分子の吸脱着を利用したナノ炭素材料の分散と配向制御

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05046
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 松澤 洋子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (10358020)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: コーヒーリング効果 / リオトロピック液晶

Outline of Annual Research Achievements

カーボンナノチューブの表面に疎水性相互作用を介して吸着し、カーボンナノチューブの水への分散を促すことのできるイオン性有機化合物は、通常の界面活性剤（ミセル形成により溶解を促す）を用いるよりも少ない添加量で効果的にカーボンナノチューブを分散させることが可能である。水中に分散したカーボンなのチューブは、吸着したイオン性有機化合物によって負の静電気を帯びており、高濃度領域においても静電反発により再凝集しない。そして、比較的濃厚に調整できた分散液には、ナノチューブ間に働く斥力/引力により液晶性が発現することを見出した。この液晶性を利用し、ナノチューブが配列した薄膜、配向の制御などを可能にする製膜技術の開発を行なっている。液晶性を発現するナノチューブの分散液はいくつか知られているが、使用する試薬がアルカリ金属や強酸などであり、簡便で汎用な方法とはいえなかった。一方、当該分散剤を用いる手法は、中性条件で液晶性を発現し、溶液の調整も20kHz程度の超音波照射により調整可能であるため、非常に扱いが容易である。本検討において、アゾベンゼンやスチルベン以外の多環平面状官能基を用いて設計合成した化合物でも、分散液に液晶性が発現することを見出し、分子構造の汎用性を広げることができている。これまで、分散液を基材にはさみ、シェアをかけることでカーボンナノチューブの配向膜を作製してきた。しかし、この手法はアナログのため、剪断力や速さを制御することが難しかった。そこで、ディッピング装置を用いて、引き上げ速度等を制御した配向膜作製技術の確立に取り組んだところ、基板の処理によって、ナノチューブの配向が異なることを見出した。この現象をスペクトルのみならず、表面モルフォロジー測定によって評価した。