2016 Fiscal Year Research-status Report
高電界技術を用いたナノ粒子の分散挙動制御とその応用に関する研究
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15K05996
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
花岡 良一 金沢工業大学, 工学部, 教授 (90148148)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高電界技術 / ナノ粒子均一分散 / ナノコンポジット / バリア放電分散法 / 電界分散法 / カーボンナノチューブ / カーボンブラック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンナノチューブ（CNT）は電気的・機械的に優れた特性を有し，様々な分野で応用が期待されている。しかし，製造時のCNTはファンデルワールス力により凝集体を形成し，CNTの実用化を困難にしている。それ故，CNT凝集体の均一分散化は，産業分野でCNTを広く応用するための重要な技術課題である。
本研究では，化学薬品を全く使用しないCNT凝集体の分散法として，有機溶媒中のバリア放電を利用する方法（DDM）と高電界のみを利用する方法（FDM）を開発し，これらの併用によって高レベルのCNT分散が可能であることを実験的に示した。分散媒として，数ある有機溶媒の中で種々の実験を重ね，フッ素系溶媒（HFC52-13p）が適合することを見出した。粒子の分散度はレーザ光透過率測定法によりその向上を評価し，CNTsの分散性や化学的修飾は，走査型電子顕微鏡（SEM）とフーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR）を用いて明らかした。また，分散したCNTsをフィラーとして用いたコンポジット（エポキシ樹脂およびポリロタキサンベースエラストマー）を作製し，その機械的特性（最大応力，破断応力，ヤング率，伸び）と電気的特性（比誘電率，体積抵抗，誘電正接）を評価した。その結果，CNT（ファイバー状）をフィラーとするコンポジットは，CNTの僅かな添加量（約0.01-0.05 wt%）で機械的特性の向上と電気的特性の変化があることを明確にした。更に，異種のCNTs（コイル状，カップ積層状）をフィラーとしたコンポジットの機械的，電気的特性を比較し，コイル状CNTを有するコンポジットの機械的特性が最も向上性が高いこと示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
有機液体中でカーボンナノチューブ（CNT)凝集体を効率的に均一分散する手法の開発研究は，当初の計画に沿って概ね順調に進展している。当該年度までに，バリア放電を利用する方法（DDM）と高電界のみを利用する方法（FDM）を開発し，これらの手法を併用することによって，高レベルのCNT分散が可能であることを実験的に示した。また，分散用の有機溶媒として，フッ素系のHFC52-13pが適合することを見出した。さらに，分散した各種のCNT'sをフィラーとして，ナノコンポジット（エポキシ樹脂およびポリロタキサンベースエラストマー）を作製し，その機械的特性（最大応力，破断応力，ヤング率，伸び）と電気的特性（比誘電率，体積抵抗，誘電正接）を評価した。その結果，CNTの僅かな添加量（約0.01-0.05 wt%）で機械的特性の向上と電気的特性の変化があることを明確にすると共に，CNTの種類による特性の相違についても明らかにすることができた。
これらの研究成果は，トロント（カナダ）開催された国際学会「CEIDP2016」に論文投稿し受理され，当年10月に成果発表を行った。なお，この発表に対して，静電気学会より「トレック賞」が授与された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で開発したバリア放電分散法と高電界分散法は，CNTを懸濁した有機溶媒中に高電界を発生させ，バリア放電と電界の効果を利用する分散技術であり，これまでに無い独創的な手法である。これらの分散技術では，高電界による均一分散化，バリア放電が付与したζ電位による再凝集の防止，及び酸や界面活性剤を必要とせず，CNT本来の特性を最大限発揮できると言う点で特色を有する。
今後，分散有機溶媒の更なる検討を行い，この分散手法を用いて，CNT'sのみならずカーボンブラックなどのナノ粒子についても均一分散化を実施し，これらをフィラーとしたナノコンポジットの特性を更に明確化して行く。また，電気的分散時の消費電力測定と光学技術を用いた電流波形と光信号の同期測定を行い，分散メカニズムの検討を行う予定である。さらに，これらの研究結果を総合的に評価し，ナノ粒子均一分散手法の実用化と分散したナノ粒子の応用も検討して行く。
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| Causes of Carryover |
ナノ粒子分散有機溶媒の変更検討、ならびに分散メカニズムの解明に必要となる光検出デバイスの検討を行っており，昨年度はまだこれらが決定していなかった為，次年度の使用額に組み込むことにさせて頂きました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記のナノ粒子分散有機溶媒と光検出デバイスが決定した時点で，適宜購入を予定しております。
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Research Products
(1 results)
