グラフェン状シートの調製とその高分散性導電性樹脂膜の生成と評価

• Project/Area Number: 25420797
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 空閑 良壽 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60183307)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山中 真也 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30596854)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: graphite nanosheet / graphene / ultrasonic irradiation / conductive resin / grinding / intercalation compounds / 湿式粉砕 / 薄膜 / 超音波 / グラフェン / 層数 / 導電性複合樹脂 / 充填特性

Outline of Annual Research Achievements

申請者らはこれまでに、2種類のゲスト分子を同時に挿入した黒鉛層間化合物を合成して層間を拡げ、さらにせん断力を加える湿式粉砕法を駆使して、層間剥離を促してグラフェン状の薄片状構造を発現させる方法を開発した。昨年度までに、黒鉛層間化合物の合成条件（ゲスト分子種）、および湿式粉砕時間をパラメータとしてグラフェン状シートを作製した。得られたシートを樹脂に充填して導電性が発現する充填量（パーコレーション閾値）を求めた。閾値は、原料黒鉛の18wt%程度から2～4wt%にまで低下して、少ない充填量で導電性が発現した。本年度は、（1）昨年度に引き続きグラフェン状シートの効率的な生産方法の検討、（2）環境負荷の小さいグラフェン状シートの作製方法と、得られたシートのキャラクタリゼーションを実施した。その結果、
（1）粉砕時の回転数、および界面活性剤の添加量、粉砕後の再分散工程におけるpHを実験的に検討した。作製した樹脂膜はすべて、従前の条件と同等のパーコレーション閾値（2～4 wt%）であった。当初予想していた条件よりもマイルドな粉砕条件で、フィラーに適したグラフェン状シートの作製が可能であり、様々な黒鉛層間化合物、粉砕機で本法を利用できると考えられる。
（2）昨年度までに水を分散媒とした、粉砕法と超音波法を併用する簡便かつ低環境負荷なグラフェン状シート（厚さ5～10 nm、大きさ約2 μm）分散液調製法を開発した。本年度は、超音波の照射時間、粉砕媒体として使用するジルコニアビーズのサイズが、グラフェン状分散液の濃度とサイズに及ぼす影響を検討した。その結果、最大で8.6 mg/mLの分散液を得た。この濃度は、これまでに報告されている濃度（1.2 mg/L）をはるかに超える数値である。また、より小さなサイズの粉砕媒体を用いることで、シート面積の大きなグラフェン状シートを得られる可能性が示された。

Research Products

• [Journal Article] Phase transformation of mesoporous calcium carbonate by mechanical stirring (2015)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Yuto Sugawara, Takahiro Oiso, Toshiyuki Fujimoto, Yuichi Ohira, Yoshikazu Kuga
  • Journal Title: CrystEngComm Volume: 17 Issue: 8 Pages: 1773-1777
  • DOI: 10.1039/c4ce02460e
  • NAID: 120006346519
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ホタテ貝殻の微粉化と合板用接着剤からのホルムアルデヒド放散量低減効果 (2014)
  • Author(s): 山中真也, 眞柄宏平, 平林靖, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Journal Title: 粉体工学会誌 Volume: 51 Pages: 400-406
  • NAID: 130004856073
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Modeling of Brownian Diffusion of Aerosol by Langevin Dynamics (2014)
  • Author(s): 藤本敏行, 加納涼, 山中真也, 空閑良壽
  • Journal Title: KAGAKU KOGAKU RONBUNSHU Volume: 40 Issue: 4 Pages: 286-291
  • DOI: 10.1252/kakoronbunshu.40.286
  • NAID: 130004463940
  • ISSN: 0386-216X, 1349-9203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メソポーラス炭酸カルシウムの粒子特性に及ぼす脂肪酸の添加効果 (2014)
  • Author(s): 大磯孝弘, 山中真也, 藤本敏行, 大平勇一, 空閑良壽
  • Journal Title: 粉体工学会誌 Volume: 51 Pages: 816-822
  • NAID: 130004722283
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] グラフェン・多層グラフェンの作製法 (2014)
  • Author(s): 山中真也
  • Journal Title: 化学工学 Volume: 78 Pages: 354-354
• [Journal Article] ホタテ貝殻ナノ粒子を乳化剤に用いたエマルションの応用展開 (2014)
  • Author(s): 山中真也, 空閑良壽, 藤本敏行, 藤井秀司, 中村吉伸
  • Journal Title: 月刊機能材料 Volume: 34 Pages: 17-22
• [Journal Article] Effect of oleic acid addition on crystallinity of mesoporous calcium carbonate (2014)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Takahiro Oiso, Yoshikazu Kuga, Hiroya Abe, Makio Naito
  • Journal Title: Transactions of JWRI Volume: 43 Pages: 45-47
  • NAID: 120005588199
• [Journal Article] Scalable and template-free production of mesoporous calcium carbonate and its potential to formaldehyde adsorbent (2014)
  • Author(s): S. Yamanaka, T. Oiso, Y. Kurahashi, H. Abe, K. Hara, T. Fujimoto, Y. Kuga
  • Journal Title: J. Nanoparticle Res Volume: Vol.16, No.2 Issue: 2 Pages: 2266-2266
  • DOI: 10.1007/s11051-014-2266-9
  • NAID: 120006345402
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 遊星ボールミルによる導電性物質への絶縁性コーティングとその評価方法 (2013)
  • Author(s): 藤本敏行, 山内純一, 山中真也, 空閑良壽
  • Journal Title: 粉体工学会誌 Volume: 50 Pages: 398-404
  • NAID: 10031178137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laboratory study on the effects of pressure on growth of sulfuric acid aerosol generated by photo-oxidation of SO2 (2013)
  • Author(s): Toshiyuki Fujimoto, Shinya Yamanaka, Yoshikazu Kuga
  • Journal Title: Earozoru Kenkyu Volume: 28 Pages: 273-280
  • NAID: 130004837983
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Inexpensive method for biodiesel production over CaO derived from scallop shell (2015)
  • Author(s): Frisda R. Panjaitan, Shinya Yamanaka, Toshiyuki Fujimoto, and Yoshikazu Kuga
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Prevention Research 2015
  • Place of Presentation: Houraiden (Muroran, Japan)
  • Year and Date: 2015-03-13
• [Presentation] 泡沫分離法によるホッキ貝蓄養水の処理に関する基礎的研究 (2015)
  • Author(s): 後藤優太, 鈴木高士, 三小田和宏, 三小田吉邦, 島津昌光, 山中真也, 大平勇一
  • Organizer: 日本海水学会若手会第6回学生研究発表会
  • Place of Presentation: 登別グランドホテル（登別市）
  • Year and Date: 2015-03-09
• [Presentation] 粉砕によるホタテ貝殻ナノ粒子の作製と応用 (2015)
  • Author(s): 村井有希, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽, 藤井秀司
  • Organizer: 日本海水学会若手会第6回学生研究発表会
  • Place of Presentation: 登別グランドホテル（登別市）
  • Year and Date: 2015-03-09
• [Presentation] 酸化カルシウム/シリカ複合粒子を用いたバイオディーゼル燃料の製造 (2015)
  • Author(s): 山中真也
  • Organizer: JPIJS北海道・東北地区講演会
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学（室蘭市）
  • Year and Date: 2015-02-23
  • Invited
• [Presentation] 廃棄ホタテ貝殻のナノ粉砕と利活用 (2015)
  • Author(s): 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 第30回環境資源工学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 新橋住友ビル大会議室（東京都港区）
  • Year and Date: 2015-02-20
  • Invited
• [Presentation] 速度平均径測定による浮力秤量式粒径測定の迅速化 (2015)
  • Author(s): 白坂弘, 島津昌光, 山中真也, 大平勇一, 平野博人
  • Organizer: 第24回化学工学・粉体工学研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
  • Year and Date: 2015-01-31
• [Presentation] 二酸化炭素と酸化マグネシウムを原料とする炭酸マグネシウム三水和物の生成条件 (2015)
  • Author(s): 馬止渓介, 島津昌光, 山中真也, 大平勇一
  • Organizer: 第24回化学工学・粉体工学研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
  • Year and Date: 2015-01-31
• [Presentation] 湿式粉砕による黒鉛層間化合物の薄片化と導電性樹脂膜への応用 (2015)
  • Author(s): 田中敦子, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 第24回化学工学・粉体工学研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
  • Year and Date: 2015-01-31
• [Presentation] 粉体充填層の導電特性とミクロな構造の評価 (2015)
  • Author(s): 菅野昌樹, 藤本敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 第24回化学工学・粉体工学研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
  • Year and Date: 2015-01-31
• [Presentation] 磁性体粒子の絶縁性コーティングにおける子粒子の予備粉砕の影響 (2015)
  • Author(s): 國枝新之介, 伊藤冬樹, 藤本敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 第24回化学工学・粉体工学研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
  • Year and Date: 2015-01-31
• [Presentation] Production and characterization of porous calcium carbonate by colloidal processing (2014)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: International Conference on Small Science
  • Place of Presentation: Eaton Hotel (Kowloon, Hong Kong)
  • Year and Date: 2014-12-09
  • Invited
• [Presentation] アモルファスの溶解性を利用したナノ粉砕技術の開発 (2014)
  • Author(s): 山中真也
  • Organizer: 国際粉体工業展東京2014アカデミックコーナー
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト（東京都江東区）
  • Year and Date: 2014-11-27
• [Presentation] 2段縦型攪拌槽の液の交換流量 (2014)
  • Author(s): 島田祐樹, 島津昌光, 山中真也, 吉田雅典, 大平勇一
  • Organizer: 化学工学会新潟大会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-22
• [Presentation] 苦灰岩の反応性に及ぼす粒径の影響 (2014)
  • Author(s): 立崎晃樹, 島津昌光, 山中真也, 大平勇一
  • Organizer: 化学工学会新潟大会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-22
• [Presentation] Nano-grinding of scallop shell and its application (2014)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Toshiyuki Fujimoto, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: EPAM2014
  • Place of Presentation: Seoul Metropolitan Research Institute of Public Health and Environment (Seoul, Korea)
  • Year and Date: 2014-11-10
• [Presentation] Scalable production of mesoporous calcium carbonate for gas adsorbent (2014)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Takahiro Oiso, Toshiyuki Fujimoto, Yuichi Ohira, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: EPAM2014
  • Place of Presentation: Seoul Metropolitan Research Institute of Public Health and Environment (Seoul, Korea)
  • Year and Date: 2014-11-10
• [Presentation] ホタテ貝殻粉体を用いた紫外線遮蔽剤の開発 (2014)
  • Author(s): 山中真也
  • Organizer: ビジネスEXPO2014シーズ・ニーズマッチングフェア with 金融機関
  • Place of Presentation: アクセスサッポロ（札幌市）
  • Year and Date: 2014-11-06
• [Presentation] メソポーラス炭酸カルシウムの合成と多形制御 (2014)
  • Author(s): 大磯孝弘, 山中真也, 藤本敏行, 大平勇一, 空閑良壽
  • Organizer: 日本海水学会若手会 海水・生活・化学連携シンポジウム
  • Place of Presentation: 一関文化センター（一関市）
  • Year and Date: 2014-09-29
• [Presentation] 貝殻のナノ粉砕と充填剤としての利用 (2014)
  • Author(s): 眞柄宏平, 平林靖, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 日本海水学会若手会 海水・生活・化学連携シンポジウム
  • Place of Presentation: 一関文化センター（一関市）
  • Year and Date: 2014-09-29
• [Presentation] 噴霧熱分解法により生成した酸化銅粒子による鉄粒子の固相コーティング (2014)
  • Author(s): 伊藤冬樹, 藤本敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 化学工学会第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学 伊都キャンパス（福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] 粉砕による焼成ホタテ貝殻微粒子の作製とその抗菌効果 (2014)
  • Author(s): 庄司大生, 山中真也, 島津昌光, 大平勇一, 空閑良壽
  • Organizer: 化学工学会第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学 伊都キャンパス（福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] 粉砕による貝殻ナノ粒子の作製と合板用接着剤への応用 (2014)
  • Author(s): 眞柄宏平, 平林靖, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 化学工学会第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学 伊都キャンパス（福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] Preparation of mesoporous calcium carbonate with octanoic acid (2014)
  • Author(s): Takahiro Oiso, Shinya Yamanaka, Toshiyuki Fujimoto, Yuichi Ohira, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia
  • Place of Presentation: Fukuoka University (Fukuoka, Japan)
  • Year and Date: 2014-08-28
• [Presentation] Template-free preparation of mesoporous calcium carbonate and its application as adsorbent (2014)
  • Author(s): Shinya Yamanaka, Takahiro Oiso, Hiroya Abe, Kenji Hara, Toshiyuki Fujimoto, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia
  • Place of Presentation: Fukuoka University (Fukuoka, Japan)
  • Year and Date: 2014-08-28
• [Presentation] ホタテ貝殻の微粉化と合板用接着剤からのホルムアルデヒド放散量低減効果 (2014)
  • Author(s): 山中真也, 眞柄宏平, 藤本敏行, 空閑良壽, 平林靖
  • Organizer: 粉体工学会第49回技術討論会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所 駒場キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2014-06-17
• [Presentation] メソポーラス炭酸カルシウムの粒子特性に及ぼす脂肪酸の添加効果 (2014)
  • Author(s): 大磯孝弘, 山中真也, 藤本敏行, 大平勇一, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会春期研究発表会
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都市）
  • Year and Date: 2014-05-30
• [Presentation] メソポーラス炭酸カルシウムの結晶構造制御 (2014)
  • Author(s): 菅原雄斗, 大磯孝弘, 山中真也, 藤本敏行, 大平勇一, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会春期研究発表会
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都市）
  • Year and Date: 2014-05-30
• [Presentation] 吸着剤への応用に向けた超微粉ホタテ貝殻の生成 (2014)
  • Author(s): 山中真也
  • Organizer: 粉体工学会春期研究発表会
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都市）
  • Year and Date: 2014-05-29
• [Presentation] 三元系黒鉛層間化合物の層間剥離に及ぼす溶媒の影響 (2013)
  • Author(s): 塚原祐輔, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会夏期シンポジウム
  • Place of Presentation: ホテルマウント富士（山梨県南都留郡）
• [Presentation] ホタテ貝殻充填接着剤を利用した機能性合板の開発 (2013)
  • Author(s): 山中真也, 小林ひかる, 平林靖, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会夏期シンポジウム
  • Place of Presentation: ホテルマウント富士（山梨県南都留郡）
• [Presentation] メソポーラス炭酸カルシウムのテンプレートフリー合成
  • Author(s): 大磯孝弘, 倉橋佑弥, 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会春期研究発表会
  • Place of Presentation: 連合会館（東京都千代田区）
• [Presentation] 遊星ボールミルによる導電性物質への絶縁性コーティングとその評価方法
  • Author(s): 藤本 敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 粉体工学会第48回技術討論会
  • Place of Presentation: メルパルク京都（京都市）
• [Presentation] ランジュバン方程式によるエアロゾルの沈着のモデリング
  • Author(s): 加納涼, 藤本敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Organizer: 第30回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都市）
• [Presentation] 粉砕で多層グラフェンを大量生産します！！
  • Author(s): 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: APPIE産学官連携フェア2013
  • Place of Presentation: ATCホール（大阪市)
• [Presentation] 水産廃棄物の有効利用に一役買いませんか？
  • Author(s): 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Organizer: APPIE産学官連携フェア2013
  • Place of Presentation: ATCホール（大阪市)
• [Presentation] 廃棄ホタテ貝殻粉体を乳化剤に用いたエマルションの紫外線遮蔽効果
  • Author(s): 山中真也, 空閑良壽, 藤本敏行, 藤井秀司, 中村吉伸
  • Organizer: 北海道地域5大学3高専1公設試新技術説明会
  • Place of Presentation: JST東京本部別館ホール（東京都千代田区）
• [Presentation] Preparation of mesoporous calcium carbonate for formaldehyde adsorbent
  • Author(s): Takahiro Oiso, Shinya Yamanaka, Toshiyuki Fujimoto, Yuichi Ohira, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Prevention Research 2014
  • Place of Presentation: Muroran Institute of Technology, Muroran
• [Presentation] Laboratory studies of hygroscopic growth of inorganic salt aerosol: experimental setup and preliminary results
  • Author(s): Kazuki Yamamoto, Yuji Nakagawa, Kousuke Kitakaze, Toshiyuki Fujimoto, Shinya Yamanaka, Yoshikazu Kuga
  • Organizer: Joint Seminar on Environmental Science and Disaster Prevention Research 2014
  • Place of Presentation: Muroran Institute of Technology, Muroran
• [Book] 室蘭工大未来をひらく技術と研究 (2014)
  • Author(s): 山中真也, 空閑良壽
  • Total Pages: 232
  • Publisher: 北海道新聞社
• [Book] 攪拌・混合技術とトラブル対策 (2014)
  • Author(s): 藤本敏行, 山中真也, 空閑良壽
  • Total Pages: 552
  • Publisher: 技術情報協会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 粉体の製造方法 (2014)
  • Inventor(s): 山中真也, 藤本敏行, 空閑良壽
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人室蘭工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-133073
  • Filing Date: 2014-06-27
• [Patent(Industrial Property Rights)] 紫外線遮蔽剤 (2013)
  • Inventor(s): 山中真也, 空閑良壽, 藤本敏行, 藤井秀司, 中村吉伸
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人室蘭工業大学，大学法人常翔学園
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2013-095218
  • Filing Date: 2013-04-30