Research on Dispersion Behavior Control and Its Application of Nanoparticles Using High Electric Field Technique

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05996
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 花岡 良一 金沢工業大学, 工学部, 教授 (90148148)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ナノ粒子均一分散 / フッ素系溶媒 / カーボンナノチューブ / カーボンブラック / バリア放電分散法 / 電界分散法 / ナノコンポジット

Outline of Annual Research Achievements

カーボンナノチューブ（CNT）やカーボンブラック（CB）などのナノ粒子は，優れた電気的，機械的，熱的特性から幅広い分野への応用が期待される。しかし，製造時は粒子間のファンデルワールス力により強固な凝集体を形成し，有機溶媒や樹脂への分散性が極めて低いため，凝集体の安定分散化を実現しない限り応用への発展は難しい。
＜主な成果＞ 凝集したCNTまたはCB粒子を有機溶媒に混合した懸濁液中で高電界を発生させ，「バリア放電」と「電界効果」により効率的な粒子分散手法を開発し，それぞれ「DDM」と「FDM」と命名した。この手法は，化学薬品を全く使用しない新規な分散法である。また，分散したナノ粒子を含むコンポジットを試作し，それらの機械的・電気的特性を計測した。その結果， (1) DDMとFDMの併用による粒子分散化：①ナノ粒子の凝集体は，DDMで発生したバリア放電衝撃波により分散され， FDMによって粒子と固体障壁との衝突効果により更に促進される。SEM観測から，凝集体の少ない分散効果が得られることが分った。なお，放電による粒子の損傷は確認されない。②レーザ光透過率測定から分散安定性を評価した結果，粒子の沈降が少ない良好な分散安定状態を保つことが分った。③溶媒にはフッ素系のHFC-52-13pが適する。FTIRスペクトルから，分散処理後のナノ粒子表面に活性イオン（O*, H*, F*など）が修飾されることが確認された。これらのイオンによる粒子表面のζ電位は，粒子間に斥力を及ぼし粒子分散性を向上させる。(2) コンポジットの機械的・電気的特性：微量（0.02～0.05wt%程度）のCNTまたはCBを添加することにより，①エポキシおよびエラストマーコンポジットの機械的特性は向上することが分った。②電気的特性としては，体積抵抗率は減少し，比誘電率と誘電正接は増加する。