カーボンナノチューブの分散制御、複合化と評価技術

第1部 CNTの分散やマトリクス中への分配、材料設計のポイント

(2022年12月13日 10:00〜11:30)

　カーボンナノチューブは1991年に発見された比較的新しい材料です。電気特性や熱伝導性、機械特性に優れるため、自動車産業や宇宙産業などで大きな期待を集めています。一方で、カーボンナノチューブは繊維状のフィラーであるため、適切な分散、分配、成形加工を行わなければ適切に機能を発現させることはできません。 　本講演ではカーボンナノチューブを使いこなすことを目的として多角的な観点から説明を行います。

1. カーボンナノチューブ (CNT) の特徴
   1. 合成法による違い
   2. 基本的な特性
   3. CNT複合化による特性発言
      1. 電気特性
      2. 熱伝導性
2. 複合化の基本的な設計指針
   1. 表面エネルギーからの推定方法
   2. 分散、混練方法
   3. 成形加工の影響
3. CNTの表面、界面特性
   1. ラジカルトラップ機能の利点と欠点
4. 今後のCNT動向
5. まとめ
• 質疑応答

第2部 CNTの分散状態の評価方法

(2022年12月13日 12:10〜13:40)

　液体中のカーボンナノチューブの分散状態を評価することは研究開発において極めて重要であるが、さまざまな直径や長さを持つナノチューブが混在した試料の状態を正確に評価できる手法は無い。そこで、できるだけ多くの測定を行い、全てのデータに矛盾のない分散モデルを考案することになる。 　ここでは、多くの企業で汎用的に用いられている手法をメインに説明する。特に注意すべき点は試料に含まれる不純物の影響であり、その除去法も述べる。最後に、最近、我々が開発したトワイライト蛍光顕微鏡を紹介する。

1. 様々なカーボンナノチューブ
2. 不純物
   1. 種類
   2. タールや灰成分の除去法 (洗浄)
   3. タールや灰成分の除去法 (燃焼)
3. 実用的な分散評価法
   1. 顕微鏡
   2. パーコレーション閾値
   3. 紫外 – 近赤外吸収分光
   4. ラマン散乱
   5. レイリー散乱 v.s. ミー散乱
4. トワイライト蛍光顕微鏡
   1. 観察原理
   2. 顕微鏡の構成
   3. 観察条件の最適化
   4. 観察例
• 質疑応答

第3部 CNTの分散制御による樹脂、エラストマーの高機能化

(2022年12月13日 13:50〜15:20)

　代表的なナノフィラー (粒子径:1nm~10nmオーダ) であるCNTは、その化学構造とともに機能伝達に大きく寄与する高いアスペクト比 (長さ/直径:102以上) に起因して、最高レベルの導電性や熱伝導性、そして力学的な高補強性 (強化材機能) を有することで、少ない添加量で高分子材料の高機能化が期待できる。 　本講演では、多成分系高分子であるポリマーブレンドの相分離構造を利用し、特定の相にCNTを局在化させることにより、CNTの均一分散状態に比べて効率的な機能発現をねらいとする演者らの研究を中心に紹介する。

1. ポリマーブレンド (PB) におけるCNTの分散制御と機能付与
   1. 非相溶系PBの相分離構造を利用したCNTの分散制御法
   2. PB中の特定相へのCNT局在化による高機能化
2. 各種ポリマーブレンド (PB) への応用
   1. 絶縁樹脂系PBの高熱伝導化
   2. 熱硬化性樹脂系PBの高靱性化
   3. 熱可塑性エラストマーの補強
3. CNT分散制御法の応用展開
   1. セルロースナノファイバー添加系への応用
   2. ナノフィラーの表面修飾
• 質疑応答

第4部 CNT特性とCNTシリコーンゴム複合材料の開発

(2022年12月13日 15:30〜17:00)

　近年、高齢化社会に伴い、遠隔での医療の要求が強まっている。その中、医療用ウェアラブルデバイスが注目されており、ゴムとしては、生物学的適合性評価基準をクリアしたシリコーンゴムが用いられることが多い。医療用ウェアラブルデバイスには、電極センサーを用いたタイプがあり、心電図や筋肉の活動、脳の活動等の情報を取得するモニタリングだけでなく、神経に刺激を加える疾患治療にも活用が始まっている。このような生体電位センターには、皮膚との密着性、すなわち、柔軟性に優れ、かつ、高導電率であることが要求される。 　今回、純度の高い単層カーボンナノチューブ (CNT) をシリコーンゴムに高分散せることで、従来のカーボンブラックなど他の導電性フィラーに比べて、柔軟性に優れた上で高い導電率を持ち、かつ、耐久性にも優れたCNTシリコーンゴム複合材料を開発した。当社は、このコンパウンドを、身体に一定の電流を流すことでパーキンソン病や本態性振戦の病態の1つである手の震えを抑える腕時計形態の出ない巣の電極パッドへ適用することに成功した。 　医療用ウェアラブルデバイス用電極には、低硬度、高導電率、高耐久性が求められる。 日本ゼオン製単層カーボンナノチューブが、高純度、長尺、高比表面積という特徴を持っている。 単層カーボンナノチューブを高分散化させることで、低硬度、かつ、高導電率のシリコーンゴムができた。また、高純度の特徴を生かし、高耐久性も両立することに成功した。 また、医療用に適用するには、カーボンナノチューブの安全性も重要な因子であり、CNT自体の安全性や安全な処理の方法が明らかになってきたことがCNTの医療用途への適用の後押しとなった 　本講演では、カーボンナノチューブの特徴と安全性、医療用ウェアラブルデバイスの課題、カーボンナノチューブシリコーンゴム複合材料の性能、応用例について話す。

1. SWCNTの量産技術開発
   1. スーパーグロース法によるSWCNT (SGCNT) 合成
   2. スーパーグロースカーボンナノチューブ (SGCNT) の特長
   3. 産業に向けた取り組み、CNT事業展開
2. CNTシリコーンゴム複合材料への応用
   1. CNTシリコーンゴム複合材料の要求特性
   2. 分散手法とCNT分散性
   3. CNT複合材料の物性
   4. 医療用ウエアラブル機器の電極パッドへの展開
• 質疑応答