Ultra-lightweight and highly conductive CNT cable by precise structure control

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K06344
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 竹内 健司 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20504658)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 導電ケーブル

Outline of Annual Research Achievements

カーボンナノチューブ（CNT）は、他に類を見ない極めて特異なナノ構造や物性を有しており、基礎科学と応用の両面から期待されている。しかしながら、CNTの撚り糸は得られているが、未だCNT本来の優れた物性を生かした銅レベルの導電性は得られていないのが現状である。そこで、本研究では理論的に高導電性が期待される二層CNTを用いて、①高結晶化（欠陥を出来る限り無くす）、②巨大バンドル化、③CNT単体の長尺化、④徹底した不純物除去（アモルファスカーボン、触媒など）をぞれぞれ達成することでCNT電線としての基礎技術を確立する。すなわち、触媒CVD法による精緻な構造制御、CNTの構造解析および導電性評価（撚り線）を実施した。生成パラメータを見直してCNTの構造制御を行い、原料供給条件を中心に触媒粒径の極小化および均一化と炭化水素（炭素源）のチューブ成長に最適な熱分解過程のタイミングを検討した。次に触媒CVD法による精緻な成長制御（反応空間拡大）を実施した。CNTの長尺化や収量を目的に反応空間の拡大を行い、反応空間を1ゾーンから6ゾーンまで増やして同一条件で比較実験を行った。その結果、ゾーン数が増えるほどCNT収量が増え、6ゾーンでの生成でCNT収量が最大になることが分かった。これまでCNTの長さを正確に計測することが困難で反応空間とCNTの長さの関係は検討項目であった。そこで、生成条件を変えた様々なCNTを超音波分散を施してその長さをSEMで確認した所、反応空間の長さとCNTの長さに相関が見られ長反応空間時に長いCNTが得られた。また、カーボン源（炭化水素）、生成温度やキャリアガス量とCNTの長さにも相関が見られ、殊に高生成温度時、キャリアガス高流量時にそれぞれ長いCNTが得られた。