光によるナノ炭素材料の界面物性制御技術の高度化

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K04617
• 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, 機能化学研究部門, 主任研究員 (10358020)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 分散 / 吸着 / 有機電解質分子 / 光反応 / 表面

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、申請者がこれまでに確立した光応答性分散剤による単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の分散制御技術を高度化し、新規SWCNT薄膜加工技術として展開してゆくために、まず現行の光応答性分散剤が抱える課題(不可逆反応・多段階反応)を克服する新規光応答性分散剤（可逆で一段階反応）を設計合成し、その物性評価を行うことを目指し、本年度は種々『可逆応答性』分散剤の候補を設計合成し、カーボンナノチューブの分散性評価、薄膜中の光反応性、有機溶媒への対応を視野に入れたイオン交換の検討をし、いくつか有用な分散剤を見出すことができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでの合成ルートを用いて合成することのできる可逆性分散剤を８種類合成し、薄膜中における光反応性を検討した。洗浄した石英基板にキャスト法で製膜したあと、紫外可視吸収スペクトルを測定し、膜中の分子間相互作用について知見を得た。さらに、偏光顕微鏡によって、膜のモルフォロジー観察を行った。いずれの化合物も、置換基の炭素数や枝分かれ等の影響によって、分子間相互作用に多少の違いがみられ、紫外可視吸収スペクトルにおける最大吸収波長のシフトがあった。しかしながら、紫外光を照射すると、いずれも薄膜中で光反応が進行した。凝集状態でも十分に光反応が進行することがわかった。薄膜中で分散剤分子は吸収スペクトルに若干の影響を及ぼす程度に相互作用してはいるが、光反応（比較的大きな体積変化を必要とする）を妨げることはないことが明らかになった。
続いて、光反応の可逆性に着目して新たに設計した分散剤を合成し、SWCNTの分散性評価を行った。当初、８種類合成するスキームを計画したが、反応の進行が確認されない、副反応生成物が多量に含まれてしまうなどの結果を招き、４種類のみ新規合成することができた。いずれの４種類とも、SWCNTを分散することができ、また、光照射によりSWCNTを凝集させることも出来た。
分散液調製に使用可能な溶媒を『水』以外にも適用できるか検討するために、分散剤をイオン交換したものを合成し、溶解性と分散性評価を行った。イオン種には２種類用いた。水以外の９種類の溶媒への溶解性を調べ、可能性のあった２種類について、SWCNTの分散を試みたが、良好な分散液を得ることができなかった。溶媒の極性、分散剤とナノチューブ表面との親和性等、相互作用のバランスが大切であることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた知見をもとに、分散剤の吸着したSWCNTの表面物性の精査、薄膜化、薄膜のモルフォロジー観察等から、薄膜化に影響する緒因子について解析し、優れた膜物性を発揮するナノチューブ薄膜創製に向けて検討をすすめてゆく。

Causes of Carryover

合成や薄膜作製および評価に関して当初の計画ほど経費がかからなかった。また、研究の立ち上げということで、実験補助の必要がなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

薄膜のモルフォロジー観察を精密に行うため、依頼解析を行う予定である。また、実験内容についてルーチンで行える部分について、実験補助員による作業を導入し、研究を加速してゆく。