可溶性の化学修飾カーボンナノチューブと高分子の複合材料の開発と物性評価

• Project/Area Number: 18655094
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Nara Women's University
• Principal Investigator: 松生 勝 Nara Women's University, 大学院・人間文化研究科, 教授 (80091841)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 可溶性カーボンナノチューブ / 高分子マトリックス / ゲルー結晶化法 / ニッケルメッキ / 炭素織維 / オームの法則 / 表面温度 / 保温性衣服 / カーボンナノチューブ / メッキ / ポリビニルアルコール / 炭素化 / 導電性 / 酸化チタン / フイルム化 / ヨウ素ドーピング / 多層カーボンナノチューブ / 高分子 / ゲル-結晶化法 / 分散 / デカリン / 臨界濃度 / 電気伝導度 / 誘電率

Research Abstract

本研究の目的はカーボンナノチューブ(CNT)に対する過度な期待を払拭し、可溶性の化学修飾CNTや表面に金属メッキを施したCNTをゲルー結晶化法によって高分子マトリックスに分散させ、機能性高分子複合材料を開発するとともに、その物性を基礎的立場で追跡する。このような視点での報告例はなく、新しい発想に基づく研究推進として研究を遂行した。
具体的には、MWCNTの表面での化学修飾により機能性を付与し、これを高分子に分散して機能性素材の開発をおこなったが、CNTの直径が小さすぎて、前年度と同様にうまくメッキができなかった。このため世界での研究成功例を詳細に索引したが、どの研究もメツキが一様になされていないことが判明した。そこで、可溶性CNTとニッケルメッキした炭素繊維をポリビニルアルコール(PVA)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、エチレンメチルメタクリレート(EMMA)、ポリイミド(PI)に分散させて乾燥ゲルフイルムを作成した。分散の方法はそれぞれの高分子に最適な方法を選択した。複合材料に電荷を負荷すると、低電圧の負荷においては、電流はオームの法則に従ったが、電圧の上昇と共に、電流値が高くなって、オームの法則からずれてくる。この要因はニッケル層間の電子のホッピングやニッケル間に挟まれた薄膜高分子中を通過するトンネル効果に起因すると考えられる。ポリイミドを媒体にした場合は表面温度が1000℃で安定な発熱体となった。なお、UHMWPE-EMMAをマトリックスとした場合は保温性衣服の開発の基礎研究にもなり、UHMWPE-EMMA発熱体の柔軟性のために、衣服の中にこれを取り込んで、従来にない着心地のよいジャケットは開発できた。この内容は2008年5月29日の日刊工業新聞に掲載された。

Research Products

• [Journal Article] Thermal Sensibility and Physiological Response of Hands Worn by Gloves with Different Thermal Conductivities in Water (2008)
  • Author(s): S. Isaii, Y. Bin, M. Matsuo
  • Journal Title: J. Home Economics 49 Pages: 20100112-20100112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical and dielectric properties in carbon fiber filled LMWPE/UHMWPE composites with different blend ratios (2008)
  • Author(s): Q. Chen, Y. Xi, Y. Bin, M. Matsuo
  • Journal Title: J. Polym. Sci. Part B 46 Pages: 359-369
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical, thermal, and mechanical properties of iodine-doped highly elongated ultrahigh molecular weight polyethylene films filled withmulti-walled carbon nanotubes (2008)
  • Author(s): Y. Bin, Q. Chen, K. Tashiro, M. Matsuo
  • Journal Title: Physical Rev. B 46 Pages: 35419-35419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical, thermal, and mechanical properties of iodine-doped highly elongated ultrahigh molecular weight polyethylene films filled with multiwalled carbon nanotubes (2008)
  • Author(s): Y. Bin, Q. Chen, K. Tashiro, M. Matsuo
  • Journal Title: Physical Reviw B B77 Pages: 35419-35419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology and High Modulus of Laminated Ultra-drawn Polyethylene Films with Biaxial Orientation Prepared by Microwave Heating (2007)
  • Author(s): M. Azuma, Y. Nakano, Q. Chen, Y. Bin, I. Mukunoki, S. Kitaura, Y. Nishikawa, M. Matsuo
  • Journal Title: Macromolecular Materials & Enginnering 258 Pages: 835-843
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conducting behaviors in polymeric composites with carbonaceous fillers (2007)
  • Author(s): D. Zhu, Y. Bin, M. Matsuo
  • Journal Title: J. Polym. Sci. Part B 45(9) Pages: 1037-1044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical and Thermal Properties of Segregated Ultrahigh molecular weight polyethylene/Multi-walled Carbon Nanotube Composites (2007)
  • Author(s): Ying Xi, Atsuko Yamanaka, Yuezhen Bin, Masaru Matsuo
  • Journal Title: J. Appl. Polymer science 105
• [Book] Characteristics of mult-wall carbon nanotubes and polyethylene composites prepared by gelation/crystallization (2007)
  • Author(s): M. Matuo, Y. Bin, Q. Chen, A. Yamanaka
  • Total Pages: 35
  • Publisher: A John Wiley & Sons, Inc.