ_６０を構成要素とする針状結晶の核生成が生
じ、成長することによって、すなわちフラーレンワイヤ
が生成する。

【０１７２】図１は、この例のフラーレンワイヤの製造
過程を写真で示すものである。図２は、図１の説明図で
ある。図２のＡは、イソプロピルアルコールを添加した
直後（０時間）のバイアル瓶１の状態を示すものであ
る。

【０１７３】図２のＡに示すように、バイアル瓶１の下
層部２がＣ_６０を含むトルエン溶液（密度約０．８７ｇ
ｃｍ⁻³）であり、上層部３がイソプロピルアルコール
（密度約０．７９ｇｃｍ⁻³）である。下層部２と上層
部３との間に、界面４が形成されている。

【０１７４】図２のＢ〜Ｄの上下に走る線は、目印のた
めの銅線５である。図２のＢは、イソプロピルアルコー
ルを添加してから、９時間を経過した後の状態である。
図１の写真では明らかでないが、図２のＢに示すよう
に、トルエン−イソプロピルアルコール界面４であった
境界部分６に、フラーレンワイヤ７の生成が認められ
る。

【０１７５】図２のＣは２４時間後のもの、図２のＤは
５３時間後のものであり、２４時間後には、成長したフ
ラーレンワイヤ８が認められ、５３時間後には、フラー
レンワイヤの束９が明瞭に示される。

【０１７６】フラーレンワイヤをＳＥＭによって分析し
た。図３のＳＥＭ像に示すように、フラーレンワイヤは
針状結晶として成長していた。また、フラーレンワイヤ
の横断面は、六角形を有し、明りょうな晶癖を有してい
た。

【０１７７】フラーレンワイヤをＳＥＭによってＥＤＸ
分析した。結果を図４に示す。図４に示すように、フラ
ーレンワイヤは炭素からなっていることが分かった。

【０１７８】実施例２１００ｍＬビーカーを用いて、フラーレンワイヤを大量
に作製した以外は、実施例１と同様にした。

【０１７９】約２ｃｍの長さのフラーレンワイヤが、短
時間で非常に多く作製できた。ビーカーの底に茶褐色の
綿状物質が沈澱しているのが観察された。この綿状物質
は、トルエンを用いて洗い流すことにより、容易にフラ
ーレンワイヤから分離することができた。

【０１８０】生成物のほとんどは、実施例１と同様のフ
ラーレンワイヤであった。綿状物質は、詳細には検討し
ていないが、ＳＥＭ観察したところ、フラーレンが繊維
状になって堆積してできていることが分かった。綿状物
質の正体の詳細な解明は、今後の解析に委ねる。

【０１８１】フラーレンワイヤを粉砕し、粉末状のもの
をＸ線によって分析した。図５に示すように、フラーレ
ンワイヤは、Ｃ_６０で指数付けできる単結晶であること
が分かった。格子定数が純粋なＣ_６０よりも少し大きく
なっているので、少量の他の物質（溶媒やＣ_７０等由来
のもの）を含有していると考えられた。

【０１８２】純粋なＣ_６０の格子定数は、面心立方晶で
ａ＝１．４１２ｎｍである。一方、本実施例のフラーレ
ンワイヤの格子定数は、面心立方晶で指数付けすること
が可能であるが、ａ＝１．４２２±０．００３ｎｍとな
った。格子定数は、純粋なＣ _６０のものと比べて、０．
０１ｎｍほど膨張していた。

【０１８３】これらの結果から、フラーレンワイヤがＣ
_６０分子から構成されていること、結晶格子は面心立方
晶であって、元のＣ_６０分子とほぼ同一の格子を持つこ
とが明らかになった。

【０１８４】Ｃ_６０分子は大きな分子間隙を持っている
ので、溶媒成分や、原料のＣ_６０に元々含まれていたＣ
_７０等のハイヤーフラーレンがそれらの間に規則的に入
り込んで、Ｃ_６０＋Ｘ（Ｘ：溶媒分子やハイヤーフラー
レン等）のような物質になっていることが示唆された。
詳細な裏付け等は、熱分析や高分解能透過電子顕微鏡観
察等の構造解析に委ねる。

【０１８５】成長したフラーレンワイヤを実体顕微鏡で
観察した。図６に示すように、フラーレンワイヤは、約
２００μｍの径、約１０ｍｍの長さを有していた。

【０１８６】上述したように、本発明のフラーレンワイ
ヤは、数ミリメートル〜センチメートルオーダーに成長
する。したがって、従来の成長速度４μｍｈ⁻¹をはる
かに凌ぐ、２００μｍｈ⁻¹オーダーの成長速度が可能
であった。

【０１８７】実施例３図７〜１３に電子顕微鏡写真等を示すフラーレンウィス
カーを作製する。本実施例では、実施例２の綿状物質が
フラーレンナノウィスカーであることを示す。

【０１８８】フラーレンとしてＣ_６０を用いる。室温
（約２１℃）にて、１００ｍＬビーカーにＣ_６０のトル
エン飽和溶液５０ｍＬを入れ、さらに、イソプロピルア
ルコールを静かに注ぎ込んで、Ｃ_６０のトルエン飽和溶
液とイソプロピルアルコールの界面を形成させる。

【０１８９】イソプロピルアルコールの添加直後から、
Ｃ_６０のウィスカー及びＣ_６０のナノウィスカー（Ｃ
_６０ＮＷ）が生成する。Ｃ_６０ウィスカー及びナノウィ
スカーの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図７に示す。
図７のサブミクロンサイズの直径を持つ針状結晶がＣ
_６０ＮＷである。

【０１９０】図８（ａ）の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写
真に示すように、Ｃ_６０ＮＷの直径は約２００ｎｍであ
る。図８（ｃ）の制限視野回折図形（ＳＡＥＤＰ）から
明かなように、Ｃ_６０ＮＷは単結晶であることが証明さ
れる。また、図８（ｂ）の拡大図で消衰縞が連続して観
察されるように、明視野像の上でも明かな単結晶であ
る。

【０１９１】Ｃ_６０ＮＷは成長軸が立方晶表記で［１１
０］ｃである。また、Ｃ_６０ＮＷの［１１０］ｃ成長軸
に沿って、Ｃ_６０分子間距離が、ＦＣＣ構造のＣ_６０分
子結晶に比べて１〜４％縮小していることが判明する。
この結果は、Ｃ_６０分子がファンデルワールス結合によ
らない化学結合を生じて成長軸方向にポリマー化してい
ることを示している。図９の走査電子顕微鏡写真に示す
ように、Ｃ_６０ＮＷの破面は密な構造を持っていること
が分かる。

【０１９２】フラーレンウィスカーの合成に用いる溶媒
としては、トルエンのようにフラーレンの良溶媒である
溶媒と、イソプロピルアルコールのようにフラーレンの
貧溶媒である溶媒の組み合わせのうちで、液−液界面を
形成し得る溶媒の組み合わせであれば、いかなる組み合
わせの溶媒を用いても良い。

【０１９３】種々の直径のＣ_６０針状結晶について、直
径と抵抗率との関係を調べる。図１０に示すように、Ｃ
_６０ウィスカーの直径が１００μｍ以上の大きさではほ
とんど絶縁体であるが、Ｃ_６０ウィスカーの直径が減少
すると、抵抗率が劇的に減少し導電的性質を示す。さら
に、Ｃ_６０ウィスカーの径が１００ナノメートルオーダ
ー以下のＣ_６０ＮＷの場合は、１Ωｃｍオーダー以下の
小さな抵抗率を示すことが期待される。

【０１９４】図１１の透過電子顕微鏡写真に示すよう
に、同じ電子線照射量に対して、直径が小さなＣ_６０Ｎ
Ｗ（矢印１）は照射損傷が観察されないが、矢印２と３
で示すように直径が太くなると電子線照射によって破壊
される。これは、細いＣ_６０ＮＷが電気を流す性質があ
るために、サンプル表面が帯電せず、照射損傷が生じな
かったためと考えられる。

【０１９５】Ｃ_６０ＮＷの高分解能透過電子顕微鏡（Ｈ
ＲＴＥＭ）像を図１２に示す。図１２（ａ）は画像処理
前のＨＲＴＥＭ像、図１２（ｂ）はフィルター処理した
高速フーリエ逆変換後のＨＲＴＥＭ像である。図１２
（ｂ）に、高密度の刃状転位が導入されていることから
分かるように、（００２）面の面欠陥が多数存在してい
る。これは、成長軸に平行な（００２）面が積層不整を
生じていることを示している。

【０１９６】多数の（００２）積層欠陥は、（００２）
面が低エネルギー界面となっていることを示すものであ
る。Ｃ_６０ＮＷの表面が（００２）低エネルギー面によ
って覆われることは、成長軸が［１１０］軸であること
と矛盾しない。

【０１９７】このように、格子転位が導入されているこ
とは、Ｃ_６０ＮＷが塑性変形できることを意味し、Ｃ
_６０ＮＷを塑性加工してコイル状など様々な形状を付与
できることを意味する。

【０１９８】Ｃ_６０ＮＷは大気中においても約４５０℃
まで分解しないので、転位が容易に動く温度まで上昇さ
せてＣ_６０ＮＷを塑性加工することも可能となる。ま
た、Ｃ _６０ＮＷを高温で塑性加工して急冷して、転位な
ど格子欠陥の固定による硬度の上昇が期待できる。

【０１９９】図１３にＣ_６０ＮＷの先端の透過電顕像を
示す。Ｃ_６０ＮＷの先端は、ほとんど真球であるので、
低摩擦係数の滑らかな先端を持った触針式プローブとし
て使うことができる。

【０２００】以上のように、Ｃ_６０ＮＷは、極めて有望
な導電性炭素ポリマー単結晶細線である。また、Ｃ_６０
ＮＷのみならず、Ｃ_６０のウィスカー全体はＣ_６０ＮＷ
と同様の塑性加工を施すことができ、滑らかな表面を持
っている。

【０２０１】実施例４図１４及び１５に示すようにして、Ｃ_６０ナノウィスカ
ーの曲げ変形を調べる。液−液界面析出法によって作製
したＣ_６０のウィスカーは、薄板を積層させた構造にな
っていると考えられ、しなやかに変形することが期待さ
れる。この例では、曲げ変形させたＣ_６０ウィスカーの
構造を調べることを目的とする。

【０２０２】飽和Ｃ_６０トルエン溶液にイソプロピルア
ルコールを静かに注いで界面を形成させる液−液界面析
出法によってＣ_６０のウィスカーを作製する。これを、
ＴＥＭのグリッドにおいて曲げ変形の後、固定する。

【０２０３】結果として、図１４に示すように、直径５
３０ｎｍのＣ_６０ナノウィスカー（Ｃ_６０ＮＷ）は曲率
半径２９μｍで曲げ変形が可能である。また、図１５に
示すように、強い曲げ変形によってＣ_６０ウィスカーが
破断することなく、細いＣ_６ _０ＮＷに分かれる。

【０２０４】実施例５図１６〜２０に示すようにして、Ｃ_６０及びＣ_７０ナノ
ウィスカーの液相合成について調べる。以前、Ｃ_６０の
トルエン溶液を添加したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）ゾルの中にサブミクロンサイズの直径を有するＣ
_６０のウィスカー（Ｃ_６０ナノウィスカー，Ｃ_６０Ｎ
Ｗ）が生成していることを見出している（K.Miyazawa e
t al., J.Am.Ceram.Soc., 84[12] (2001) 30371）。

【０２０５】さらに、Ｃ_６０のトルエン飽和溶液とイソ
プロピルアルコールとの液−液界面を作る方法（液−液
界面析出法）によって、Ｃ_６０ＮＷが作製できることを
見出している（K.Miyazawa et al. , J.Mater.Res.,17
[1](2002)）。

【０２０６】今回は、液−液界面析出法によりＣ_６０Ｎ
Ｗにヨウ素をドープすること、及びＣ_７０ウィスカーの
作製を試みる。

【０２０７】ヨウ素の添加は、Ｃ_６０のトルエン溶液
に、ヨウ素のイソプロピルアルコール溶液を加えること
により行う。また、Ｃ_７０のナノウィスカーを、Ｃ_７０
のトルエン溶液とイソプロピルアルコールを加えること
によって作製する。

【０２０８】結果として、図１６に示すように、直径７
９０ｎｍ、長さ１００μｍ以上のヨウ素ドープＣ_６０Ｎ
Ｗ（Ｉ−Ｃ_６０ＮＷ）が得られる。

【０２０９】図１７のＩ−Ｃ_６０ＮＷのＨＲＴＥＭ像に
示すように、Ｉ−Ｃ_６０ＮＷは異なった面間隔（０．８
７ｎｍと１．１６ｎｍ）を有する（００２）ｔ面の交互
積層構造となっており、ウィスカーの成長軸はＣ_６０の
最密充填方向である。

【０２１０】図１８及び１９に、直径５μｍのＣ_６０ウ
ィスカー及び、直径２μｍ、３μｍ、５μｍのヨウ素添
加Ｃ_６０ウィスカーのＩ−Ｖ曲線を示す。Ｃ_６０ウィス
カーが直線的なI-V特性を示しているのに対し、ヨウ素
添加Ｃ_６０ウィスカーのI-V特性は非線形である。この
ことは、添加したヨウ素が担体を生じることを示唆す
る。

【０２１１】濃厚溶液からのＣ_７０Ｃ_７０粉末を乳鉢で粉砕し、トルエンに30分間の超音波
照射により溶解させ、0.001molL^-1のＣ_７０飽和トルエ
ン溶液を得た。この飽和溶液の５mLを10mLのガラス瓶に
分取して、イソプロピルアルコールを５mL静かに加え
て、Ｃ_７０飽和トルエン溶液−イソプロピルアルコール
の液−液界面を形成した。このガラス瓶を約21℃の室温
にて1日静置して沈殿物を得た。図２０（ａ）と（ｂ）
に９０μｍ以上の長さを有するＣ_７０針状単結晶、すな
わち、単結晶Ｃ_７０ウイスカーの走査電顕像（SEM像）
を示す。この例では、Ｃ_７０針状結晶の他に微細なＣ
_７０由来の結晶性析出物が生じている。得られたＣ_７０
針状結晶は、２５本のサンプルについて測定したとこ
ろ、平均直径1096±292ｎｍであった。表１にＣ_７０針
状単結晶の格子面間隔を示す

【０２１２】

【表１】ＴＥＭ観察によるＣ_７０針状単結晶の格子面間
隔 Miller指数（hkl）ｄｈｋｌ（ｎｍ）（111） 0.965±0.049 （002） 0.896±0.079 (220) 0.577±0.025 ここで、(220)面の間隔（d_220,0.577nm）は、それに相
当する純粋な面心立方晶(fcc)のＣ_７０結晶（格子定数a
＝1.4974nm）の面間隔(d_220,0.5294nm)に近い。Ｃ _７０
針状単結晶の成長軸は例外なくＣ_７０分子の最密充填方
向である＜１１０＞方向に平行であった。

【０２１３】希釈溶液からのＣ_７０Ｃ_７０粉末を乳鉢で粉砕し、トルエンに３０分間の超音
波照射により溶解させ、0.001molL^-1のＣ_７０飽和トル
エン溶液を得た。この飽和溶液を２倍に希釈して、この
希釈液を１０mLのガラス瓶に５mL分取した。この分取し
たガラス瓶にイソプロピルアルコールを静かに加えてＣ
_７０トルエン溶液−イソプロピルアルコールの液−液界
面を形成した。この液−液界面を形成したガラス瓶を、
約21℃の室温に7日間静置して、Ｃ_７０の針状結晶を得
た。

【０２１４】図２１（ａ）のように、Ｃ_７０のナノウィ
スカー（Ｃ_７０ＮＷ）の作製に成功できる。図２１
（ｂ）のＨＲＴＥＭ像から、Ｃ_７０ＮＷの成長軸はＣ
_７０分子の最密充填方向となっていることが分かる。

【０２１５】図２２（ａ）に、サブミクロンサイズの直
径を持つ単結晶Ｃ_７０針状結晶（Ｃ _７０ナノウイスカ
ー、Ｃ_７０ＮＷ）のＴＥＭ像を示す。図２２（ａ）と
（ｂ）の太い矢印で示した消衰縞が連続していることか
ら明らかなように、Ｃ_７０の単結晶であることがわか
る。図２２（ｃ）の電子線回折図形は、Ｃ_７０ナノウイ
スカーの成長軸が〔１１０〕であることがわかる。

【０２１６】図２３に、Ｃ_７０ナノウイスカーの高分解
能透過電子顕微鏡像（ＨＲＴＥＭ像）を示す。図２３
（a）の矢印で示した場所にステップが形成されている
が、ステップの高さは1ｎｍ程度であり、極めて平滑な
表面を持っていることが分かる。図２３（b）は、Ｃ
_７０分子の分子間距離が、成長軸方向に1．０２ｎｍで
あることを示している。図２３（c）の矢印に示すよう
に、Ｃ_７０ＮＷの成長軸が、Ｃ_７０分子の最密充填方向
であることが明らかである。

【０２１７】図２４のＴＥＭ像に示すように、Ｃ_７０Ｎ
Ｗは薄板が積層してできていることが分かる。また、消
衰縞が、矢印ではさんだ場所で途切れていることは、Ｃ
_７０ＮＷは薄板が積層してできた構造であることを裏付
けている。

【０２１８】図２５のＣ_７０ナノウイスカーのＳＥＭ写
真の（ｃ）は、ＣとＤの種結晶と考えられる構造からＣ
_７０ナノウイスカーが成長していることを示している。
これらの種結晶と考えられる構造は、作製時における液
−液界面から析出したＣ_７０結晶であると考えられる。
Ｃ_６０の針状結晶の場合も、液−液界面でＣ_６０の種結
晶となる核が発生して、その核を起点としてＣ_６０の針
状結晶が成長すると考えられる。

【０２１９】実施例６ＰＺＴ−Ｃ_６０ゾル中に形成される針状及びワイヤ状Ｃ
_６０結晶の構造について調べる。ゾル・ゲル法によるＰ
ＺＴ薄膜の作製において、Ｃ_６０のトルエン溶液を添加
したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のゾルを用いると
ペロブスカイト相が４００℃という低温において発達す
ることが明らかになっている。さらに、Ｃ_６０添加ＰＺ
Ｔゾル調製の研究を進めていたところ、Ｃ_６０の針状及
びワイヤ状結晶が沈殿物として生成したので、それらの
構造について報告する。

【０２２０】酢酸鉛３水和物、チタンテトライソプロポ
キシド、ジルコニウムテトラｎプロポキシドのイソプロ
ピルアルコール溶液（０．４ＭのＰＺＴゾル）３ｍＬに
Ｃ_６ _０のトルエン飽和溶液２ｍＬを加えて超音波等によ
り攪拌した。

【０２２１】生じた褐色の沈殿物を、ＴＥＭ用マイクロ
グリッドに固定して、ＳＥＭ及びＴＥＭ（２００ｋＶ，
１２５０ｋＶ）により観察する。

【０２２２】結果として、明瞭な晶癖面を有するＣ_６０
の針状結晶（図２６）と、Ｃ_６０のワイヤ状の結晶（図
２７）が観察される。ＴＥＭ観察により、ワイヤ状Ｃ
_６０結晶は、例外なく＜１１０＞軸を成長方向とするＣ
_６０の単結晶（Ｃ_６０ナノウィスカー）であることが判
明する。また、ＨＲＴＥＭ（１２５０ｋＶ）解析によ
り、Ｃ_６０のポリマー化が示唆される。図２６ではＰＺ
Ｔゲル（矢印）がＣ_６０結晶に付着している様子が観察
される。

【０２２３】実施例７液−液界面析出法における金属線の影響について調べ
る。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のゾルとＣ_６０の
トルエン溶液とを超音波混合するとＣ_６０のナノウィス
カーおよび針状晶が生成することが明かになった。

【０２２４】この例の目的は、Ｃ_６０のトルエン飽和溶
液とイソプロピルアルコール（ＩＰ）の界面において、
Ｃ_６０の針状晶とナノウィスカーが生成したので、これ
らの構造等について調べることである。

【０２２５】この例では、９ｍＬのバイアル瓶中にＣ
_６０のトルエン飽和溶液３ｍＬを注ぎ込み、さらに、Ｉ
Ｐ３ｍＬを静かに注ぎ込んで、Ｃ_６０トルエン飽和溶液
−ＩＰの液界面を形成し、静置してＣ_６０の針状晶を成
長させる。バイアル瓶の中には核生成を促進させるため
の銅の細線を置く。

【０２２６】結果として、銅線と上記の液−液界面との
交点付近でＣ_６０結晶が析出する。Ｃ_６０結晶は、マイ
クロメートル程度の直径と１０ｍｍ程度の長さを持つ針
状晶と、サブミクロンサイズの直径と１００μm以上の
長さを持つ針状晶から成る。

【０２２７】後者のＣ_６０針状晶はＴＥＭ観察によって
単結晶（Ｃ_６０ナノウィスカー）であることが判明す
る。Ｃ_６０ナノウィスカーの成長方向は、例外なくＣ
_６０結晶の最密充填方向の＜１１０＞であった。

【０２２８】実施例８この例では、中空部を有するフラーレンの針状結晶につ
いて調べる。液−液界面析出法は、２液の界面で過飽和
状態を作り出し結晶を析出させる方法であり、溶質の濃
度、温度、溶液の体積比など、結晶析出に影響する多数
の因子を持つ複雑なプロセスである。タンパク質につい
て多くの無重力実験やシミュレーションなどの研究が行
われている。

【０２２９】本例では、Ｃ_６０トルエン飽和溶液・イソ
プロピルアルコール（ＩＰ）を用い、液−液界面を作製
し、中空のＣ_６０針状結晶と褐色のワイヤー状Ｃ
_６０（Ｃ_６ _０ウィスカー）の２種類の結晶を析出させ
る。

【０２３０】この例では、得られるＣ_６０針状結晶につ
いてその基礎的な性質を測定し、結果を報告する。

【０２３１】１００ｍＬビーカーにＣ_６０のトルエン飽
和溶液３０ｍＬを注ぎ込み、更に、イソプロピルアルコ
ール（ＩＰ）３０ｍＬを混和しないように静かに注き込
んで、液−液界面を作成し、室温で静置してＣ_６０の針
状結晶をＳＥＭ、粉末ＸＲＤ、ＴＧ、ＤＴＡ（昇温速度
１０℃／分、大気中）、ＦＴ−ＩＲにより解析する。

【０２３２】結果として、Ｃ_６０のトルエン飽和溶液−
ＩＰの液界面では、Ｃ_６０の針状結晶が高速に成長する
ことを見出せる。Ｃ_６０針状結晶は太さ数十μｍ〜数百
μｍ、長さが数ｍｍ〜１ｍｍで、明瞭な晶壁面を示して
おり、図２８に示すような中空の構造を持つことが観察
される。

【０２３３】粉未Ｘ線回折パターンでは、立方晶Ｃ_６０
を示すが、格子定数の精密測定の結果、ａ＝１．４２５
５±０．００３３ｎｍとなり、元のＣ_６０のａ＝１．４
１７５±０．００１４ｎｍと比較してわずかな膨張が見
られる。

【０２３４】また、図２９に示すように、ＴＧ−ＤＴＡ
の結果は、溶媒の蒸発などによる吸熱ピークの確認はで
きない。Ｃ_６０の分解開始温度が試料により異なってい
るので、結晶内に様々な結晶状態が含まれていることが
示唆される。

【０２３５】また、この結晶は絶縁体であることが分か
る。ＴＥＭ観察において電子線を照射したところ損傷が
生じる。

【０２３６】実施例９中空部を有するフラーレンの針状結晶について調べる。
Ｃ_６０のトルエン飽和溶液とイソプロパノールの液−液
界面において、Ｃ_６０の針状結晶が高速に成長する。

【０２３７】これは、２液の界面でＣ_６０の過飽和状態
が作り出されることによると考えられる。

【０２３８】針状結晶には、２種類が存在し、一方は黒
色で直径が数十〜数百μｍ、長さが数ｍｍ〜１ｃｍであ
り、中空である。他方は、褐色で直径が数百ｎｍ、長さ
が数十μｍ以上の単結晶である。

【０２３９】Ｃ_６０針状結晶は明瞭な晶癖面を示してお
り、６角形の断面をもつものが観察される。中空の針状
Ｃ_６０結晶のＸ線回折パターンは立方晶Ｃ_６０を示す。

【０２４０】さらに、銅線を２液の界面に設置したとこ
ろ、銅線がＣ_６０結晶の析出によりめっきされる。繊維
強化複合材料、電界放射や超伝導等、様々な魅力のある
物性をもつナノマテリアルとしての応用が期待される。

【０２４１】実施例１０Ｃ_６０針状結晶の構造上の特徴を透過電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）及びフーリエ変換赤外分光
（ＦＴ−ＩＲ）により調べる。３質量％のＣ_６０（９
９．５％，ＭＥＲＣｏｒｐ．，Ｔｕｃｓｏｎ，Ａ
Ｚ所在）粉末のトルエン溶液を調製し、ガラスボトル
（９ｍＬ）に注ぎ、次いでイソプロピルアルコールをボ
トルに緩徐に添加し、液−液界面を形成する。上層はイ
ソプロピルアルコールであり、下層はＣ_６０のトルエン
溶液である。

【０２４２】ボトルに蓋をしてアルミホイルで蓋をし、
室温（ＲＴ，約２１℃）で静置し、Ｃ_６０が成長した針
状結晶を沈澱させる。また、１００ｍＬのビーカーを用
いて大量のＣ_６０針状結晶を得る。

【０２４３】試料の構造分析を、ＦＴ−ＩＲ、ＸＲＤ、
及びＴＥＭ、ＪＥＭ−１２５０（１２５０ｋＶ）により
行う。試料の前処理等は通常の方法で行い、必要に応じ
て内部標準を用いる。

【０２４４】図３０に示すように、針状結晶のＦＴ−Ｉ
Ｒは、元のＣ_６０の吸収ピークを示し、針状結晶はＣ
_６０の分子からなることが分かる。トルエン及びイソプ
ロピルアルコールの吸収ピークは確認されない。

【０２４５】また、図３０から、５５６、６０４、７２
５、１０７３、及び１６３６ｃｍ⁻ ^１の新しいピークが
観察される。これらのピークは、Ｃ_６０の約５０％のＯ
＋約５０％のＴポリマーのものに近似する。ここで、
“Ｏ”は、斜方晶系相を示し、“Ｔ”は正方晶系相を示
す。Ｃ_６０分子の間に化学結合が形成されていることが
示唆される。

【０２４６】針状結晶は、図３１に示すＴＥＭ像から、
約８ｎｍの厚さの薄いスラブ像が成長軸と平行に並んで
いることが分かる。

【０２４７】Ｃ_６０分子のより一層小さな内部クラスタ
ー距離（分子間距離）及びＣ_６０ナノウィスカーの＜１
００＞_ｔ成長軸から、図３２に示すような、Ｃ_６０ナノ
ウィスカーについての“２＋２”付加環化モデルが想定
される。

【０２４８】Ｃ_６０ナノウィスカーの重合機構は次のよ
うに考えられる。Ｃ_６０分子は極めて狭いトルエン／イ
ソプロピルアルコール界面の空間に閉じ込められ、Ｃ
_６０分子の過飽和空間で著しい高圧を受ける。この圧力
がＧＰの程度に達して、Ｃ_６０分子が“２＋２”付加環
化により２次元重合する。

【０２４９】表２に、高分解能透過電顕像の高速フーリ
エ変換像(ＦＦＴ像)から求めたＣ_６ _０ナノウィスカーの
格子面間隔、Ｘ線回折法によって求めた純Ｃ_６０結晶の
格子面間隔、及び、X線回折法によって求めたＣ_６０針
状結晶の格子面間隔を示す。

【０２５０】Ｃ_６０ナノウィスカーの(220)_c面の面間隔
が、純Ｃ_６０結晶に比べて小さいことが分かる。これ
は、Ｃ_６０ナノウィスカーにおいて、Ｃ_６０分子間距離
が純C₆ ₀結晶に比べて縮んでいることを示す。

【０２５１】しかるに、Ｃ_６０ナノウィスカーよりも太
い直径を有するＣ_６０針状結晶の(220)_c面間隔は純Ｃ
_６０結晶と同じであることが分かる。以上の結果は、Ｃ
_６０針状結晶の直径が小さいと、Ｃ_６０分子間距離が小
さくなり、そのためＣ_６０分子が成長軸方向に強い力で
結合すると考えられる。

【０２５２】

【表２】

【０２５３】

【発明の効果】本発明の炭素細線は、フラーレンを構成
要素とし、滑らかな表面を有するフラーレンの針状結晶
体であって、従来にない全く新しい炭素細線であるの
で、表面粗さの点において、従来の金属細線等の問題点
が解消し、低摩擦係数である点において、マイクロマシ
ン等の摺動部への応用が可能となる。

【０２５４】また、本発明の炭素細線の製造方法によれ
ば、所定の第１溶媒と異なる第２溶媒とを用いる液−液
界面析出法により、フラーレンの溶液からフラーレンを
構成要素とする炭素細線を容易に、かつ、１０〜４００
μｍ／ｈの速い成長速度で作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラーレンワイヤの製造工程を示す図面代用
写真である。

【図２】図１の説明図である。

【図３】成長初期のフラーレンワイヤのＳＥＭ像を示
す図面代用写真である。

【図４】フラーレンワイヤのＳＥＭ−ＥＤＸ分析結果
を示すグラフである。

【図５】フラーレンワイヤの粉末Ｘ線回折図形であ
る。

【図６】成長したフラーレンワイヤの実体顕微鏡像を
示す図面代用写真である。

【図７】Ｃ_６０ウィスカー及びＣ_６０ナノウィスカー
（矢印）のＳＥＭ像を示す図面代用写真である。

【図８】Ｃ_６０ナノウィスカーの透過電子顕微鏡像を
示す図面代用写真であり、（ａ）及び（ｂ）は明視野像
を、（ｃ）は制限視野電子線回折図形を示す。

【図９】Ｃ_６０ナノウィスカーの破面の走査電子顕微
鏡像を示す図面代用写真である。

【図１０】Ｃ_６０ウィスカー及びナノウィスカーの直
径と抵抗率との関係を示すグラフである。

【図１１】Ｃ_６０ナノウィスカーの透過電子顕微鏡像
を示す図面代用写真である。

【図１２】（ａ）はＣ_６０ナノウィスカーの高分解能
透過電子顕微鏡像を示す図面代用写真であり、（ｂ）は
（ａ）像のフィルター逆変換ＦＦＴ像を示す図面代用写
真である。

【図１３】Ｃ_６０ナノウィスカーの透過電子顕微鏡像
を示す図面代用写真であり、（ａ）は先端部を、（ｂ）
は先端部の拡大像を、（ｃ）は暗視像を、（ｄ）は制限
視野回折像を示す。

【図１４】曲げ変形させたＣ_６０ＮＷのＳＥＭ像を示
す図面代用写真である。

【図１５】曲げ変形させたＣ_６０ウィスカーのＴＥＭ
像を示す図面代用写真である。

【図１６】ヨウ素添加Ｃ_６０ＮＷのＴＥＭ像を示す図
面代用写真である。

【図１７】ヨウ素添加Ｃ_６０ＮＷの図面代用写真であ
り、（ａ）はＨＲＴＥＭ像、（ｂ）はＦＦＴ像を示す。

【図１８】直径５μｍのＣ_６０ウィスカーのＩ−Ｖ曲
線である。

【図１９】２μｍ，３μｍ，５μｍの直径のヨウ素添
加Ｃ_６０ウィスカーのＩ−Ｖ曲線である。

【図２０】Ｃ_７０針状単結晶（矢印）の図面代用写真
であり、（ａ）はＳＥＭ像であり、（ｂ）は（ａ）の拡
大像である。

【図２１】Ｃ_７０ＮＷの図面代用写真であり、（ａ）
はＳＥＭ像、（ｂ）はＨＲＴＥＭ像及びＦＦＴ像を示
す。

【図２２】Ｃ_７０ナノウィスカーの図面代用写真であ
り、（ａ）はＴＥＭ明視野像であり、（ｂ）は同じ試料
の暗視野像であり、（ｃ）は（ａ）と同じ試料の電子線
回折図形である。

【図２３】Ｃ_７０ナノウイスカーの図面代用写真であ
り、（ａ）は高分解能透過電顕像と正方形で囲んだ部分
の高速フーリエ変換像（ＦＦＴ像）であり、（ｂ）は
（ａ）の核大像であり、（ｃ）は（ａ）の拡大像であ
る。

【図２４】Ｃ_７０ナノウイスカーのＴＥＭ像である。

【図２５】Ｃ_７０の（ａ）図面代用写真であり、はＳ
ＥＭ像であり、（ｂ）は矢印Ａで示した部分の拡大像で
あり、（ｃ）は矢印Ｂで示した部分の拡大像であり、Ｃ
とＤは種結晶と考えられる構造である。

【図２６】Ｃ_６０針状晶のＳＥＭ像を示す図面代用写
真であり、矢印はＰＺＴゲルを示す。

【図２７】ワイヤ状Ｃ_６０結晶のＳＥＭ像を示す図面
代用写真である。

【図２８】Ｃ_６０針状結晶の断面ＳＥＭ像を示す図面
代用写真であり、（ａ）は中心に比較的小さな中空部を
有する針状結晶を、（ｂ）は中心に比較的大きな中空部
を有する針状結晶を示す。

【図２９】Ｃ_６０のＴＧ及びＤＴＡの熱分析結果を示
すグラフであり、（ａ）は元のＣ_６０のものを、（ｂ）
はＣ_６０の針状結晶のものを示す。

【図３０】Ｃ_６０針状結晶のＦＴ−ＩＲスペクトルで
ある。

【図３１】Ｃ_６０ナノウィスカーのＴＥＭ（２００ｋ
Ｖ）像を示す図面代用写真であり、（ａ）は明視野像
を、（ｂ）は制限視野電子回折図形を示す。

【図３２】Ｃ_６０分子の“２＋２”付加環化によるＣ
_６０ナノウィスカー重合の体心立方晶モデルを示す図で
ある。

【符号の説明】

１バイアル瓶２下層部３上層部４液−液界面５銅線６境界部分７，８フラーレンワイヤ９束

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラーレンを構成要素とする炭素細線で
あって、前記炭素細線が滑らかな表面を有するフラーレンの針状
結晶からなることを特徴とする炭素細線。
【請求項２】前記針状結晶が中空部を有する請求項１
記載の炭素細線。
【請求項３】前記針状結晶がフラーレンの薄板積層体
又は同心円殻からなる請求項１記載の炭素細線。
【請求項４】前記針状結晶が不純物を含んでいる請求
項１〜３のいずれか一項記載の炭素細線。
【請求項５】フラーレンを構成要素とする炭素細線で
あって、前記炭素細線が分岐を有するフラーレンの針状結晶から
なることを特徴とする炭素細線。
【請求項６】前記針状結晶が針状単結晶である請求項
１〜５のいずれか一項記載の炭素細線。
【請求項７】フラーレンを構成要素とする炭素細線を
得るにあたり、（１）フラーレンを溶解している第１溶媒を含む溶液
と、前記第１溶媒よりもフラーレンの溶解能が小さな第
２溶媒とを合わせる工程、（２）前記溶液と前記第２溶媒との間に液−液界面を形
成する工程、及び（３）前記液−液界面にて炭素細線を
析出させる工程を含むことを特徴とする炭素細線の製造方法。
【請求項８】フラーレンを構成要素とする炭素細線を
得るにあたり、（１）フラーレンを溶解している第１溶媒を含む溶液
と、前記第１溶媒よりもフラーレンの溶解能が小さな第
２溶媒とを合わせる工程、及び（２）前記溶液と前記第
２溶媒とを超音波処理し、炭素細線を析出させる工程を
含むことを特徴とする炭素細線の製造方法。
【請求項９】前記第１溶媒がフラーレンの良溶媒であ
り、前記第２溶媒がフラーレンの貧溶媒である請求項７
又は８記載の炭素細線の製造方法。
【請求項１０】前記第１溶媒が非極性溶媒であり、前
記第２溶媒が極性溶媒である請求項７〜９のいずれか一
項記載の炭素細線の製造方法。
【請求項１１】前記第１溶媒が炭化水素系溶媒である
請求項７〜１０のいずれか一項記載の炭素細線の製造方
法。
【請求項１２】前記炭化水素系溶媒が、トルエン、キ
シレン、ベンゼン、ヘキサン、ペンタン、及びこれらの
誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質か
らなる請求項１１記載の炭素細線の製造方法。
【請求項１３】前記第２溶媒がアルコール系溶媒であ
る請求項７〜１２のいずれか一項記載の炭素細線の製造
方法。
【請求項１４】前記アルコール系溶媒が、ペンタノー
ル、ブチルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−
プロピルアルコール、メチルアルコール、エチルアルコ
ール、及び多価アルコールからなる群より選ばれる少な
くとも１種のアルコールからなる請求項１３記載の炭素
細線の製造方法。
【請求項１５】前記第１工程で、金属触媒又は金属酸
化物触媒を添加する請求項７〜１４のいずれか一項記載
の炭素細線の製造方法。