多孔质碳材料
阅读：853发布：2021-10-27
专利汇可以提供多孔质碳材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种 导电性 、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度优异的多孔质 碳 材料，所述多孔质碳材料通过在至少一部分中具有连续多孔结构，并且包含碳晶粒，从而导电性、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度均优异。，下面是多孔质碳材料专利的具体信息内容。
1.一种多孔质碳材料，
在至少一部分中具有连续多孔结构，
并且，包含碳晶粒。
2.根据权利要求1所述的多孔质碳材料，至少在构成所述连续多孔结构的分支部包含所述碳晶粒。
3.根据权利要求1或2所述的多孔质碳材料，所述碳晶粒的存在比率为0.1％以上。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的多孔质碳材料，所述碳晶粒的大小为1～1000nm。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的多孔质碳材料，在采用粉末法测得的X射线衍射图谱中，在衍射角25°～26°的范围具有至少一个峰。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的多孔质碳材料，在采用粉末法测得的X射线衍射图谱中，在衍射角42°～45°的范围具有至少一个峰。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的多孔质碳材料，还具备实质上不具有连续多孔结构的部分。
8.根据权利要求7所述的多孔质碳材料，具有芯层和表层，所述芯层为具有所述连续多孔结构的部分，所述表层为在该芯层的周围形成的实质上不具有所述连续多孔结构的部分。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的多孔质碳材料，具有纤维状、薄膜状、粒子状的形态。
多孔质碳材料
技术领域
[0001] 本发明涉及能够用于各种各样的用途的多孔质碳材料。
背景技术
[0003] 专利文献1中记载了将可碳化的材料与消失材料混合进行纤维化，在碳化时使消失材料消失，由此得到多孔质碳纤维的技术。但是，可碳化的材料与消失材料由非相容系的组合构成，仅单单添加相容剂无法在碳纤维上形成连续的细孔。
[0004] 专利文献2和3中示出了将热固性树脂与热塑性树脂混合，在使热固性树脂固化后除去热塑性树脂，然后进行碳化，由此向碳材料本身导入连续多孔结构的例子。但是，这些碳材料仅单单导入连续多孔结构，在导电性、导热性、强度方面并不能说是充分的。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：日本特开平2-160923号公报
[0008] 专利文献2：日本特开2004-259593号公报
[0009] 专利文献3：日本特开2006-240902号公报
发明内容
[0010] 本发明的课题是提供一种导电性、导热性、耐压性、针对拉伸和压缩的强度优异的多孔质碳材料。
[0011] 本发明的课题通过在至少一部分中具有连续多孔结构、并且包含碳晶粒的多孔质碳材料来解决。
[0012] 本发明的多孔质碳材料，在至少一部分中具有由孔部(空隙部)和分支部(碳部)构成的连续多孔结构。通过孔部连续，来向孔部填充和/或流动流体，由此能够显现出各种各样的功能。另外，通过分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导电性、导热性变高。进而，通过分支部分别相互支撑结构体的效果，成为与空隙率相同的碳材料相比，即使针对拉伸、压缩等的变形也具有某种程度的抗性的材料。
[0013] 本发明的多孔质碳材料，通过还包含碳晶粒，能够提高导电性、导热性、和拉伸、压缩等力学特性，能够提供可应用于电气、电子材料、放热材料等的参与热交换的材料等各种各样的用途的多孔质碳材料。附图说明
[0014] 图1是实施例1的多孔质碳材料的扫描电镜照片。
[0015] 图2是实施例1的多孔质碳材料的透射电镜照片。
[0016] 图3是实施例1的多孔质碳材料的透射电镜照片中的碳晶粒。
具体实施方式
[0017] ＜多孔质碳材料＞
[0018] 〔连续多孔结构〕
[0019] 本发明的多孔质碳材料(以下有时简称为“材料”)在至少一部分中具有连续多孔结构。
[0020] 本发明的多孔质碳材料中的连续多孔结构，是分支部(碳部)和孔部(空隙部)分别连续的结构。连续多孔结构的存在，例如可以通过下述方式确认：用小钳子等割断在液氮中充分冷却了的试样，通过扫描电镜(SEM)等对割断后形成的截面进行表面观察时，如图1的扫描电镜照片所例示那样，观察到在进深方向上分支部(碳部)和孔部(空隙部)分别连续的结构。
[0021] 本发明的多孔质碳材料，通过向构成连续多孔结构的孔部填充和/或流动流体，能够显现出各种各样的功能。例如，能够发挥物质的分离、吸附、脱离等区分(fractionating)特性、和/或填充电解液而显现出作为电池材料的功能。
[0022] 另外，通过使分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导电性提高，由此能够提供电阻低、损耗少的材料作为电池材料。同样地通过使分支部连续，与独立的粒子状的碳材料相比，导热性提高，由此能够将在连续多孔结构内部产生的热迅速向系统外进行授受，也能够确保高的温度均匀性。进而，通过分支部分别相互支撑结构体的效果，成为与空隙率相同的碳材料相比，即使针对拉伸、压缩等的变形也具有某种程度的抗性的材料。
[0023] 本发明的多孔质碳材料中的具有连续多孔结构的部分的结构周期优选为0.002μm～1μm。本发明的多孔质碳材料中的具有连续多孔结构的部分的结构周期，是通过对本发明的多孔质碳材料试样入射X射线，根据散射强度具有峰值的位置的散射角度θ，由下述式算出的。
[0024]
[0025] 结构周期：L；λ：入射X射线的波长
[0026] 如果是结构周期为0.002μm以上的材料，则能够容易地与其它材料复合化，例如即使在作为分离用柱(column)材料使用时也能够发挥优异的分离特性，因此是优选的方式。另外，如果是结构周期为1μm以下的材料，则作为结构体缺陷非常少，能够形成力学方面优异的材料。结构周期的值可以在上述范围之中结合用途来任意选择。
[0027] 另外，关于结构周期的值，在为连续多孔结构进行了取向的材料的情况下，有时结构周期的值会根据X射线的入射方向而变化。本发明的多孔质碳材料，优选在从任一方向入射X射线进行测定时，结构周期都在上述范围内。关于连续多孔结构，通过形成在从任一方向观测时都均匀的连续多孔结构，能够向连续多孔结构内均匀地填充和/或流动流体，能够通过分支部确保均匀的导电性、导热性。具有均匀的连续多孔结构的本材料，能够在连续多孔结构内均匀且快速地流动流体，并且兼具均匀的导电性、导热性，因此特别适合作为伴有化学反应的材料，具体可举出电池材料、催化剂载体等。
[0028] 连续多孔结构的平均空隙率优选为10～80％。关于平均空隙率，可以通过对将包埋的试样采用截面抛光法(CP法)进行处理而精密地形成的截面，以调整为1±0.1(nm/像素)的放大率、70万像素以上的分辨率进行观察，从观察所得到的图像中以512像素正方形设定计算所需的目标区域，将目标区域整体的面积设为A，将孔部分的面积设为B，由下述式算出。
[0029] 平均空隙率(％)＝B/A×100
[0030] 平均空隙率越高，在与其它材料复合时能够越提高填充效率，此外作为气体、液体的流路压力损失越小，能够提高流速。另一方面，平均空隙率越低，在压缩、弯曲时截面方向上可承受的力越大，因此在操作性方面、和加压条件下使用时变得有利。考虑到这些，连续多孔结构的平均空隙率优选为15～75％的范围，进一步优选为18～70％的范围。
[0031] 所述连续多孔结构，在细孔直径分布曲线中，优选在5～400nm的范围具有至少一个峰直径。细孔直径分布可采用水银压入法或气体吸附法测定。水银压入法能够取得5nm～500μm的大范围的细孔直径分布曲线，因此适合于取得结构周期大的材料中的细孔直径分布。与此相对，气体吸附法适合于取得直到100nm左右的比水银压入法小的区域范围的细孔直径分布。关于细孔直径分布，可以根据本发明的多孔质碳材料的结构周期而适当选择水银压入法或气体吸附法中的任一方法。
[0032] 细孔直径分布曲线中的峰直径的值越小，多孔质碳材料与要进行复合的其它材料的距离越近，特别是几十nm以下的区域中，通过量子隧道效应，容易在其它材料与本发明的多孔质碳材料之间形成容易流通电流的状态。另一方面，细孔直径分布曲线中的峰直径的值越大，与直径大的粒子等的复合越容易。考虑到这些，本发明的多孔质碳材料中的细孔直径分布曲线的峰直径更优选为5～350nm的范围，进一步优选为5～300nm的范围。
[0033] 再者，即使是具有实质上不具有连续多孔结构的情况，也能够通过测定材料整体的细孔直径分布来测定连续多孔结构的细孔直径分布，连续多孔结构的细孔直径分布曲线能够用材料整体的细孔直径分布曲线进行近似。
[0034] 结构周期越小，结构越细，每单位体积或每单位重量的表面积越大，例如在担载催化剂的情况等，催化剂与流体的接触效率飞跃性提高。另外，结构周期越大，压力损失越降低，能够充填和/或流动流体。因此上述结构周期优选根据使用的用途而任意设定。
[0035] 〔碳晶粒〕
[0036] 本发明的多孔质碳材料包含碳晶粒。碳晶粒如后所述，是例如石墨晶体、金刚石晶体等的以碳晶体为主要的构成成分的粒。
[0037] 本发明的多孔质碳材料通过包含碳晶粒，能够经由碳晶粒部分提高导热性、导电性。另外，或许由于碳晶粒与碳晶粒以外的实质为非晶质的部分相比有弹性模量变高的倾向，可确认到本发明的多孔质碳材料整体的弹性模量、压缩强度大幅提高。因此，例如在充放电时将本发明的多孔质碳材料用于体积变化大的电极材料的情况下，多孔质碳材料不会随着体积变化而被破坏，因此即使反复进行充放电，充放电容量等的作为电池的基本特性也很少会变化。另外，本发明的多孔质碳材料在具有纤维状或薄膜状的形态的情况下，在操作时、模块化、组装工序等中，不容易被破坏，能够高效地生产品质优异的最终制品。
[0038] 碳晶粒的大小并不特别限定，但有碳晶粒越小则碳晶粒彼此的绝对距离越接近的倾向，能够不大大改变力学特性就提高导电性、导热性。另外，碳晶粒越大则碳晶粒内纳入离子等的能力越提高，因此在使锂等的金属嵌入(intercalation)碳晶粒中时能够提高其效率。因此，碳晶粒的大小优选为1～1000nm的范围。特别是如果碳晶粒的大小为1～100nm的范围，则力学特性与导电性、导热性的平衡优异，因而优选。另外，如果碳晶粒的大小为50～1000nm的范围，则能够提高嵌入的效率，因此特别是作为电极材料能够提供理想的特性。
[0039] 关于碳晶粒的有无，在使用聚焦离子束等将本发明的多孔质碳材料薄薄地切下，利用透射电镜等对其进行观察时，如图2所示，可以通过具有黑色对比度(黑色反差：contrast)来确认到碳晶粒。图3是用虚线包围图2中的碳晶粒的图。碳晶粒是与其以外的部位相比辉度较低的区域。关于碳晶粒，首先对拍摄到的图像施加半径为2个像素的中值滤波，接着得到辉度的直方图，辉度值除以辉度的中央值附近的最大频率的值从而表示为百分率的频率。使用辉度的值低的、从暗侧起的频度超过20％的点的值、和超过50％的点的值进行直线近似，根据所得到的直线的式子算出将频率设为0％时的辉度的值(求出将辉度设为x、将频率设为y时的x切片)。将具有比该辉度的值低的辉度的像素的集合作为碳晶粒。在此，像素的集合之中，被识别为噪声的小于30像素的部分从碳晶粒中排除。
[0040] 另外，各个碳晶粒的大小可以通过求出该黑色对比度部分的面积，作为等同的圆的面积换算其直径而测定。再者，本说明书中简称为“碳晶粒的大小”的情况意味着数均值，具体而言可以采用后述的实施例中记载的方法测定。
[0041] 另外，将黑色对比度部分的面积在用于解析的面积整体中所占的比例称为碳晶粒的存在比率。碳晶粒的存在比率优选为0.1％以上。如果碳晶粒的存在比率为0.1％以上，则能够充分地赋予导电性、导热性。另外，存在比率的上限并不特别限定，但如果低于70％则力学特性与导电性、导热性的平衡优异，因而优选。
[0042] 构成本发明的碳晶粒的碳晶体意指具有以下结构的碳部分，所述结构是具有单位晶格(晶胞)的晶体结构、或该晶体结构稍微紊乱的结构。作为所谓的晶体完整的碳晶体可以是石墨晶体也可以是金刚石晶体。测定方法如后所述。另外，在本发明中，所测定到的晶体结构也可以稍微紊乱。
[0043] 如果是石墨晶体、或石墨晶体的结构稍微紊乱的结构，则与非晶部分相比能够充分提高多孔质碳材料的导电性、导热性，因此特别适合于要求这些特性的电极用途。另外，如果是金刚石晶体或金刚石晶体结构稍微紊乱的结构，则与非晶部分相比能够使拉伸、压缩等的力学特性飞跃性地提高，并且容易使弹性模量与强度取得平衡，因此特别适合于需求这些特性的结构材料、高耐压性的分离膜等的用途。
[0044] 关于是否是石墨晶体或石墨晶体的结构稍微紊乱的结构，可以通过采用粉末法测定出的X射线衍射图谱的衍射角24.5～26.6°附近具有峰来判断出是该结构。另外，特别是在为石墨晶体的结构稍微紊乱的结构的情况下，容易使导电性、导热性与力学特性取得平衡，因而是优选的方式。在具有石墨晶体的结构稍微紊乱的结构的情况下，可以通过在采用粉末法测定出的X射线衍射图谱中，在衍射角25～26°之间具有峰来判断。
[0045] 另外，关于是否是金刚石晶体或金刚石晶体的结构稍微紊乱的结构，可以通过在采用粉末法测定出的X射线衍射图谱的衍射角42～45°附近具有峰来判断出是该结构。
[0046] 碳晶粒可以包含于构成连续多孔结构的分支部中，也可以包含于其以外的部分中，但优选至少一部分包含于构成连续多孔结构的分支部中。通过在构成连续多孔结构的分支部中存在碳晶粒，能够显著发挥介入导电性、导热性的功能，此外也容易改善多孔质碳材料整体的力学特性。另外，特别是通过在构成连续多孔结构的分支部中包含碳晶粒，碳晶粒与构成连续多孔结构的孔部的物理距离较近，因此在通过与例如电解液、乳液、溶液等的接触而体现功能时，能够更高效地进行吸附、脱离、反应等。
[0047] 本发明的碳晶粒，在关于上述的通过透射电镜观察到的碳晶粒部分的能量色散型X射线光谱测定中，根据对应于碳原子的X射线强度算出的碳原子的存在比率优选为50％以上。如果碳原子的存在比率为50％以上，则能够充分高地维持碳晶粒所具有的导电性、导热性。从该观点出发，碳原子的存在比率优选为70％以上，更优选为90％以上。
[0048] 〔实质上不具有连续多孔结构的部分〕
[0049] 本发明的多孔质碳材料，可以具有实质上不具有连续多孔结构的部分。实质上不具有连续多孔结构的部分，是对采用截面抛光法(CP法)形成的截面以1±0.1(nm/像素)的放大率进行观察时，由于孔径为分辨率以下而观察不到明确的孔的部分。另外，在观察不到明确的孔的部分以边长与后述的根据X射线算出的结构周期L的3倍对应的正方形的区域范围以上的面积存在的情况下，存在实质上不具有连续多孔结构的部分。
[0050] 实质上不具有连续多孔结构的部分，不具有连续多孔结构所特有的效果。但是，实质上不具有连续多孔结构的部分，由于碳被致密地填充，导电性提高，因此能够将导电性、导热性确保为一定水平以上。因此，具有实质上不具有连续多孔结构的部分的多孔质碳材料，例如作为电池材料使用的情况下，能够将反应热向系统外迅速排出，降低电子授受时的电阻，有助于高效率电池的制造。进而，通过存在不具有连续多孔结构的部分，也具有特别是能够飞跃性地提高针对压缩破坏的抗性这一优点。
[0051] 另外，在实质上不具有连续多孔结构的部分中也可以包含碳晶粒。通过存在碳晶粒，能够确保导电性、导热性，作为金属离子等的嵌入用位点能够发挥优选的特性。另外，特别是通过在实质上不具有连续多孔结构部分中存在碳晶粒，形成经由碳晶粒以外的部分的碳晶粒彼此的疑似性的网络，因此能够提高对压缩、拉伸这样的物理力的抗性，因而优选。
[0052] 另外，本发明的多孔质碳材料，可优选地用作为即使作为HPLC用柱材料也具有高度的区分特性的柱。通过进一步在具有连续多孔结构的部分的表面担载催化剂，能够有助于由不具有连续多孔结构的部分控制的微反应器、排气净化催化剂等的应用。
[0053] 不具有连续多孔结构的部分的比例并不特别限定，可以根据各用途而任意控制，但在作为区分材料(fractionating material)将不具有连续多孔结构的部分用作为壁面的情况、用作为电池材料的情况下，如果都是5体积％以上为不具有连续多孔结构的部分，则能够分别维持区分特性，并且防止流体从本发明的连续多孔结构漏出，能够以高水平维持导电性、导热性，因而优选。
[0054] 另外，在本发明的多孔质碳材料为不具有连续多孔结构的部分以覆盖具有连续多孔结构的部分的方式形成于其周围的形态的情况下，能够更高效地向构成连续多孔结构的孔部充填和/或流动流体，强度优异，因而优选。以下，在本说明书中对该形态的多孔质碳材料进行说明，但该时，将具有连续多孔结构的部分称为“芯层”，将覆盖该芯层的不具有连续多孔结构的部分称为“表层”。
[0055] 〔芯层〕
[0056] 芯层是具有上述的连续多孔结构的层，通过具有这样的结构，例如容易从纤维、薄膜这样的形态的材料的截面向连续多孔结构的内部浸渗其它材料，此外能够作为用于透过物质的路径利用，因此能够作为例如分离用柱的流路、气体分离膜的气体流路而有效利用。
[0057] 另外，本发明的连续多孔结构，由于形成有均匀且连续的结构，因此与空隙率相同的粒子状的碳材料相比，压缩、弯曲、拉伸等的力学特性优异，有助于碳化材料所特有的脆性的改善。
[0058] 芯层的连续多孔结构，优选以中心部中的结构周期成为0.002μm～1μm的方式形成。在此，中心部是指在多孔质碳材料中，假定材料的截面上的质量分布均匀时的重心。例如粉体的情况下是指重心，在材料的形态为具有圆截面的纤维的情况下，是指在与纤维轴垂直的截面中距纤维表面的距离相同的点。但是，在难以明确定义重心的薄膜形状的情况下，在与横向(TD)或纵向(MD)方向垂直的截面中，从薄膜表面引垂线，将该垂线上的薄膜厚度的二分之一的尺寸处的点的集合作为中心部。另外，同样在材料中不存在重心的中空纤维的情况下，从中空纤维外表面的切线引垂线，将垂线上材料厚度的二分之一的尺寸处的点的集合作为中心部。
[0059] 〔表层〕
[0060] 表层表示形成于芯层的周围、且实质上不具有连续多孔结构的层。
[0061] 表层的厚度并不特别限定，可以根据材料的用途适当选择。如果表层的厚度过厚，则作为多孔质碳材料会观察到空隙率降低的倾向，因此优选为100μm以下，更优选为50μm以下，最优选为20μm以下。在此，对于下限也并不特别限定，但从保持材料的形态、发挥与芯层区别开的功能的观点出发，优选为1nm以上。
[0062] 这样的本发明的多孔质碳材料，可以具有包含芯层和表层的非对称结构。通过具有这样的非对称结构，在与其它材料复合化形成复合材料的情况下，能够制作在表层部分中未被填充其它材料、只芯层的连续多孔结构中被填充了其它材料的复合材料。这样的复合材料，能够由表层部分发挥碳材料本身所具有的化学稳定性、导热性、导电性等特性，并且能够在芯层中担载各种各样的功能性材料，可考虑电池材料、催化剂载体、纤维强化复合材料等广泛用途的应用。另外，通过具有包含表层和芯层的非对称结构，例如在用于分离膜用途的情况下，能够将表层作为分离功能层，将芯层作为流体的流路来进行高效的过滤、分离，因而是优选的方式。
[0063] 〔多孔质碳材料的形状〕
[0064] 本发明的多孔质碳材料的形状不特别限定，例如可举出块状、棒状、平板状、圆盘状、球状等。其中，优选为纤维状、薄膜状或粉末状的形态。
[0065] 纤维状的形态是指相对于平均直径，平均长度为100倍以上的形态，可以是长丝(filaments)、长纤维，也可以是切断纤维(staples)、短纤维、短切纤维。另外，截面的形状并无任何限制，可以是圆截面、三角截面等多叶形截面、扁平截面、中空截面等任意形状。
[0066] 在具有纤维状的形态的情况下，能够向具有连续多孔结构的部分填充或流动流体，特别是在流动电解液的情况下，能够在连续多孔结构内诱发高效的电化学反应。另外，在高压下填充或流动流体时，由于具备构成具有连续多孔结构的部分的分支部相互支撑的结构，显示出高的抗压缩性。
[0067] 另外，纤维状的多孔质碳材料，在构成连续多孔结构的分支部的表面发生吸附、脱离，作为区分柱材料区分特性优异。另外，通过存在表层，能够形成为同时具有导电性、导热性的材料，容易除去伴随上述电化学反应的反应热。另外，即使作为区分柱材料，也能够将伴随由流体的压力损失导致的加压的变形抑制在最小限度，能够形成为性能稳定的区分柱材料。
[0068] 特别是纤维状的多孔质碳材料，在由具有连续多孔结构的芯层、和以覆盖其周围的方式形成的实质上不具有连续多孔结构的表层形成的情况下，例如作为流体的分离膜使用时，通过将纤维本身模块化，容易使流体通过芯层的空隙而在芯层与表层之间具备分离功能。另外，与平膜相比具有能够得到较大的每单位体积的膜面积等优点。另外，对于截面方向上施加的力的抗性提高，因此能够在高压下运行，能够以高效率进行膜分离，因而优选。另外，即使进行模块化而作为高速液体色谱仪等的分离用柱，也能够很好地使用。进而，由于在芯层中形成有均匀的连续多孔结构，因此结构的均匀性高，由于比表面积大，因此不会增大成为运行时的负担的压力损失，从而能够使分离性能飞跃性地提高。
[0069] 另外，在以短纤维的形态使用的情况下，通过与成为基质的树脂熔融混炼，容易使成为基质的树脂浸渗到具有连续多孔结构的部分的孔部中而复合。在以这样的形态使用的情况下，本发明的多孔质碳材料，与基质接触的面积，比一般的碳短纤维大，而且由于在连续的空隙部也填充有树脂，因此能够发挥大的锚固效应，因此能够容易地将力学特性改善成高强度、高弹性模量。
[0070] 另外，在将纤维的截面形状设为中空截面的情况下，能够向中空部填充其它材料，因此例如通过填充电解液、活性物质，能够应用于电池材料等。另外，也能够作为物质分离用的中空丝膜应用。中空部的形状不特别限定，可以设为圆截面、三角截面等多叶形截面、扁平截面、具有多个中空部的形状等任意的形状。
[0071] 纤维的平均直径不特别限定，可以根据用途而任意地决定。但从操作性、维持多孔质的观点出发优选为10nm以上。另外，从确保弯曲刚性、提高操作性的观点出发优选为5000μm以下。
[0072] 在本发明的多孔质碳材料具有薄膜状的形态的情况下，能够将其它材料与具有连续多孔结构的部分进行复合而直接作为片材使用，因此可以很好地用于电池材料的电极、电磁波屏蔽材料等的用途。特别是在该材料为具备具有连续多孔结构的芯层、和在芯层的一面或两面上的实质上不具有连续多孔结构的表层的薄膜的情况下，表层能够以高水平维持导电性和导热性，作为适合于与其它材料接合等的界面发挥作用，因而是优选的方式。另外，当为表层仅形成于薄膜的一面的形态时，作为具有连续多孔结构的部分的芯层与其它材料的复合变得容易。
[0073] 薄膜的厚度不特别限定，可以根据用途任意地决定，但考虑到操作性的情况下优选为10nm以上，从防止弯曲导致的破损的观点出发优选为5000μm以下。
[0074] 在具有粉末状的形态的情况下，例如能够应用于电池材料等，通过不具有连续多孔结构的部分占构成粉体的各个粒子、即每1个粒子之中的一部分，能够使粒子内的导电性、导热性飞跃性地提高。另外，能够提高粒子自身的压缩强度，因此高压下的性能劣化减少。另外，除了能够提高导电性、导热性以外，通过不具有连续多孔结构的部分在各个粒子间接触，能够进一步提高导电性、导热性。另外，流体在粉体中流动时，经过不具有连续多孔结构的部分，流路复杂混乱，能够将流体高效地混合，因此特别是作为分离用柱填充材料能够赋予很好的特性，因而是优选的方式。
[0075] 在粉末状的多孔质碳材料中，不具有连续多孔结构的部分所占的比例，从发挥上述特性方面出发优选为5体积％以上。关于不具有连续多孔结构的部分所占的比例，可以采用以往公知的分析方法求出。优选采用电子束断层摄影(electron-beam tomography)法、X射线显微CT法等测定三维形状，根据具有连续多孔结构的部分和不具有连续多孔结构的部分的体积算出。
[0076] 另外，在构成粉体的粒子是由具有连续多孔结构的芯层、和以覆盖该芯层的周围的方式形成的实质上不具有连续多孔结构的表层构成的粒子的情况下，作为中空状的粒子能够用作为轻量的填料。
[0077] 另外，粉末的粒度并不特别限定，可以根据用途适当选择。如果是10nm～10mm的范围，则能够作为粉体操作因而优选。特别是具有10μm以下的粒度的粉末，例如作为形成糊的固体成分可得到非常顺滑的物质，因此能够防止涂布等工序中的糊剥离、开裂等缺点。另一方面，具有0.1μm以上的粒度的粉末，在与树脂形成为复合材料的情况下，能够充分发挥作为填料的强度提高效果，因而是优选的方式。
[0078] ＜多孔质碳材料的制造方法＞
[0079] 本发明的多孔质碳材料，作为一例，可以采用具有以下工序的制造方法制造：使可碳化树脂与消失树脂(eliminable resin)相容而混合从而形成树脂混合物的工序(工序1)；使相容混合状态的树脂混合物进行相分离并进行固定化的工序(工序2)；通过加热烧成而进行碳化的工序(工序3)。
[0080] 〔工序1〕
[0081] 工序1是使10～90重量％可碳化树脂与90～10重量％消失树脂相容地混合，形成树脂混合物的工序。
[0082] 在此，可碳化树脂是可通过烧成进行碳化、并作为碳材料而残存的树脂，可以使用热塑性树脂和热固性树脂这两者。热塑性树脂的情况下，优选选择能够通过加热、高能量射线照射等简便工艺实施难熔化处理的树脂。另外，在热固性树脂的情况下，不需要难熔化处理的情况较多，其也作为合适的材料而列举。作为热塑性树脂的例子，可举出聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、酚醛树脂、全芳香族聚酯等。作为热固性树脂的例子，可举出不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂(urea resins)、聚酰亚胺树脂、苯二甲酸二烯丙酯树脂(diallyl phthalateresins)、木质素树脂(lignin resins)、聚氨酯树脂等。这些物质可以单独使用，也可以以混合的状态使用。从成形加工的容易度出发，优选在热塑性树脂或热固性树脂各自之中进行混合。
[0083] 其中，从碳化收率、成形性、经济性的观点出发，优选使用热塑性树脂。其中，可优选使用聚苯醚、聚乙烯醇、聚丙烯腈、全芳香族聚酯。
[0084] 另外，消失树脂是指在后述的工序2之后消失的树脂，是能够在与难熔化处理同时、或难熔化处理后、或与烧成同时的任一阶段除去的树脂。对于除去消失树脂的方法并不特别限定。可优选采用使用药品进行解聚等从而化学除去的方法、添加可溶解消失树脂的溶剂来进行溶解除去的方法、进行加热从而通过热分解将消失树脂低分子量化来进行除去的方法等。这些方法可以单独使用或组合使用。在组合实施的情况下可以将各方法同时地实施也可以分别地实施。
[0086] 作为添加可溶解消失树脂的溶剂来进行除去的方法，作为合适的例子可举出对混合了的可碳化树脂和消失树脂，连续地供给溶剂从而将消失树脂溶解除去的方法；以分批方式进行混合从而将消失树脂溶解除去的方法等。
[0087] 作为适合于添加溶剂来进行除去的方法的消失树脂的具体例，可举出聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪族聚酯、聚碳酸酯等。其中，从对溶剂的溶解性出发，更优选非晶性的树脂。作为其例子可举出聚苯乙烯、甲基丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮。
[0088] 作为通过热分解将消失树脂低分子量化而进行除去的方法，可举出将混合了的可碳化树脂和消失树脂以分批方式加热而进行热分解的方法；将连续地混合了的可碳化树脂和消失树脂连续地向加热源中供给并且进行加热来热分解的方法。
[0089] 在这些树脂之中，消失树脂优选是在后述的工序3中将可碳化树脂通过烧成进行碳化时由于热分解而消失的树脂，优选是在后述的可碳化树脂的难熔化处理时不产生大的化学变化，并且烧成后的碳化收率低于10％的热塑性树脂。作为这样的消失树脂的具体例，可举出聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、聚缩醛、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪族聚酯、芳香族聚酯、脂肪族聚酰胺、聚碳酸酯等。这些树脂既可以单独使用，也可以以混合的状态使用。
[0090] 在工序1中，使可碳化树脂与消失树脂相容混合，来形成树脂混合物(聚合物合金)。在此所说的“使…相容”，是指通过适当地选择温度和/或溶剂的条件，来形成在光学显微镜下观察不到可碳化树脂和消失树脂的相分离结构的状态。
[0091] 可碳化树脂和消失树脂可以通过仅树脂彼此的混合而使其相容，也可以通过进一步添加溶剂而使其相容。
[0092] 作为多种树脂相容的体系，可举出显示低温下为相分离状态而高温下变为一个相的上限临界共溶温度(UCST)型的相图的体系；相反地，显示高温下处于相分离状态而低温下变为一个相的下限临界共溶温度(LCST)型的相图的体系等。另外，特别是在为可碳化树脂和消失树脂的至少一方溶解于溶剂中的体系的情况下，作为合适的例子可举出通过非溶剂(nonsolvent)的渗透而诱发后述的相分离的体系。
[0093] 对于所添加的溶剂并不特别限定，但作为溶解性的指标优选其与可碳化树脂和消失树脂的溶解度参数(SP值)的平均值之差的绝对值为5.0以内。已知与SP值的平均值之差的绝对值越小，溶解性越高，因此优选没有差异。另外，与SP值的平均值之差的绝对值越大，溶解性越低，越难以取得可碳化树脂和消失树脂的相容状态。因此，与SP值的平均值之差的绝对值优选为3.0以下，最优选为2.0以下。
[0094] 作为相容的体系的具体的可碳化树脂与消失树脂的组合的例子，如果是不含溶剂的体系，则可举出聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/苯乙烯-丙烯腈共聚物、全芳香族聚酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、全芳香族聚酯/聚萘二甲酸乙二醇酯、全芳香族聚酯/聚碳酸酯等。作为含有溶剂的体系的具体的组合例子，可举出聚丙烯腈/聚乙烯醇、聚丙烯腈/聚乙烯苯酚、聚丙烯腈/聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈/聚乳酸、聚乙烯醇/乙酸乙烯酯-乙烯基醇共聚物、聚乙烯醇/聚乙二醇、聚乙烯醇/聚丙二醇、聚乙烯醇/淀粉等。
[0096] 另外，将可碳化树脂和消失树脂混合时的温度(混合温度)设为可碳化树脂和消失树脂都软化的温度以上也是优选的方式。在此，所谓软化的温度，如果可碳化树脂或消失树脂为结晶性高分子，则适当选择熔点即可，如果可碳化树脂或消失树脂为非晶性树脂，则适当选择玻璃化转变点温度即可。通过将混合温度设为可碳化树脂和消失树脂都软化的温度以上，可降低两者的粘性，因此能够进行效率更好的搅拌、混合。对于混合温度的上限并不特别限定，但从防止由热分解导致的树脂的劣化、得到品质优异的多孔质碳材料的前驱体的观点出发，优选为400℃以下。
[0097] 另外，在工序1中，对10～90重量％可碳化树脂混合90～10重量％消失树脂混合。如果可碳化树脂和消失树脂在所述范围内，则能够任意地设计最佳的孔尺寸、空隙率，因而优选。如果可碳化树脂为10重量％以上，则除了能够确保碳化后的材料的力学强度以外，收率也提高，因而优选。另外，如果可碳化的材料为90重量％以下，则消失树脂能够高效地形成空隙，因而优选。
[0098] 关于可碳化树脂与消失树脂的混合比，可以考虑各自的材料的相容性，在上述的范围内任意地选择。具体而言，一般地，树脂彼此的相容性随着其组成比接近1:1而恶化，因此在选择相容性不太高的体系作为原料的情况下，作为优选的方式可举出将可碳化树脂的量增加或减少等，从而接近于所谓的偏组成(partial composition)，来改善相容性。
[0099] 另外，在将可碳化树脂和消失树脂混合时，添加溶剂也是优选的方式。通过添加溶剂，除了能够降低可碳化树脂和消失树脂的粘性，使成形容易以外，还使可碳化树脂和消失树脂容易相容化。在此所说的溶剂也并不特别限定，只要是能够使可碳化树脂、消失树脂之中的至少任一方溶解、溶胀(膨润)的在常温下为液体的溶剂即可，如果是能够将可碳化树脂和消失树脂都溶解的溶剂，则能够提高两者的相容性，因此是更优选的方式。
[0100] 从提高可碳化树脂和消失树脂的相容性、降低粘性、改善流动性的观点出发，溶剂的添加量，优选相对于可碳化树脂和消失树脂的合计重量为20重量％以上。另一方面，从相伴溶剂的回收、再利用而产生的成本的观点出发，溶剂的添加量，优选相对于可碳化树脂和消失树脂的合计重量为90重量％以下。
[0101] 〔工序2〕
[0102] 工序2是使在工序1中相容了的状态的树脂混合物进行相分离从而形成微细结构，并将该微细结构固定化的工序。
[0103] 使混合了的可碳化树脂和消失树脂进行相分离的方法并不特别限定，例如可举出通过温度变化来诱发相分离的热诱导相分离法、通过添加非溶剂来诱发相分离的非溶剂诱导相分离法、利用化学反应诱发相分离的反应诱导相分离法。
[0104] 这些相分离法可以单独使用或组合使用。组合使用时的具体的方法，例如可举出：通过凝固浴引起非溶剂诱导相分离之后，进行加热来引起热诱导相分离的方法；控制凝固浴的温度，同时引起非溶剂诱导相分离和热诱导相分离的方法；将从口模排出的材料冷却引起热诱导相分离之后，使其与非溶剂接触的方法等。
[0105] 另外，在上述相分离时不伴有化学反应也是优选的方式。在此，不伴有化学反应是指被混合了的可碳化树脂或消失树脂在混合前后不使其一次结构变化。所谓一次结构是指构成可碳化树脂或消失树脂的化学结构。通过在相分离时不伴有化学反应，不会损害可碳化树脂和/或消失树脂的力学、化学特性，因此能够不大大改变成形条件而成形出纤维状、薄膜状等任意的结构体，因而是优选的方式。特别是在不发生交联反应等而进行相分离从而形成微细结构并固定化的情况下，不会观察到伴随交联反应的大幅的弹性模量提高和柔软性的降低，能够在成形时确保柔软的结构，因此不会导致断丝、薄膜断裂，纤维、薄膜的制造工序通过性优异。
[0106] 〔消失树脂的除去〕
[0107] 在工序2中相分离后的微细结构被固定化了的树脂混合物，优选在被提供给碳化工序(工序3)之前进行消失树脂的除去。消失树脂的除去方法并不特别限定，只要能够将消失树脂分解、除去即可。具体而言，使用酸、碱或酶将消失树脂化学分解从而低分子量化来除去的方法、添加可溶解消失树脂的溶剂来进行溶解除去的方法、利用电子束、伽马射线、紫外线、红外线等放射线进行解聚从而除去消失树脂的方法等较适合。
[0108] 另外，特别是在消失树脂能够热分解的情况下，可以预先在消失树脂的80重量％以上能消失的温度下进行热处理，也可以在碳化工序(工序3)或后述的难熔化处理中与热处理同时地将消失树脂热分解从而气化来除去。从减少工序数、提高生产率的观点出发，选择在碳化工序(工序3)或后述的难熔化处理中与热处理同时地将消失树脂热分解从而气化来除去的方法是更适合的方式。其中，特别是在碳化工序(工序3)中与碳化同时地进行消失树脂的除去，由于可预期由工序数减少带来的低成本化以及收率提高，因而是优选的方式。
[0109] 〔难熔化处理〕
[0110] 在工序2中相分离后的微细结构被固定化了的树脂混合物、或对该树脂混合物根据需要进一步进行了上述的分解处理而得到的物质，优选在被提供给碳化工序(工序3)之前进行难熔化处理。难熔化处理的方法并不特别限定，可以采用公知的方法。作为具体的方法，可举出：在氧气的存在下进行加热从而引起氧化交联的方法；照射电子束、伽马射线等高能量射线而形成交联结构的方法；将具有反应性基团的物质浸渗、混合而形成交联结构的方法等。其中，通过在氧气的存在下进行加热从而引起氧化交联的方法，从工艺简便且制造成本能够抑制为较低这点出发是优选的。这些方法可以单独使用或组合使用，也可以将各方法同时使用或分别使用。
[0111] 通过在氧气的存在下进行加热从而引起氧化交联的方法中的加热温度，从高效地进行交联反应的观点出发优选为150℃以上的温度，从防止由可碳化树脂的热分解、氧化分解、燃烧等引起的重量减少所致的收率恶化的观点出发，优选为350℃以下的温度。
[0112] 另外，对于处理中的氧气浓度不特别限定，但将氧气浓度为18％以上的气体、特别是将空气原样供给，这能够将制造成本抑制为较低，因而是优选的方式。对于气体的供给方法不特别限定，但可举出将空气原样地供给到加热装置内的方法；使用储气瓶等将纯氧供给到加热装置内的方法等。
[0113] 作为照射电子束、伽马射线等高能量射线来形成交联结构的方法，可举出使用市售的电子束发生装置、伽马射线发生装置，向可碳化树脂照射电子束、伽马射线等，由此诱发交联的方法。从通过照射来高效地导入交联结构出发，照射强度的下限优选为1kGy以上，从防止由主链的切断引起的分子量降低所致的材料强度降低的观点出发，优选为1000kGy以下。
[0114] 此时，优选并用在结构内具有碳彼此的双键的交联性化合物。关于交联性化合物，可以使用公知的任意的交联性化合物。作为交联性化合物，可举出乙烯、丙烯、异戊二烯、丁二烯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸、甲基丙烯酸、单烯丙基异氰尿酸酯、二烯丙基异氰尿酸酯，三烯丙基异氰尿酸酯等。在分子内具有两个以上的碳彼此的双键的交联性化合物，能够高效地进行交联反应，因此优选。
[0115] 将具有反应性基团的物质浸渗、混合而形成交联结构的方法，可举出：将具有反应性基团的低分子量化合物向树脂混合物浸渗，进行加热或照射高能量射线从而进行交联反应的方法；预先将具有反应性基团的低分子量化合物混合，进行加热或照射高能量射线从而进行交联反应的方法等。
[0116] 另外，在难熔化处理时同时地进行分解处理也能够期待由工序数减少带来的低成本化的好处，因此优选。
[0117] 再者，以下将在工序2中相分离后的微细结构被固定化了的树脂混合物本身、或者根据需要已被进一步提供给上述的分解处理和/或难熔化处理的、处于通过烧成能够转换为多孔质碳材料的状态的前驱体材料，称为多孔质碳材料前驱体。
[0118] 〔工序3〕
[0119] 工序3是对多孔质碳材料前驱体进行烧成、碳化而得到多孔质碳材料的工序。
[0120] 为了使多孔质碳材料前驱体充分碳化，优选通过在惰性气体气氛中加热到800℃以上而进行烧成。在此，惰性气体是指在加热时在化学上呈惰性的气体。作为具体的例子，有氦气、氖气、氮气、氩气、氪气、氙气、二氧化碳等。其中，从经济观点出发优选使用氮气、氩气。特别是在将碳化温度设为1500℃以上的情况下，从抑制形成氮化物的观点出发，优选使用氩气。
[0121] 如果碳化温度为800℃以上，则能够高效地形成碳晶粒，因而优选。碳化温度越低，碳晶粒的大小越小，另外，碳化温度越高，碳晶粒的大小越大，因此优选根据作为目标的碳晶粒的大小来适当选择。
[0122] 另外，惰性气体的流量，只要是能够使加热装置内的氧气浓度充分降低的量即可，优选根据加热装置的大小、原料的供给量、加热温度等来适当选择最佳的值。对于惰性气体的流量的上限并不特别限定。惰性气体的流量，从经济性、减少加热装置内的温度变化的观点出发，优选结合温度分布、加热装置的设计而适当设定。另外，如果能够将碳化时产生的气体向系统外充分排出，则能够得到品质优异的多孔质碳材料，因而更加优选，因此，优选确定惰性气体的流量以使得系统内的产生的气体的浓度变为3000ppm以下。
[0123] 加热的温度的上限不限定，但如果为3000℃以下，则能够充分进行碳化，并且设备不需要特殊的加工，因此从经济观点出发是优选的。
[0124] 关于连续地进行碳化处理的情况下的加热方法，使用辊、输送带等将材料向被保持为一定温度的加热装置内连续地供给并且取出的方法能够提高生产率，因而优选。
[0125] 另一方面，在加热装置内进行分批式处理的情况下的升温速度、降温速度的下限不特别限定，但通过缩短升温、降温所花费的时间，能够提高生产率，因此优选为1℃/分钟以上的速度。另外，升温速度、降温速度的上限不特别限定。升温速度、降温速度的上限优选比构成加热装置的材料的耐热冲击特性慢。
[0126] 另外，关于在碳化温度下保持的时间，可以任意地设定。关于在碳化温度下保持的时间，保持的时间越长，能够使碳晶粒生长得越大，保持的时间越短，能够形成为越小的碳晶粒，因此优选根据目标用途来适当设定。通过在碳化温度下保持的时间设为5分钟以上，能够更高效地使碳晶粒生长，因而优选，另外，设为1200分钟以内能够抑制能量消耗，从而更高效率地得到本发明的多孔质碳材料，因而优选。
[0127] 另外，通过将对多孔质碳材料前驱体进行粉碎处理而得到的材料提供给所述工序3，或者，对经过工序3而得到的多孔质碳材料进一步进行粉碎处理，能够制造粉末状的多孔质碳材料。粉碎处理可以选择以往公知的方法，优选根据实施粉碎处理之后的粒度、处理量来适当选择。作为粉碎处理方法的例子，可例示球磨机、珠磨机、喷磨机等。粉碎处理可以为连续式也可以为分批式，但从生产效率的观点出发优选为连续式。向球磨机填充的填充材料可适当选择。对于不希望金属材料混入的用途，优选使用氧化铝、氧化锆、氧化钛等金属氧化物形成的填充材料，或以不锈钢、铁等为芯而涂布了尼龙、聚烯烃、氟代聚烯烃等而成的填充材料，如果是其以外的用途，则可优选使用不锈钢、镍、铁等金属。
[0128] 另外，在粉碎时从提高粉碎效率这一点来看，也优选使用粉碎助剂。粉碎助剂可以从水、醇或二醇、酮等中任意地选择。关于醇，从容易获得、和成本的观点出发，优选乙醇、甲醇，在为二醇的情况下，优选乙二醇、二甘醇、丙二醇等。在为酮的情况下，优选为丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮等。粉碎助剂优选在粉碎后通过进行清洗、干燥而除去。
[0129] 实施了粉碎处理的多孔质碳材料，被分级而成为粒度均匀的材料。粒度均匀的多孔质碳材料，当用于例如填料、添加到糊中的添加剂等时能够形成均匀的结构体，因此能够使填充效率、糊的涂布工序稳定化，能够提高生产效率从而期待低成本化。关于粒度，优选根据粉碎处理后的多孔质碳材料的用途来适当选择。
[0130] 实施例
[0131] 以下，记载了本发明的优选的实施例，但这些记载毫不限制本发明。
[0132] 评价方法
[0133] 〔连续多孔结构的结构周期〕
[0134] 将多孔质碳材料夹于试样板间，调整光源、试样和二维检测器的位置，以使得能通过从CuKα射线光源得到的X射线源得到散射角度低于10度的信息。从由二维检测器得到的图像数据(辉度信息)排除受到光束拦阻器(beam stopper)影响的中心部分，从光束中心设置向量径，按每1°的角度将360°的辉度值合计起来，得到了散射强度分布曲线。在所得到的曲线中，由具有峰的位置的散射角度θ，通过下述式得到了连续多孔结构的结构周期。
[0135] 另外，在结构周期为1μm以上、且没有观测到X射线散射的峰的情况下，用X射线显微镜以0.3°步长、在180°以上的范围拍摄连续旋转图像，得到了CT图像。对所得到的CT图像实施傅里叶变换，得到散射角度θ和散射强度的图表，采用与上述同样的方法通过下述式得到了结构周期。
[0136]
[0137] 结构周期：L；λ：入射X射线的波长
[0138] 〔X射线衍射峰〕
[0139] 将多孔质碳材料用球磨机粉碎并置于试样板上，然后采用粉末法利用理学电机制的X射线衍射装置RINT2500得到了X射线衍射图谱。
[0140] 〔碳晶粒的有无以及大小、碳晶粒的存在比率〕
[0141] 对于多孔质碳材料之中的、具有连续多孔结构的部分，采用聚焦离子束制作透射电镜观察用的超薄切片，利用透射电镜对其进行观察。将图2和图3中所例示的在连续多孔结构的分支部存在黑色对比度部分的情形判定为具有碳晶粒。另外，将所得到的黑色对比度部分随机抽取10处，以拍摄透射电镜照片而得到的图像的像素尺寸为基准来求出黑色对比度部分的面积，作为具有同等面积的圆来换算出该圆的直径，求出抽取的10处的平均值，作为碳晶粒的大小。另外，将所得到的黑色对比度部分的面积在用于解析的面积整体中所占的比例作为碳晶粒的存在比率。
[0142] 另外，对于不具有连续多孔结构的部分也采用与上述同样的方法求出碳晶粒的有无以及大小、碳晶粒的存在比率。
[0143] 〔碳原子的存在比率〕
[0144] 对于测定了所述碳晶粒的大小的超薄切片之中的、随机选择的10处黑色对比度部，分别通过能量色散型X射线光谱分析来求出碳原子的每单位重量中的存在比率，将10处的平均值作为碳原子的存在比率。
[0145] 〔平均空隙率〕
[0146] 将多孔质碳材料包埋于树脂中，然后利用剃刀等使截面露出，使用日本电子制的SM-09010以加速电压为5.5kV向试样表面照射氩离子束，来实施了蚀刻。对于所得到的多孔质碳材料的截面，利用扫描型二次电子显微镜将材料中心部以调整为1±0.1(nm/像素)的放大率、以70万像素以上的分辨率进行观察，从观察到的图像以512像素正方形设定计算所需的目标区域，将目标区域的面积设为A，将孔部分或包埋部分的面积设为B，由下述式算出。
[0147] 平均空隙率(％)＝B/A×100
[0148] 此时，在多孔质碳材料和包埋树脂的电子束对比度较弱，难以观察的情况下，根据所使用的包埋树脂，适当使用重金属等进行电子染色后，进行了观察。
[0149] 〔细孔直径分布曲线的取得〕
[0150] 将多孔质碳材料以300℃、5小时的条件进行真空干燥，由此将吸附的气体成分除去。然后，使用岛津制作所制的AUTOPORE IV9500取得细孔直径分布曲线。
[0151] [实施例1]
[0152] 将70g的ポリサイエンス公司制的聚丙烯腈(MW15万)和70g的シグマ·アルドリッチ公司制的聚乙烯吡咯烷酮(MW4万)以及作为溶剂的400g的Wakenyaku Co.Ltd.制的二甲基亚砜(DMSO)投入到可拆式烧瓶中，进行3小时搅拌和回流，在150℃下调制出均匀且透明的溶液。此时，聚丙烯腈的浓度、聚乙烯吡咯烷酮的浓度分别为13重量％。
[0153] 将所得到的DMSO溶液冷却至25℃之后，从φ0.6mm的单孔口模以3ml/分钟排出溶液，向被保持为25℃的纯水的凝固浴中导入，然后以6m/分钟的速度取出，使其堆积在底盘(vat)上，由此得到了原丝。此时空气隙设为5mm，另外，凝固浴中的浸渗长度设为15cm。所得到的原丝为半透明，发生了相分离。
[0154] 将所得到的原丝在保持为25℃的循环式干燥机中干燥1小时而使原丝表面的水分干燥后，在25℃进行5小时的真空干燥，得到了作为干燥后的前驱体材料的原丝。
[0155] 然后，向保持为250℃的电炉中投入作为前驱体材料的原丝，在氧气气氛下加热1小时，由此进行了难熔化处理。进行了难熔化处理的原丝变为黑色。
[0156] 采用电子束断层摄影法观察了所得到的难熔化原丝，来自作为可碳化树脂的聚丙烯腈的结构形成了连续相。另外，具有连续多孔结构的部分的结构周期为0.16μm。再者，与后述的多孔质碳材料的结构相比，聚丙烯腈树脂在碳化处理时收缩，因此多孔质碳材料的具有连续多孔结构的部分的结构周期，大半是比多孔质碳材料前驱体的结构周期小，但具有连续多孔结构的部分与实质上不具有连续多孔结构的部分的图案没有变化。
[0157] 对所得到的难熔化原丝，在氮气流量为1升/分钟、升温速度10℃/分钟、到达温度1500℃、保持时间10分钟的条件下进行碳化处理，由此形成多孔质碳纤维。
[0158] 在所得到的多孔质碳纤维即多孔质碳材料的中心部形成有具有连续多孔结构的芯层，其结构周围为0.09μm，平均空隙率为40％。另外，根据细孔直径分布曲线，在50nm处具有细孔直径分布的峰，另外，对其截面进行解析，纤维直径为150μm，在芯层的周围形成的不具有连续多孔结构的部分即表层的厚度为5μm。另外，在纤维中心部形成有均匀的连续多孔结构。
[0159] 另外，测定了X射线衍射图谱，观测到峰顶在25.5°处的峰。另外，也观测到峰顶在43.2°处的峰。另外，使用聚焦离子束以切片厚度80nm切下构成连续多孔结构的部分，利用透射电镜观察结构，其结果如图2所示，观测到白色对比度的构成连续多孔结构的孔部、灰色对比度的构成连续多孔结构的分支部、以及在灰色对比度的构成连续多孔结构的分支部之中的一部分中具有黑色对比度的碳晶粒。碳晶粒的大小为30nm，另外，碳晶粒的存在比率为1.0％。另外，测定了碳原子的存在比率，结果为91％。另外，使测试仪的探针触碰所得到的纤维的两端从而测定了电阻率，结果为1.0Ω·m，显示出优异的导电性。将结果示于表1。
[0160] [实施例2]
[0161] 将碳化温度设为2000℃，在1500℃以上的温度下将气氛从氮气切换为氩气，除此以外采用与实施例1同样的方法得到了多孔质碳纤维。将结果示于表1。
[0162] [实施例3]
[0163] 将碳化温度设为2500℃，在1500℃以上的温度下将气氛从氮气切换为氩气，除此以外采用与实施例1同样的方法得到了多孔质碳纤维。将结果示于表1。
[0164] [比较例1]
[0165] 向甲阶酚醛树脂的50重量％甲醇溶液50g中添加15g的WakenyakuCo.Ltd.制的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、100g丙酮，在室温搅拌24小时，得到了聚合物溶液。尝试将制作出的溶液成型为纤维状，但没有曳丝性所以放弃了。于是，将制作出的溶液注入PTFE制的皿中，在室温干燥三天，在真空烘箱中在23℃干燥两天，然后将真空烘箱的温度设定为40℃来进行两天的干燥，从而除去了溶剂。将所得到的样品用30mm×30mm×2mm的平板以压制压力2
为10kgf/cm、温度为180℃的条件进行了10分钟成形。将该样品在丙酮中、在室温下搅拌两天，除去了聚甲基丙烯酸甲酯。然后，在将电炉内保持为氮气气氛的状态下，以10℃/分钟的升温速度升温至1500℃，得到了样品。从所得到的样品的表面，使用聚焦离子束以切片厚度
80nm切下观察试样，试着用透射电镜进行了观察。碳晶粒不存在。另外，没有形成能够称为连续多孔结构那样的均匀的结构。另外，测定了电阻率，结果为150Ω·m，导电性差。将结果示于表1。
为10kgf/cm、温度为180℃的条件进行了10分钟成形。将该样品在丙酮中、在室温下搅拌两天，除去了聚甲基丙烯酸甲酯。然后，在将电炉内保持为氮气气氛的状态下，以10℃/分钟的升温速度升温至1500℃，得到了样品。从所得到的样品的表面，使用聚焦离子束以切片厚度
80nm切下观察试样，试着用透射电镜进行了观察。碳晶粒不存在。另外，没有形成能够称为连续多孔结构那样的均匀的结构。另外，测定了电阻率，结果为150Ω·m，导电性差。将结果示于表1。
[0166] 表1
[0167]
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