導電性フィラーの種類、特性と配合・分散技術

導電性フィラーとポリマーからなる導電性コンポジットの開発に当たって、最も重要となるフィラーのポリマー中での分散性と導電性の関連についてパーコレーション理論をベースに解説します。講義の前半では、パーコレーション理論の基礎及び導電機構について紹介し次いで、フィラーの局在化による低いパーコレーション閾値を得る手法とフィラーの分散性評価法について紹介します。後半では、導電性フィラーの種類別に、具体例を挙げて分散性と導電性発現の関係を詳細に解説します。対象とするフィラーはカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンおよび導電性ポリマーです。最後に導電性コンポジットの新しい用途として注目されている歪センサ (strain sensor) への応用について紹介します。

1. パーコレーション現象と導電性コンポジット
   1. パーコレーション現象について
   2. ポリマーの種類と特性
2. 導電性フィラー配合樹脂の導電機構モデル
   1. 統計的パーコレーションモデル
   2. General Effective Media (GEM) モデル
   3. 熱力学的パーコレーションモデル
   4. 動的パーコレーションモデル
   5. Interparticle Distance (IPD) Model
   6. ハイブリッドフィラーの閾値予測
3. フィラー粒子間の導電機構
   1. 直接接触モデル
   2. 被膜介在モデル (トンネル伝導モデル)
4. 導電性フィラーの表面改質法と分散性
   1. シランカップリング剤よる改質
   2. ポリマーグラフトによる改質
   3. その他の表面改質法
5. ポリマーブレンド系での導電性フィラーの選択的局在化
   1. ダブルパーコレーションとYoungの式
   2. 2成分ポリマーブレンド系でのフィラーの偏在
   3. 3成分ポリマーブレンド系でのフィラーの偏在
6. 自己組織化導電ネットワーク形成系
   1. PMMA/HDPE/VGCF系コンポジット
   2. 有機モンモリロナイト添加Nylon/CB系コンポジット
7. 高アスペクト導電性フィラーのSlim – Fast機構
8. 導電性フィラー配合樹脂の分散性評価法
   1. 画像統計解析
   2. 森下指数
9. カーボン系フィラーの特徴と配合樹脂の特性
   1. カーボンブラック
   2. グラファイト
   3. 炭素繊維
   4. 気相法炭素繊維
   5. カーボンナノチューブ
   6. グラフェン
10. 金属フィラーの特徴と配合樹脂の特性
11. 導電性コンポジットへの導電性ポリマーの応用
    1. 導電性ポリマーの種類と特徴
    2. 導電性コンポジットへの応用
12. 導電性コンポジットの歪センサ (strain sensor) への応用
13. まとめ