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2011 Fiscal Year Annual Research Report

紡績性CNTを用いた革新的CNT構造体による新奇ナノカーボン素材の開発

Research Project

Project/Area Number 23360293
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

井上 翼  静岡大学, 工学部, 准教授 (90324334)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 島村 佳伸  静岡大学, 工学部, 准教授 (80272673)
矢代 茂樹  静岡大学, 工学部, 准教授 (00452681)
Keywordsカーボンナノチューブ / CNT複合材 / CNT紡績糸
Research Abstract

ミリメータ級MWNTを紡績し、引張強度3GPaを超す世界最高のCNT繊維開発を目的とし研究を実施した。CNT紡績糸は主にCNT同士の滑りにより破断する。そこで、CNT-CNT間相互作用を高めるため、CNT紡績糸に引張応力を印加した状態で追撚処理を施した。これにより、CNT間距離が小さくなり、紡績糸強度は2倍以上に向上した。さらに、2本の紡績糸を合糸したところ、さらに引張強度は向上し、1GPaに達した。同時に剛性も向上し、ヤング率は60GPa程度にまで飛躍的に改善した。以上のことは、CNT紡績糸内部に応力がかかりCNT同士の接触表面積が大きくなったことにより、ファンデルワールス結合が促進したことによる。一方、紡績糸を構成するCNT繊維の高アスペクト化による紡績糸強度を向上させるため、CNT径の細線化に取り組んだ。触媒の利用方法を改良したところ、細線化しつつあることがわかった。細線化したCNTで紡績糸を作製し、細いCNTで紡糸するほど引張機械特性が向上する傾向が見られた。
CNT紡績糸及びCNTシートと樹脂に複合化技術を確立するため、高度CNT配列複合材の形成システムの検討を行った。CNTシートをプリフォームとしてハンドレイアップ法によりエポキシ樹脂を含浸させる方法と、CNT紡績糸をプリフォームとし引抜成形法により複合化する方法を検討した。母材であるエポキシ樹脂に比べて、ヤング率は最高で25倍、引張強度は最高で10倍と高い補強効果が得られることを実証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

CNT間相互作用を高める研究は着実に進展しており、世界的に優れたデータが得られた。CNTの高アスペクト化技術開発も順調に推移し、紡績を保ったまま長尺化をなし得た。CNT紡績糸複合材料の形成技術も理解が深まるとともに、破断メカニごムの解析も進んだ。CNT/樹脂間の相互作用を高める方法について、集中的な検討が必要である。

Strategy for Future Research Activity

CNT紡績糸中でのCNT間相互作用を高めるため、結合剤を用いたCNT間結合技術について研究を進める。CNTのアスペクト比をさらに高めるため、成長初期のCNT合成条件を精査する。また、基板表面にアルミナ薄膜などのナノポーラス構造を形成した後触媒ナノ粒子を形成する方法により、熱拡散を抑制しナノ粒子の熱拡散融合を抑制して細いCNT成長を得る。一方、CNT複合材料については、引き続き紡績糸複合材を作製し、CNT紡績糸への樹脂含浸性、樹脂接着性の評価を実施する。

  • Research Products

    (23 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (18 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Mechanical and electrical property improvement in CNT/Nylon composites through drawing and stretching2011

    • Author(s)
      Xin Wang, Philip D. Bradford, Wei Liu, Haibo Zhao, Yoku Inoue, Jon-Paul Maria, Qingwen Li, Fuh-Gwo Yuan, Yuntian Zhu
    • Journal Title

      Composites Science and Technology

      Volume: 71 Pages: 1677-1683

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical properties of aligned multi-walled carbon nanotube/epoxy composites processed using a hot-melt prepreg method2011

    • Author(s)
      Toshio Ogasawara, Sook-Young Moon, Yoku Inoue, Yoshinobu Shimamura
    • Journal Title

      Composites Science and Technology

      Volume: 71 Pages: 1826-1833

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Poly(vinyl alcohol) reinforced with large-diameter carbon nanotubes viaspray winding2011

    • Author(s)
      Wei Liu, Haibo Zhao, Yoku Inoue, Xin Wang, Philip D.Bradford, Hyungsup Kim, Yiping Qiu, Yuntian Zhu
    • Journal Title

      Composites A

      Volume: 43 Pages: 587-592

    • DOI

      10.1016

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 現実的CNTアプリケーションに向けたCNT大型構造化技術2012

    • Author(s)
      井上翼
    • Organizer
      第3回日本複合材料合同会議
    • Place of Presentation
      キャンパスプラザ京都、京都市(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-08
  • [Presentation] カーボンナノチューブ紡績糸をプリフォームとしたエポキシ基複合材料の引張特性2012

    • Author(s)
      島村佳伸, 石原幹久, 東郷敬一郎, 藤井朋之, 井上翼
    • Organizer
      第3回日本複合材料合同会議
    • Place of Presentation
      キャンパスプラザ京都、京都市
    • Year and Date
      2012-03-08
  • [Presentation] Mechanical properties of millimeter-long unidirectional MWCNT-polymer composites2011

    • Author(s)
      Yoku Inoue, Hidenori Mimura, Yoshinobu Shimamura
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン国際会議場、ボストン、米国
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] Growth of spinnable carbon nanotube arrays by chloride mediated CVD method2011

    • Author(s)
      Y.Suzuki, M.Okada, H.Mimura, Y.Inoue
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン国際会議場、ボストン、米国
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] Electrical properties of spun MWCNT fibers2011

    • Author(s)
      M.Enomoto, A.Ghemes, M.Okada, H.Mimura, Y.Inoue
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン国際会議場、ボストン、米国
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] Pulsed thermionic electron emission from CNT fiber filamen2011

    • Author(s)
      Y.Inagaki, M.Okada, H.Mimura, Y.Inoue
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン国際会議場、ボストン、米国
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] Strong multi-walled CNT fibers improved by post spin processes2011

    • Author(s)
      Y.Minami, M.Okada, H.Mimura, Y.Inoue
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン国際会議場、ボストン、米国
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] 配向性カーボンナノチューブプリフォームを用いたナノコンポジットの成形とその機械的特性2011

    • Author(s)
      島村佳伸, 石原幹久, 森澤直樹, 東郷敬一郎, 藤井朋之, 井上翼
    • Organizer
      プラスチック成形加工学会第19回秋季大会
    • Place of Presentation
      秋田大学、秋田市
    • Year and Date
      2011-10-14
  • [Presentation] Tensile Property of Carbon Nanotube Spun Yarn Reinforced Composite2011

    • Author(s)
      Mikihisa Ishihara, Yoshinobu Shimamura, Keiichiro Tohgo, Tomoyuki Fujii, Yoku Inoue, Junichi Muramatsu
    • Organizer
      ATEM'11
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場、神戸市
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] MWCNTアレイの成長条件と紡績性の関係2011

    • Author(s)
      榎本将規, 鈴木佑亮, 岡田守弘, 三村秀典, 井上翼
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形市
    • Year and Date
      2011-08-31
  • [Presentation] CM-CVD法を用いた長尺MWCNTアレイ成長2011

    • Author(s)
      鈴木佑亮, クリナ ゲメス, 岡田守弘, 三村秀典, 井上翼
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形市
    • Year and Date
      2011-08-31
  • [Presentation] 軽量高強度素材に向けたMWCNTファイバーの撚糸効果2011

    • Author(s)
      南佳孝, 岡田守弘, 三村秀典, 井上翼
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学、山形市
    • Year and Date
      2011-08-31
  • [Presentation] Mechanical Properties of Unidirectional MWNT Sheet/Epoxy Composites2011

    • Author(s)
      Naoki Morisawa, Yoshinobu Shimamura, Keiichiro Tohgo, Tomoyuki Fujii, Yoku Inoue
    • Organizer
      ICCM-18
    • Place of Presentation
      国際コンベンションセンター、チェジュ、韓国
    • Year and Date
      2011-08-21
  • [Presentation] Mechanical Property of Carbon Nanotube Composite Using Spun Yarn Reinforcement2011

    • Author(s)
      Mikihisa Ishihara, Yoshinobu Shimamura, Keiichiro Tohgo, Tomoyuki Fujii, Yoku Inoue, Junichi Muramatsu
    • Organizer
      ICCM-18
    • Place of Presentation
      国際コンベンションセンター、チェジュ、韓国
    • Year and Date
      2011-08-21
  • [Presentation] カーボンナノチューブプリフォームを用いた高分子基複合材料の機械的特性2011

    • Author(s)
      島村佳伸, 石原幹久, 森澤直樹, 東郷敬一郎, 藤井〓之, 井上翼
    • Organizer
      M&M2011カンファレンス
    • Place of Presentation
      九州工業大学、北九州市
    • Year and Date
      2011-07-16
  • [Presentation] Unidirectional MWCNT sheet/epoxy composites2011

    • Author(s)
      Yoku Inoue, Yoshitaka Minami, Junichi Muramatsu, Naoki Morisawa, Mikihisa Ishihara, Yoshinobu Shimamura, Morihiro Okada, Hidenori Mimura
    • Organizer
      NT11 International conference on the Scienee and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      ケンブリッジ大学、ケンブリッジ、英国
    • Year and Date
      2011-07-10
  • [Presentation] Strong MWCNT spun fibers by spinning millimeter scale MWCNT array2011

    • Author(s)
      Junichi Muramatsu, Morihiro Okada, Hidenori Mimura, Yoku Inoue
    • Organizer
      NT11 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      ケンブリッジ大学、ケンブリッジ、英国
    • Year and Date
      2011-07-10
  • [Presentation] Balloon Launched on Multiwall Carbon Nanotube Tether in Antarctica2011

    • Author(s)
      Gunther Kletetschka, Emerald McKinney, Darja Kawasumiova, Morihiro Okada, Yoku Inoue
    • Organizer
      NT11 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      ケンブリッジ大学、ケンブリッジ、英国
    • Year and Date
      2011-07-10
  • [Remarks]

    • URL

      http://cnt.eng.shizuoka.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] カーボンナノチューブの製造方法及び製造装置2011

    • Inventor(s)
      井上翼、アードリアンゲメス、ハイボジャオ
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人静岡大学
    • Industrial Property Number
      特願2011-105464
    • Filing Date
      2011-05-10

URL: 

Published: 2013-06-26  

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