儲(chǔ)氟材料制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及儲(chǔ)氟材料，該儲(chǔ)氟材料含有新穎的氟化碳納米突，每單位質(zhì)量的儲(chǔ)氟量多，對(duì)反復(fù)儲(chǔ)氟具有耐受，并且能夠利用安全且有效的方法取出高純度氟氣。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還涉及取出氟氣的方法，該方法通過(guò)對(duì)所述儲(chǔ)氟材料進(jìn)行加熱或?qū)⑺鰞?chǔ)氟材料置于減壓氣氛下來(lái)取出氟氣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及含有氟化碳納米突的儲(chǔ)氟材料(7 ;y素貯蔵材料)和由該 儲(chǔ)藏材料取出氟氣的方法。
技術(shù)介紹
在能源產(chǎn)業(yè)中進(jìn)行鈾的濃縮時(shí)，氟氣從很早以前就一直被大量用于 UFe的合成中。此外，氟氣對(duì)于防水防油劑、鋰電池活性物質(zhì)、半導(dǎo)體制造用干式 蝕刻劑、半導(dǎo)體制造用氟聚合物、高分子材料用添加劑、藥物中間體等 工業(yè)上有用的功能性材料的合成是不可欠缺的，其用量每年持續(xù)增長(zhǎng)。而且，氟氣作為新時(shí)代的半導(dǎo)體、液晶制造用干式蝕刻劑、清潔用 氣體、CVD用氣體，其發(fā)展受到強(qiáng)烈期待。但是，氟氣具有極高的反應(yīng)性、腐蝕性，其儲(chǔ)藏和處理需要極高的 的技術(shù)力量，因此其利用必然顯著受到限制。艮口，對(duì)于儲(chǔ)藏在金屬制的氣瓶中的情況，為了確保安全性，不僅需 要將壓力控制在約2MPa以下，而且不得不預(yù)先利用氮?dú)獾冗M(jìn)行稀釋后 填充。并且，從氣瓶中取出氟氣時(shí)需要重重設(shè)置特殊的閥裝置、減壓裝 置、安全裝置，從這些方面考慮，氟氣的利用也缺乏經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)率。 而且即使是像這樣在填充到氣瓶中之前就進(jìn)行了嚴(yán)格精制的高純度氟 氣，也存在如下問(wèn)題所述高純度氟氣會(huì)被構(gòu)成氣瓶或閥裝置的材料的 腐蝕生成物(例如各種金屬氟化物)污染，特別是其用于半導(dǎo)體制造用途 時(shí)，需要另外設(shè)置精制裝置等措施，等等。另一方面，直接利用通過(guò)含有氟化氫的熔融鹽的電解而產(chǎn)生的氟氣 的方法也在廣泛應(yīng)用，但是在使用該方法的情況下，要實(shí)施包括保安用 的充足空地和施加有徹底遮蔽的電解槽室在內(nèi)的周全的安全措施，并且需要確保大型整流器、精制裝置、除害裝置并在各處配置具有高度技術(shù) 的運(yùn)轉(zhuǎn)人員、保安人員。并且，通電后不能立即取出高純度的氟氣，需 要實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)電解。此外該方法還存在如下問(wèn)題如果持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間 的電解，則會(huì)發(fā)生突然的陽(yáng)極效應(yīng)，電解常常會(huì)不可避免地被強(qiáng)制中斷， 該方法的利用極缺乏經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)率。此外，將金屬氟化物用作儲(chǔ)氟材料并通過(guò)金屬氟化物的熱分解來(lái)取出氟氣的方法也是公知的。例如，將K3NiF6氟化制成K3NiF7，使用K3NiF7 時(shí)使其熱分解，返回到K3NiF6，由此能夠產(chǎn)生氟氣(昭和電工株式會(huì)社制 造的氟產(chǎn)生裝置F"Generator(工7'、:^二氺，商品名))。但是，在該方式中 存在如下問(wèn)題每單位質(zhì)量的K3NiF7的儲(chǔ)氟量較小，理論上為7.0質(zhì)量％。相對(duì)于此，有人還提供了使用碳纖維作為儲(chǔ)氟材料的方法(千 >一 于 工y八乂(Ching-Chen Hung)、 K、于小卜、、夕七，(Donald Kucera)，《氟化 碳纖維的工業(yè)應(yīng)用(Industrial applications of graphite fluoride fibers)》、 NASA-CP-3109-VOL-1， pl56-164(1991))。碳纖維重量比金屬氟化物輕， 但是其存在如下問(wèn)題盡管每單位質(zhì)量氟化碳纖維的儲(chǔ)氟量為50.7質(zhì)量％， 而有效取出的氣體包含雜質(zhì)氣體最高才22質(zhì)量％，并且在產(chǎn)生的氣體中， 產(chǎn)生10質(zhì)量％以上的CF4、 C2Fe等作為雜質(zhì)的氟碳?xì)怏w。此外，其在實(shí) 用方面存在致命問(wèn)題隨著氟的儲(chǔ)藏-放出的循環(huán)，碳纖維發(fā)生物理性破 裂，禁不起反復(fù)利用。在曰本特開(kāi)2005-273070號(hào)公報(bào)中提出了將碳納米管氟化并對(duì)所得 到的氟化碳納米管進(jìn)行加熱來(lái)取出氟氣的方法。通過(guò)該方法提高了每單 位質(zhì)量的儲(chǔ)氟量，但是氟化的反應(yīng)溫度為20(TC時(shí)，氟化碳納米管每單位 質(zhì)量的儲(chǔ)氟量限于52.9質(zhì)量％左右。氟氣的取出只能通過(guò)加熱來(lái)進(jìn)行， 氟氣的取出方法的自由度較少，并且在該方法中還存在產(chǎn)生相當(dāng)量的 CF4、 C2F6等作為雜質(zhì)的氟碳?xì)怏w的問(wèn)題，而且，碳納米管隨著氟的儲(chǔ)藏-放 出的循環(huán)而發(fā)生物理性破裂的問(wèn)題尚未解決。隨著近年納米技術(shù)的興起，開(kāi)發(fā)出碳納米突形成的材料，對(duì)于伴隨 著其氟化的結(jié)構(gòu)變化、物理性能變化，《財(cái)團(tuán)法人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造研究所紀(jì)要》 Vol. 25，No.3(通巻99號(hào))20Q5年9月，p06 p11禾口《物理化學(xué)雜志(Joumalof Physical Chemistry)B》，108(28), 9614-9618 (2004)中詳細(xì)進(jìn)行了研究。 其中記載了氫氣和甲垸氣體在常溫的高密度儲(chǔ)藏，并且公開(kāi)了，通過(guò)對(duì) 碳納米突進(jìn)行表面氟修飾以控制化學(xué)鍵和電子狀態(tài)，從而能夠構(gòu)筑有效 的分子吸附場(chǎng)。但是，對(duì)于氟的儲(chǔ)藏，既沒(méi)有記載也沒(méi)有啟示。這是因 為氫氣和甲垸氣體的吸附原理與氟氣在本質(zhì)上是不同的。即因?yàn)椋瑢?duì)于氫氣和甲垸氣體來(lái)說(shuō)，是被碳納米突所形成的特異的 分子勢(shì)場(chǎng)捕獲，而并非與碳納米突形成化學(xué)鍵，只不過(guò)進(jìn)行所謂的物理 吸附，但是氟氣與構(gòu)成碳納米突的碳原子形成共價(jià)鍵或半離子鍵，進(jìn)行 所謂的化學(xué)吸附，從上述角度來(lái)看，它們有決定性的區(qū)別，不能相提并 論。此外，在具體研究氟化碳納米突的電化學(xué)性質(zhì)的過(guò)程中，如《第32 屆炭材料學(xué)會(huì)預(yù)稿集》2005年12月7日發(fā)行，p132 133中所公開(kāi)的那 樣使用氟化碳納米突作為鋰電池的正極活物質(zhì)時(shí)，可知氟化碳納米突具 有如下特征放電反應(yīng)以均勻固相反應(yīng)的方式進(jìn)行，初期電動(dòng)勢(shì)高達(dá) 4.2V,不僅能量密度高，而且放電的同時(shí)電動(dòng)勢(shì)逐漸降低。盡管其中對(duì) 于不僅能夠使鋰電池長(zhǎng)壽命化，而且能夠常時(shí)監(jiān)控殘存電池容量，并能 夠避免電池突然斷電這種與電池相關(guān)的實(shí)用上的優(yōu)越性給出了啟示，但 其中對(duì)于氟氣的儲(chǔ)藏-放出方面絲毫沒(méi)有涉及。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于上述現(xiàn)狀，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供安全高效的儲(chǔ)氟材料和由該儲(chǔ)氟材料取出高純度氟氣的方法。本專(zhuān)利技術(shù)的儲(chǔ)氟材料的特征在于，其含有氟化碳納米突。 可以通過(guò)對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)所述的氟化儲(chǔ)藏材料進(jìn)行加熱或?qū)⑵渲糜跍p壓氣氛下來(lái)取出氟氣。當(dāng)然也可以在減壓氣氛下進(jìn)行加熱。具體實(shí)施例方式本專(zhuān)利技術(shù)的氟化碳納米突是通過(guò)對(duì)納米炭材料進(jìn)行氟化而得到的，在所 述納米碳材料中，通過(guò)激光消融法合成出的突起(horn)長(zhǎng)約10nm 20nm、突起端徑約2nm 3nm的僅由碳原子構(gòu)成的突起形成為具有約50nm 100nm的大麗花那樣的形狀的二次顆粒。碳納米突的氟化可以通過(guò)例如《財(cái)團(tuán)法人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造研究所紀(jì)要》 (Vol.25，No.3(通巻99號(hào))2005年9月，p06 pl 1)和《物理化學(xué)雜志(Joumal of Physical Chemistry)B》(108(28)， 9614-9618(2004))或者《第32屆炭材 料學(xué)會(huì)預(yù)稿集》(2005年12月7日發(fā)行，pl32 133)中公開(kāi)的公知方法 來(lái)實(shí)施。即，將碳納米突密封在鎳或含鎳的合金、石墨等在反應(yīng)溫度下 對(duì)氟具有耐腐蝕性的材料的反應(yīng)器中，例如，可以導(dǎo)入氟氣來(lái)進(jìn)行氟化。優(yōu)選的氟氣壓力為0.002MPa 1.0MPa，更優(yōu)選為0.005MPa 0.5MPa， 可以在所述范圍內(nèi)考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性、安全性來(lái)選擇氟氣壓力，但是 如果氟氣壓力過(guò)低，則氟化速度變慢，如果氟氣壓力過(guò)高，則反應(yīng)裝置 變大，因此是不優(yōu)選的。對(duì)于所使用的氟化用氣體的純度，優(yōu)選高純度， &濃度可以為1.0質(zhì)量％以上，也可以利用99質(zhì)量％以下的氮、氬或氦來(lái)稀釋F2。此外，即使含有氟碳類(lèi)(例如氟化氫、三氟化氮、五氟化碘等無(wú)機(jī)氟 化物等)或氧、水蒸氣等也沒(méi)有關(guān)系。己知特別是含有微量氟化氫時(shí)會(huì)山 于氟化氫的催化效果而具有提高反應(yīng)速度的效果，因此也可以積極添加。氟化反應(yīng)可以在具有充分容積的反應(yīng)器本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種儲(chǔ)氟材料，其含有氟化碳納米突。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：東原秀和，野島由雄，磯貝智弘，湯田坂雅子，飯島澄男，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：大金工業(yè)株式會(huì)社，國(guó)立大學(xué)法人信州大學(xué)，日本電氣株式會(huì)社，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP[日本]