JP2007076998A - カーボンナノチューブ分散液の製造方法およびカーボンナノチューブ分散液 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＮＴがより細かく均一に分散したＣＮＴ分散液を得る。特に細かく分散した場合に起こりやすい再凝集を防ぐ。
【解決手段】カーボンナノチューブと共役系重合体と溶媒を混合してカーボンナノチューブ混合液を作製し、次いで該混合液に超音波を照射し、さらに追加の共役系重合体を添加して超音波照射を行うカーボンナノチューブ分散液の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、カーボンナノチューブ分散液の製造方法およびカーボンナノチューブ分散液に関し、また前記カーボンナノチューブ分散液から得られる重合体コンポジットおよび電界効果型トランジスタに関する。

カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと言う）はナノテクノロジーの有力な素材として、広範な分野で応用の可能性が検討されている。ＣＮＴは電子放出電極や燃料電池用電極、あるいは導電性コンポジットなどのように多数のＣＮＴをまとめてバルクとして分散し、使用する方法などがある。この様な使用においては、ＣＮＴを溶剤やマトリックスとなる材質、例えば重合体の溶液などに良好に分散させる必要がある。しかし、ＣＮＴは凝集体として得られるため、ＣＮＴの分散効果を得るためにはＣＮＴの凝集を解いたり、凝集体のＣＮＴ自身を切断するなどの処理を加える必要がある。例えば、ＣＮＴの凝集を解く方法としては、バンドル状のＣＮＴを共役系重合体の溶液中で超音波照射する方法（特許文献１参照）が知られており、また、ＣＮＴを切断する方法として、有機溶媒中でミリングすることで炭素繊維を元の粒径の２０％以下にする方法（特許文献２参照参照）が知られている。
特開２００４−２１５６号公報（請求項１） 特開２００４−４３２５８号公報（請求項１）

これまでに知られている溶液へのＣＮＴの分散方法、例えば、超音波照射や切断する方法では、ある程度の分散効果を得ることができるが、さらに分散性を向上させようと超音波照射や切断する際の処理条件を厳しくしても、逆に微小成分どうしの再凝集が起こり、分散性が悪化するという課題があった。

上記課題を達成するために、本発明は下記の構成からなる。
（１）カーボンナノチューブと共役系重合体と溶媒を混合してカーボンナノチューブ混合液を作製し、次いで該混合液に超音波を照射し、さらに追加の共役系重合体を添加して超音波照射を行うカーボンナノチューブ分散液の製造方法である。
（２）上記（１）記載の製造方法で得られるカーボンナノチューブ分散液に含まれるカーボンナノチューブの、動的光散乱式粒度分布計で測定した平均長さが１０〜１００ｎｍであるカーボンナノチューブ分散液である。
（３）上記（２）記載のカーボンナノチューブ分散液から得られるカーボンナノチューブ含有ペーストである。
（４）上記（３）記載のカーボンナノチューブ含有ペーストから溶媒を除去して得られる重合体コンポジットである。
（５）上記（４）記載の重合体コンポジットを半導体層として用いる電界効果型トランジスタである。

本発明によれば、ＣＮＴがより細かく均一に分散したＣＮＴ分散液を得ることができる。この分散液を用いて形成した重合体コンポジットを有機半導体としたトランジスタ素子は、高いオンオフ比と高い移動度を有する。

本発明は、カーボンナノチューブと共役系重合体と溶媒を混合してカーボンナノチューブ混合液を作製し、次いで該混合液に超音波を照射し、さらに追加の共役系重合体を添加して超音波照射を行うカーボンナノチューブ分散液の製造方法である。

ＣＮＴはその製法上、凝集体として得られるが、ＣＮＴのナノサイズ効果を利用したり、マトリクスとなる材質の中に添加して添加効果を利用する場合には、この凝集を解き、ＣＮＴを材質中に分散して使用することが必要である。ＣＮＴ分散の程度は目的に応じて決めることができるが、顕著なナノサイズ効果や添加効果を得るためには、材質中により細かく分散しておくことが望ましい。この場合、ＣＮＴ同士の強い凝集力よりもさらに大きな分散力によって分散し、得られた分散状態を安定化させる必要がある。従来の方法では、分散処理が終わった後にＣＮＴが再凝集している可能性が高かった。他方、これまでの分散では依然として不十分であり、さらにＣＮＴを細かく均一分散する技術が望まれている。本発明の方法は、超音波照射を終える前に、さらに共役系重合体を加えて超音波照射を行うことで、ＣＮＴの再凝集を抑制して分散を安定化させることができ、従来よりもさらに細かく分散した状態のＣＮＴを得ることができる。

従来技術で製造されたＣＮＴ分散液を用いて形成した重合体コンポジットを有機半導体としたトランジスタ素子は、ＣＮＴの分散が不十分であり、オンオフ比１×１０^５以上を維持するようにＣＮＴの含有量や重合体コンポジット層の厚みを最適化しても、トランジスタの移動度は約４×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃが限界であった。トランジスタのオンオフ比は、例えば液晶ディスプレイにトランジスタを用いた場合、その階調表示の要求性能からオンオフ比は１×１０^５が必要であり、また、移動度とオンオフ比がトレードオフの関係にあることから、オンオフ比を維持した状態では移動度をわずか１×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃでも向上させることは困難であった。しかし、本発明のＣＮＴ分散液を用いることによって、重合体コンポジット中のＣＮＴは細かく均一分散されているので、ＣＮＴ含有量や同じコンポジット層の厚みがこれまでと同じ条件であっても移動度を高めることができ、しかも高いオンオフ比も得ることができる。また、オンオフ比が高くなった分、オンオフ比１×１０５を下回らない範囲でＣＮＴの含有量を増やし、最適化を行えばさらに移動度を高くすることが可能である。

本発明のＣＮＴ分散液の製造方法では、まずＣＮＴと共役系重合体と溶媒を混合してＣＮＴ混合液を作製する。次に作製した混合液に超音波を照射し、次いで超音波照射を終える前に追加の共役系重合体を添加してさらに超音波照射を行う。一時停止するまでの超音波照射時間は５分以上あれば良いが、好ましくは２０分以上である。追加の共役系重合体を添加した後の照射時間は０．５分以上あれば良く、好ましくは１分以上である。共役系重合体を追加する前の照射時間、追加後の照射時間には、特に上限はないが、時間的効率から６０分以内であることが好ましい。

また、共役系重合体を追加するために超音波照射を一時停止している時間は０〜６０分であることが好ましく、ＣＮＴは超音波照射を一時停止している間に凝集が進行するので、より好ましくは０〜２分である。例えば、超音波の総照射時間を３０分にする場合を例にすると、２０〜２９分間照射した時点で照射を一時停止し、１分間の停止中に追加の共役系重合体を添加し、照射を再開して１〜１０分間照射を行う。

超音波の総照射時間は５分以上であることが好ましい。総照射時間が５分よりも短い場合は、ＣＮＴは沈殿のない状態で液中に分散しているが、凝集体が残存している場合がある。より良好な分散液を得るためには総照射時間は３０分程度であることが好ましい。３０分以上照射しても分散液に変化はないが、時間的効率を考慮すると６０分以下であることが好ましい。

追加の共役系重合体の量は、初めに混合していた共役系重合体の量に対して０．５〜２倍程度であることが好ましい。より好ましくは初めに混合していた量と等量である。この範囲にあることで高い分散性を維持しつつ、余剰の共役系重合体が少ない状態が得られ、良好なＣＮＴ分散液を得ることができる。

本発明において超音波照射方法としては、ＣＮＴ混合液の入った容器の周囲から間接的に照射する方法と、ＣＮＴ混合液の中に照射用のプローブを入れて直接的に照射する方法とがあり、いずれも用いることができる。具体的には、間接照射には超音波洗浄機を用い、直接照射には超音波ホモジナイザーを用いることができる。短時間で高効率に分散を行う場合には超音波ホモジナイザーが好ましく用いられ、処理を行う液量を３００ｍＬ以下の少量にし、バッチ式で超音波処理することがより好ましい。また、超音波の照射プローブの大きさは、処理する液量に応じて直径３ｍｍから３０ｍｍ程度のものを用いることができるが、照射強度と照射範囲のバランスから直径１３ｍｍ程度のプローブが好ましく用いられる。該プローブの表面は使用時間が増加すると共に浸食されて処理能力が低下するので、プローブ表面は研磨して平滑にしておくことが好ましい。ＣＮＴをより細かく分散するためには、プローブの表面粗さＲａが１μｍ以下になるように平滑に研磨しておくことがより好ましい。

超音波の照射出力は、超音波ホモジナイザーなどを用いて直接照射装置する場合は１００〜５００Ｗであることが好ましい。バッチ式で分散処理を行う場合は１００〜５００Ｗが好ましく、さらに好ましくは１００〜３００Ｗが良く、連続フロー式で分散処理を行う場合は２００〜７５０Ｗ、さらに２００〜５００Ｗが好ましい。この範囲にあることで、分散液の超音波照射による液温上昇を適度に制御しながら良好なＣＮＴ分散液を得ることができる。また、超音波洗浄機などを用いて間接照射する場合の超音波の出力は、１０〜１０００Ｗが好ましい。通常市販されている超音波洗浄機は、超音波の出力と洗浄槽の大きさがほぼ比例するように設計されているので、ＣＮＴ分散液の処理量にあわせて出力と洗浄槽の大きさを選定すれば良く、出力約１００Ｗ／洗浄槽約２リットルから、出力３００Ｗ／洗浄槽１０リットル程度のものを用いることが好ましい。また、超音波の周波数は２０〜１００ｋＨｚであることが好ましい。なお、超音波の照射出力は、共役系重合体を追加する前後で、同じであってもよいし、変更してもよい。出力を変更する場合、共役系重合体の追加後の出力は、追加前よりも出力を小さくすることが好ましい。こうすることで平均長さがより小さいＣＮＴを得ることができる。

本発明の製造方法で得られたＣＮＴ分散液におけるＣＮＴの分散性を調べる指標として、粒度分布計による平均長さがある。粒度分布計には、動的光散乱法、レーザー回折法、遠心沈降法、ＦＦＦ（フィールドフローフラクショネイション）法、電気的探知体法などがあるが、本発明には、サブミクロン以下の測定に適した動的光散乱式の粒度分布計が好ましく用いられる。本粒度分布計は微粒子のブラウン運動の大きさから粒径、あるいは長さを算出する。粒径の小さな粒子ではブラウン運動が大きく、一方、粒径の大きな粒子ではブラウン運動が小さいという原理を応用しているので、分散性が向上してＣＮＴの凝集体が小さくなれば、ＣＮＴのブラウン運動は大きくなり、粒径あるいは長さは相対的に小さくなったと判断することができる。ここで、平均長さは、ある長さに区切られた範囲、例えば長さ３〜１０ｎｍでは０．４〜１ｎｍおきに、長さ１０〜１００ｎｍでは２〜８ｎｍおきに、長さ１００〜６０００ｎｍでは２０〜８０ｎｍおきに区切られた範囲の中に存在したＣＮＴの頻度（％）から長さ分布を求め、長さ分布から算術平均して得られた値を平均長さとする。なお、溶媒の屈折率と粘度を予め本粒度分布計に入力しておくことで上述の平均長さが算出される。

本発明の製造方法で得られるＣＮＴ分散液の、動的光散乱式粒度分布計で測定した平均長さは、１０〜１００ｎｍであることが好ましい。従来知られていた方法で得られるＣＮＴ分散液の平均長さは１００ｎｍよりも大きく、本発明の製造方法では従来と比べ、より細かく均一に分散したＣＮＴ分散液を得ることができる。さらに好ましい平均長さは１０〜５０ｎｍである。平均長さがこの範囲にあると、ＣＮＴはさらに細かく安定に分散しており、ＣＮＴ分散液として好ましく用いることができる。

また、ＣＮＴ分散液の分散性を調べる補助的な指標として、分散液のメンブレンフィルターの濾過性がある。得られたＣＮＴ分散液をメンブレンフィルターで濾過すると、上述の粒度分布計で粒径の大きかったものに比べて、粒径の小さかったものは、フィルター上に堆積するＣＮＴの量が減少するので、相対的な分散性の程度を知ることができる。さらに得られた濾液の吸光度を測定することで濾液中のＣＮＴ濃度を推定することも可能である。すなわち、共役系重合体の吸収が少ない波長域、たとえば７００〜８００ｎｍの吸光度がＣＮＴ濃度に比例していると仮定できるので、濾過によるＣＮＴの減少割合を求め、ＣＮＴの分散性の指標とすることができる。

本発明に用いる共役系重合体は、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ−ｐ−フェニレン系重合体、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン系重合体などが好ましく用いられる。これらの重合体は、直鎖状共役系重合体であることが好ましく、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体はそれぞれチオフェン環、ピロール環の２、５位でモノマーユニットがつながっていることが好ましい。また、ポリ−ｐ−フェニレン系重合体、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン系重合体ではフェニレン基のパラ位で重合体の骨格がつながっていることが好ましい。上記重合体は単一のモノマーユニットが並んだものが好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したものも用いられる。また、グラフト重合したものも用いることができる。共重合されるユニットとしては、フルオレン系、トリアリールアミン系などのものも用いることができる。なお、ここで直鎖状とは、重合体の骨格構造が安定状態（外力が加わっていない状態）において螺旋構造を取らず、まっすぐ延びているものを意味し、また、共役系重合体とは重合体の骨格の炭素−炭素の結合が１重結合と２重結合が交互に連なっている重合体を意味する。共役系重合体は共役系構造が伸びた構造であるので、共役系構造の発達したＣＮＴとの親和性が高く、非常にＣＮＴを分散しやすい特徴を有すると共に、ＣＮＴと重合体との間での電荷の移動がスムーズであり、共役系重合体がＣＮＴに付着した状態でもＣＮＴの高い導電性や半導体特性を効率的に利用できる。

なかでもポリチオフェン系重合体が好ましく、溶媒に可溶性であることが望ましい。溶媒に可溶であるためにはチオフェン環の３位または４位に置換基を有することが好ましく、例えば３位に炭素数１〜２０の脂肪族基、置換脂肪族基、アルコキシ基、チオアルキル基などを有することが好ましい。炭素数１〜２０の脂肪族基は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基のような直鎖アルキル基、または、直鎖アルキル基の異性体である分岐アルキル基などが挙げられる。側鎖の炭素数は２０を超えると立体障害によりＣＮＴの分散性が低下してくるので、炭素数は１〜２０であることが好ましい。置換脂肪族基は、アルコキシアルキル基、シロキシ置換アルキル基、ハロゲン置換アルキル基などが挙げられる。アルコキシ基は上記のアルキル、アルキル誘導体を含むアルコキシ基である。チオアルキル基は上記のアルキル、アルキル誘導体を含むチオアルキル基である。これらの有機基を有することで共役系重合体の溶媒への溶解性が向上し、ＣＮＴの分散性が向上する。ただし、溶解性が確保されている場合に限っては共重合体成分として３，４位に置換基をもたないチオフェン環ユニットを、上述の置換基を有するチオフェン環ユニットの間に存在させることも可能である。

本発明で用いられる共役系重合体のより好ましい具体例としては、ポリ−３−ブチルチオフェン、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリ−３−オクチルチオフェン、ポリ−３−ドデシルチオフェンなどのポリ−３−アルキルチオフェン、または、ポリ−３−エトキシチオフェン、ポリ−３−ドデシルオキシチオフェンなどのポリ−３−アルコキシチオフェン、または、ポリ−３−メトキシ−４−メチルチオフェン、ポリ−３−ドデシルオキシ−４−メチルチオフェンなどのポリ−３−アルコキシ−４−アルキルチオフェン、または、ポリ−３−チオヘキシルチオフェンやポリ−３−チオドデシルチオフェンなどのポリ−３−チオアルキルチオフェンが挙げられる。中でも、ポリ−３−アルキルチオフェン、ポリ−３−アルコキシチオフェンが好ましく、前者としては特にポリ−３−ヘキシルチオフェンが好ましい。

上述のポリチオフェン系の共役系重合体は、重合したときの置換基の向きによって、置換基の向きが一方向に規則正しく並んだレジオレギュラーと、不規則に向いて並んだレジオランダムのものが存在するが、いずれも好ましく用いることができる。

上述の共役系重合体の好ましい分子量は、重量平均分子量で８００〜１０００００である。なお、重量平均分子量はゲルパーミエションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて、ポリスチレンを標準試料とした相対的な値として求めることができる。また、上記重合体は直鎖状共役系からなるオリゴマーであってもよい。

ＣＮＴ混合液作製時に用いる共役系重合体と、超音波照射後追加で添加する共役系重合体は、上述した共役系重合体であれば同一のものであっても異なっていてもよい。より好ましくは超音波照射の前後で用いる共役系重合体は同じものであることが好ましい。

ＣＮＴは、アーク放電法、化学気相成長法（以下ＣＶＤ法とする）、レーザー・アブレーション法等によって作製されるが、本発明に使用されるＣＮＴはいずれの方法によって得られたものであってもよい。また、ＣＮＴには１枚の炭素膜（グラッフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ（以下ＳＷＣＮＴと言う）と、２枚のグラッフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ（以下ＤＷＣＮＴと言う）と、複数のグラッフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴ（以下ＭＷＣＮＴと言う）とがあり、本発明においてＳＷＣＮＴ、ＤＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴをそれぞれ単体で、もしくは複数を同時に使用できる。特に、ＳＷＣＮＴとＤＷＣＮＴと直径が１５ｎｍ以下のＭＷＣＮＴは導電性および半導体特性において優れた性質を持つので好ましく用いることができるが、中でも特にＳＷＣＮＴまたはＤＷＣＮＴを用いることが好ましい。

上記の方法でＳＷＣＮＴ、ＤＷＣＮＴやＭＷＣＮＴを作製する際には、同時にフラーレンやグラファイト、非晶性炭素が副生産物として生成され、またニッケル、鉄、コバルト、イットリウムなどの触媒金属も残存するので、これらの不純物を除去し精製する必要がある。不純物の除去には、硝酸、硫酸などによる酸処理とともに超音波処理が有効であり、またフィルターによる分離を併用することは純度を向上させる上でさらに好ましい。本発明で用いられるＣＮＴの直径は特に限定されないが、０．８ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１５ｎｍ以下である。

本発明に用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、ｏ−クロロフェノール、アセトン、酢酸エチル、エチレングリコール、クロロホルム、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトンなどが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、必要に応じて溶媒を選ぶことができる。

本発明で使用されるＣＮＴ分散液の分散時におけるＣＮＴの濃度は、０．００１〜３０ｇ／Ｌの範囲が好ましい。直径が１５ｎｍ以下のＭＷＣＮＴやＤＷＣＮＴ、ＳＷＣＮＴを用いる場合は、ＣＮＴ濃度は０．００１〜１ｇ／Ｌの範囲がより好ましい。一方、共役系重合体の濃度は０．００１〜３０ｇ／Ｌの範囲が好ましく、共役系重合体とＣＮＴとの重量比が１０００：１から０．１：１の範囲であることが好ましい。より好ましくは１０：１から１：１の範囲であり、さらに好ましくは２：１から１：１の範囲であり、この範囲にあることで高い分散性を維持しつつ、余剰の共役系重合体が少ない状態が得られ、良好なＣＮＴ分散液を得ることができる。

ＣＮＴ分散時に使用する共役系重合体は、超音波照射開始時と、追加で添加する時の少なくとも２回にわけて用いられるが、その配分の割合としては、使用する共役系重合体の総重量の１０〜９９．９％を追加前に用い、追加時には総重量の０．１〜９０％を用いることが好ましい。こうすることで、より良好なＣＮＴ分散液を得ることができる。

本発明の製造方法で得られたＣＮＴ分散液は、そのまま塗布すれば導電膜として用いることができ、とくに細かく均一に分散しているため可視光波長域での吸収が小さいことから、透明導電膜を形成することができる。また、膜厚が１０ｎｍ以下になるように塗布膜を形成すれば電界効果型トランジスタの半導体層としても用いることができる。

本発明のＣＮＴ分散液に、重合体を添加してＣＮＴ含有ペーストを調製し、ＣＮＴ含有ペーストから溶媒を除去することによって重合体コンポジットを得ることができる。ＣＮＴ分散液に添加する重合体は、マトリクスとなる重合体や、先に説明した共役系重合体等が挙げられる。マトリクスとなる重合体として、汎用プラスチック系のポリマーを用いれば該ポリマーに制電性や導電性を付与したり、弾性率や強度を向上することができる。重合体コンポジット膜を硬化、あるいはエッチング等を行えば、電界放出源形成用材料を得ることができる。これらの重合体コンポジットに本発明のＣＮＴ分散液を用いることで、従来と同じ添加量でより大きな効果を得るか、少ない添加量で従来と同等の効果を得ることが可能になる。

本発明のＣＮＴ含有ペースト、重合体コンポジットにマトリクスとなる重合体を用いる場合、重合体として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、６−ナイロン、６，６−ナイロンなどの熱可塑性樹脂、エポキシ系やメラミン系、ポリアセタール系、フェノール系、ポリイミド系などの熱硬化性樹脂、分子内に不飽和結合やジアゾ化合物を含む感光性樹脂などが挙げられる。しかし、本発明のＣＮＴ含有ペースト、重合体コンポジットに用いる重合体はこれらに限定されるものではなく、上記に挙げた以外の重合体においても好ましく用いることができる。

これらの重合体を用いる場合、重合体全体の重量に対するＣＮＴの重量比率は０．０１〜１０００重量％であることが好ましい。さらに好ましいＣＮＴの重量比率は用途によって異なり、例えば、マトリクスに制電性を付与する場合には０．０１〜１０重量％、導電性を付与する場合は１〜３０重量％、弾性率や強度を向上させる場合は１０〜５０重量％、ＣＮＴのシートやフィルムを形成する場合には１００〜１０００重量％であることがさらに好ましい。

また、重合体に共役系重合体を用いた場合には、共役系重合体の導電性や半導体特性を向上させることができ、たとえば、光起電力素子、光センサー、あるいは、液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ用の薄膜トランジスタなどを得ることができる。しかし、何らこれらに限定されるものではなく、様々な分野に応用することができる。

本発明のＣＮＴ含有ペースト、重合体コンポジットに共役系重合体を用いる場合、先述のＣＮＴ分散液に用いる共役系重合体と同様のものを用いることができる。中でも、ポリチオフェン系重合体が好ましく用いられ、ポリ−３−ブチルチオフェン、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリ−３−オクチルチオフェン、ポリ−３−ドデシルチオフェンなどのポリ−３−アルキルチオフェンが特に好ましく用いられる。これらの重合体は、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したものもの、グラフト重合したものも用いることができる。共重合されるユニットとしては、フルオレン系、トリアリールアミン系などのものなどが用いられる。また、溶解性を有する限りは、置換基を持たないチオフェン環ユニットを共重合しても構わない。

本発明の重合体コンポジットに共役系重合体を用い、半導体として使用する場合、重合体全体の重量に対するＣＮＴの重量比率は、０．０１〜３重量％であることが好ましい。この範囲にあることで共役系重合体の持つ半導体特性の向上を図ることができる。０．０１重量％より少ない場合は添加効果が小さく、半導体特性はわずかしか向上しない。３重量％より多い場合は、ＣＮＴのパーコレーションのしきい値を超え、電導度が高くなるために半導体ではなく導電体の様相を呈する。より好ましくは０．１〜１重量％である。

本発明の重合体コンポジットに共役系重合体を用い、導電体として使用する場合には、重合体全体の重量に対するＣＮＴの重量比率は３重量％より多く、１０００重量％以下であることが好ましい。

本発明のＣＮＴ含有ペーストは、ＣＮＴ分散液に共役系重合体を添加して、加熱、撹拌、超音波照射のうちの少なくとも１種類以上の方法によって得ることができる。

本発明のＣＮＴ含有ペーストに含まれる重合体の濃度は用途に応じて決められるが、例えばスピンコート法で塗布する場合には、０．１〜２０ｇ／Ｌであることが好ましく、この濃度の範囲にあることで厚み５〜２００ｎｍの均質な塗膜を得ることができる。

上述のＣＮＴ含有ペーストから溶媒を除去することによって、本発明の重合体コンポジットが得られ、一般には基板上に塗布して、溶媒を乾燥させる方法が用いられる。基板上に塗布する方法としては、塗布方法としては、キャスト法、スピンコート法、ディップ法、バーコーター法、滴下法、スプレー法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、鋳型塗布法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法など一般的な方法が可能である。塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択すればよい。基板としてはガラスやシリコンウエハー、構造材などの無機物のみならず、フィルム、繊維、織物膜、板、紙などに塗布することができる。

本発明のＣＮＴ含有ペーストや重合体コンポジット中のＣＮＴの分散状態は、ＣＮＴ分散液中と同程度に良好であることが好ましく、分散状態を間接的に確認する方法として、ＣＮＴ分散コンポジットを厚み２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の膜厚になるように基板上に塗布して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察する方法が挙げられる。ＣＮＴの分散状態が良好な場合にはＣＮＴは均一に分散した状態で観察され、ＣＮＴによる凹凸の高さは、ＣＮＴの直径〜直径の５倍相当の大きさで観察される。一方、分散不良の場合にはＣＮＴの高さがＣＮＴの直径よりもおよそ５倍よりも大きく観察され、存在箇所の分布に偏りが見られる場合がある。

本発明の重合体コンポジットを半導体に用いる例の１つとして、ＦＥＴ素子について説明する。図１は、本発明のＦＥＴ素子の例を示す模式断面図である。絶縁層であるＳｉＯ_２膜３で覆われたゲート電極２を有するシリコンウエハー基板１上に、図１では通常のフォトリソグラフィー技術および真空蒸着法やスパッタリング法を用いて金等のソース電極５およびドレイン電極６が形成された後、スピンコート法によってＣＮＴが分散している有機高分子半導体の半導体層４が形成されている。

図１中では基板としてシリコンウエハーを用いているが、他にも基板としては、ガラス、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン等の有機材料も使用可能である。ここで基板洗浄以外の基板表面を改善する処理は特に行わなくとも、本発明のＦＥＴ素子は従来のＦＥＴ素子よりも高性能となるが、シリコンウエハー、ガラス基板等の酸化シリコン系基板の場合、シランカップリング剤に代表されるような表面改質剤で処理することによってＦＥＴ素子の性能を上げる効果があり、本発明においても上記に説明した表面処理を行うことも可能である。

ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６としては、金、白金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、低抵抗ポリシリコン、低抵抗アモルファスシリコン等の金属や錫酸化物、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、白金シリサイド、インジウムシリサイド等の無機化合物、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の有機化合物が使用できる。これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。

上記ゲート電極２、ソース電極５およびドレイン電極６は蒸着、スパッタリング、めっき、各種ＣＶＤ成長、スピンコート法とフォトリソグラフィー技術やエッチング等のいわゆる半導体プロセス技術、クラスタイオンビーム蒸着等により形成することができる。

前記のＳｉＯ_２膜３はゲート絶縁膜として用いているが、他の絶縁膜材料として、アルミナ等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン等の有機高分子材料、あるいは無機材料粉末と有機高分子材料の混合物なども用いることができる。上記絶縁材料は、スパッタリング、蒸着、スピンコート法等により膜を形成することができる。

また、半導体層に隣接して、配向を付与する機能を持つ配向性層を有することも可能である。配向性層には、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、有機酸、ヘテロ有機酸など、公知の技術を用いることができる。

本発明の重合体コンポジットをＦＥＴ素子に用いる場合、当該重合体コンポジットに用いられるＣＮＴは、長さが少なくともソース電極とドレイン電極間の距離（チャネル長）よりも短いことが必要である。これよりも長い場合、電極間を短絡させる原因となり、ＦＥＴ素子作製には不適当である。そのため、長さが少なくともソース電極とドレイン電極間の距離（チャネル長）よりも短いＣＮＴを用いるか、またはＣＮＴをチャネル長よりも短くする工程を経ることが好ましい。一般に市販されているＣＮＴは長さに分布があり、チャネル長よりも長いＣＮＴが含まれることがある。そこでＣＮＴをチャネル長よりも短くする工程を加えたほうがよく、電極間の短絡を確実に防ぐことができる。

本発明では、ＣＮＴ分散液、あるいはＣＮＴ含有ペーストをフィルターによって濾過する工程を設けることが好ましい。フィルター孔径よりも小さいＣＮＴを濾液から得ることで、ソース電極とドレイン電極間の距離よりも小さくしたカーボンナノチューブを効率よく得られることができる。

濾過に用いるフィルターは、チャネル長よりも小さい孔径を有するフィルターであれば、メンブレンフィルター、セルロース濾紙、ガラス繊維濾紙など何れの種類のフィルターも用いることができる。中でもメンブレンフィルターは、濾紙内部で吸着されるＣＮＴの量を減らすことができるので、濾液から収率よくＣＮＴを回収できるので好ましく用いることができる。

濾過に用いるフィルターの孔径は、チャネル長よりも小さければ良く、例えばチャネル長が２０μｍの場合は、孔径１０μｍのフィルターを用いることで電極間の短絡を確実に防ぐことができる。実際には孔径０．５〜１０μｍのフィルターを好ましく用いることができ、チャネル長に応じて使い分けることができる。

半導体層の膜厚は特に限定されないが、中でも好ましくは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下がよい。この範囲以内であれば１０^５以上のオンオフ比を実現することが可能になる。この範囲以上に膜厚が大きいとゲート電圧によって制御できないソース・ドレイン間電流が増加してしまい、ＦＥＴ素子のオンオフ比を低下させる。またこの範囲以下ではキャリア移動度が減少してしまう問題がある。

形成した塗膜に対して、減圧下または不活性雰囲気下（窒素やアルゴン雰囲気下）でアニーリング処理を行ってもよい。

このようにして形成されたＦＥＴ素子は、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流をゲート電圧を変化させることによって制御することができ、その特性から下記の（１）式を用いて移動度を算出することができる。

μ＝（δＩｄ／δＶｇ）Ｌ・Ｄ／（Ｗ・ε_ｒ・ε・Ｖｓｄ） （１）
ただしＩｄはソース・ドレイン間の電流、Ｖｓｄはソース・ドレイン間の電圧、Ｖｇはゲート電圧、Ｄは絶縁層の厚み、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、ε_ｒは絶縁層の比誘電率（ここではＳｉＯ_２の３．９を使用）、εは真空の誘電率（８．８５×１０^−１２Ｆ／ｍ）である。

また、あるマイナスのゲート電圧におけるＩｄ（オン電流）の値と、あるプラスのゲート電圧におけるＩｄ（オフ電流）の値の比からオンオフ比を求めることができる。

本発明で得られる重合体コンポジットは、該コンポジット膜を有機半導体としたトランジスタ素子を形成した場合、より高い移動度と高いオンオフ比が得られる。また、該コンポジット膜から電子放出電極を形成すると、より低い電圧で電子放出可能になる。また、該コンポジット膜は有機太陽電池にも用いることができ、有機太陽電池の光から電気への変換効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

実施例１
はじめにＣＮＴ分散液を作製した。１．５ｍｇのＣＮＴ（単層カーボンナノチューブ：サイエンスラボラトリーズ社製、純度９５％）と、共役系重合体のポリ−３−ヘキシルチオフェン（以下、Ｐ３ＨＴと略す。アルドリッチ社製、レジオレギュラー、分子量：Ｍｗ２００００）を１．５ｍｇと、クロロホルム３０ｍＬを５０ｍＬのサンプル管に入れ、ＣＮＴ混合液を調製し、超音波破砕機（東京理化器械（株）製ＶＣＸ−５０２、出力２５０Ｗ、直接照射）を用いて超音波照射した。このとき、超音波照射用のプローブには直径１３ｍｍのチタン合金製のものを用い、プローブ表面を予め目の細かいサンドペーパーで研磨しておき、表面粗さＲａが１μｍ以下になるようにメンテナンスしてから使用した。超音波照射を３０分行った時点で一度照射を停止し、Ｐ３ＨＴを１．５ｍｇ追加し、さらに１分間超音波照射して、ＣＮＴ分散液Ａ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を得た。

次いでＣＮＴ分散液Ａに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計（堀場製作所製、粒度分布測定装置ＬＢ５００）を用いて測定した。分散液約３ｍＬを光路長１ｃｍの石英セルに入れ、測定装置内でレーザーを照射し散乱光を解析したところ、平均長さは２７ｎｍであった。

さらに得られたＣＮＴ分散液Ａ４ｍＬにクロロホルム６ｍＬを加えてＣＮＴ濃度０．０２ｇ／Ｌの分散液を調製し、次いで孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行った。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｂとする。この濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。濾液中のＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは２４ｎｍであった。

実施例２
電極付き基板上にＣＮＴ含有ペーストを塗布して重合体コンポジット層を形成し、この重合体コンポジット層を半導体層として用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を作製した。このＦＥＴの構造を図１に示した。

ＦＥＴ用の電極付き基板は以下のようにして形成した。基板としてＳｉＯ_２膜３（膜厚３００ｎｍ）付きのアンチモンドープシリコンウエハー１（抵抗率０．０２Ωｃｍ以下）を用いた。ここで、シリコンウエハーは基板であると同時に、ゲート電極２であり、熱酸化膜は絶縁層となる。次にフォトリソグラフィー技術および真空蒸着法を用いて櫛型状のソース電極５およびドレイン電極６を形成した。ここで両電極の電極材には金を用いた。また、両櫛形電極の幅（チャネル幅）は０．５ｃｍ、電極の間隔（チャネル長）は２０μｍ、電極の高さは４０ｎｍとした。次に、シリコンウエハー上にポジ型レジスト溶液を滴下し、スピナーを用いて塗布した後、９０℃のホットプレートで乾燥し、レジスト膜を形成した。次いで露光機を用いて、フォトマスクを介した紫外線照射を行った。次いでレジスト膜の付いたウエハーをアルカリ水溶液に浸漬し、紫外線照射部を除去し、櫛形電極が抜けた形状になっているレジスト膜を得た。真空蒸着は、前述のレジスト膜付きのウエハー上に、クロムを厚み５ｎｍになるよう蒸着し、次いで金を厚み３５ｎｍになるように蒸着した。次いで、金／クロムとレジストの付いたウエハーをアセトン中に浸漬し、超音波洗浄機で超音波照射することによって、レジスト上の余分な金／クロムを除去した。このようにして、ウエハー上に金の両櫛形電極を形成した。

次に、半導体層４を形成するためのＣＮＴ含有ペーストの調製を行った。実施例１で得られたＣＮＴ分散液Ｂを０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機（井内盛栄堂（株）製ＵＳ−２、出力１２０Ｗ、間接照射）を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を得た。

次いで、ＣＮＴ含有ペーストを上述のＦＥＴ用の電極付き基板上に０．１ｍＬ滴下し、スピンコート法（回転速度１０００ｒｐｍ、０．３秒）により膜厚２５ｎｍの薄膜を形成した。基板に引き出し電極用の銀線を取りつけた後、１１０℃の真空乾燥機中に２時間静置し、５０℃以下になるまで徐冷して乾燥機から取り出した。こうして、ＣＮＴ含有ペーストから得られる重合体コンポジット層を半導体層とするＦＥＴ素子を形成した。

得られたＦＥＴ素子を測定ボックスに移動させ、再び真空にして１８時間静置した後、電流電圧特性を測定し、ＦＥＴ特性を調べた。測定装置にはヒューレット・パッカード社製ピコアンメータ／ボルテージソース４１４０Ｂを用い、測定ボックスは１ｔｏｒｒ以下の減圧状態を保持しておいた。

ＦＥＴ素子のゲート電圧（Ｖｇ）を変えたときのソース・ドレイン間電流（Ｉｓｄ）−ソース・ドレイン間電圧（Ｖｓｄ）特性を測定し、Ｖｇ＝０〜−５０Ｖに変化させたときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値の変化から移動度を求めたところ、移動度は７．８×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃと非常に高く、良好な値が得られた。また、Ｖｇ＝−５０ＶのときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値と、Ｖｇ＝＋５０ＶのときのＶｓｄ＝−５ＶにおけるＩｓｄの値の比からオンオフ比を求めたところ、２．６×１０^６という良好な値が得られた。

実施例３
実施例１で得られたＣＮＴ分散液Ａ６ｍＬにクロロホルム４ｍＬを加えてＣＮＴ濃度０．０３ｇ／Ｌの分散液を調製し、次いで孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行った。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｃとする。濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。分散液Ｃに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは２４ｎｍであった。次いでこのＣＮＴ分散液Ｃ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．６重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が１．０×１０^−１ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が８．３×１０^５という良好な値が得られた。

実施例４
はじめに調製したＣＮＴ混合液の超音波照射時間を２０分、超音波照射を一度停止してＰ３ＨＴを追加したあとの、超音波照射時間を１０分にした以外は実施例１と同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｄ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を得た。分散液Ｄに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは４４ｎｍであった。次いで、このＣＮＴ分散液Ｄを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｅとする。

ＣＮＴ分散液Ｅに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ、平均長さは４０ｎｍであった。

次いでこのＣＮＴ分散液Ｅ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が６．８×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が１．１×１０^６であった。

実施例５
はじめに調製したＣＮＴ混合液の超音波照射時間を２０分とし、超音波照射を一度停止して加えたＰ３ＨＴを１ｍｇ、１ｍｇ追加後の超音波照射時間を９分とし、さらにこの９分の超音波照射後にＰ３ＨＴを０．５ｍｇ追加し、０．５ｍｇ追加後に超音波照射を１分間行った以外は、実施例１と同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｆ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を得た。分散液Ｆに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは４１ｎｍであった。次いで、このＣＮＴ分散液Ｆを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｇとする。

ＣＮＴ分散液Ｇに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ、平均長さは３５ｎｍであった。

次いでこのＣＮＴ分散液Ｇ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が７．２×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が３．０×１０^６であった。

実施例６
ＦＥＴ用電極付き基板を下記のものに変えた以外は実施例２と同様にしてＦＥＴ素子を形成した。

基板として２０ｍｍ角、厚さ１．３ｍｍのソーダガラス基板を用いた。該基板上にステンレスマスクを介した真空蒸着法により幅０．１ｍｍ長さ２０ｍｍの金電極を形成し、これをゲート電極とした。金電極の蒸着は初めに厚さ５ｎｍになるようにクロムを蒸着し、次に厚みが３５ｎｍになるように金を蒸着した。次いで、ゲート電極付きの基板上に、固形分濃度を６ｗ％に希釈したポリイミド前駆体溶液（東レ（株）製、高耐熱性ポリイミドコーティング剤セミコファイン（商品名）、溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）をスピナーを用いて塗布した、１２０℃のホットプレートで溶媒を乾燥させた後、窒素雰囲気のイナートオーブン中で３５０℃１時間の硬化処理を行い、得られたポリイミド膜（厚み２４０ｎｍ、誘電率３．２）を絶縁膜とした。次に、ポリイミド膜付き基板上に、ポジ型レジスト溶液を滴下し、スピナーを用いて塗布した後、９０℃のホットプレートで乾燥し、レジスト膜を形成した。次いで露光機を用いて、フォトマスクを介した紫外線照射を行った。なお、露光時には、ゲート電極上に、チャネル幅０．５ｃｍ、チャネル長２０μｍの両櫛形電極のチャネル部分が平行に重なるように位置合わせ露光を行った。次いでレジスト膜の付いた基板をアルカリ水溶液に浸漬し、紫外線照射部を除去し、櫛形電極が抜けた形状になっているレジスト膜を得た。真空蒸着は、前述のレジスト膜上に、クロムを厚み５ｎｍになるよう蒸着し、次いで金を厚み３５ｎｍになるように蒸着した。次いで、金／クロムとレジストの付いたウエハーをアセトン中に浸漬し、超音波洗浄機で超音波照射することによって、レジスト上の余分な金／クロムを除去した。このようにして、ポリイミドを絶縁膜上に両櫛形電極を形成し、これをソース電極、ドレイン電極とした。

上述のポリイミドを絶縁膜とするＦＥＴ用電極付き基板上に、実施例２で用いたＣＮＴ含有ペーストを塗布し、実施例２と同様の方法でＦＥＴ素子を形成した。該ＦＥＴ素子のＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が７．０×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が２．０×１０^５という良好な値が得られた。

実施例７
ＣＮＴ混合液に超音波破砕機を用いて超音波照射する工程の前に、超音波洗浄機（井内盛栄堂製ＵＳ−２、出力１２０Ｗ）を用いて３０分間超音波照射する工程を加えた以外は実施例１と全く同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｈ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を得た。分散液Ｈに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは２４ｎｍであった。次いで、このＣＮＴ分散液Ｈを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｉとする。

ＣＮＴ分散液Ｉに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ、平均長さは１９ｎｍであった。

次いでこのＣＮＴ分散液Ｉ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が６．９×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が４．５×１０^６であった。

実施例８
ＣＮＴ混合液に超音波破砕機を用いて超音波照射する工程においてに、共役系重合体追加前の超音波出力を４００Ｗ、共役系重合体追加後の出力を２５０Ｗとした以外は実施例１と全く同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｊ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を得た。分散液Ｊに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは２３ｎｍであった。次いで、このＣＮＴ分散液Ｊを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｋとする。

ＣＮＴ分散液Ｋに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ、平均長さは１９ｎｍであった。

次いでこのＣＮＴ分散液Ｊ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が６．８×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が３．９×１０^６であった。

実施例９
ＣＮＴ混合液に超音波破砕機を用いて超音波照射する工程において、超音波開始時に用いたＰ３ＨＴを７．５ｍｇ、超音波照射を一時停止して追加したＰ３ＨＴを７．５ｍｇに増やした以外は実施例１と全く同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｌ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ、Ｐ３ＨＴ濃度０．５ｇ／Ｌ）を得た。分散液Ｌに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定したところ、平均長さは３９ｎｍであった。次いで、このＣＮＴ分散液Ｌを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、濾液の様子は濾過前の分散液と殆ど変化が無く、濾過後のフィルター上を観察したところごくわずかのＣＮＴが付着している程度であった。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｍとする。

ＣＮＴ分散液Ｍに含まれるＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ、平均長さは３２ｎｍであった。

次いでこのＣＮＴ分散液Ｍ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が７．６×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が３．１×１０^６であった。

比較例１
ＣＮＴ分散液を調製する際、超音波照射の途中でＰ３ＨＴを加える操作を行わなかった以外は実施例１と同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｈ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を調製した。次いで、このＣＮＴ分散液Ｈを０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、ＣＮＴの一部が捕集されたが、大半のＣＮＴは濾液中に含まれていた。得られた濾液をＣＮＴ分散液Ｉとする。この濾液中のＣＮＴの平均長さを、動的光散乱式粒度分布計を用いて測定したところ平均長さは１４０ｎｍであった。次いでこのＣＮＴ分散液Ｉ０．６ｍＬと、クロロホルム０．４ｍＬと、Ｐ３ＨＴ３ｍｇを容積１０ｍＬのサンプル管に入れ、超音波洗浄機を用いて３０分間超音波撹拌することにより、ＣＮＴ含有ペースト（Ｐ３ＨＴに対するＣＮＴの重量濃度が０．４重量％）を調製した。次いでこのペーストを実施例２と同様の方法でＦＥＴ用の電極付き基板上に塗布し、真空乾燥を行うことによってＦＥＴ素子を作製した。そして実施例２と同様の方法でＦＥＴ特性を測定したところ、移動度が４．７×１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ、オンオフ比が１．７×１０^５であった。

比較例２
ＣＮＴ分散液を調製する際、初めに調製するＣＮＴ混合液をＣＮＴとクロロホルムのみにしてＰ３ＨＴを加えなかった以外は実施例１と同様の操作を行って、ＣＮＴ分散液Ｊ（ＣＮＴ濃度０．０５ｇ／Ｌ）を調製した。分散液Ｊに含まれるＣＮＴを動的光散乱式粒度分布計で測定しようとしたが、測定領域上限の６μｍよりも平均長さが長かったため測定値が得られなかった。次いで、この分散液を０．０２ｇ／Ｌに希釈し、孔径１０μｍのメンブレンフィルターを用いて濾過を行ったところ、ほとんどのＣＮＴが捕集され、濾液中に含まれるＣＮＴはごくわずかであり、ＣＮＴの分散は非常に悪かった。

本発明の製造方法で得られるＣＮＴ分散液は、重合体コンポジットの原料として用いられ、該重合体コンポジットは、これを有機半導体とする電界効果型トランジスタや、その他有機トランジスタ、有機太陽電池などに好ましく用いられる。また、電子放出電極や燃料電池用電極、あるいはＣＮＴを分散した導電性コンポジットなどに用いられる。

電界効果型トランジスタの模式断面図

符号の説明

１ シリコンウエハー
２ ゲート電極（シリコンウエハー）
３ ＳｉＯ_２膜
４ 半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極

Claims (5)

1. カーボンナノチューブと共役系重合体と溶媒を混合してカーボンナノチューブ混合液を作製し、次いで該混合液に超音波を照射し、さらに追加の共役系重合体を添加して超音波照射を行うカーボンナノチューブ分散液の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法で得られるカーボンナノチューブ分散液に含まれるカーボンナノチューブの、動的光散乱式粒度分布計で測定した平均長さが１０〜１００ｎｍであるカーボンナノチューブ分散液。
3. 請求項２記載のカーボンナノチューブ分散液から得られるカーボンナノチューブ含有ペースト。
4. 請求項３記載のカーボンナノチューブ含有ペーストから溶媒を除去して得られる重合体コンポジット。
5. 請求項４記載の重合体コンポジットを半導体層として用いる電界効果型トランジスタ。

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