導電転移温度を有する生活環境素材の開発とその物性発現の根拠についての萌芽的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13878015
• 研究機関: 奈良女子大学
• 研究代表者: 松生 勝 奈良女子大学, 生活環境学部, 教授 (80091841)
• キーワード: 導電性転移材料 / 超高分子量ポリエチレン / カーボン微粒子 / 銅メッキ / 電気抵抗 / ゲル-結晶化法

研究概要

導電性転移材料としての研究代表者の従来の研究は、超高分子量ポリエチレンとカーボンブラックあるいは微細カーボンファイバーをデカリンに混ぜてこれを撹拌しながら温度をかけると、ポリエチレン溶液中にこれらのカーボン微粒子が拡散した状態が得られるので、これを急冷してゲルを作成し、乾燥してフイルムを得る手法であった。この試料はカーボン微粒子を臨界濃度付近に設定すると、ある温度域(実際は80℃付近)で急激に電気抵抗値が増し、スイッチの役目をするという特徴がある。しかしこの試料の問題点は常温での電気抵抗がカーボン微粒子の数千倍いという欠点を解消できていなかった。そこで今回は、微細カーボンファイバーに銅メッキを施し、常温での材料の電気抵抗を金属並に低くすることを試みた。カーボン微粒子への銅メッキは極めて困難であったが、銅をメッキする前に侵漬液でカーボン微粒子の表面を処理することによって可能であることを見いだした。なお、侵漬液で処理したカーボン微粒子を取り出すのは遠心分離器で行った。なお、微粒子が極めて小さくなると銅メッキは不可能になった。メッキが可能にするには、銅の微結晶のサイズの数倍の直径をカーボン微粒子が有している必要があった。銅メッキされたカーボン微粒子と超高分子量ポリエチレンの複合材料を上述したゲルー結晶化法で作成すると、その電気抵抗は常温では炭素微粒子よりも低い導電性を示した。温度が上昇するとある温度域で急激に電気抵抗が増し、その最高値は銅メッキを行わなかった場合とほぼ等しくなった。これより、銅メッキしたカーボン微粒子を用いると、極めて優れたスイッチ特性が発現される複合材料が得られることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Bin, C.Xu, D.Zhu, M.Matsuo: "Electric properties of polyethylene and carbon black particle blends prepared by gelation/crystallization from solutions"Carbon. 40(2). 195-199 (2002)
• [文献書誌] D.Zhu, C.Xu, N.Nakura, M.Matsuo: "Study of carbon film from PAN/VGCF composite prepared by Gelation/crystallization from solutions"Carbon. 40(3). 363-373 (2002)
• [文献書誌] D.Zhu, C.Xu, M.Matsuo: "Oxidative stabilization of PAN/VGCF composite"J. Appl. Polym. Sci.. (in press). (2003)
• [文献書誌] M.Kaburagi, Y.Bin, D.Zu, C.Xu, M.Matsuo: "Small angle X-ray scattering from voids within carbon fibers on stabilized and carbonized stage"Carbon. (in press). (2003)