Ultra-dispergierter Nano-Kohlenstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

专利摘要:
Ultra-dispergiertePartikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe durch Anwendungeiner Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den genannten Primärpartikelnzur Überwindungder van der Waals-Kräfte,aufgrund der genannten Kräftedie genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zusammengehaltenwerden, um die genannte Aggregat-Struktur zu bilden, erhalten werden,wobei die ultra-dispergierten Primärpartikel in einer kolloidalenDispersion in einem großenMaßstabbei geringen Kosten ohne Verwendung eines Additivs erhalten werden.Bei einem Verfahren zur Herstellung der ultra-dispergierten Primärpartikelwird die Nass-Typ-Mahlmethode in einer Kugelmühle durchgeführt, bevorzugtin Kombination mit einer hochenergetischen Ultraschallwellenbehandlung,die in einem dispergierenden Medium, wie reinem Wasser, durchgeführt wird, wobeieine kolloidale Aufschlämmungmit einer geringeren Konzentration der Primärpartikel, die in dem dispergierendenMedium dispergiert sind, erhalten wird.
公开号:DE102004025048A1
申请号:DE102004025048
申请日:2004-05-18
公开日:2004-12-23
发明作者:Takahiro Kochi Fujino；Osamu Hiratsuka Idihara；Yoshiaki Atsugi Inoue；Fumiaki Mobara Kataoka；Kazuhiro Fujisawashi Kawasaki；Eiji Mobara Osawa；Makoto Ichihara Takahashi；Akira Hiratsuka Terajima；Seiji Hiratsuka Yokota
申请人:NANOCARBON RESEARCH INSTITUTE Ltd CHOSEI；Neturen Co Ltd；Futaba Corp；NanoCarbon Research Institute Ltd；
IPC主号:C01B31-02

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft: ultra-dispergierte, Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe (im Folgendenals „Nano-Kohlenstoff" bezeichnet); einVerfahren zur Herstellung der ultra-dispergierten Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff; Techniken und/oder ihre praktischen Anwendungen zurVerhinderung der Rekombination dieser Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffnach der Ultra-Dispergierung.
[0002] Inder Ärader Nano-Technologie oder der ultimativen Hoch-Technologie ist eseine der wichtigsten Anliegen, fundamentale Techniken zur Herstellung,Evaluierung, Messung, Bereitstellung und zur geeigneten Behandlungeneines Materials in Nanometer-Größe mit einemDurchmesser von ungefähr 10^–9 Meterzu etablieren.
[0003] ImAllgemeinen werden die Verfahren zur Herstellung dieses Materialsin Nanometer-Größe in zweiKategorien klassifiziert: eine, die eine sogenannte „bottom-up-oder Aufbau-Methode" ist;und die andere, die eine sogenannte „top-down- oder break-down-Methode" ist.
[0004] Inder bottom-up-Methode: ein Ausgangsmaterial ist ein Material minimalerGröße wie einAtom oder ein Molekül;Atome und Molekülelässt man dannmiteinander durch ihre Selbstorganisationsmechanismen und ähnlicheMechanismen kombinieren, so dass sie Schritt für Schritt größer werden.
[0005] Andererseitsist bei der top-down-Methode das Ausgangsmaterial eine relativ große Mengeoder Masse Material, die allmählichdurch Malen, Zerstampfen, Schneiden und ähnliche Pulverisierungsverfahrenzu kleineren Stückengebrochen wird.
[0006] Injeder dieser Methoden, unabhängigvom Typ des Materials, beginnen diese Partikel miteinander durchihre Selbstorganisationsmechanismen zu kombinieren, wenn das MaterialPartikel von ungefährNanometer-Größe erreicht,so dass sie zu Zusammenballungen wachsen, welche einen Durchmesservon ungefähreinige Mikrometern bis ungefähreinigen Millimetern im Allgemeinen aufweisen. Im Unterschied zueiner Zusammenballung oder einer Aggregat-Struktur von üblichenfeinen Partikeln, sieht die Zusammenballung oder Aggregat-Struktur derPartikel in Nanometer-Größe wie einfester Cluster vom Verhalten her aus, wenn sich die Zusammenballungeinmal gebildet hat. Eine solche Zusammenballung der Partikel vonNanometer-Größe kannnur schwer zerbrochen werden und wirkt als einzelner großer festerPartikel, so dass es fürdas Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dasvorhanden ist, schwierig wird, seine eigenen funktionellen Eigenschaftenzu zeigen. Auf Grund dessen ist der Selbstorganisationsmechanismusdes Partikels in Nanometer-Größe ein fatalesHindernis fürdie Entwicklung der fundamentalen Techniken im Bereich der Nano-Technologie.Es wurde jedoch immer noch keine wesentliche Lösung für dieses Problem im Stand derTechnik gefunden. Dementsprechend wird im Stand der Technik, umdie Kombination der Partikel in Nanometer-Größe miteinander durch den Selbstorganisationsmechanismuszu verhindern, ausschließlicheine niedrige Konzentration der Partikel in Nanometer-Größe in derGasphase hergestellt. Dies trifft insbesondere im Hinblick auf Metallpartikelin Nanometer-Größe zu.
[0007] Nunwerden die hier verwendeten technischen Begriffe im Detail erläutert.
[0008] Bekanntals Nano-Kohlenstoff im Stand der Technik sind: Fullerene wie C60Fulleren und ähnlicheFullerene; Kohlenstoff-Nanohörner;Kohlenstoff-Nanoröhren;Nano-Diamant; und Primärpartikel ausRuß. Dementsprechendbedeutet ultra-dispergierter Nano-Kohlenstoff alle oben genanntenultra-dispergierten Kohlenstoffmaterialien.
[0009] DieserBegriff bedeutet eine Interpartikel-Aggregat-Struktur, die durchzwischen Atomen und MolekülenausgeübteDispergiertionskräftevom Van der Waals-London-Typ gebildet werden.
[0010] Ineiner Inertmedium-Atmosphärewird ein Explosivstoff mit einer Kohlenstoff, aber keinen Sauerstoffenthaltenden Zusammensetzung ohne jeden zusätzlichen Kohlenstoff detoniert,um Ruß herzustellen,in dem ultrafeine Diamantenpartikel in hoher Konzentration enthaltensind. Aus diesem Ruß wird derDetonationsverfahren-Diamant isoliert, der aus den ultrafeinen Diamantpartikelnoder Pulver besteht.
[0011] Beispielefür eineAgglutinat-Struktur sind in 1 und 2 dargestellt, in denen eineAggregat-Struktur aus Primärpartikelngezeigt ist, die mit mehreren Schichten aus Graphit umhüllt sind.Eine solche Aggregat-Strukturwird im Folgenden als Agglutinat-Struktur bezeichnet, um sie vonanderen Aggregat-Strukturen zu unterscheiden, beispielsweise voneiner solchen Aggregat-Struktur, in der die Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffdurch van der Waals-Kräftezusammengehalten werden. Genauer sind in der Agglutinat-Strukturder Primärpartikeldie Graphitschichten auf Oberflächender Primärpartikel abgelagert,um sie einzuhüllen.Da Graphit die stabilste Form des Kohlenstoffzustands bei Raumtemperaturund Atmosphärendruckist, wird Graphit auf den Oberflächender Primärpartikelabgeschieden, wenn die Partikel aus Nano-Kohlenstoff durch die sogenanntebottom-up-Methode hergestellt werden.
[0012] Wiein 3a gezeigt, ist dasKohlenstoff-Nanohorn eine Modifikation eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens,welches eine konische Form annimmt. Wie aus 3a klar hervorgeht, hat das Nanohorneine extrem kurze longitudinale Länge und ist in der Massenherstellungohne Verwendung eines Katalysators erhältlich. Daher hat das Nanohorneine großeAnzahl vorteilhafter Anwendungen bei der Verwendung. Wie bei denanderen Typen von Fullerenen ist diese interessante Struktur desNanohorns durch die Gegenwart einer pentagonalen Form in einem Netzwerkcharakterisiert, das durch eine Vielzahl hexagonaler Formen gebildetwird. Genauer, obwohl das Nanoröhrchen6 Stückeder pentagonalen Form in jeder seiner gegenüberliegenden Deckelbereichen hat,hat das Nanohorn nur einen Deckelbereich, der mit 5 Stücken derpentagonalen Form versehen ist. Darüber hinaus hat im Nanohornaufgrund der geometrischen Erfordernisse der Form, das Nanohorn, dasdie konische Form annimmt, einen Scheitelwinkel von 19,2 Grad undist am Boden offen. In der Praxis ist es nicht möglich, ein einzelnes Nanohornzu erhalten. Ein verfügbaresProdukt der Nanohörnerist eine dahlien-artige, kovalent gebundene Zusammenballung derNanohörner.In dieser Makro-Zusammenballung sind bei allen Nanohörnern ihreScheitelbereiche nach außenorientiert.
[0013] Inder Zusammenballung von Kohlenstoff-Nanohörnern sind die Kohlenstoff-Nanohörner inder Zusammenballung auf eine Weise zusammengefügt, die sich von der von Nano-Diamantund Ruß unterscheidet.Genauer gesagt, wie in 3a gezeigt,steigt die Anzahl der nicht gesättigtenBindungen an, wenn die Primärpartikelvon kegelartigen Kohlenstoff-Nanohörnern entlang eines peripheren Bereichs derBodenflächedes Kegels wachsen, so dass es schwierig wird, eine ausreichendeMenge atomaren Kohlenstoff zuzufügen,so dass eine Interpartikel-Kombination der Primärpartikel zu erscheinen beginnt.Auf Grund des Einflusses ihrer kegelförmigen Form kombinieren dieKohlenstoff-Nanohörnermiteinander in ihren Kopfbereichen, so dass die Nanohörner ihreScheitelbereiche stets nach außen orientieren.Auf Grund dieser Kombinationsart wächst die Zusammenballung derKohlenstoff-Nanohörnerweiter, bis die Zusammenballung eine dahlienartige runde Kolbenformmit dem radial nach außenzeigenden Scheitelbereich einnimmt, wie in 3a gezeigt. Die Kombination der obenbeschriebenen Kohlenstoff-Nanohörnerbildet eine Struktur, die ziemlich verschieden ist von jeder anderenAggregat-Struktur und jeder anderen Agglutinat-Struktur, so dasseine solche Kombination der Kohlenstoff-Nanohörner im folgenden als „gebundeneZusammenballung" derKohlenstoff-Nanohörner bezeichnetwird.
[0014] DieZusammenballung bedeutet eine beliebige Aggregat-Struktur, Agglutinat-Strukturoder gebundene Zusammenballung.
[0015] DieseBegriffe bedeuten Zerstörungoder Trennung der Zusammenballung der Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffs.
[0016] EineAufschlämmungeines pulverigen Werkstoffs wird ausgestoßen und in zwei Jet-Strahlenaufgespalten. Sie erleiden eine sogenannte „Jet-Kollision". bei der Jet-Kollision werden die beidenJet-Strahlen der Aufschlämmungeiner Gegenkollision miteinander zur Pulverisierung des Werkstoffsunterzogen. Dieses Verfahren wird der „Jet-Ausstoßungsprozess" genannt, wobei derWerkstoff durch seine eigene kinetische Energie pulverisiert wird.Es gibt einen weiteren als „Dünn-Film-Prozess" bezeichneten Pulverisierungsprozess,bei dem die Aufschlämmungdes Werkstoffs mit ultra hoher Geschwindigkeit rotiert.
[0017] Genauerwird bei diesem Dünn-Film-Prozessdie Aufschlämmungdurch ein spezielles Rührblattmit ultra hoher Geschwindigkeit beschleunigt und daher dazu gezwungen,sich in einen dünnen Film über derinneren Außenwandeines rotierenden Tanks zu verteilen, so dass der pulverige Werkstoff effizienteiner Scherkraft unterzogen wird, die vom Rührblatt ausgeübt wird,wodurch der Werkstoff schließlichpulverisiert wird.
[0018] Inder Praxis ist es möglich,nur die Nass-Typ-Mahlmethode oder diese in Kombination mit der Nass-Dispersionsmethodezu verwenden.
[0019] Alsnächsteswird der Grund beschrieben, warum die Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffbemerkenswert selbst organisiert sind.
[0020] Einerder gut bekannten Gründeist der Größeneffektder Partikel in Nanometer-Größe (im Folgendenals „Nanopartikel" bezeichnet) selbst.Mit anderen Worten erscheinen die oberflächenaktiven Eigenschaften desNanopartikels wie Absorption, Assoziation und Reaktion deutlich,wenn die Anzahl der Atome, die auf der Oberfläche der Partikel vorliegen, größer wirdals die der Atome, die im Inneren der Partikel vorhanden sind. Diestrifft insbesondere fürdas nützlichsteMaterial „Kohlenstoff" auf dem Gebiet der Nano-Technologie-Ingenieurwissenschaftenzu. Da Kohlenstoff ein Element mit beträchtlicher Flexibilität in derWertigkeit bei Kombination mit weiteren Elementen oder Atomen zurBildung einer chemischen Verbindung oder eines Moleküls ist,ist es fürKohlenstoffatome möglich,eine Vielzahl von aus Kohlenstoffatomen aufgebauten Strukturen zubilden, was die Materie verkompliziert. In der Tat haben die Erfinderbis kürzlichdurch ihre intensiven Untersuchungen unter Verwendung eines Transmissions-Elektronenmikroskops(TEM) und/oder eines Scanning-Elektronenmikroskops(SEM) gefunden, dass alle festen Aggregat-Strukturen der Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoff-Materialihre dem Material inhärentenEigenschaften nicht zeigen, wobei: das Material durch die sogenannte „bottem-up"-Methode hergestelltwird; und die Untersuchungen werden auch hinsichtlich der Partikelgrößenverteilungder Primärpartikeldes Materials durchgeführt.Es ist wesentlich fürdie heutigen Nano-Technologie-Ingenieurwissenschaften, eine effektiveTechnik zum Aufbrechen oder Zerstören der Zusammenballungen der Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff zu etablieren.
[0021] EineTechnik zur Herstellung eines Diamant-Partikels mit einem Durchmesservon ungefähr einigenzehn nm wurden bereits im Stand der Technik für abrasive Anwendungen etabliert.Diese üblichen Technikensind beispielsweise offenbart in der japanischen offengelegten PatentanmeldungNr. Hei 4-132606 (welche 1992-132606 entspricht) und 2002-35636,wobei diese üblichenTechniken bei einem Diamant-Partikel mit Mikrometer-Größe angewendetwerden, das statisch im Normalbereich von Umgebungstemperatur undDruck hergestellt wurde, so dass der mikrometergroße Diamant-Partikelultrafein pulverisiert wird, um ein ultrafeines Diamant-Partikelherzustellen. Die so erhaltenen Diamant-Partikel oder -Pulver schließen jedochin unvermeidbarer Weise Diamant-Partikel ein, die eine wesentlichgrößere Größe aufweisenals die Diamant-Partikel mit Mikrometer-Größe. Darüber hinaus können solche größeren Diamant-Partikelschwer aus dem pulverisierten Diamant-Pulver entfernt werden. DermöglicheMinimaldurchmesser der so erhaltenen ultrafeinen Diamant-Partikelbeträgtungefähreinige zehn nm aufgrund des Vorhandenseins von Grenzen, die den üblichenTechniken inhärentsind.
[0022] Esgibt eine weitere bekannte konventionelle Methode zum Aufbrechender Aggregat-Struktur der Primärpartikelvon auf Graphit getragenem C60 in großen Mengen in einem Schritt.In der weiteren konventionellen Methode werden zunächst dieAggregate (was Aggregat-Körper oder-Strukturen bedeutet) von C60-Fullerenen in Graphit mit sowohl einemorganischen Lösungsmittelals auch mit Wasser zur Herstellung einer Mischung gemischt, bisC60-Fullerene ihre Sättigungskonzentrationin diesem Gemisch erreichen, wobei das organische LösungsmittelPyridin, Tetrahydrofuran oder jedes andere geeignete Lösungsmittelsein kann; dann wird eine große MengeWasser zu dieser Mischung zur Herstellung einer verdünnten Mischunggegeben; und schließlich wirddie so erhaltene verdünnteMischung einer Ultraschallbehandlung unterzogen, um das organische Lösungsmittelverschärftdurch Verdampfung des Lösungsmittelszu entfernen, wobei die Primärpartikel ausC60-Fulleren erhalten werden. Sogar bei dieser Methode bleibt diemöglicheMaximalkonzentration von C60-Fullerenen noch bei einem Wert vonnur 1,4 g/Liter (20 mM), wie offenbart in einem Dokument mit demTitel: „Andreivsky,G.V. et al.; Chem. Phys. Lett.; 2002, 364, 8."
[0023] Unterdiesen Umständenwurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die im Stand der TechnikinhärentenProbleme zu lösen.Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine wirksame Maßnahme bereitzustellen,um unbedingt zu gewährleisten,dass Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe nichtmiteinander kombinieren oder Aggregate bilden unter Bildung einerfesten Aggregat-Struktur im Hinblick auf die Tatsache, dass im wesentlichenalle Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe durchein übliches „bottom-up-Verfahren" hergestellt wurden,miteinander unter Bildung einer solchen festen Aggregat-Struktur Aggregatebilden. Darüberhinaus ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Etablierung einersicheren Maßnahmeoder von Techniken zur Gewährleistung,dass die so erhaltenen Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe effizientgelagert und transportiert werden. Diese Maßnahmen werden auf der Basisneuer Befunde von wahren Eigenschaften der festen Aggregat-Struktur der verschiedenenTypen von Kohlenstoff in Nanometer-Größe etabliert.
[0024] Nacheinem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: Einultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultra-dispergiertes Primärpartikel erhalten wird durchAnwendung einer Nass-Typ-Mahlmethodeund/oder einer Nass-Dispersionsmethode auf eine Aggregat-Strukturaus den genannten Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Überwindungder van der Waals-Kräfte,aufgrund der genannten Kräftedie genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zusammengehaltenwerden, um die genannte Aggregat-Struktur zu bilden.
[0025] Nachdem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: EinVerfahren zur Herstellung von einem ultra-dispergierten Partikelvon Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe zur Überwindungder van der Waals-Kräfte, wobeidurch diese Kräftedie Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Bildungder Aggregat-Struktur zusammengehalten werden.
[0026] Nacheinem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: Einultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikel erhaltenwird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus den Primärpartikeln des Kohlenstoffsin Nanometer-Größe zum Aufbrechender Agglutinat-Struktur, wobei die Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typist, bei der dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Nano-Kohlenstoff-Partikelnumgeben.
[0027] Nacheinem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Aufgabender vorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung: Ein Verfahren zur Herstellungvon einem von ultra-dispergierten Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einerNass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus den Primärpartikeln aus Kohlenstoff inNanometer-Größe zum Aufbrechender Agglutinat-Struktur,wobei die Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typ ist, bei der dünne Schichtenaus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Nano-Kohlenstoff-Partikelnumgeben.
[0028] Nacheinem fünftenAspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben dervorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung von: Eines aus ultra-dispergiertenPrimärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethode aufeine höherwertige,direkt kovalent gebundene Interpartikel-Struktur aus den Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Zersetzungder kovalent gebundenen Struktur.
[0029] Nacheinem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Aufgabender vorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung: Ein Verfahren zur Herstellungvon einem von ultra-dispergierten Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einerNass-Dispersionsmethodeauf eine höherwertige,direkt kovalent gebundene Interpartikel-Struktur aus den Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Zersetzungder kovalent gebundenen Struktur.
[0030] Nacheinem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabeder vorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung: Eines aus mono-molekularen Fullerenen,dadurch charakterisiert, dass das eine der Fullerene erhalten wirddurch die Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den Fullerenen, umfassend Schwarzpulveraus C60-Fulleren, C70-Fulleren und weiteren Fullerenen, wobei vander Waals-Kräfte,durch die die Fullerene unter Bildung der Aggregat-Struktur zusammengehaltenwerden, überwundenwerden.
[0031] Nacheinem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: EinVerfahren zur Herstellung von einem aus mono-molekular dispergiertenFulleren, dadurch charakterisiert, dass das eine der Fullerene erhaltenwird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den Fullerenen, umfassend Schwarzpulveraus C60-Fulleren, C70-Fulleren und weiteren Fullerenen, wodurchvan der Waals-Kräfte, durchdie die Fullerene unter Bildung der Aggregat-Struktur zusammengehaltenwerden, überwundenwerden.
[0032] Nacheinem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: Einesaus ultra-dispergierten Primärpartikelnaus Graphit, dadurch charakterisiert, dass das ultra-dispergiertePrimärpartikelaus Graphit erhalten wird durch die Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/ oder einer Nass-Dispersionsmethode auf eine Agglutinat-Strukturmit super-antiabrasivem Ruß zumAufbrechen der Agglutinat-Struktur, wobei die Agglutinat-Strukturvom Einschluss-Typ ist, bei der dünne Schichten aus gebogenen,hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Graphit-Partikeln umhüllen.
[0033] Nacheinem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: EinVerfahren zur Herstellung von einem von ultra-dispergierten Primärpartikelnaus Graphit, dadurch charakterisiert, dass das ultradispergiertePrimärpartikelaus Graphit erhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethodeund/oder einer Nass-Dispersionsmethode auf eine Agglutinat-Strukturaus super-antiabrasivem Ruß zumAufbrechen der Agglutinat-Struktur, wobei die Agglutinat-Struktur vomEinschluss-Typ ist, bei der dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Graphitpartikelnumgeben.
[0034] Nacheinem elften Aspekt der Erfindung werden die obigen Aufgaben dervorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung: Eines aus ultra-dispergiertenPrimärpartikelnvon Diamant in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodebei einer Agglutinat-Struktur aus synthetischem Diamant-Pulver inNanometer-Größe, hergestelltdurch ein Schockwellen-Syntheseverfahren, wobei die Agglutinat-Strukturaufgebrochen wird, um die ultradispergierten Primärpartikelaus Diamant in Nanometer-Größe herzustellen,wobei die Agglutinat-Struktur vom Eisnschluss-Typ ist, bei der dünne Schichten ausgebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Nano-Diamant-Partikelnumgeben.
[0035] Nacheinem zwölftenAspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben dervorliegenden Erfindung gelöstdurch Bereitstellung von: Einem Verfahren zur Herstellung voneinem von ultra-dispergierten Primärpartikeln aus Diamant in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einerNass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus synthetischem Diamant-Pulver in Nanometer-Größe, hergestelltdurch ein Schockwellen-Syntheseverfahren,wobei die Agglutinat-Struktur aufgebrochen wird, um die ultra-dispergiertenPrimärpartikelaus Diamant in Nanometer-Größe bereitzustellen,wobei die Agglutinat-Struktur vom Einschlusstyp ist, bei der dünne Schichtenaus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Nano-Diamant-Partikelnumgeben.
[0036] Nacheinem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die obigenAufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch folgende Bereitstellung: Einesvon ultra-dispergierten Primärpartikelnaus Horn in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass die ultra-dispergierten Primärpartikelerhalten werden durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine höherwertige,direkt kovalent gebundene, dahlien-artige Interpartikel-Struktur der Primärpartikel,um die dahlien-artige Struktur zu zerstören.
[0037] Nacheinem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Aufgabender vorliegenden Erfindung gelöstdurch folgende Bereitstellung: Ein Verfahren zur Herstellungvon einem von ultra-dispergierten Primärpartikeln aus Horn in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass die ultra-dispergierten Primärpartikelerhalten werden durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass- Dispersionsmethodebei einer höherwertigen,direkt kovalent gebundenen dahlien-artigen Interpartikel-Strukturder Primärpartikel zurZersetzung der dahlien-artigen Struktur.
[0038] BeimVerfahren zur Herstellung, wie in Aspekt acht bis vierzehn dargestellt,wird die Struktur bevorzugt der Nass-Typ-Mahlmethode und/oder der Nass-Dispersionsmethodein Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel unterzogen.
[0039] Weiterwird beim Verfahren zur Herstellung, wie im achten bis vierzehntenAspekt angegeben, bevorzugt nach Beendigung der Nass-Typ-Mahlmethode und/oderder Nass-Dispersionsmethode die Primärpartikel aus Kohlenstoff inNanometer-Größe einerUltraschallbehandlung unterzogen, wodurch die Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe an derRekombination miteinander gehindert werden.
[0040] Weiterwerden beim Herstellungsverfahren, wie in Aspekt acht bis vierzehnangegeben, bevorzugt nach Beendigung der Nass-Typ-Mahlmethode und/oderder Nass-Dispersionsmethode die Primärpartikel aus Kohlenstoff inNanometer-Größe einerUltraschallbehandlung unterzogen, wodurch die Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe an derRekombination miteinander gehindert werden, wobei die Struktur derNass-Typ-Mahlmethode und/oder der Nass-Dispersionsmethode in Wasser oder ineinem organischen Lösungsmittelunterzogen werden.
[0041] Weiterwird im Herstellungsverfahren, wie in einem der Aspekte acht bisvierzehn angegeben, bevorzugt die Nass-Typ-Mahlmethode in einemRührer miteiner Umfangsgeschwindigkeit von gleich oder mehr 5 m/sek. unterVerwendung von Keramikkugeln oder Metallkugeln durchgeführt, vondenen jede einen Durchmesser von gleich oder weniger 0,1 mm aufweist.
[0042] Weiterwird beim Herstellungsverfahren, wie in einem der Aspekte acht bisvierzehn angegeben, bevorzugt die Nass-Typ-Mahlmethode in einemLösungsmittelmit aktiven Wasserstoffatomen durchgeführt, um die Rekombination derPrimärpartikelmiteinander zu verhindern.
[0043] Dieobigen und weiteren Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegendenErfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mitden begleitenden Zeichnungen deutlicher, bei denen:
[0044] 1 ein schematisches Diagrammeiner festen Zusammenballung von Primär-Agglutinaten aus Ruß ist;
[0045] 2 ein schematisches Diagrammder Agglutinat-Struktur der Primär-Partikelaus Diamant in Nanometer-Größe nachder Detonationsmethode ist („Nano-Diamant");
[0046] 3 ein schematisches Diagrammder Primärpartikelaus Kohlenstoff-Nanohorn ist;
[0047] 3b ein Transmissions-Elektronenmikrograph(TEM) der gebundenen Zusammenballungen von Aggregaten aus Kohlenstoff-Nanohörnern ist;
[0048] 4 eine Photographie vonC60-Fulleren ist, die seine Struktur darstellt;
[0049] 5a ein Diagramm ist, dasdie Partikelgrößenverteilungvon kommerziell erhältlichenNano-Diamant-Agglutinaten (was Agglutinat-Körper oder-Strukturen bedeutet) als Dispergiertion in Wasser zeigt, entsprechendeines dynamischen Laser-Streu- (Dynamic Laser Scattering (DLS))Verfahrens, das bei der Bestimmung der Verteilung verwendet wurde;
[0050] 5b ein Diagramm ist, dasdie Partikelgrößenverteilungvon kommerziell verfügbarenNano-Diamant-Agglutinaten zeigt, welche in Wasser dispergiert sind,entsprechend eines dynamischen Laser-Streu-Verfahrens, das bei der Bestimmung der Verteilungverwendet wurde, und die identisch in den Eigenschaften mit denenvon 5a sind, jedochzusätzlichUltraschallwellen ausgesetzt wurden, wobei kein wesentlicher Unterschiedzwischen dem Diagramm von 5a und 5b gezeigt wird;
[0051] 6 ein Feldemissions-Kathoden-Typ-Transmissions-Elektronen-Mikrograph von rohemRuß ist,der durch eine Unterwasser-Detonation von TNT-Hexogen-Zusammensetzung B-Sprengstofferhalten wurde;
[0052] 7 ein Längsschnitt einer in den Beispielenverwendeten Kugelmühleist;
[0053] 8 eine Graphik ist, dieim zeitvariablen Durchmesser jedes Partikel einer in Beispiel 1verwendeten Diamant-Aufschlämmungzeigt;
[0054] 9 ein Transmissions-Elektronen-Mikrograph(TEM) von Primärpartikelnaus Nano-Diamant ist, die unter Verwendung einer Kiesel- oder Kugelmühle behandeltwurden;
[0055] 10 ein schematisches Diagrammist, das die zeitabhängigePartikelgrößenverteilungzeigt, wenn die Aggregate aus rohem Nano-Diamant unter Verwendung der Kugelmühle aufgebrochenwerden;
[0056] 11 ein Transmissions-Elektronen-Mikrograph(TEM) der Primärpartikelder Aggregate aus rohem Nano-Diamant nach Beendigung des Zerstampfensder Aggregate unter Verwendung der Kugelmühle;
[0057] 12 ist ein Transmissions-Elektronen-Mikrograph(TEM) eines Kolloids, erhalten durch Zerstampfung der Aggregateaus rohem Nano-Diamant unterVerwendung der Kugelmühle;
[0058] 13 ist ein schematischesDiagramm eines idealen Bilds eines einfachen üblichen Nanohorns; und
[0059] 14 ist ein Transmissions-Elektronen-Mikrograph(TEM) eines Kolloids, erhalten durch Zerstampfung eines Pulversaus Aggregaten des kommerziell verfügbaren C60-Fulleren unter Verwendung derKugelmühle.
[0060] Diebesten Ausführungsformender vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Verwendung derAusführungsformund Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungenbeschrieben.
[0061] Dievorliegende Erfindung kann jedoch in verschiedenen unterschiedlichenAusführungsformenausgeführtwerden und sollte nicht so konstruiert werden, dass sie auf diehier angegebenen Ausführungsformenbeschränktist; diese Ausführungsformenwerden eher zum Zweck der gründlichenund vollständigenOffenbarung angegeben, und wird den Umfang der vorliegenden Erfindungden Fachleuten in vollem Ausmaß deutlichmachen.
[0062] ImFolgenden wird der technische Hintergrund, der zum Verständnis dervorliegenden Erfindung erforderlich ist, im Detail beschrieben.
[0063] Wasinteressanten Nano-Kohlenstoff betrifft, so gibt es verschiedeneTypen von Nano-Kohlenstoff. Von diesen Typen sind typische: C60-Fulleren;Ruß; durchdie Detonationsmethode hergestellter Nano-Diamant und Kohlenstoff-Nanohörner.
[0064] Wiein 4 gezeigt, ist C60-Fullerendas kleinste Fulleren. Ein effektiver Durchmesser von C60-Fullerenist ungefähr1 nm. C60-Fulleren ist in einem organischen Lösungsmittel löslich. EinegesättigteLösungvon C60-Fulleren hat eine leicht bläuliche Purpurfarbe. Im Gegensatzdazu sieht kommerziell verfügbaresC60-Fulleren wie ein Pulver aus, das nach dem Aussehen so fein istwie Ruß undhinsichtlich der Farbe so schwarz wie Ruß ist. Aufgrund dieser Farbeund dieses Aussehens ist klar, dass die kommerziell verfügbare Probevon C60-Fulleren aus festen Zusammenballungen oder Aggregat-Strukturenaus C60-Fulleren aufgebaut ist. Die Probe wird im Detail durch geeigneteTechniken untersucht wie: „dynamischesLaserlicht-Streuverfahren (DLS)"; Transmission-Elektronen-Mikroskopie(TEM); Scanning-Elektronen-Mikroskopie(SEM); und Atomkraft-Mikroskopie (AFM). Als Ergebnis wird gefunden,dass jede der Aggregat-Strukturen ungefähr 10 Mikrometer mittlere Größe erreicht.C60-Fullerene, die jeweils ein hohles einschichtiges, unpolaresMolekülsind, werden lediglich durch Van der Waals-Kräfte unter Bildung ihrer Aggregat-Struktur zusammengehalten.Da jedes C60-Fulleren ein sphärischesMolekülist, ist die Aggregations-Effizienzhoch. Auf Grund dessen wird hinsichtlich der Packungsdichte C60-Fullerenso eingeschätzt,dass es im Wesentlichen die sogenannte „flächenzentrierte kubische Kristallstruktur" erreicht. Daherist es für C60-Fullerene möglich, eineAggregat-Struktur daraus zu bilden. Diese Aggregat-Struktur hateine relativ großeAggregations-Energie, so dass ungefähr 12 C60-Fullerene in Nachbarschaftzu einem im Zentrum befindlichen C60-Fulleren mit einem Abstand vonetwa 1 nm (oder leicht mehr) Radius vom C60-Fulleren im Zentrumangeordnet sind. In der Aggregat-Struktur wird jedoch jedes C60-Fullerenoder Molekülin einem Punkt-Kontakt mit dem benachbarten C60-Fullerenen oderMolekülengebracht. Daher wird angenommen, dass die Aggregat-Struktur von C60-Fulleren zerstört werdenkann, wenn die Struktur einer ausreichend großen Menge Energie ausgesetztwird, vorausgesetzt, dass, wie später beschrieben wird, es notwendigist, die Aggregat-Struktur im Wasser oder in einem organischen Lösungsmittelzu zerstören,um das so erhaltene C60-Fulleren an der Rekombination miteinanderzu hindern und die so erhaltenen C60-Fullerene in Form von Kolloidenoder Aufschlämmungenzu behalten, da pulverige C60-Fullerene miteinander unter Bildungeiner Aggregat-Struktur zu rekombinieren beginnen, wenn sie nachZerstörungder Aggregat-Struktur sich überlassenwerden. Dies trifft auch füralle anderen Nano-Kohlenstoff-Materialien genauso wie für C60-Fullerenzu. Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass solcheNano- Kohlenstoff-MaterialieneinschließlichC60-Fulleren aus ihren Aggregat-Strukturenin Wasser oder einem organischen Lösungsmittel freigesetzt werdenund als Kolloide oder Aufschlämmungender Materialien vorliegen.
[0065] Ruß ist industriellhergestellter reiner Ruß. Chemischausgedrücktbesteht Ruß ausGraphit-Partikeln. Es ist gut bekannt, dass die minimalen Primärpartikelaus Ruß ultrafeinePartikel von Nanometer-Größe sind.Hier diskutierter Ruß istaus solchen Primärpartikelnaufgebaut, die im ASTM-Code „N110" genannt werden undals ultra-antiabrasiv-Kautschukadditiv wie unten beschrieben verwendetwerden. Die Diskussion hier ist mehr oder weniger auch anwendbarauf andere Klassen von Ruß. DiePrimärpartikelaus Ruß derKlasse (Code) „N110" haben einen mittlerenDurchmesser von ungefähr18 nm. Es ist bekannt, dass einige zehn solcher Primärpartikelaus Ruß aggregierenunter Bildung einer primärenAgglutinat-Struktur, die „Agglutinat" genannt wird. 1 zeigt ein schematischesDiagramm der Agglutinat-Struktur der Primärpartikel aus Ruß. In dieserin 1 gezeigten Agglutinat-Struktursind mehrere Primärpartikelaus Ruß vonmehreren modifizierten Graphit-Schichten umhüllt, die jeweils viele Strukturdefekteaufweisen. In 1 istunklar, wo die Grenzen zwischen den Primärpartikeln und den Graphit-Schichtenliegen.
[0066] Indieser Agglutinat-Struktur aus Ruß aus 1 sind im Gegensatz zur Aggregat-Strukturder Primärpartikelaus C60-Fulleren, die nur durch zwischen den Partikel wirkendenvan der Waals-Kräfte zusammengehaltenwerden, die Primärpartikelaus Ruß sehrfest aufgrund des Vorhandenseins der dünnen Schichten von gebogenemhoch defekten Graphit-Schichten zusammengehalten, die die Kern-Nano-Kohlenstoff-Partikelumgeben. Dementsprechend wird aufgrund der obigen Gründe anstelledes üblichenBegriffs „Aggregat" der Begriff „Agglutinat" hier verwendet,um einen solchen sehr festen Halt durch die Hüllen aus Graphit-Schichtenauszudrücken,die die Primärpartikelaus Ruß starkunter Bildung einer festen Zusammenballung zusammenhalten.
[0067] Esscheint, dass die Agglutimation der Primärpartikel aus Ruß bereitsbei der Herstellung von Ruß auftritt.Da Primärpartikelgebildet werden und ihre Konzentration ansteigt, nimmt die Interpartikel-Kollisionzwischen den Primärpartikelnzu und die Temperatur nimmt ab. Dementsprechend wird der Kristallisationsgradder Graphit-Schichten, die auf den Oberflächen der Primärpartikelwachsen, schlecht, so dass ihre Strukturdefekte ansteigen. Daherwerden die Graphit-Schichten oft gemeinsam zwischen den benachbartenPrimärpartikelngeteilt, um die Bildung der Agglutinat-Struktur aus den Primärpartikelnaus Ruß zuerleichtern.
[0068] DieserTyp Agglutination wird verbreitet bei der Herstellung von verschiedenenTypen von Nano-Kohlenstoff-Strukturen nach der sogenannten „bottom-up"-Methode beobachtet,vorausgesetzt, dass die Methode so ausgeführt wird, dass die zusätzlicheBildung eines Teilerzeugnisses, wie eine laminare SP²-Hybrid-Kohlenstoff-Strukturvom Graphit-Typ, ermöglichtwird, wobei diese laminare Kohlenstoff-Struktur eine der stabilstenFormen von Kohlenstoff im Normalbereich von Umgebungstemperaturund Atmosphärendruckist.
[0069] ImAllgemeinen ist es sehr schwierig, die Agglutinat-Struktur der Primärpartikelaus Ruß aufzubrechen,da der Bruch von kovalenten CC-Bindungenerforderlich ist und die Zerstörungvon Strukturdefekten in der Agglutinat-Struktur. In anderen Wortenwird beim Aufbrechen der Agglutnat-Struktur im Wesentlichen keinEffekt auf die Agglutinat-Struktur in einem üblichen Aufbruchprozess beobachtet,beispielsweise wie einem üblichenPulverisierungsverfahren, einem Lichtbestrahlungsverfahren unterVerwendung von Ultraschallwellen und ähnlichen üblichen Verfahren.
[0070] Derdurch die Detonationsmethode hergestellte Nano-Diamant bildet ebenfallstypische Agglutinat-Strukturen. Es wurde durch Röntgen-Diffraktions-Analyse herausgefunden,dass der mittlere Durchmesser oder die Größe von kristallinem Diamantim Bereich von 4 nm bis 5 nm liegt. Andererseits wurde, wie in 5a gezeigt, auch herausgefunden,dass durch „Partikelgrößenverteilungsmessungen", durchgeführt durchdie DLS-Methode,der mittlere Durchmesser oder die Größe einer Zusammenballung vonPartikeln aus kommerziell erhältlichenDiamant-Pulver einenWert von ungefähr300 nm und/oder ungefähr10 Mikrometer aufweisen, wobei berichtet wird, dass das kommerziellverfügbare Diamant-Pulverhergestellt wird durch Durchführung einerBehandlung mit heißerSalpetersäuremit Nano-Diamant-haltigem rohem Ruß, um die Nano-Diamanten durchOxidation des rohen Rußeszu raffinieren.
[0071] SolcheZusammenballungen des kommerziell verfügbaren Diamant-Pulvers wurden inWasser dispergiert und in einem üblichenmit 250 Watt betriebenen Ultraschallbad über 4 Stunden in eingetauchtemZustand in Wasser aufbewahrt. Aus der 5b wirddeutlich, dass kein Primärpartikelaus der Zusammenballung des kommerziell erhältlichen Diamantpulvers vonder Zusammenballung entfernt wurde. Wenn die Zusammenballungen deskommerziell verfügbarenDiamant-Pulvers einem mit 2 KW betriebenen Hochenergie-Ultraschallbad über 4 Stundenin eingetauchtem Zustand in Wasser ausgesetzt wird, nimmt der mittlereDurchmesser der Zusammenballung auf einen Wert von etwa 200 nm ab.Es ist jedoch nicht möglich,den mittleren Durchmesser der Zusammenballung auf einen Wert über denoben genannten Wert hinaus zu reduzieren, indem die Hochenergieultraschallbehandlung über einenZeitraum von mehr als 4 Stunden ausgedehnt wird. In den Diagrammengemäß der 5a und 5b repräsentiert die Ordinate einegewichtsbezogene Verteilung. In jedem der Diagramme, die in den 5a und 5b gezeigt werden, werden die Gruppeaus kleineren Balkendiagrammen und eine andere Gruppe aus größeren Balkendiagrammenim Folgenden als „primäre Agglutinat-Struktur" bzw. als „sekundäre Agglutinat-Struktur" bezeichnet. DieprimäreAgglutinat-Strukturliegt im Größen- oderDurchmesserbereich von etwa 100 nm bis etwa 200 nm. Auf der anderenSeite liegt die sekundäreAgglutinat-Struktur imGrößen- oderDurchmesserbereich von etwa 2 Mikrometer bis etwa 19 Mikrometer.
[0072] Solches,unbearbeitetes Ruß wurdemit Hilfe eines TEM (Transmissionselektronenmikroskop) untersuchtund es wurde herausgefunden, dass das unbearbeitete Ruß Nano-Diamantpartikelim Durchmesserbereich von 4 nm bis 5 nm enthält. Wie in 6 gezeigt, sind die so gefundenen Partikelaus Nano-Diamant mit einer Vielzahl von Graphitschichten auf ihrerOberflächeversehen. Es wurde jedoch kein unabhängiges „Primärpartikel" aus Nano-Diamant in dem unbearbeitetenRuß gefunden. 6 zeigt, dass die Primärpartikelaus Nano-Diamant bereits in eine Makro-Agglutinat-Struktur aus Nano-Diamanteingearbeitet sind. Mit anderen Worten: Es erscheint, dass die Agglutinationvon Nano-Diamant schonunmittelbar nach der Fertigstellung des Detonation-Synthese-Verfahrensdes Nano-Diamants abgeschlossen ist. Es erscheint, dass Nano-Diamant synthetisiertwird, wenn kohlenstoffhaltige Materialien, welche durch unvollständige Verbrennungaufgrund von Sauerstoffmangel eines Sprengstoffs, welcher mit anderenInhaltsstoffen vermisch wurde, hergestellt werden, einem Detonationsstoß und damit beidem,einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, ausgesetzt werden.
[0073] Beider Detonationsmethode zur Synthetisierung des Nano-Diamants: Weil derZeitraum des Detonationsstoßesextrem kurz ist, ist es fürdas kohlenstoffhaltige Material nicht möglich, lange genug in einemDiamant-Synthetisier-Phasenbereich eines Phasendiagramms des Materials(nicht dargestellt) ausreichend zu verweilen. Aufgrund dessen, sobald einKern (d.h. Primärpartikel)aus Nano-Diamant in der Detonationsmethode ausgebildet ist, scheitert dieserKern oder dieses Primärpartikelaus Nano-Diamant daran, ausreichend zu wachsen, so dass solch einKernverteilungsbereich auf einen relativ kleinen Bereich des Phasendiagrammsbeschränkt ist.Nach der Detonation erreicht das Material einen Graphit-Phasenbereichdes Phasendiagramms. In diesem Graphitphasenbereich entwickelt sichGraphit, das sich überdie Oberflächevon jedem der Primärpartikelaus Nano-Diamant erstreckt, wobei die Primärpartikel aus Nano-Diamantzusammen dem so entwickelten Graphit agglutinieren, um jedes derPrimär-Agglutinateaus den Primärartikelnauszubilden. 2 zeigtein schematisches Diagramm von einem der Primär-Agglutinate. Bei Abnahmeder Systemtemperatur wird eine Vielzahl der Primär-Agglutinate durch van derWaals-Kräftezusammengehalten, wobei die Primär-Agglutinate,die so zusammengehalten werden, eine hinsichtlich der Ausmaße größere Zusammenballungbilden und eventuell zu jeweils einer der sekundären Agglutinaten, die jeweilseinen Durchmesser in einer Mikrometer Größenordnung aufweisen, ausgebildetwerden.
[0074] Esist fürherkömmlicheVerfahren schwierig, die Agglutinat-Struktur (in 2 gezeigt) aus kommerziell erhältlichemNano-Diamant vom „Detonationsverfahren"-Typ zu zerlegen.Solche Schwierigkeiten machten es in der Vergangenheit für 20 Jahreunmöglich,das Nano-Diamant vom „Detonationsverfahren"-Typ zu raffinieren.
[0075] Dievorliegende Erfindung ist unter den ersten, die erfolgreich dieAgglutinat-Struktur aus Nano-Diamant vom „Detonationsverfahren"-Typ zerlegt.
[0076] ImFolgenden, wird das letzte Beispiel für die verschiedenen Zusammenballungenaus Kohlenstoff-Nano-Partikeln beschrieben, wobei diese letzte eineverbundene Zusammenballung aus Kohlenstoff-Nano-Hörnernist. Wie oben bereits beschrieben, wird die Verbindung zwischenden Hörnenimmer zwischen den breiteren Randbereichen jedes Kohlenstoff-Nano-Hornsvorgenommen. Aufgrund dessen, ist es notwendig, um räumlicheKollisionen zwischen den Nano-Hörnern,welche auf diese Weise untereinander zu gebundenen Zusammenballungenverbunden werden, zu vermeiden, dass die Nano-Höner in der so genannten „dahlien-artigen" Struktur der Zusammenballunganzuordnen, wobei: die Nano-Hörnermit ihrem Scheitelbereich diametral gegensätzlich zueinander ausgerichtetsind, so dass es den Nano-Hörnern ermöglicht ist,radial nach außenzu wachsen in einer „dahlienartigen" verbundenen Zusammenballungoder Struktur (im Folgenden werden Zusammenballung und Strukturabwechselnd benutzt, da diese Ausdrücke im Wesentlichen den selbenBegriff repräsentieren).Wenn ein hohler Zentralbereich, welcher räumlich abgeschlossen ist unddem Blumen-Rezeptakulum in der „dahlien-förmigen" Struktur entspricht, ausgebildet ist,ist das Wachstum der verbundenen Zusammenballung abgeschlossen.Zu diesem Zeitpunkt erreicht die „dahlien-förmige" Struktur einen Durchmesser von etwa 100nm. Aufgrund dessen weist der sphärische Zentralbereich der Zusammenballungaus Kohlenstoff-Nano-Hörnern einefeste Konstruktion auf, und die Zusammenballung ist daher sehr schwieriggemäß dem Standder Technik zu zerlegen. All die bekannten Materialeigenschaftendes Kohlenstoff-Nano-Horns, beispielsweise wie die Wasserstoffaufnahme,Elektronenemission, katalytische Aktivität und Ähnliches beruhen auf der porösen Oberflächenkonstruktionder „dahlien-förmig" verbundenen Zusammenballung.Mit anderen Worten, einer der interessantesten Bereiche zur Verwendungder dahlien-förmigverbundenen Zusammenballung bleiben bis zur Gegenwart ungenutzt,wobei einer eine Öffnungist, die vom breiteren Randbereich jedes Nano-Horns der Zusammenballungvorgegeben wird. Der Innenraum jedes Nano-Horns selbst ist einerder weiteren besonders interessanten Bereiche in der Verwendungder Zusammenballung und ist ebenso bis heute ungenutzt geblieben.
[0077] Wieaus der obigen Analyse klar wird, lässt sich die Zusammenballungaus Nano-Kohlenstoff hinsichtlich ihres Aufbaus in wenigstens dreitypische Varianten klassifizieren, d.h. eine Zusammenballung desersten Typs; eine Zusammenballung des zweiten Typs; und eine Zusammenballungdes dritten Typs.
[0078] ImFolgenden werden diese drei Typen der Zusammenballungen aus Nano-Kohlenstoffenbeschrieben:
[0079] DieserTyp von Zusammenballung wird „Aggregat" (d.h. Aggregatstruktur)aus Nano-Kohlenstoffen genannt, wobei die Nano-Kohlenstoffe durch van der Waals-Kräfte zusammengehaltenwerden. Van der Waals-Kräfteselbst sind auf dem Gebiet der Chemie durch Studien der intermolekularenWechselwirkung erforscht worden. Obwohl die einzelne Wechselwirkungsenergieder van der Waals-Kraft zwischen einem Atompaar gering ist, bringtder oben erwähnteGrößeneffekteinen riesigen Zuwachs an Aggregationsenergie im Ganzen hervor.Aufgrund des riesigen Zuwachses an Aggregationsenergie werden dieNano-Kohlenstoffefest durch die einzelnen van der Waals-Kräfte zur Ausbildung der Aggregatstrukturzusammengehalten. Auf der anderen Seite hinsichtlich des Farbaussehensder C60 Fullerene, ist C60 Fulleren oder das Molekül selbstblau oder purpur. Jedoch ein Puder aus C60 Fulleren, in loser Form,ist von schwarzem Aussehen. Der Grund, warum das C60 Fulleren inloser Form schwarz erscheint, liegt darin, dass Licht irregulär von einer Oberfläche einessolch großenAggregats oder einer Zusammenballung aus C60 Fullerenen reflektiert wird.Hinsichtlich der Schmierfähigkeitder C60 Fullerene wird erwartet, dass ein Puder aus C60 Fullerenenexzellente Schmierfähigkeitin den Mechanismen der Nanometer-Größenordnung aufweist, da einzelnesC60 Fulleren eine ballförmige,sphärische Formgebungmit einem Durchmesser von etwa 1 nm aufweist. Aufgrund dieser Erwartung,wurde C60 Fulleren auf glatte Oberflächen aufgebracht, um diese Oberflächen zuschmieren. Ein Schmiereffekt des C60 Fulleren-Puders wurde jedochnicht zwischen diesen glatten Oberflächen beobachtet. Als Grundfür dasFehlen einer Schmierfunktion des C60 Fulleren-Puders sehen die Erfinderder vorliegenden Anmeldung im Folgenden begründet: C60 Fullerene werdenin ihrer Aggregatstruktur durch eine unerwartet hohe Menge an Aggregationsenergiezusammen gehalten, so dass eine herkömmliche Reibungsarbeit nichtin der Lage ist, solch eine riesige Aggregationsenergie zu überwinden.
[0080] Esist notwendig eine beachtliche Menge an Energie auf das Aggregataus C60 Fullerenen aufzubringen, um die van der Waals-Kräfte zu überwinden, durchdie C60 Fullerene unter Ausbildung des Aggregats zusammen gehaltenwerden, Aus praktischer Sicht, um solche van der Waals-Kräfte zu überwinden,wird wirksam das Folgende verwendet: eine hochenergetische Ultraschallbestrahlungdurchgeführtin Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel und/oder, eineschwach motorisierte Kugelmühle,die unter Verwendung von Wasser oder einem organischen Lösungsmittelbetrieben wird. Zum Beispiel, um ein Puder aus dem C60 Fullerenzu pulverisieren, ist eine Verwendung einer Ultraschallbestrahlungbei einer Frequenz gleich oder mehr als 20 khz und bei einer Energievon gleich oder mehr als 500 Watt wirksam. Für die verwendete Kugelmühle istes notwendig, dass jeder dieser Kugeln, eine Keramik- oder Metallkugel,einen Durchmesser von gleich oder weniger als 1 mm aufweist, unterder Bedingung, dass ein Rührerverwendet wird, dass das Rührblattmit einer Umfangsgeschwindigkeit von gleich oder mehr als 5 m/srotierend angetrieben wird.
[0081] Daszuvor Beschriebene bezieht sich auf die Zusammenballung des erstenTyps, genannt „Aggregat", aus Nano-Kohlenstoffoder Kohlenstoff-Nano-Partikeln.
[0082] ImFolgenden wird die Zusammenballung des zweiten Typs aus Kohlenstoff-Nano-Partikelnbeschrieben.
[0083] DieseArt von Zusammenballung wird „Agglutinat" (d.h. Agglutinat-Struktur) aus Kohlenstoff-Nano-Partikelngenannt. In dieser Zusammenballung des zweiten Typs (d.h. Agglutinat-Struktur) ausKohlenstoff-Nano-Partikeln werden die Kohlenstoff-Nano-Partikeldurch Agglutinationskräfte,die viel stärkerals van der Waals-Kräftesind, fest zusammengehalten, um Agglutinat auszubilden. Diese Agglutinationskräfte rühren vonzwischen den Partikeln wirkenden C-C Bindungen und Graphiteinhüllungen,die auf diesen Kohlenstoff-Nano-Partikeln ausgebildetsind, her. Aufgrund dessen, ist es notwendig, um das Agglutinatzu zerlegen, dass eine großeAnzahl von zwischen den Partikeln wirkenden C-C-Bindungen aufzubrechenund die Graphiteinhüllungenzu entfernen. Aus praktischer Sicht, um die Agglutinationskräfte zu überwinden,wird wirksam die Nass-Typ-Mahlmethode,den Jet-Ausstoßungsprozessund/oder einen Dünn-Film-Prozess verwendet. Beispielsweisebei der Zerlegung des Agglutinats aus Nano-Diamant des „Detonationsmethode"-Typs, wird wirksamein Rührerverwendet, der mit einem Rührblattversehen ist, das mit einer Umfangsgeschwindigkeit des Blattes vongleich oder mehr als 5 m/s rotierend angetrieben wird, unter Verwendungeiner großenAnzahl von Kermaik- oder Metallkugeln, welche jeweils einen Durchmesservon 0,1 mm bis 0,05 mm aufweisen.
[0084] Daszuvor Beschriebene bezieht sich auf die Zusammenballung des zweitenTyps, genannt „Agglutinat", aus Nano-Kohlenstoffoder Kohlenstoff-Nano-Partikeln.
[0085] ImFolgenden wird die Zusammenballung des dritten Typs aus Kohlenstoff-Nano-Partikelnbeschrieben.
[0086] DieseArt von Zusammenballung wird „verbundeneZusammenballung" ausKohlenstoff-Nano-Partikeln genannt. Bei dieser verbundenen Zusammenballungsind die Nano-Partikel chemisch untereinander verbunden. Aufgrunddessen ähneltdie verbundene Zusammenballung der Zusammenballung des zweiten Typs(d.h. Agglutinat) bis zu einem gewissen Grad hinsichtlich der Kombinationsart,vorausgesetzt, dass die verbundene Zusammenballung die Graphit-Einhüllungenoder -Schichten vermissen lässt,die in der verbundenen Zusammenballung vorliegen, um die Agglutinationder Nano-Partikel gegenüberder der zweiten Zusammenballung zu verbessern. Um die verbundeneZusammenballung zu zerlegen, ist es wie in der zweiten Zusammenballung notwendig,eine großeAnzahl von zwischen den Partikeln wirkenden C-C-Bindungen aufzubrechen.Folglich ist es notwendig, die verbundene Zusammenballung hartenVerfahren, wie dem Nass-Mahlverfahren auszusetzen, wie es ebenfallsder Fall ist beim Agglutinat. Wenn ein Scheitelbereich eines jedenKohlenstoff-Nano-Horns, dessen Bereich von geringer mechanischerFestigkeit ist, in die Zusammenballung des dritten Typs eingearbeitetist, ist es notwendig, geeignet Maßnahmen zu treffen, die solcheinen Scheitelbereich jedes Kohlenstoff-Nano-Horns vor Beschädigung schützen.
[0087] Solchgeeignete Maßnahmenwerden nachfolgend mit jeweiligem Bezug auf die folgenden Beispielebeschrieben. Hierbei ist jedem Fall eine trockenartige Behandlung,wie ein Trocken Mahlen oder Zerreiben, im Hinblick auf die obenbeschriebenen Zusammenballungen streng untersagt, da von der Trockenbehandlungder Zusammenballungen die Gefahr einer Staubexplosion und die schnelleReaggregation der Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff ausgehen.
[0088] Nebenbeiangemerkt, obwohl das Nano-Material in der Beschreibung der vorliegendenErfindung auf Kohlenstoff beschränktist, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei irgendwelchenanderen Nano.Materialien, wie auch Kohlenstoff, wirksam oder wirksamer.
[0089] Bevordie vorliegende Erfindung gemacht wurde, wurden ultradispergierteKohlenstoff-Nano-Partikel im wahren Sinne nicht realisiert, mitder Ausnahme der C60 Fullerene, die in einer dünnen Lösung aus organischem Lösungsmitteldispergiert wurden. Fürdie C60 Fullerene oder Molekülehat das Moleküleinen Durchmesser von 0,7 nm. Wenn ein wirksamer Radius van derWaals-Kräfte,die auf Kohlenstoff wirken, berücksichtigtwird, hat das C60 Fullerene einen effektiven Durchmesser von nur1 nm. Dies ist die kleinste Größe unterden Nano-Partikeln. Da C60 Fulleren leicht löslich in einem organischen Lösungsmittelist, ist es möglichein ultra-dispergiertes, einzelnes Teil aus C60 Fulleren in solcheiner dünnenLösungaus organischem Lösungsmittelzu erhalten.
[0090] C60Fullerene und/oder andere größere FullereneCn, wobei „n" eine ganze Zahlund die Anzahl der Kohlenstoffe ist, die in jedem Fulleren enthalten sindund im Bereich von 70 bis 100 liegt, sind ausnahmslos größenmäßig kleinerals alle anderen Nano-Partikel, Konsequenterweise sollten dieseFullerene mehr als Moleküle,die zum Gebiet der Chemie gehören,als gewöhnlicheNano-Partikel behandelt werden. Auf der anderen Seite sind all dieanderen, herkömmlichenNano-Partikel, wie zum Beispiel die Primär-Partikel aus Nanodiamantin Nanometergröße, ultra-abrasivesRuß undKohlenstoff-Nano-Hörner,feste Agglutinate oder gebundene Zusammenballungen, so dass sieunlöslich,unschmelzbar und nicht sublimierbar sind. Aufgrund dessen warendie umfassenden und langzeitigen Bemühungen vieler Wissenschaftlerin der Zerlegung dieser Zusammenballungen nicht erfolgreich undscheiterten darin, ein einzelnes Stück der Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffzu erhalten. Folglich sind bis heute die Materialeigenschaften vonKohlenstoff-Nano-Partikelnimmer noch nicht aufgedeckt.
[0091] Dievorliegende Erfindung ist unter den ersten, die ein dem Gebiet derultra-feinen Partikel-Technologie inhärentes, schwieriges Problemlöst undals erste ultra-dispergierte Nano-Partikel in Mengen gewinnt, wobeidie ultra-dirpersen Nano-Partikel als essentielles Material für die Realisierungder Nano-Technologie angesehen werden. Der Kern der vorliegendenErfindung liegt in der Anwendung eines Nass-Mahlverfahrens und/oder ähnlichenNass-Dispersionsmethoden auf die Zusammenballungen aus Nano-Kohlenstoffbei deren zerlegenden Bearbeitung. Bei einem typischen Beispielsolch einer zerlegenden Bearbeitung der Zusammenballungen wird eineKugelmühleverwendet. Im Folgenden wird ein solch typisches Beispiel beschrieben.Dieser Art der Zerlegungsbearbeitung wird auf dem Gebiet der Partikeltechnologieschon seit langem verwendet, wobei eine Vielzahl von harten Kugelnaus Glas oder Edelstahl, die jede einen Durchmesser von mehr als1 mm aufweisen, verwendet werden, um ein Partikel im Mikrometer-Größenbereichherzustellen.
[0092] Esscheint, dass, um das Auftreten möglicher Staubexplosionen zuvermeiden, ein herkömmliches, trockenartigesMahlverfahren durch ein Nass-Mahlverfahren zum Mahlen oder Pulverisiereneines Werkstoffmaterials unter Verwendung von Kugeln nach dem Standder Technik ersetzt wurde, wobei die Nass-Mahlbearbeitung in einerMahlkammer durchgeführtwird, wobei das Werkstoffmaterial zusammen mit den Kugeln und einemdispergierenden Medium, wie Wasser, rotiert wird. Um eine Reihevon neueren Forderungen nach feineren Partikeln zu erfüllen, wurdeder Durchmesser jeder Kugel graduell auf ein Maß verringert, das zur Zeitgleich oder weniger als 1 mm beträgt. Dies ermöglicht eineHerstellung eines Partikels mit einem Durchmesser im Nanometer-Größenbereichnach dem Nass-Mahlverfahren.
[0093] DerMechanismus der Kugelmahlbearbeitung, durch welche das Werkstoffmaterialin die Primär-Partikelaus Nano-Kohlenstoff zerlegt oder abgebaut wird, ist wie folgt: (1) Die in Mahlkammer aufgenommenen Kugeln werdendurch Hochgeschwindigkeits-Zentrifugalkräfte, hervorgerufen durch einRührblatteines Rührers,mit hoher Geschwindigkeit angetrieben, wobei das Rührblattinnerhalb der Rührkammer unterhoher Geschwindigkeit rotiert, um so die Kugeln in einem Endbereichdes Blattes freizugeben, dass jede der Kugeln, die bei hoher Geschwindigkeitfreigegeben wird, eine genug große Energie aufzunehmen vermag,um die C-C-Bindung aufzubrechen; (2) Es besteht keine Sorge, dass ein schädliche, örtliche Überhitzung der Mahlkammer aufgrund dernicht zerstörenden „idealen" Stöße zwischen jedemBall und der Innenwand der Mahlkammer auftritt, da die Hitze, dievon dem „idealen" Stoß generiertwird, effektiv mittels des Wassers, des nassen Lösungsmediums und/oder der Kugeln selbstzusammen mit der Innenwand der Mahlkammer absorbiert wird; (3) Wenn die Kugeln, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen,mit den Zusammenballungen, wie den Agglutinaten und den gebundenen Zusammenballungen,zusammenstoßen,um diese zu zerlegen, werden die chemischen Verbindungen, wie dieC-C Bindungen, aufgebrochen, um Radikale, welche ungebundene Elektronentragen, zu produzieren, wobei die ungebundenen Elektronen sofortmit dem umgebenden Wasser, wie dem dispergierendem Medium, reagieren,um die so zerlegten Produkte hinsichtlich ihrer Wertigkeit abzusättigen undzu stabilisieren, wobei verhindert wird, dass ungewünschtenNebenreaktionen, wie Zersetzung und Polymerisation in der Mahlkammerauftreten.
[0094] Einanderer wichtiger Faktor, der zur Vervollständigung der vorliegenden Erfindungbeiträgt,ist die Bestrahlung mit hochernergetischen Ultraschallwellen. DerZerlegungsprozess des Aggregats, welches durch van der Waals-Kräfte ausgebildetwird, wird durch eine schwache Stoßwelle vorgenommen, die durchKavitation, die im dispergierenden Medium, wie Wasser, auftritt,hervorgerufen wird. Aufgrund dessen wirkt der obige Zerlegungsprozessnicht unmittelbar und ist daher im Vergleich mit dem Nass-Mahlverfahrenin der Wirkung schwach. Aber der Zerlegungsprozess kann frei vonder Gefahr der Herstellung von Nebenprodukten durchgeführt werden.Der Zerlegungsprozess ist ferner sauber und einfach in der Durchführung. Folglichwird der obige Zerlegungsprozess in der vorliegenden Erfindung verwendet,um zu verhindern, dass die Primärpartikel ausNano-Kohlenstoffin einen monodispergierten Zustand im dispergierenden Medium, wieWasser, dispergiert werden. Hier sollte der folgenden Sache besondereAufmerksamkeit geschenkt werden: Ist nämlich das dispergierende Mediumeinmal verdampft, tritt unmittelbar Reaggregation auf, um eine reaggregierteStruktur unter trockener Bedingung auszubilden. Solch eine trockenartige,reaggregierte Struktur ist viel härter als eine entsprechendenassartige, reaggregierte Struktur, die unter einer nassen Bedingungim dispergierenden Medium ausgebildet wird. Dies liegt daran: Inder nassartigen Reaggregationszusammenballung ist die Reaggregationaufgrund der Gegenwart von in den nassartigen Reaggregationszusammenballungeneingearbeiteten Solvaten nicht vollständig vollzogen, so dass dienassartigen Reaggregate eventuell im Gleichgewichtsverhältnis mitden Solvaten stehen und daher deren Härte schließlich abnimmt; auf der anderenSeite ist in der trockenartigen Reaggregationszusammenballung dieReaggregation komplett vollzogen, so dass die gesamte Aggregationsenergieder trockenartigen Reaggregationszusammenballung riesig groß wird.
[0095] Aufgrunddessen, sobald die trockenartige Reaggregationszusammenballung ausgebildetist, ist es notwenig, eine riesige Menge Energie aufzubringen, diesetrockenartige Reagregationszusammenballung zu zerlegen.
[0096] ImFolgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegendenErfindung beschrieben.
[0097] EinVerfahren zur Herstellung eines ultra-dispergierten Primärpartikelsaus Nano-Kohlenstoffen wird unter Verwendung einer herkömmlichenGerätschaft,wie einer Kugelmühle,ein Ultraschallwellengenerator, ein dynamisches Laserlicht-Streumessgerät und ähnliche,durchgeführt; Jedochselbst unter Verwendung der heutzutage fortschrittlichsten Gerätschaftenist es fürden Fachmann nicht möglich,die vorliegende Erfindung zu machen. Die Erfinder beabsichtigenim Folgenden die Neuheit des Gegenstandes der Anmeldung herauszustellen. Mitanderen Worten: Jedes der Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff, das gemäß der vorliegendenErfindung erhalten wurde, ist ein neues Material, welches im Wesentlichendie selbe Größe wie einMolekülim Chemiebereich hat. Aufgrund dessen sind die Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoffen, die erfindungsgemäß erhalten wurden, mit Ausnahmeder C60 Fullerene, von denen angenommen wird, dass ihr Verhaltendurch die Regeln der allgemeinen Quantenmechanik bestimmt ist, immernoch nicht hinsichtlich ihrer Eigenschaften im Detail erforscht.
[0098] Selbstwenn ferner das Primärpartikelim mono-dispergierten Zustand erhalten wird, ist es nicht möglich, dieAufgaben der vorliegenden Erfindung dadurch zu erfüllen, dassdas Auftreten einer Wiederzusammenballung vermieden wird. Aufgrunddes mikroskopischen Umkehrprinzips, welches die Molekülwelt beherrscht,wirken die selben Mechanismen, die beim Zusammenballen/Zerlegender Primärpartikel ausNano-Kohlenstoffen auftreten, auch im Falle des Wiederzusammenballensder Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoffen. Daher wird angenommen, dass die Reaggregationsmechanismenin wenigstens drei Typen klassifiziert werden, welche einen erstenTyp, einen zweiten Typ und einen dritten Typ umfassen, wobei dererste Typ eine auf van der Waals-Kräfte beruhende Aggregatzusammenballungist, der zweite Typ eine Agglutinat-Zusammenballung ist und derdritte Typ eine gebundene Zusammenballung ist.
[0099] Eineder einfachsten Vorgehensweisen, die Reaggregationszusammenballung,welche durch van der Waals-Kräftebewirkt wird, zu verhindern, sieht Folgendes vor. Bewahrung derPrimärpartikel ausNanokohlenstoff im dünnstmöglichen,kolloidalen Zustand in Wasser oder anderen, dispergierenden Medien;Austausch des Wassers oder des anderen dispergierenden Mediums miteinem Inertgas, wie Stickstoff oder ähnliche; Lagerung des so erhaltenenPrimärpartikelsin einem hermetisch versiegelten Zustand an einem kühlen unddunklen Platz.
[0100] ImAllgemeinen ist eine der effektivsten Methoden zur Bewahrung desPrimärpartikelsdas Bewahren des Primärpartikelsim dispergierenden Medium, da das dispergierende Medium sich mitjedem in Oberflächenkontaktstehenden Nano-Partikel verbindet, um ein Solvat auszubilden, welchesdas Auftreten von zwischen den Partikeln auftretenden Berührungender Primärpartikelim dispergierenden Medium verhindert. Die Zugabe eines geeignetenOberflächen-aktivenMittels ist ebenso wirksam. In diesem Fall sollte bevorzugt eineinfaches und nicht teures Salz zugegeben werden, um das Zeta-Potenzialjedes Primärpartikelsauf einem geeigneten Wert im dispergierenden Medium zu halten. Esist strengstens verboten, gewöhnlichePulverisierungsverfahren, gewöhnlicheErwärmungs-/Trocknungsverfahrenund ähnliche,bezogen auf die Partikel, die jedes einen Durchmesser im Mirkometerbereichoder weniger aufweisen, herkömmlichesVerfahren zu verwenden. Wenn zufälligerweiseeine Wiederzusammenballung der Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoff durchUnfall auftritt, kann solch ein unfallbedingtes Zusammenballen aufvergleichsweise einfache Art und Weise aufgelöst werden, indem eine geeignete Ultraschallwellenbehandlungim dispergierenden Medium durchgeführt wird.
[0101] Aufder anderen Seite, betreffend die Re-Agglutination der Agglutinatzusammenballungund Wiederzusammenballung der gebundenen Zusammenballung, ist essehr schwierig, solche unfallbedingte Re-Agglutination der Agglutinatzusammenballung undsolche unfallbedingen Wiederzusammenballungen der gebundenen Zusammenballungunter Verwendung einer herkömmlicherzerlegenden Methode aufzulösen.Wird die Kugelmahlbearbeitung wiederholt durchgeführt, steigendie Herstellungskosten für Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoffenim mono-dispergierten Zustand an. In diesem Fall besteht die Gefahrder Kontamination der Primärpartikel,wobei die Kontamination auf dem Bruch der Mahlkugeln beruht. Daherwird angestrebt, die Kugelmahlbearbeitung möglichst wenig anzuwenden, umeine Kontamination der Primärpartikeldurch ausgebrochene Stückeder Mahlkugeln zu verhindern. Da jede Re-Agglutination der Agglutinatzusammenballung undWiederzusammenballung der gebundenen Zusammenballung auf der Rekombinationnicht gesättigterBindungen beruht, ist es möglich,beides, die Re-Agglutination der Agglutinatzusammenballung und Wiederzusammenballungder gebundenen Zusammenballung, zu verhindern, indem die nicht gesättigtenBindungen abgesättigtoder verbunden werden. Wenn daher die Zerlegung oder Zersetzungder Agglutinatzusammenballung im dispergierenden Medium mittelsder Mahlkugeln auftritt, wird erwogen, dass die Kohlenstoffradikale,die durch die mahlende Bearbeitung entstehen, durch unmittelbaresAbsaugen durch Protonen des dispergierenden Mediums verschwinden.Daher ist es möglich,das Auftreten von beiden, der Re-Agglutination der Agglutinatzusammenballungund der Wiederzusammenballung der gebundenen Zusammenballung, dadurchwirksam zu verhindern, dass das Nass-Mahlverfahren in dispergierendem,aktive Wasserstoffatome enthaltendem Medium durchgeführt wird.
[0102] Esist immer notwendig, die Partikelgrößenverteilung zu überwachenund präzisedie Bedingungen der Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoffin einer Anzahl von Prozessen zum Erhalt der Primärpartikel zu beherrschen,wobei die Prozesse einen Prozess, bei dem die Selbstzusammenballungjedes der Aggregatzusammenballungen und der Agglutinatzusammenballungenverhindert wird, und einen Prozess umfassen, bei dem die Wiederzusammenballungder gebundenen Zusammenballung verhindert wird. Eine der einfachsten,im Stand der Technik bekannten Qualitätsüberwachungsverfahren ist eindynamisches Laserlicht-Streumessverfahren, bei dem ein dynamischesLaserlicht-Streumessgerät verwendetwird, um kontinuierlich die Partikelgrößenverteilung zu ermitteln.
[0103] Beidieser Messmethode wird jedoch die Partikelgröße nicht direkt gemessen. Beidieser Messmethode wird der Lichteinfall auf jedes der im dispergierendenMedium schwimmenden Partikel gemessen, wobei der Lichteinfall durchjedes Partikel gestreut wird und in Abhängigkeit eines Interferenz-Zeitintervallsfür jedesPartikel mittels eines in dem Gerät integrierten Programms analysiertwird, so dass die so analysierten numerischen Daten in eine Partikelgrößenverteilungumgewandelt werden. Daher ist es gefährlich, den numerischen Daten,so wie erhalten, zu vertrauen.
[0104] Konsequenterweisewerden bevorzugt zusätzlicheInstrumente, wie ein Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM), einScanning-Elektronenmikroskop(SEM) oder ein Atomkraft-Elektronenmikroskop (AFM) eingesetzt, umin visueller Hinsicht die Messungen, die sich aus der, mit dem dynamischen Laserlichtstreuverfahren(DLS) ermittelten Partikelgrößenverteilungergeben, zu bestätigen.Da die kleinen Nano-Partikeleinen Durchmesser aufweisen, der kleiner als die kürzeste Wellenlänge (300nm) sichtbarer Lichtstrahlen oder zweistelligen Lichtes ist, sindsolche Nano-Partikel fürdas bloßeAuge nicht erkennbar. Das dispergierte, kleine Nano-Partikel ist imAussehen farblos und transparent.
[0105] Diein diesem Beispiel 1 verwendete Kugelmühle war die in 7 gezeigte. Das zu 70 VolumenprozentgefüllteMahlbehältnis 1 derKugelmühlewar mit Silikakugeln 3 gefüllt, wobei die Silikakugelnunter Verwendung der so genannten Plasmaschmelzmethode hergestelltwaren. Zusammen mit den Silikakugeln 3 war reines Wasserund die Agglutinat-Zusammenballungen oder Nano-Diamantpuder des „Detonationstyps", wobei das Puderkommerziell erhältlich warund im reinen Wasser als zu mahlendes oder pulverisierendes Werkstoffpuder 4 dispergiertwar. Unter solchen Umständenwurde ein Rührblatteines Rührers 2 miteiner Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s rotierend angetrieben, umeinen Rührprozessdurchzuführen.
[0106] NachBeendigung eines solchen Rührprozesses,wurden die Mahlkugeln 3 unter Verwendung einer Filtrationsflüssigkeitausgefiltert und entfernt. Als Ergebnis wurde eine, eine hellgraueFarbe annehmende Aufschlämmungerhalten, wobei die Aufschlämmungeine Mischung aus Waschwasser und Filtrationsflüssigkeit war. Die Aufschlämmung war hinsichtlichihrer Eigenschaften stabil, selbst wenn diese in einem hermetischversiegelten Behälterfür mehrereWochen Zimmertemperatur ausgesetzt wurde. Bei der so behandeltenAufschlämmungwurde keine Phasentrennung, keine Ausfällung oder Farbveränderungbeobachtet.
[0107] Eswurde beobachtet, dass die Aggregation der so erhaltenen Aufschlämmung sichallmählich fortsetzte,wenn die Aufschlämmungbei Zimmertemperatur füreine lange Zeit aufbewahrt wurde, wobei die Aggregation in Bildungvon Aggregationszusammenballungen endete, die einen mittleren Durchmesservon etwa 105 nm aufwiesen. Danach wurden die Aufschlämmung, inder eine leichte Re-Aggregation auftrat, verdünnt und die Nano-Diamanten,die der Kugelmahlbehandlung ausgesetzt waren, dispergiert. Dannwurde die Aufschlämmungeiner weiteren mahlenden Behandlung ausgesetzt, indem sie einem mit200 W betriebenen. Puls von 0,5 Sekunden Dauer, generiert von einemUltraschallbehandlungsapparat mit der Bezeichnung „UP400S", hergestellt von Dr.Hielscher Co., Ltd, ausgesetzt wurde. Die so erhaltene Aufschlämmung wurdedurch eine nach der dynamischen Laserlichtstreumethode arbeitende Partikelgrößenmessvorrichtungmit der Bezeichnung „FPAR1000", hergestellt vonOhtsuka Denshi Co., Ltd, Untersucht. Die Ergebnisse der so durchgeführten Messungensind in 8 dargestelltund illustrieren durch den mit der Zeit variierenden Durchmesser jedesPartikels die Partikelgrößenverteilungder Aufschlämmung.
[0108] Danachwurde die Aufschlämmungkomplett aufgebrochen, so dass die Dispergiertion aus Partikeln,die im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Primärpartikelaus Nano-Diamant aufweisen, nach Ablauf von etwa 40 Minuten bisetwa 60 Minuten realisiert wurde. Mit anderen Worten sind die obigenErgebnisse wie folgt einzuschätzen:durch das erste Kugelmahlverfahren sind die Partikel, die in der Aufschlämmung enthaltenwaren, bezüglichihres Durchmessers auf Größenordnungder Primärpartikelaus Nano-Diamant reduziert worden; die so erhaltenen Partikel wurdendurch van der Waals-Kräfte wiederzusammengeballt (oder re-aggregiert); und die so wieder zusammengeballtenPartikel wurden einer schwach energetischen Ultraschallbehandlung imdispergierenden Medium ausgesetzt, so dass sie im Medium wiederzerlegt wurden.
[0109] Nachfolgendwurden die Partikel oder Kolloide, die in der Aufschlämmung enthaltenwaren, auf einen mit einer Kohlenstoffdampfschicht versehenen Dünnfilm verteilt,der auf einem TEM Probenhalter angeordnet war; getrocknet und derenTransmissions-Elektronenmikrographunter Verwendung eines bei 125 keV betriebenen Transmissions-Elektronenmikroskopbeobachtet. Dieser Mikrograph ist in 9 gezeigtund stellt eine Vielzahl gut dispergierter Primärpartikel aus Nano-Diamantdar, wobei das Bild jedes Primärpartikelsmit den zugehörigenMessdaten jedes Primärpartikels übereinstimmt,die durch das vorhergehende dynamische Laserstreuverfahren (DLS)ermittelt wurden und im Wesentlichen den selben Durchmesser von5 nm bis 6 nm zeigt, wie die Daten, die in 8 gezeigt sind und gemäß der DLS-Methode abgeschätzt wurden.
[0110] Aufder anderen Seite nahm ein Zeta-Potenzial jedes kolloidalen Partikels,das gemäß der sogenannten „elektrophoretischenLichtstreumethode" unterVerwendung des ELS8000 Gerätes,hergestellt von Ohstuka Denshi Co., Ltd., bestimmt wurde, einen großen negativenWert von –39,2mV bei einer Temperatur von 25 °Cein. Dies wurde erwartet: da eine starke elektrostatische Abstoßung zwischenbenachbarten kolloidalen Partikeln in dem dispergierenden Mediumauftrat, setzte sich die oben erwähnte Wiederzusammenballungunter dem Einfluss der starken Abstoßung nur langsam fort. NachBeendigung der Gefriertrocknung eines Teiles der Aufschlämmung, wurdeein Puder des so gefriergetrockneten Teiles der Aufschlämmung einerso genannten Röntgen-Diffraktionsanalyseunterzogen, wobei: der Durchmesser des kristallinen Kerns aus Diamantzu 4,3 nm bezogen auf die Ebenenstärke der (111) Ebene im Diagramm,welches durch die Röntgen-Diffraktionsanalyseerhalten wurde, bestimmt wurde. Aus dem zuvor Beschriebenen ergibtsich, dass durch Anwenden der obigen Mahlbedingungen das Agglutinationsproblemder Primärpartikelaus Nano-Diamant vollständiggelöstwird, was zu einer stabilen Präparierungder Primärpartikelaus Nano-Diamant führt unddass die schwach energetische Ultraschallbehandlung geeignet war,die Aggregat-Zusammenballungauf einfache Weise zu zerlegen.
[0111] Durchdie obigen Behandlungen wurden ultra-dispergierte Primärpartikelaus Nano-Diamant im dispergierenden Medium erhalten, indem die vander Waals-Kräfte überwundenwurden, wobei die Primärpartikeldurch diese Kräftezusammengehalten wurden, um so die Aggregat-Zusammenballung derPrimärpartikelauszubilden.
[0112] EinSchwarzpuder aus kommerziell erhältlichemC60 Fulleren wurde zweimal durch Vakkuumsublimation raffiniert,wobei jede Vakuumsublimation bei einer Temperatur bei 600 °C für 30 Minutenunter einem Druck oder Vakuum von 5 × 10^–6 mmHgdurchgeführt.Durch Umkehrphasen-HPLC (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) -Säule, hergestelltvon Tosoh Co., Ltd., wurde festgestellt, dass das so raffinierteC60 Puder keinen Peak zeigte, der auf die Anwesenheit von C70 Fullerendeutete, wobei: der SäulenscheitelPAK C18T-5, L250 × ∅ 4,6 mm;die Migrationsphase war Toluen/Ethanol = 1/1 im Volumenverhältnis miteiner Flussrate von 1,0 ml/m bei einer Temperatur von 10 °C; die Detektionswellenlänge war335 nm; und die Zeitspanne in der das C60 Fulleren abgeflossen istbetrug 12,6 Minuten.
[0113] 5Gramm des so raffinierten C60 Puders wurden in 70 ml reinen Wassersdispergiert, um eine Mischung zu erzeugen, welche dann mittels eines Haushaltmixersgerührtwurde. Danach wurde die so gerührteMischung für10 Minuten in ein mit 250 Watt betriebenes Ultraschallwaschbad gegeben,um eine fein dispergierte Dispergiertion zu erzeugen. Dann wurden7 ml dieser Dispergiertion mit den Silikakugeln, die jeweils einenDurchmesser von 0,3 mm aufwiesen, im Mahlbehältnis der Kugelmühle, dieder aus Beispiel 1 entspricht, gemischt, wobei das Mahlbehältnis biszu 70 Volumenprozent mit den Silikakugeln aufgefüllt wurde. Dann wurde das Rührblattdes Rührersmit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5m/s unter Wasserkühlung für eine Stundeangetrieben. Nach Abschluss des Entfernens von Silikakugeln aus demMahlbehältnisdurch einen Filter, blieb im Behältniseine Aufschlämmungvon hellgelber Farbgebung zurück.Diese Aufschlämmungwurde mit Waschwasser gemischt, um 30 ml einer anderen Aufschlämmung zuzubereiten.Diese Aufschlämmungist sehr stabil. Die Aufschlämmungwurde in einem hermetisch verschlossenen Behälter unter Zimmertemperaturfür mehrereWochen aufbewahrt. Es wurde jedoch keine Phasentrennung, keine Ausfällung oder Farbveränderungenbeobachtet. Ein Teil dieser Aufschlämmung (d.h. Kolloid) wurdeherausgenommen und getrocknet, um einen hart getrockneten, festen Rückstandzu bilden, der dann in Toluen gelöst wurde, um eine Mischungzu bilden. Danach wurde die Mischung mit der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographieanalysiert. Im Ergebnis konnte kein Hinweis auf eine Zersetzungvon C60 Fulleren in der Analyse festgestellt werden.
[0114] Durchdie obigen Behandlungen konnten die festen Aggregat-Zusammenballungender Primärpartikel,die in der Zusammenballung durch van der Waals-Kräfte zusammengehaltenwurden, zerlegt werden, um den Erhalt von Primärpartikeln aus C60 Fullerenim monodispergierten Zustand möglichzu machen, bei dem einzelne Primärpartikelim dispergierenden Medium separat ultra-dispergiert sind.
[0115] 10Gramm eines kommerziell erhältlichenultra-abrasiven Rußes(genannt „TokaBlack 8000") wurdemit 70 ml Wasser gemischt, um eine Dispergiertion zu bilden. Aufdie selbe Weise, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde eine einleitendeDispergiertionsbehandlung dieser Dispergiertion durchgeführt, umeine gleichmäßige Suspensionzu präparieren. Danachwurden 7 ml dieser Suspension herausgenommen und einer Kugelmahlbehandlungunter den in Beispiel 1 entsprechenden Bedingungen unterzogen. NachBeendigung der mahlenden Behandlung wurden die Mahlkugeln unterVerwendung eines Filters aus dem Mahlbehältnis entfernt. Im Mahlbehältnis bliebeine Aufschlämmung zurück, dievon grauer Farbgebung war. Diese Aufschlämmung wurde mit einer Waschflüssigkeitgemischt, um 30 ml einer anderen Aufschlämmung zu ergeben, die unterVerwendung der DLS-Methode untersucht wurde, um einen mittlerenDurchmesser der kolloidalen Partikel in der Partikelgrößenverteilungzu ermitteln, wobei sich der mittlere Durchmesser zu 32 nm bestimmte.
[0116] Danachwurde die so untersuchte Aufschlämmungeiner Ultraschallbehandlung unterzogen, die mittels eines mit 1kW betriebenen Ultraschallbehandlungsgerät für 10 Minuten durchgeführt wurde,um eine Dispergiertion zu bilden. Als Ergebnis wurden die kolloidalenPartikel in der Dispergiertion bezüglich ihres mittleren Durchmessersvon 32 nm auf 20 nm reduziert. Bezogen auf die Partikelgrößenverteilung,wurde diese Verteilung jedoch in Richtung der Seite der größeren Partikelgrößen über einenBereich von 100 nm in der Breite aufgeweitet.
[0117] Eswird angenommen, dass, obwohl die kolloidalen Partikel, die zu denPrimärpartikelnkorrespondieren, tatsächlichdie Dispergiertion dominieren, eine Vielzahl von unterschiedlichbemessenen Graphiteinhüllungenmit den kolloidalen Partikeln koexistieren. In dieser Hinsicht wirdauch vermutet, dass, wenn die mahlende Bearbeitung weiter fortgesetzt wird,die Dispergiertion in eine Suspension umgewandelt wird, die nurGraphitpartikel im Nanometergrößenbereichaufweist, wobei jedes einen Durchmesser einiger nm hat.
[0118] Gemäß den inBeispiel 3 gemachten Überlegungenwurden 7ml der gleichförmigenSuspension aus Ruß,die in Beispiel 3 zubereitet wurde, einer Rührbehandlung für 4 Stundenunter derselben, in Beispiel 3 zur Durchführung der Kugelmahlbehandlungvorgesehenen Bedingung unterzogen. Nach Beendigung der derartigenMahlbehandlung wurden 10 ml Wasser der Suspension zugegeben, umeine weitere Suspension zu erzeugen. Die weitere Suspension wurdedann mit der im MahlbehältnisRestflüssigkeit,die nach dem Entfernen der Kugeln aus dem Mahlbehältnis mittelsFilter verblieben ist, gemischt, so dass 35 ml einer hinsichtlichder Farbgebung dunkelgrauen Aufschlämmung präpariert wurde. Von dieser dunkelgrauenAufschlämmungwurde angenommen, dass sie Partikel aus Graphit im Nanometer-Größenbereichaufwies, und diese wurde daher mit denselben 35 ml Toluen vermischt,um eine in mit Toluen vermischte Aufschlämmung zu präparieren. Danach wurde diemit Toluen vermischte Aufschlämmungfür eineStunde einer Hochgeschwindigkeits-Magnetrührbehandlung unterzogen unddabei umgewälztund erwärmt.Es wurde eine Aufschlämmungmit einer aufschwimmenden Flüssigkeitin ihrer organischen Schicht erhalten, wobei die aufschwimmendeFlüssigkeiteine rote Farbe annahm, und durch HPLC-Analyse wurde herausgefunden,dass die aufschwimmende Flüssigkeitsowohl C60 als auch C70 Fullerene enthielt. Durch die obigen Behandlungenwar es möglich,ultra-dispergierte Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff zu erhalten, indem die Agglutinat-Zusammenballung ausPrimärpartikelnzerlegt wurden, wobei die Agglutinat-Zusammenballung vom Einschluss-Typwar, die in dünnen Schichtenaus hoch defektem Graphit eingehülltwar.
[0119] 5Gramm eines leichten und schwarzfarbenen Puders aus Kohlenstoff-Nanohörnern,hergestellt von Tsukuba Kenkyosho der NEC Co., Ltd. Wurden in 7ml reinem Wasser suspendiert, um eine Suspension zuzubereiten. DieseSuspension wurde einer Bestrahlung aus Ultraschallwellen für zehn Minutenunter derselben Bedingung wie in Beispiel 2 ausgesetzt, wobei dieBestrahlung aus Ultraschallwellen von einem kleinen piezoelektrischenWandler eines mit 400 W betriebenen Ultraschallbehandlungsgerät hervorgerufenwurde; und der Wandler in die Suspension getaucht wurde. Nach Entfernender Kugeln mittels Filter aus dem Mahlbehältnis verblieb im Behältnis einehellgraue Aufschlämmung,die dann mit einer Waschflüssigkeitgemischt wurde, um 25 ml einer weiteren Aufschlämmung zu ergeben. Die weitereAufschlämmungwar so stabil, dass keine Phasentrennung, Ausfällung, Farbveränderungbeobachtet wurde, wenn die Aufschlämmung in einem hermetisch versiegeltenBehälterfür mehrereWochen bei Zimmertemperatur aufbewahrt wurde. Ein Tropfen der weiterenAufschlämmungwurde auf einen mit einer Kohlenstoffdampfschicht versehenen Dünnfilm derTEM Probe gegeben, und das in der Aufschlämmung enthaltene Wasser wurdeentfernt, so dass der Rückstandder Aufschlämmungauf dem Film der TEM Probe verblieb. Der derartige Rückstandwurde mittels des Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) untersuchtund es wurde festgestellt, dass die dahlien-förmige, große Agglutinat-Zusammenballung,deren Durchmesser zu einigen Zehner nm bestimmt wurde bevor dasKugelmahlverfahren durchgeführtwurde, im Wesentlichen eliminiert wurde, und nur eine große AnzahldahlienförmigerAgglutinatzusammenballungen mit einem Durchmesser einiger Zehnernm beobachtet wurde, wobei angenommen wurde, dass jede der dahlien-förmigen Agglutinat-Zusammenballungeneine konische Form mit einer maximalen Länge von etwa 10 nm hatte.
[0120] Aufgrundder obigen Behandlung wurde die Agglutinat-Zusammenballung, in der die Primärpartikeldurch die Graphiteinhüllungenfest zusammengehalten wurden, zerlegt. Deshalb war es möglich, ultra-dispergiertePrimärpartikelaus Nano-Kohlenstoff zu erhalten.
[0121] Beiden zuvor beschriebenen Beispielen ist es möglich, obwohl nur die Kugelmühle verwendet wurde,zusätzlichoder simultan das Nass-Dispersionsverfahrenzu verwenden. Ferner ist es bei den zuvor beschriebenen Beispielen,obwohl nur Silikakugeln verwendet wurden, auch möglich, jede Art von Kugelnzu verwenden, beispielsweise Edelstahlkugeln, Chromstahlkugeln,Kugeln aus Wolframkarbid sowie Kugeln aus Irgendwelchen anderenMetallen oder Legierungen.
[0122] Beidiesem Beispiel 6 wurde eine Kugelmühle mit der Bezeichnung „Ultra-apexMill", hergestellt vonKotobuki Giken Kougyo Kabushiki Kaisha, verwendet.
[0123] 10Volumenprozent eines kommerziell erhältlichen Nano-Diamant vom „Detonationsverfahren"-Typ, bezogen aufdas effektive Volumen eines Aufschlämmtanks, wurde in Wasser dispergiert,das in einer Menge von 500 ml in dem Aufschlämmtank enthalten war, um eineAufschlämmungzuzubereiten, 10 Volumenprozent der Aufschlämmung wurden einer Mahlkammermittels Flüssigkeitspumpezugeführt.In der Mahlkammer wurde ein Rührblattmit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1,9 m/s angetrieben, wobei134 cm³ Zirkoniumdioxid-Kugeln der Mahlkammer über eineim oberen Bereich der Mahlkammer vorgesehene Zuführöffnung zugesetzt wurden, wobeidie Zirkoniumdioxid-Kugeln kommerziell erhältlich waren; das Gesamtvolumender Zirkoniumdioxidvolumen entspricht 80 Volumenprozent des Volumensder Mahlkammer. Im Falle, dass die Kugeln in die Mahlkammer gefüllt wurden,war die Rotation des Rührblattesschwer in Gang zu setzen. Daher wurden die Kugeln allmählich indie Mahlkammer eingefüllt, sobalddas Rührblattbei langsamer Geschwindigkeit seine Rotation begonnen hatte.
[0124] Nachdemdas Rührblattin Rotation versetzt wurde, wurde die Rotationsgeschwindigkeit des Rührblattesallmählichauf eine Umfangsgeschwindigkeit von 12 m/s erhöht. Sobald die Umfangsgeschwindigkeitdes Rührblattesdie Geschwindigkeit von 12 m/s erreicht hatte, wurde die Rotationdes Rührblattsbei dieser Geschwindigkeit gehalten. Unter diesen Gegebenheitenwurde die Aufschlämmung ausNano-Diamant mit einer Flussrate von 160 ml/Minute aus dem Aufschlämmtank einemunteren Bereich vom Mahlbehältniszugeführt.Die so zugeführte Aufschlämmung flossinnerhalb des Aufschlämmtanksaufwärtsum obere Bereiche der Mahlkammer zu erreichen. Sobald die Aufschlämmung denoberen Bereich der Mahlkammer passierte, traf die Aufschlämmung aufeine Separatorzentrifuge, die im oberen Bereich der Mahlkammer angeordnetist. Mittels der Separatorzentrifuge wurden die Kugeln von der Aufschlämmung getrennt.
[0125] Dieso von der Aufschlämmungseparierten Kugeln wurden durch eine Öffnung im Außenrandbereichder Separatorzentrifuge der Mahlkammer wieder zugeführt. Aufder anderen Seite verließ dievon den Kugeln befreite Aufschlämmungdie Mahlkammer durch einen zentralen Bereich in der Separatorzentrifugeund wurde dann wieder in den Aufschlämmtank zurückgeführt. Gleichzeitig wurde der Aufschlämmtank kontinuierlichmittels eines weiteren Rührapparatesgerührt,wobei Stickstoff unter Druck dem Aufschlämmtank zugeführt wurde,um zu verhindern, dass Umgebungsatmosphäre in den Aufschlämmtank eindrang.
[0126] Daherzirkulierte nur die Aufschlämmung, wobeidie Kugeln in der Mahlkammer verblieben, so dass die zerlegendeBehandlung der Zusammenballung aus Primärpartikeln kontinuierlich durchgeführt wurde.
[0127] Daherwurde der mittlere Durchmesser der Partikel aus Nano-Diamant durchdie Mahlbehandlung rasch reduziert. 10 isteine schematische Darstellung, welche die zeitabhängige Partikelgrößenverteilungdarstellt, wenn die Aggregat-Zusammenballungen aus grobem Nano-Diamantunter Verwendung der Kugelmühleaufgebrochen werden, wobei das Diagramm durch Stichprobennahme von0,5 ml der Aufschlämmungzu vorgegebenen Zeitintervallen ermittelt und mittels des Partikelgrößenverteilungsmessgerät (bezeichnetFPAR-1000), welches nach dem dynamischen Laserstreuverfahren arbeitet,bestimmt wurde, wobei die Stichproben nach dem Ausfluss der Aufschlämmung ausder Mahlkammer entnommen wurden; das Messgerät wurde von Ohstuka DenshiKabushiki Kaisha hergestellt; die Veränderung der Partikelgröße war nichteinfach und die Partikelgrößenverteilungvariierte immer unkontinuierlich.
[0128] Vorder einleitenden, zerlegenden Behandlung des Agglutinat-Zusammenballungenvon Primärpartikelnaus kommerziell erhältlichemNano-Diamant des „Detonationsverfahren"-Typs mittels der Kugelmühle, wurdedie Agglutinat-Zusammenballung für10 Minuten bei 8000 U/min in einem Pulverisierungsgerät mit derBezeichnung „Robombi", hergestellt vonTokushu Kika Kabushiki Kaisha behandelt.
[0129] Danachwurde die Agglutinat-Zusammenballung für 20 Minuten weiter mit einemUltraschallbestrahlungsgerätdes kontinuierlichen Typs, versehen mit „400 Whielscher" Sonotroden, behandelt,wobei die Agglutinat-Zusammenballungen, die jede einen Durchmesserin Mikrometer-Größenordnungaufwies und aus Primärpartikelnaus kommerziell erhältlichemNano-Diamant zusammengesetzt war, im Wesentlichen eliminiert wurden,Dies wird in 10 durcheine Kurve dargestellt, die den Zerlegungszeitraum von 0 Minutenrepräsentiert,wobei die Kurve eine Gruppe von vergleichsweise kleinen Zusammenballungenzeigt, die jede einen mittleren Durchmesser von 200 nm aufweisen.Diese 200 nm großen Zusammenballungenwurden hinsichtlich ihrer Eigenschaften sogar dann beeinflusst,wenn die der Ultraschallbehandlung ausgesetzt wurden.
[0130] Sobalddie Zusammenballungen mit einem Durchmesser wenigstens im Mikrometerbereichbereits eliminiert wurden, wurden die 200 nm großen Zusammenballungen aus Primärpartikelndurch die Kugelmühle über einenin 10 gezeigten Zerlegungszeitraumzerlegt. Die Partikelgrößenverteilung derZusammenballungen vor der Mahlbehandlung durch die Kugelmühle istin 10 gezeigt. Nach demStart der Mahlbehandlung durch die Kugelmühle erscheint ein Peak der18,1 ± 2,3nm großenPartikel füreinige Minuten in der Kurve überdie Zerlegungszeit von 5 Minuten, die eine bergförmige Form annimmt, wie in 10 gezeigt ist. Dies verdeutlicht Folgendes:für eineDauer von 10 Minuten vom Start der Mahlbehandlung nimmt der Verminderungsgrad desKugeln (angegeben in Volumenprozent) kontinuierlich zu, um dannrasch auf Null zurückzugehen. Folglichwird angenommen, dass der Peak der 18,1 ± 2,3 nm großen Partikel,der füreinige Minuten erscheint, mit der Herstellung einer instabilen Phaseeines im Zerlegungsprozess auftretenden Zwischenproduktes korrespondiert.Nach 20 Minuten erscheint ein Peak der 7,8 ± 0,8 nm großen Partikel,um unmittelbar 85 Gewichtsprozent der Partikel auszumachen. Danach,wie in 10 gezeigt, nimmtder Verminderungsgrad der Partikel zu und nimmt dann allmählich abum den abschließendenWert von 5,2 ± 0,4nm anzunehmen. Diese Partikelgröße ist etwas größer alseine korrespondierende Größe (4,4nm) eines Bildes von einem kristallinen Kern eines Diamanten, dasaus der mittels der Röntgendiffractionsanalysedatender (111) Kristallebene gemessenen Radiuslänge erhalten wurde. Wenn zudiesem Zeitpunkt jedoch der Zerlegungsprozess weiter fortgesetztwird, werden die Mahlkugeln beschädigt. Folglich wird zu diesemZeitpunkt das Mahlverfahren gestoppt. Mit anderen Worten: zu diesemZeitpunkt ist die Zerlegung der Agglutinat-Zusammenballungen ausPrimärpartikelnim Wesentlichen abgeschlossen, um Primärpartikel im mono-dispergiertenZustand im dispergierenden Medium zu erhalten.
[0131] Nach20 Minuten seit Beginn des Mahlverfahrens erscheint ein breiterPeak in etwa um den Wert 30 nm. Die Verminderungsrate bei diesemPeak vermindert sich jedoch allmählichum einen Endwert von 5 Gewichtsprozent zu erreichen. Dieser Peaktritt späterauf und bleibt bis zum Ende des Mahlverfahrens erhalten. Da diePartikelgrößenverteilungim Bereich dieses Peaks dahingehend symmetrisch in der Strukturist, dass die rechte Hälfteder Struktur symmetrisch zu verbleibenden, linken Hälfte derStruktur angeordnet ist, wird angenommen, dass die Primärpartikelsich wieder zusammengeballt haben, um Sekundärpartikel zu bilden.
[0132] 11 zeigt ein Transmissions-Elektronenmikrograph(TEM) der Primärpartikelvon der Aggregat-Zusammenballung aus grobem Nano-Diamant nach Abschluss der Mahl- oderStoßbearbeitungder Aggregat-Zusammenballungunter Verwendung der Kugelmühle,wobei die Aufschlämmungeiner 60-minütigenMahlbearbeitung ausgesetzt wurde; und das Mikrograph zeigt, dassjedes Primärpartikelaus Nano-Diamant einen Durchmesser von gleich oder weniger als 5nm aufwiest; die Primärpartikelaus Nano-Diamant in ihrer Form einem polyedrischen Körper gleichen.
[0133] Diegleiche, wie in 7 gezeigteVorrichtung wurde zur Durchführungder Kugelmahlbearbeitung verwendet.
[0134] Indiesem Beispiel 7 wurde eine Mahlkammer mit einem Volumen von 25ml, einem Durchmesser von 35 mm und einer Höhe von 26 mm verwendet. DieKammer bestand aus Teflon und war mit einem hermetisch versiegelbaren,aber zu öffnenden Deckelelementversehen. Im Zentralbereich des Deckelelements war eine, aus SUS440C hergestellte Röhrevorgesehen. Die Röhre,die eine Längevon 55 mm und einen Durchmesser von 5mm hatte, führte durch eine Öffnung imZentralbereich des Deckelelements und durch einen O-Ring zusammenmit einer Öldichtung,um an seinem vorderen Endbereich ein aus Teflon hergestelltes Rührblattvorzusehen. Das Rührblatthatte einen Durchmesser von 25 mm und eine Breite von 12 mm. EinewassergekühlteUmhüllungwar um die Mahlkammer angeordnet, um ein Kühlmedium oder Wasser durchdie Umhüllungzirkulieren zu lassen, währenddie Mahlbearbeitung in der Mahlkammer durchgeführt wurde. Die Mahlkammer wurdebefüllt;mit einer Vielzahl von Silikakugeln, die jede einen Durchmesservon 0,1 mm aufwies und von Koshuha Neturen Kabushiki Kaisha hergestellt waren;ein Werkstoffmaterial, welches Aggregat-Zusammenballungen von Primärpartikelnaus Nano-Kohlenstoff war; ein dispergierendes Medium, welches Isopropyl-Alkoholist, und in welchem die Aggregat-Zusammenballungen in einem vorgegebenen Verhältnis (Aggregat-Zusammenballungzu dispergierendem Medium) dispergiert wurden, um ein Aufschlämmung zubilden, mit der die Mahlkammer gefüllt wurde. Nach Ablauf einesvorgegebenen Zeitraums, wurde das Rührblatt mit hoher Umfangsgeschwindigkeitfür einenvorgegebenen Zeitraum in Rotation versetzt, wobei die Mahlkammerhermetisch versiegelt wurde. Danach wurde der Inhalt der Mahlkammerentnommen. Die Mahlkugeln wurden mittels eines geeigneten Filterelements,wie ein Sieb mit geeignet bemessenen Maschen, separiert und ausdem Inhalt entfernt. Danach wurden die Rückstände des Inhalts inspiziert,um den Grad der Zerlegung der Zusammenballungen aus Primärpartikelnanhand des Tests jedes kolloidalen Partikels aus Kohlenstoff-Nanopartikeln,welches so aus den Zusammenballungen zerlegt wurde, zu überprüfen.
[0135] EinAufschlämmung,bei der die Konzentration der von „Nihon Denki Co., Ltd." hergestellten Kohlenstoff-Nanohörnern 0,3Gewichtsprozent betrug, wurde für3 Stunden gerührt,wobei das Rührblattmit einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s angetrieben wurde. Danachwurden alle Mahlkugeln aus der so gerührten Aufschlämmung abgesiebt,um transparente, schwarz gefärbtekolloidale, in der Aufschlämmungoder im dispergierenden Medium dispergierte Partikel zu erhalten. 12 zeigt ein Transmissions-Elektronenmikrograph(TEM) des Kolloids, der durch die Mahl- oder Stoßbearbeitung der Aggregat-Zusammenballungaus grobem Nano-Diamant unter Verwendung der Kugelmühle erhaltenwurde. Wie wohl bekannt, hatten sämtliche, immer noch nicht zerlegtenKohlenstoff-Nanohörnerin der Aggregat-Zusammenballung ihren Scheitelabschnitt radial nachaußenorientiert, so dass jedes der Aggregat-Zusammenballung aus Primärpartikelnmöglicherweisesolch eine dahlien-artige Formgebung im Ganzen annahm. Wie in 12 gezeigt ist, waren nachAbschluss des Kugelmahlbearbeitung im Wesentlichen alle Aggregat-Zusammenballungenaus Nanohörnernkomplett zerlegt. Danach, wie sich aus 3b klar ergibt, ballten sich die Primärpartikel,die durch obige Zerlegung gewonnen wurden, wieder zusammen, um neueoder sekundäreAggregat-Zusammenballungen auszubilden. Hinsichtlich einer Vielzahlvon Transmissions-Elektronenmikrographender sekundärenAggregat-Zusammenballungen erscheint es, dass sich als Schlussfolgerungder Durchmesser einer jeden sekundären Aggregat-Zusammenballungvon 20 nm bis 200 nm bestimmt.
[0136] Indiesem Beispiel wurde eine Aufschlämmung verwendet, die schwarzfarbigesPuder aus von Tokyo Kasei Co., Ltd hergestelltes C60-Fulleren in einerKonzentration von 1,5 Gewichtsprozent aufweist, wobei das Schwarzpulverzu 99,9 % reines Fulleren C60 war. Dieses Schwarzpulver wurde dannfür 3 Stundenin dem Rührerbei einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s des Rührblattesgerührt,um eine Mischung zuzubereiten, aus der alle Kugeln ausgesiebt wurden,so dass die verbleibende Aufschlämmungfrei von sämtlichenKugeln, transparent und von dunkeloranger Farbgebung war und immernoch eine Konzentration von 1,5 Gewichtsprozent Schwarzpulver enthielt.Diese verbleibende Aufschlämmungwurde unter Verwendung des Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM)untersucht.
[0137] 14 zeigt einen Transmissions-Elektronenmikrograph(TEM) eines Kolloid, der durch die Mahlbehandlung des Puders vonder Aggregat-Zusammenballungaus kommerziell erhältlichenC60 Fulleren unter Verwendung einer Kugelmühle erhalten wurde. Wie klaraus 14 hervorgeht, nimmtjedes kolloidale Partikel eine gerundete, einem polyedrischen Körper ähnlicheForm an, die im Wesentlichen einer Kugelform gleicht. Diese kolloidalenPartikel, wie in 14 beobachtet,sind vergleichsweise gleichförmigin der Form. Durch Verwendung der Messergebnisse der Partikelgrößenverteilungdieser kolloidaler Partikel wird bestätigt, dass diese kolloidalenPartikel einen mittleren Durchmesser von 60 ± 13 nm haben, wobei die Messungenunter Verwendung der Partikelgrößenverteilungsmessgeräte durchgeführt werden,die nach der dynamischen Laserlichtstreumethode (DLS) arbeiten,und das Messgerät vonOhtsuka Denshi Kabushiki Kaisha hergestellt wurde.
[0138] Vordemwurden intensive Forschungen betreiben, um Primärpartikel aus C60 Fullerenzu erhalten, wobei jedes Primärpartikeleinen Durchmesser von 1 nm hat, das durch Zerlegung der Zusammenballungenaus Primärpartikelnin dem dispergierenden Medium, wie ein schwaches Lösungsmittel,vertreten durch Wasser und/oder Alkohole, erhalten wird. Bis heutemangelte es den intensiven Erforschungen am Erfolg, die Primärpartikelaus C60 Fulleren in dem so genannten mono-dispergierten Zustandim dispergierenden Medium zu erhalten.
[0139] Gemäß jüngster Forschungenwerden zuerst Toluen, Tetrahydrofuran oder ähnliche Lösungsmittel, in denen das C60Fulleren eine relativ hohe Löslichkeitzeigt, als dispergierendes Medium zubereitet; dann wird das so zubereiteteLösungsmitteloder dispergierende Medium in eine große Menge Wasser geschüttet, umeine Mischung zu erzeugen; dann werden alle organischen Lösungsmittelaus der Mischung unter Verwendung einer Ultraschallbehandlung oderEinblasen eines Gases aus Stickstoffatomen in die Mischung vertrieben,wobei zurzeit ein transparenter aus Wasser basierender Kolloid aus C60Fulleren erfolgreich hergestellt wurde.
[0140] Jedochselbst in diesem letzten erfolgreichen Experiment zur Erzeugungeines Kolloids aus C60 Fulleren, hat die so letztlich erhalteneAggregatzusammenballung einen Durchmesser von etwa 60 nm.
[0141] Inder vorliegenden Erfindung, die durch die obigen Beispiele verdeutlichtwurde, wird zum ersten Mal im Stand der Technik die Möglichkeitzur Massenproduktion des transparenten Kolloids, der die Aggregat-Zusammenballungaus C60 Fulleren aufweist, unter Verwendung der im schwachen LösungsmitteldurchgeführtenKugelmahlmethode aufgezeigt, wobei die Zusammenballungen die selben Eigenschaftenhaben.
[0142] ImFolgenden wird die industrielle Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindungbeschrieben.
[0143] Wieoben bereits ausgeführtwurde, macht die vorliegende Erfindung es zum ersten Mal im Standder Technik möglich,Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff im so genannten mono-dispergierten Zustandim dispergierenden Medium in Mengen zu erhalten. Aufgrund dessenwird angenommen, dass die Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff, deren Partikel in dem mono-dispergierten Zustandim dispergierenden Medium dispergiert wurden und in Mengen erhaltenwurden, weit reichend als das am meisten erforderlichste Materialin verschiedensten Gebieten der Nano-Technologie in naher Zukunftverwendet werden.
[0144] Selbstheute ist es möglich,die Primärpartikelaus Nano-Kohlenstoff,die erfindungsgemäß erhaltenwurden, in den folgenden Anwendungsgebieten zu verwenden: um Beipiel,
[0145] Aufdem Gebiet der abrasiven Materialien ist es möglich, die Primärpartikelder vorliegenden Erfindung unmittelbar so, wie sie sind, ohne Modifikation zuverwenden, da diese Primärpartikelbereits in Wasser als ein abrasives Material dispergiert wurden.Diese abrasive Anwendung oder Verwendung der erfindungsgemäßen Primärpartikelist insbesondere nützlichauf dem Gebiet der ultrapräzisenPoliertechnologie zur polierenden Behandlung von beispielsweiseFestplatten, Magnetköpfen,faseroptischer Nachrichtenendgerätverbindungsteile,Siliziumwafern und/oder Sapphirwafern.
[0146] Aufdem Gebiet der Schmierstoffe, kann das Primärpartikel aus Nano-Kohlenstoffder vorliegenden Erfindung als eine Nano-Lagerkugel dienen, vorausgesetzt,dass die Primärpartikelmit Fluoratomen chemisch verbunden werden, um Perfluor-Verbindungenabzugeben.
[0147] Aufdem Gebiet der Sintermaterialien, können die Primärpartikelaus polykristallinem Nano-Diamant der vorliegenden Erfindung gesintertwerden, um ein Diamantwerkzeug zu bilden. Ferner können diePrimärpartikelder vorliegenden Erfindung durch eine Detonationsstosswelle gesintertwerden, um ein Diamantwerkzeug zu bilden. Ein gesintertes Produkt, welchesaus Primärpartikelnder vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann insbesondere weitreichend auf dem Gebiet der ultra-präzisen Polieranwendung in dernahen Zukunft eingesetzt werden. Aufgrund dessen ist diese Art vongesinterten Produkten das interessanteste Produkt und daher von sehrgroßerBedeutung, da ein großeBedarfsmenge nach dieser Art von gesinterten Produkten, welche ausden erfindungsgemäßen Primärpartikelnhergestellt werden, besteht.
[0148] Aufdem Gebiet der künstlichen,gepressten Diamanten könnendie Primärpartikelzu vergleichsweise groß dimensionierten,künstlichen Diamantproduktendurch das Gasphasenabscheidungs- (CVD) Verfahren oder durch dasstatische Ultra-Hochdruck-Synthetisierverfahren geformt oder synthetisiertwerden, vorausgesetzt, dass bei dem ursprünglichen CVD-Verfahren einkristalliner Kern aus Diamant allmählich in einer aktiven Atmosphäre schließlich zueinem vergleichsweise groß dimensioniertenkünstlichenDiamanten wächst,und die letztere Synthetisiermethode bei sehr hohen Temperaturenunter einem Statischen Ultra-Hochdruck durchgeführt wird, um einen künstlichenDiamant zu machen.
[0149] Aufdem Gebiet des E-E Elektrodenmaterials wird die hohe Stärke derpositiven Affinitätdes Nano-Diamants gegenüberElektronen effektiv genutzt, um E-E Elektroden zu bilden.
[0150] Aufdem Gebiet des Beschichtungsmaterials kann die hohe Menge an Aggregationsenergie,die inhärentin jedem der erfindungsgemäßen Primärpartikelist, effektiv dazu genutzt werden, ein Beschichtungsmittel odereine Farbe herzustellen, die auf Straßen, Gebäude, Autos und Ähnlichesverwendetes aufgebracht werden sollte.
[0151] Aufdem Gebiet des Wärmeübertragungsmaterialsist es möglich,die Primärpartikelder vorliegenden Erfindung effektiv zu verwenden als: Kühlmedium,Heizmedium und als ein direkt dispergierendes Mittel.
[0152] Aufdem Gebiet der Verbindung ist es möglich, die Primärpartikelder vorliegenden Erfindung zu verwenden als: ein auf Nano-Diamantbasierendes Polymer, ein auf Nano-Diamant basierendes, synthetischesHarz, ein auf Nano-Diamant basierendes Pigment, eine auf Nano-Diamant basierendeTinte.
[0153] DasKohlenstoff Nanohorn der vorliegenden Erfindung kann dazu verwendetwerden, ein Wasserstoff absorbierendes Metall auszubilden, bei demjedes der Primärpartikelder vorliegenden Erfindung als Wasserstoffträger einer Brennstoffzelle dienenkann. Insbesondere ist es fürjedes Primärpartikelder vorliegenden Erfindung möglich,die Wasserstoffatome reversibel in jedem Loch der Elektroden derBrennstoffzelle zu speichern.
[0154] Aufdem Gebiet des FE Elektrodenmaterials kann eine FE Elektrode, dieaus Primärpartikelnder vorliegenden Erfindung hergestellt wird, einen Strom aus Niederspannungselektronenvon einer sehr scharf angespitzten Vorderspitze der Elektrode abgeben.
[0155] Aufdem Gebiet des C60 Fullerenmaterials können die Primärpartikelder vorliegenden Erfindung als ein Antioxidationsmittel zum Schutzvon lebenden Organismen vor schädlicherOxidation verwendet werden. Da die Primärpartikel aus C60 Fulleren,die in Wasser im monodispergierten Zustand dispergiert sind, sehrstabil sind, was im Stand der Technik wohl bekannt ist, ist es möglich, dassdie Primärpartikelder vorliegenden Erfindung als ein wirksamer Fänger zum Einfangen der aktivstenRadikale innerhalb lebender Organismen dient, deren Radikale einender wesentlichsten Faktoren fürdie Alterung von lebenden Organismen darstellen.
[0156] Aufdem Gebiet des Russmaterials wird angenommen, dass das Nano-Graphitder vorliegenden Erfindung hinsichtlich vieler Aspekte des Materialeigenschaftendem herkömmlichemGraphit in Mikrometergrößenordnung überlegenist.
[0157] Letztendlichbeansprucht die vorliegende Anmeldung die Verbandspriorität der japanischen PatentanmeldungNr. 2003 – 141618,eingereicht am 20.Mai 2003, die hiermit durch Bezugnahme eingearbeitetist.

权利要求:
Claims (19)
[1] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurch charakterisiert,dass das genannte ultra-dispergiertes Primärpartikel erhalten wird durchAnwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Strukturaus den genannten Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Überwindungder van der Waals-Kräfte,aufgrund der genannten Kräftedie genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zusammengehaltenwerden, um die genannte Aggregat-Struktur zu bilden.
[2] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurch charakterisiert,dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikel erhalten wird durchAnwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Strukturaus den genannten Primärpartikelndes Kohlenstoffs in Nanometer-Größe zum Aufbrechender Agglutinat-Struktur, wobei die genannte Agglutinat-Strukturvom Einschluss-Typ ist, bei der dünne Schichten aus gebogenen,hoch defekten Graphit-Schichten einen Kern aus Nano-Kohlenstoff-Partikelnumgeben.
[3] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurch charakterisiert,dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikel erhalten wird durchAnwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine höherwertige,direkt kovalent gebundene Interpartikel-Struktur aus den genannten Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Zersetzungder genannten, kovalent gebundenen Struktur.
[4] Eine dispergiertes, mono-molekulares Fulleren derFullerene, dadurch charakterisiert, dass das genannte eine Fullerenerhalten wird durch die Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den genannten Fullerenen, umfassendSchwarzpulver aus C60-Fulleren, C70-Fulleren und anderen Fullerenen,wobei van der Waals-Kräfte,durch die die Fullerene unter Bildung der Aggregat-Struktur zusammengehaltenwerden, überwundenwerden.
[5] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Graphit, dadurch charakterisiert, dass das genannte ultradispergiertePrimärpartikelaus Graphit erhalten wird durch die Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethodeund/oder einer Nass-Dispersionsmethode auf eine Agglutinat-Strukturaus super-antiabrasivem Ruß zumAufbrechen der Agglutinat-Struktur,wobei die genannte Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typ ist, beider dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Graphit-Partikelnumgeben.
[6] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Diamant in Nanometer-Größe, dadurch charakterisiert,dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikel erhalten wird durchAnwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus synthetischem Diamant-Pulver inNanometer-Größe, hergestelltdurch ein Schockwellen-Syntheseverfahren, wobei die genannte Agglutinat-Strukturaufgebrochen wird, um die genannten ultradispergierten Primärpartikelaus Diamant in Nanometer-Größe bereitzustellen,wobei die genannte Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typ ist, beider dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Nano-Diamant-Partikeln umgeben.
[7] Ein ultra-dispergiertes Partikel von Primärpartikelnaus Horn in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass-Dispersionsmethode auf eine höherwertige, direkt kovalent gebundene,dahlien-artige Interpartikel-Struktur der genannten Primärpartikel,um die genannte dahlien-artige Struktur zu zerstören.
[8] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultra-dispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultradispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Struktur aus den genannten Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Überwindungder van der Waals-Kräfte,wobei durch diese Kräftedie genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zur Bildungder genannten Aggregat-Struktur zusammengehalten werden.
[9] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultra-dispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultradispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus den genannten Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe zum Aufbrechender genannten Agglutinat-Struktur, wobei die genannte Agglutinat-Struktur vomEinschluss-Typ ist, bei der dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Nano-Kohlenstoff-Partikeln umgeben.
[10] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultradispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikelerhalten wird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/odereiner Nass-Dispersionsmethode auf eine höherwertige, direkt kovalent gebundeneInterpartikel-Struktur aus den genannten Primärpartikeln aus Kohlenstoffin Nanometer-Größe zur Zersetzungder genannten, kovalent gebundenen Struktur.
[11] Ein Verfahren zur Herstellung von einem dispergierten,mono-molekularen Fulleren der Fullerene, dadurch charakterisiert,dass das genannte eine Fulleren erhalten wird durch die Anwendungeiner Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Aggregat-Strukturaus den genannten Fullerenen, umfassend Schwarzpulver aus C60-Fulleren,C70-Fulleren und anderen Fullerenen, wobei van der Waals-Kräfte, durchdie die Fullerene unter Bildung der Aggregat-Struktur zusammengehaltenwerden, überwundenwerden.
[12] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultradispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Graphit, dadurch charakterisiert, dass das genannte ultra-dispergiertePrimärpartikelaus Graphit erhalten wird durch die Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethodeund/oder einer Nass-Dispersionsmethode auf eine Agglutinat-Strukturaus super-antiabrasivem Ruß zumAufbrechen der Agglutinat-Struktur,wobei die genannte Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typ ist, beider dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Graphit-Partikelnumgeben.
[13] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultradispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Diamant in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikel erhaltenwird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine Agglutinat-Struktur aus synthetischem Diamant-Pulver inNanometer-Größe, hergestelltdurch ein Schockwellen-Syntheseverfahren, wobei die genannte Agglutinat-Strukturaufgebrochen wird, um die genannten ultradispergierten Primärpartikelaus Diamant in Nanometer-Größe bereitzustellen,wobei die genannte Agglutinat-Struktur vom Einschluss-Typ ist, beider dünneSchichten aus gebogenen, hoch defekten Graphit-Schichten einen Kernaus Nano-Diamant-Partikeln umgeben.
[14] Ein Verfahren zur Herstellung von einem ultradispergiertenPartikel von Primärpartikelnaus Horn in Nanometer-Größe, dadurchcharakterisiert, dass das genannte ultra-dispergierte Primärpartikel erhaltenwird durch Anwendung einer Nass-Typ-Mahlmethode und/oder einer Nass-Dispersionsmethodeauf eine höherwertige,direkt kovalent gebundene, dahlien-artige Interpartikel-Strukturder genannten Primärpartikel,um die genannte dahlien-artige Struktur zu zerstören.
[15] Verfahren zur Herstellung, gemäß einer vorhergehenden Ansprüche 8 bis14, wobei die genannte Struktur der genannten Nass-Typ-Mahlmethode und/oderder genannten Nass-Dispersionsmethode in Wasser oder in einem organischenLösungsmittel unterzogenwird.
[16] Verfahren zur Herstellung, gemäß einer vorhergehenden Ansprüche 8 bis14, wobei nach Beendigung der genannten Nass-Typ-Mahlmethode und/oderder genannten Nass-Dispersionsmethode die genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe einerUltraschallbehandlung unterzogen werden, wodurch die genannten Primärpartikel ausKohlenstoff in Nanometer-Größe an derRekombination miteinander gehindert werden.
[17] Verfahren zur Herstellung, gemäß einer vorhergehenden Ansprüche 8 bis14, wobei nach Beendigung der genannten Nass-Typ-Mahlmethode und/oderder genannten Nass-Dispersionsmethode die genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe einerUltraschallbehandlung unterzogen, wobei die genannten Primärpartikelaus Kohlenstoff in Nanometer-Größe an derRekombination miteinander gehindert werden, wobei die Struktur der genanntenNass-Typ-Mahlmethode und/oder der genannten Nass-Dispersionsmethodein Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel unterzogen werden.
[18] Verfahren zur Herstellung, gemäß einer vorhergehenden Ansprüche 8 bis14, wobei die genannte Nass-Typ-Mahlmethode in einem Rührer miteiner Umfangsgeschwindigkeit von gleich oder mehr als 5 m/sek, unterVerwendung von Keramikkugeln oder Metallkugeln durchgeführt, vondenen jede einen Durchmesser von gleich oder weniger als 0,1 mm aufweist.
[19] Verfahren zur Herstellung, gemäß einer vorhergehenden Ansprüche 8 bis14, wobei die genannte Nass-Typ-Mahlmethode in einem Lösungsmittel mitaktiven Wasserstoffatomen durchgeführt wird, um die Rekombinationder genannten Primärpartikelmiteinander zu verhindern.

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US7300958B2|2007-11-27|

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US20050008560A1|2005-01-13|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2004-12-23| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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