CVD法によるコイル状カーボンファイバーの合成とその特性評価

• Project/Area Number: 06650963
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 無機工業化学
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 元島 栖二 岐阜大学, 工学部, 教授 (80021608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 功 岐阜大学, 工学部, 助手 (20237960)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 1994: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 炭素繊維 / 気相成長炭素繊維(VGCF) / コイル状ファイバー / CVD / アセチレン

Research Abstract

内径23mmの横型石英製反応装置を用い、微量の硫黄不純物を含むアセチレンを種々の金属触媒存在下で熱分解させてコイル状カーボンファイバーを合成し、その詳細な合成条件、モルフォロジー、成長機構、機械的・電磁気的特性の評価を行った。その結果は、次のように要約できる。
(1)触媒としては、Ni,Ti及びW粉末が最も有効で、原料アセチレンに対するコイル収率は50%以上を示した。金属板でもコイル成長が認められた。
(2)種々の金属粉末の他、Ni単結晶(110),TiS,TiC、Ti_2O_3およびTiO粉末でも、ある程度のコイル成長が認められた。一方純Ti板やTiO_2粉末では、コイルは全く析出しなかった。
(3)触媒金属の最適粒度は、約2.5ミクロンであり、特に、1ミクロン以下の微粉末ではコイル収率は10%以下であり、触媒としては不適当であった。
(4)不純物としては、チオフェンが最も有効であり、コイル収率50%以上を示した。
(5)コイルは用いた金属触媒に依存したかなり狭い温度領域(700-850℃)でのみ成長した.最高のコイル収率を示す最適反応温度は,750℃(Ni,W),775℃(Ti)であった。
(6)アセチレン中のチオフェン不純物の最適流量は、約0.35sccm(全ガス流量中0.24%)でありこの値から少しでもずれるとコイルは全く成長しなかった。
(7)コイルは、原料ガス導入口近くでのみ析出した。
(8)コイル先端部分の触媒粒は、金属炭化物であり、これに2-30%の硫黄が含まれており、これが実際のコイル成長の触媒として作用する事が分かった。
(9)コイル規則正しく蜜に巻いたコイルでは、表面にPy-C層が析出して、コイルファイバー同士がくっついており、そのため、コイルの伸び率は、約40%であった。
(10)コイルのバルク抵抗は、かさ密度が0.5g/cm3では10^0Ω・cmであった。