| 研究課題/領域番号 |
16K06259
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
井上 翼 静岡大学, 工学部, 准教授 (90324334)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 複合材料 / 電気伝導率 / 熱伝導率 |
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| 研究実績の概要 |
高配向カーボンナノチューブ（CNT）と樹脂の複合材料による高電気伝導・高熱伝導プラスティック材料開発の基盤技術を確立することを目的とし、研究を進めた。これまで申請者が開発した紡績CNTによる一方向配向CNTシートを基材とし、樹脂と複合化させて電気伝導特性および熱伝導特性がともに優れるCNT複合材料を新規に創出するための研究を実施した。まず、申請者が開発してきた塩化鉄を触媒とする塩化物介在CVD法により、CNTを一方向に配列したCNTウェブを引き出せる紡績性CNTアレイを作製した。ここで、複合材料の特性に直接的に作用するCNT直径を制御して合成するため、触媒供給方法を工夫した。それにより、CNT直径を10nmから40nm程度まで変化させることができた。次にCNTアレイから引き出したCNTウェブを積層し、一方向配向CNTシートを作製した。さらに、CNTシートと熱可塑性樹脂シートをホットプレスにより複合化した。ここで、ウェブ積層数を変化させてCNTシート厚を制御し、複合化後のCNT濃度を制御した。作製したCNT複合材料の複合化状況を調査するため、断面を観察した。CNT濃度によらず、均質な複合化が得られていることがわかった。そこで、次にCNT複合材料の直流電気伝導率を評価した。CNT濃度が増加するとともに、電気伝導率も大きくなり、従来のCNT複合材料と比較して飛躍的に高い特性が得られることが分かった。これは、樹脂中においてもCNT同士の連結が保存されており、CNT表面を介したキャリア輸送が支配的であるためと考えられる。従来の粉末状CNTによる複合材料では、均質な高濃度分散以外にも配向性やCNT結合性が乏しく、高伝導特性は得られていない。本研究で配列CNTシートプリフォームを用いている点が本研究の強みである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
CNT構造制御において、概ね当初目標のサイズの制御のための方法が確立しつつある。
CNTと熱可塑性樹脂との複合化において、温度、圧力、時間などを制御して、ボイドのほとんどみられない良好な複合化が得られている。
電気伝導性評価においては、これまで作製した熱可塑性及び熱硬化性樹脂との複合材料の電気伝導率データを取得している。材料は一方向配向性のため高い異方性が見られる。そのため、本試験ではCNT配向方向と直交方向について評価した。なお、高周波特性に関しては未実施である。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き複合材料の電気特性評価を進める。また合わせて、熱伝導率の評価も進める。そのために、複合材料フィルム面内の比熱測定と熱拡散率測定を進める。また、重量密度も測定し、これらのデータから熱伝導率を評価する。一方で、電気・熱伝導メカニズムの詳細理解のため、透過型電子顕微鏡により複合材料内部でのCNT結合状態を明らかにする。マクロスケールでは、樹脂中でのCNT分散性を評価し、ミクロスケールでは伝導に大きく寄与するCNT表面付近やCNT内部の炭素原子結合状態、また、CNT間結合状態を詳細に調査する。
一方で、導電性とCNT結晶性の関係の調査を行う。CNTシートを２０００℃級の高温で加熱して欠陥の修復を行い。欠陥密度の低下したCNTによる複合材料を作製し、ラマン測定結果と合わせて結晶性と電気・熱伝導特性の関係性を明らかにしながら伝導メカニズムの詳細を調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
外部機関での材料評価を予定していたが、評価依頼のための試料作製に時間がかかり外部依頼に至らなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今後、外部評価に委託するための試料作製を進める。計画的に試料作成と外部評価を実施する。
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