高分子コンポジットの高導電化と高熱伝導化

目的が導電性、熱伝導性、力学強度なのかによって、目指すフィラーの分散構造は全く異なります。 　本講座では、溶融混練・熱プレス・射出成形や熱硬化・架橋などの実用的な方法を中心に、いかに高導電化・高熱伝導化するかをわかりやすく解説します。 　高導電化については、ナノカーボンの表面基とその量や界面エネルギーに基づいて、最適で実用的な分散制御法 (導電パス形成法) を示します。 　高熱伝導化については、フォノン伝導・フィラーの特徴・分散法・高充填法などの基礎から、パワーデバイス対応の高放熱性シートの開発動向までをやさしく解説します。

1. はじめに
   1. フィラーの分散・凝集状態
   2. フィラーの表面基:高分子との親和性
   3. 導電性と熱伝導性:電子とフォノンの違い
   4. 導電フィラーの分散と導電パス
   5. 導電性におけるパーコレーション
   6. フォノンによる熱伝導の基礎
   7. 熱伝導率に関係する基礎物性値
2. カーボンナノフィラーの分散制御
   1. 導電性フィラーの種類と特徴
   2. 導電性フィラーの表面エネルギー
   3. フィラーの分散に影響する5つの因子
   4. 界面エネルギーとフィラー/高分子の親和性
   5. 高分子の屈曲性と吸着
   6. ダブルパーコレーションとフィラーの局在
   7. 濡れ性パラメータとフィラーの局在
3. 高導電化の具体例
   1. 多層カーボンナノチューブ (MWNT) 添加系
      1. MWNTの欠陥・表面基:RamanとXPS測定
      2. 表面基に対応した適切な高分子の選択
      3. 界面エネルギーと分散状態の相関
      4. 最良パス形成:良分散→ネットワーク形成
      5. 熱処理1分で劇的効果:射出成形後
   2. カーボンナノファイバー (VGCF) 添加系
      1. 微量HDPEでVGCFの末端連結→ネットワーク
      2. ダブルパーコレーションでVGCF局在
      3. 末端連結とダブルパーコレーションの併用
   3. カーボンブラック (CB) 充填ゴム
      1. 球状・房状CB充填ゴム (SBR)
      2. 表面基の定量:XPS
      3. CB表面へのゴムの吸着:AFM (位相図)
      4. CBの分散状態 (TEM観察) と導電パス
   4. 単層カーボンナノチューブ (SWNT) 添加系
      1. SWNT/イオン液体 (IL) のバッキーゲル
      2. 高分子/IL, 高分子/IL/SWNTの親和性
      3. SWNT孤立分散とパス形成の両立
      4. PMMA/IL/SWNTとPC/IL/SWNTの導電率
4. 高熱伝導化のための基礎事項
   1. 熱伝導性フィラーの種類と特徴
   2. コンポジットの熱伝導率:Bruggemanの式
   3. フィラーと樹脂の高熱伝導化の効率
   4. 樹脂自身の高熱伝導化:4つの方法
   5. 高熱伝導化の4つの基本
   6. コンポジットの熱伝導率への8つの影響因子
5. 高熱伝導化の具体的方法
   1. 板状やファイバー状のフィラーの使用
   2. 大小の球状フィラーのパッキング
   3. フィラーの連続体形成量の増大
   4. フィラーを連続相に局在:ハニカム構造
   5. フィラーを低融点合金で連結:ネットワーク
   6. 銀ナノ粒子の融着:ネットワーク
   7. ダブルパーコレーションの活用
   8. 多種類のフィラーの利用
   9. フィラーの改良:窒化アルミ, 窒化ケイ素
6. パワーデバイス向け高放熱シートの開発動向
   1. パワーモジュールの断面構造
   2. 放熱シート:絶縁・高熱伝導・柔軟性・長期熱耐久性
   3. BN凝集体配合エポキシ樹脂:BNの配向度抑制
   4. BN配向技術/エポキシ樹脂:BNの垂直配向
   5. マトリクスの高熱伝導化:メソゲン骨格導入エポキシ
   6. BN/液晶性エポキシ:液晶ドメイン形成と排除BNの凝集
   7. フィラーとメソゲン骨格を電・磁場配向
   8. アルミナ高充填/液晶性エポキシ
   9. BN/ポリイミド (PI) の複合膜:凝集体BN
   10. 垂直型ダブルパーコレーションと針状粒子の併用 (針状ZnO/非相溶PIブレンドの複合膜)
   11. フィラー高充填樹脂/別フィラーの複合体
• 質疑応答