それぞれのSTM観測像における周期性は、STM観測像A、B、Cの順に、それぞれ6.8nm、5.8nm及び4.1nmである。用いた有機化合物(アルカン)の炭素数及び直鎖の物理的寸法(分子長)によって、膜単位(ブロック)の一辺の長さがまず決定されることになる。次に、このブロックの配列と溝の位置に連動して、多数の化学修飾基の配列における一次元周期性が形成されたものと考えられる。3結合炭素原子または欠陥が、フーリエ変換像において、一次元方向に2~10nmの周期で観察される。前記周期性は好ましくは2~9nmである。フーリエ変換像による周期性の確認については実施例において詳述する。[0087]このような周期性を有する表面修飾炭素材料を製造する方法については後述する。化学修飾基としては、グラフェン等の炭素材料の表面に付加することが可能な基であれば特に制限はないが、前記周期性を確認する上での利便性から、アリール基が好ましい。アリール基としては、例えば下記式(1)で表わされる基を挙げることができる。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHであり、Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。[0089]本発明の表面修飾炭素材料においては、その表面に対するラマンスペクトルにおいて、Gバンド及びDバンドが現れることが好ましい。グラフェンの少なくとも一部の表面に化学修飾基が付加された表面修飾炭素材料においては、Gバンドの強度IgとDバンドの強度IdとのId/Igが好ましくは0.2~5.0、より好ましくは0.3~4.0、さらに好ましくは0.5~3.0である。3炭素の密度(距離)とId/Igの値との関係が説明されている。3炭素間の距離が5nmであるとすると、Id/Igの値が2.9になるとしている。ある密度以上に修飾すると、Id/Igの値の増大が止まるとも説明がなされている。[0091]次に、グラファイトの少なくとも一部の表面に化学修飾基が付加された表面修飾炭素材料においては、Gバンドの強度IgとDバンドの強度IdとのId/Igが好ましくは0.01~0.11、より好ましくは0.01~0.08、さらに好ましくは0.01~0.06である。Id/Igが前記範囲内である表面修飾炭素材料は、十分な化学修飾基を有しており、新たな炭素材料として有効利用し得る。本発明における炭素材料の表面に付加された化学修飾基(付加物)200°C程度の周囲温度においても、その付加状態を保持し維持することができる。[0092]本発明の表面修飾炭素材料の製造方法の一例として、アルカンまたはアルカン誘導体を、グラフェン、グラファイト、ガラス状炭素膜、及び膜状熱分解炭素からなる群より選ばれる炭素材料の少なくとも一部の表面に、一次元周期構造を備えた薄膜として付着させ、該薄膜をマスクとして化学修飾用化合物を前記炭素材料に反応させ、前記表面に化学修飾基を付加する方法を挙げることができる。前記アルカンまたはアルカン誘導体としては、炭素数15~80、好ましくは16~60の直鎖のアルカンまたは炭素数10~80、好ましくは12~60の直鎖のアルカン誘導体を用いることが好ましい。[0093]なお、本発明における化学修飾用化合物とは、6員環平面配列を構成する炭素と共有結合する反応基を持つ化合物の一群を意味する。層をなすような化学結合を生じないことが重要である。構造が複雑ではなく空間的に対称性を持つ比較的小さな分子構造であることが好ましい。後述する実施例や比較例では、それぞれ一種の有機化合物を用いたが、目的とする化学修飾の作用・効果を失うことが無い限り、同時に複数の化合物を併用することもできる。[0094]「一次元周期構造を備えた薄膜」とは、直鎖のアルカンまたはアルカン誘導体の分子が平行に配列して形成される三つ以上の膜単位(ブロック)からなる薄膜である。この薄膜においては、それぞれのブロックに含まれるアルカン等の分子鎖が、隣り合うブロックに含まれるアルカン等の分子鎖と直列的に並ぶ。[0095]そして、その際、それぞれのブロックは間隔をあけて配置されるように形成される。このように、アルカン等の分子鎖が分子鎖方向に、即ち一次元方向に周期的に配列されていることになる。炭素材料との反応のしやすさの点から、単分子膜であることが好ましい。前記薄膜は、例えばラメラ型の単分子膜である。[0096]なお、アルカン等の直鎖状分子を所定の配列で整列させるには、アルカン等を含む溶液に僅かな流れを生じさせることで、その流れ方向に沿って自己整合し得る分子鎖の配列を自然に生じるようにすればよい。形成しようとする領域の外側に、物理的方法により矩形等に表面形状を加工して、テンプレートを予め形成することで、そのテンプレートの内側形状に沿って、分子鎖のブロックの形成を誘導することもできる。[0097]本発明に用いることができる炭素数15~80の直鎖のアルカンとしては、特に制限はなく、いずれのアルカンも使用することができる。具体的には、炭素数30のトリアコンタン、炭素数40のテトラコンタン、炭素数50のペンタコンタンなどである。炭素数14以下の直鎖アルカンであると、吸着力が弱く、その単分子膜をマスクとして用いることは適当でない場合が多く、周期的な修飾が起こることはあまり期待できない。炭素数81以上の直鎖アルカンであると、吸着力が強すぎて修飾率の低下を引き起こす場合が多い。[0098]アルカン誘導体では、炭素数が15より小さくても、官能基の種類によっては強い分子間力が得られ、マスクとして適した単分子膜を作ることが可能であるので、炭素数10以上であれば使用し得る化合物が存在する。炭素数15~80の直鎖のアルカン及び炭素数10~80の直鎖のアルカン誘導体は、例えば、下記式(2)で表すことができる。2、COH、COOH、COOX、CONH、NHCOXまたはNHCHXを表わす。[0100]nは、式(2)中の炭素原子数が、アルカンにおいては15~80、アルカン誘導体においては10~80となる条件を満たす整数である。式(2)において、n個あるYはそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、n個あるZもそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。しては、グラフェン等の炭素材料と反応し、グラフェン等の炭素材料の表面に前記化学修飾基を付加することができれば特に制限はない。その際、付加した化学修飾基の周期性を確認する上での利便性の観点から、アリール化合物が好ましい。アリール化合物としては、例えば下記式(3)で表わされる化合物を挙げることができる。2、NHR、CN、CONHRまたはCOHであり(Rはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基である。4はアルキル基、アルケニル基、アルキニル基もしくはアリール基またはそれらのハロゲン置換体である。[0103]上記式(3)で表わされる化合物としては、具体的には、3,5-ジ-tert-ブチルベンゼンジアゾニウムクロライド(TBD)、3,4,5-トリアルコキシベンゼンジアゾニウムクロライド,4-ニトロベンゼンジアゾニウムクロライド(NBD)等を挙げることができる。[0104]TBDとグラフェン及びグラファイトとの反応は、例えば次のように進行する。[0105][化9](省略)[0106]まず、TBDが還元されてアリールラジカルが発生する。このアリールラジカルがグラフェン等の炭素材料の表面に付加する。この反応により、グラフェン等の炭素材料の表面に、TBDから誘導された化学修飾基が付加した表面修飾炭素材料が得られる。3結合炭素原子となる。製造方法を示す模式図である。図1(c)に、グラフェンまたはグラファイトである炭素材料1の表面に、直鎖状アルカン2が、一次元周期構造を備えた薄膜3として付着した状態を示す。[0108]図1(c)においては、薄膜3は、三つのブロック(膜単位)から構成されている。薄膜3においては、直鎖状アルカン2は平行に配列してブロックを形成している。各ブロックに含まれる直鎖状アルカン2の分子鎖が、隣り合うブロックに含まれる直鎖状アルカン2の分子鎖と直列的に並ぶように、各ブロックが間隔をあけて配置されている。薄膜3においては、平行に配列した直鎖状アルカン2が分子鎖方向に、即ち一次元方向に周期的に配列されている。して前記アリール化合物を反応させると、薄膜3がマスクとして機能する。前記アリール化合物から派生したアリールラジカルは、図1(d)で示すように、直鎖状アルカン2からなるブロックを挟むように、ブロック間の溝部分で炭素材料1の表面に付加する。この反応により、炭素材料1の表面に化学修飾用化合物から誘導された化学修飾基4が付加してなる表面修飾炭素材料5が得られる。[0110]図1(d)から読み取ることができるように、この表面修飾炭素材料の製造方法において、多数の化学修飾基4の付加位置はマスクとして用いられた薄膜3によって制御され得る。化学修飾基4は、薄膜3を構成する直鎖状アルカン2を挟むように付加する。このことによって、化学修飾基4は直鎖状アルカン2の分子長に対応する間隔をおいて、直線状に2列または3列以上の列をなして炭素材料1に付加することになる。化学修飾基4の付加位置は、マスクとして用いた薄膜3の分子鎖方向、即ち一次元方向に周期性を有する。[0111]このように、多数の化学修飾基の付加位置が表面上において所定の周期性を有している。5の表面に対する走査型プローブ顕微鏡像のフーリエ変換像において、多数の化学修飾基4の付加位置に対応した一次元周期性が観察されることになる。図1(e)に、本発明に係わる表面修飾炭素材料の表面を示す写真を示す。その視野のサイズは、X方向が200nm、Y方向が200nmである。[0112]以上説明したとおり、この表面修飾炭素材料の製造方法においては、使用した直鎖のアルカンまたはアルカン誘導体の分子長に対応した周期性が得られる。分子長の長いアルカンまたはアルカン誘導体を使用すれば長い周期性が得られ、分子長の短いアルカンまたはアルカン誘導体を使用すれば短い周期性が得られる。[0113]例えば、炭素数30のトリアコンタンを使用した場合には3.5~4.5nm程度の周期性が得られ、炭素数40のテトラコンタンを使用した場合には5.0~6.0nm程度の周期性が得られ、炭素数50のペンタコンタンを使用した場合には6.5~7.5nm程度の周期性が得られる(図1(a)を参照)。[0114]この表面修飾炭素材料の製造方法において、グラフェン等に付加される化学修飾基の量は、グラフェン等に反応させる化学修飾用化合物の量を増減することにより調整することができる。炭素材料であるグラフェン等の表面は平面であることが、周期性の高い修飾が起こりやすい点で好ましい。表面に凹凸があっても周期的な修飾は可能である。凹凸の大きな部分に先に反応する。表面の凹凸が大きくなりすぎると周期的な修飾が起こりにくくなる。図2(a)は、従来技術に係わる表面修飾炭素材料に係わるものであって、アルカン等の薄膜をマスクとして用いずに得られた表面修飾炭素材料15aを示す。化学修飾基14が炭素材料の表面にランダムに付加されていることがわかる。[0116]本発明に係わる表面修飾炭素材料に係わる図2(b)及び図2(c)は、アルカン等の薄膜をマスクとして用いて製造した表面修飾炭素材料を示す。これらの図2(a)、(b)及び(c)に示した表面修飾炭素材料は、いずれもグラフェンまたはグラファイトにTBDを反応させて製造した表面修飾炭素材料を示す。[0117]図2(a)に示した表面修飾炭素材料15aは、多数の化学修飾基14を有するが、その付加位置が制御されておらず、化学修飾基14の面内方向における付加位置はランダムであり、周期性を有しない。15aの表面に対する走査型トンネル顕微鏡像のフーリエ変換像において、化学修飾基14の付加位置に対応した周期性が観察されることはない。図2(c)に示した表面修飾炭素材料15cは、いずれも直鎖状アルカン12が平行に配列して形成された薄膜13をマスクとして用いて製造した最も理想的なものであり、多数の化学修飾基14は直鎖状アルカン12を挟むように、薄膜13を構成する直鎖状アルカン12のブロック間の溝に沿って直線状に付加されている。[0119]つまり、多数の化学修飾基14は直鎖状アルカン12の分子長に対応した間隔をおいて付加されている。その結果として、多数の化学修飾基14の付加位置は制御されている。図2(b)及び(c)においては、—つのブロック(膜単位)のみを表示する。図1(c)と(d)では、薄膜13は炭素材料の表面に配置された三つのブロックを有するものとして模式的に示している。15b及び15cの表面に対する走査型トンネル顕微鏡像のフーリエ変換像には、多数の化学修飾基14の付加位置に対応した周期性が観察される。15bより高密度に化学修飾基14が付加されている。図2(b)及び(c)の中に表記されている点線は、薄膜13を構成する直鎖状アルカン12の配列を示している。[0121]本発明において、化学修飾基の配列は、STM観測像上でほぼ直線状に並んでいると視認できる場合に限られない。本発明は、例えば、多数の化学修飾基が付加された位置が、周期性を示す所定の方向において、例えば、2~3nm、好ましくは、1~2nm程度の幅の帯状領域内に配置されたかのような場合を含むものである。化学修飾基が付加された箇所が、巨視的に周期性の配列を示すものであれば、当然、本発明に含まれると考えられる。”マスク”の隙間に相当する帯状領域は、いわば不安定領域であるが、その面上における形状は、周期性の条件を逸脱しない限り直線的でも曲線的であってもよい。[0122]また、周期性を示す所定の方向に対して垂直方向、すなわちアルカンの長軸方向に対して垂直方向には、付加された化学修飾基間の間隔は1nm程度より大きく、周期性は示されない。このような一次元周期性は、最大でアルカン等の薄膜のグレイン全体に広がる。[0123]なお、図1(d)並びに図2(b)及び図2(c)の表面修飾炭素材料は、マスクとして用いたアルカン等の薄膜が炭素材料の表面に付着したままの状態を示している。この薄膜は表面修飾炭素材料の表面から除去することが可能である。場合によっては、素子特性に影響を与えないことを前提とすれば、薄膜は炭素材料の表面を保護する保護層として、除去することなく、そのまま残すことも可能である。[0124]上記の表面修飾炭素材料の製造方法の一具体例として、電気化学セルを用いた方法が挙げられる(以下、電気化学法とも呼ぶ。この電気化学セルを用いた方法を、図3(a)~(g)を、参照しながら説明する。上記の電気化学セルを用いて化学修飾用化合物を炭素材料に電気化学的に反応させて表面修飾炭素材料を製造する。含む水溶液を使用し、作用極と電解質水溶液との間に、周期的な自己集合性を示す化合物を含む液媒体を配置する。その際、電解質水溶液と前記液媒体とは相互に非混和性である。製造方法で使用される電気化学セルの一例の外観写真である。電気化学セルの本体の材料は例えばPTFEである。図3(b)、(c)は、電気化学セルの模式断面図である。図3(d)~3(g)は上記の非特許文献11からの引用であり、図3(d)は、炭素材料に対する表面修飾を、NBDまたはTBDを用いてCV法を適用した場合の電圧-電流特性のグラフを示す。図3(e)と(f)は、NBDとTBDで表面修飾した後のラマンスペクトルの結果を対比的に示すグラフである。これらの手法は本発明において、製造上の基本要素として直接的にまたは間接的に利用しているものである。[0126]図3(g)は、TBDを用いた化学修飾を行うため、サイクリックボルタンメトリー(CV法)で還元処理を行った際の電圧-電流特性を示すグラフと、CV法による処置の前後におけるラマンスペクトルを示すグラフである。[0127]図3(g)の分図(1)は3回の掃引時の電圧・電流特性を示しており、縦軸に交わる曲線の下側から順に1回目、2回目、及び3回目の掃引の場合を示している。1回目の掃引で電気化学反応、すなわちアリールジアゾニウム塩の還元反応のほとんどが進行しており、掃引回数が増すごとに電流が減ることから、反応が終了する傾向にあることを意味している。分図(2)と(3)は修飾前と修飾後のラマンスペクトルを示している。[0128]図3(b)、(c)に示す電気化学セル20は、作用極21、カウンター電極22及び参照電極23を備えている。作用極21はグラフェンまたはグラファイトである。この表面修飾炭素材料の製造方法においては、作用極となるグラフェンまたはグラファイトに対して電気化学的に化学修飾用化合物を反応させることにより表面修飾炭素材料を製造する。カウンター電極22は、例えば白金電極であり、参照電極23は、例えば銀/塩化銀電極である。