JP2008195563A - カーボンナノチューブ分散体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブがその特性をより適切に発揮し得る状態で分散されたカーボンナノチューブ分散体を製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るカーボンナノチューブ分散体製造方法では、分散対象となるカーボンナノチューブを水等の液状媒体とともに容器に入れ（ステップＳ１０）、その容器内で攪拌体を高回転数（好ましくは１０，０００ｒｐｍ以上）で回転させることによって該容器の内容物を攪拌する高速攪拌処理を行う（ステップＳ２０）。この高速攪拌処理後の結果物に対してさらに超音波処理を行ってもよい（ステップＳ３０）。かかる超音波処理を行うことにより、カーボンナノチューブがより高度に分散された分散体を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブが分散媒に分散したカーボンナノチューブ分散体を製造する方法に関する。

カーボンナノチューブは、導電性、熱伝導性、機械的強度等の優れた特性を持つことから、多くの分野から注目を集めている新素材である。かかるカーボンナノチューブに関し、単独での利用のみならず、これを他の材料に分散させた複合材料として利用することについても種々の検討が行われている。

一般にカーボンナノチューブは、多数のチューブが凝集した状態で製造され、販売されている。かかる凝集状態にあるカーボンナノチューブは他の材料への分散が困難である。この分散性を向上させることができれば、上記のような複合材料を開発または製造する上で有益である。例えば特許文献１には、所定の液体とカーボンナノチューブとの混合液を湿式媒体攪拌ミルにて解砕することによって前記カーボンナノチューブを前記液体中に分散させることが記載されている。特許文献２には、所定の液体に超音波処理を行いながら単層カーボンナノチューブを混合分散することが記載されている。

特開２００５−３２４９９９号公報 特開２００５−２９０２９２号公報

しかし、特許文献１に記載のように攪拌ミルにより解砕を加える方法や、特許文献２に記載のように所望の分散状態が得られるまで超音波処理を行う方法によると、カーボンナノチューブが過剰に断片化（例えば、チューブの長さが１μｍ未満にまで短繊維化）してしまったり、チューブの壁面構造が損傷したりしがちであった。このように短すぎるカーボンナノチューブや傷みの激しいカーボンナノチューブでは、カーボンナノチューブ本来の特性（例えば、導電性、強度等の特性）を適切に発揮することができない。
そこで本発明は、カーボンナノチューブがその特性をより適切に発揮し得る状態（典型的には、１μｍの長さを保った状態）で分散されたカーボンナノチューブ分散体を製造する方法の提供を目的とする。

本発明によると、分散媒と該分散媒に分散したカーボンナノチューブとを含むカーボンナノチューブ分散体を製造する方法が提供される。その方法は、カーボンナノチューブを液状媒体と共に容器に入れることを含む。また、前記容器内で攪拌体を高回転数で回転させることによって該容器の内容物を攪拌する高速攪拌処理を行うことを含む。上記攪拌体の回転数は、１０，０００ｒｐｍ（毎分１０，０００回転）以上とすることが好ましく、典型的には１０，０００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍとすることが好ましい。
このような高速攪拌処理によると、硬質の装置構成部材の間にカーボンナノチューブを挟んですり潰す（摩砕する）操作を加える処理とは異なり、液状媒体中にあるカーボンナノチューブと攪拌体との衝突や該攪拌体が液状媒体中で高回転することにより生じる剪断力の作用によってカーボンナノチューブの凝集を緩める（ほぐす）ことができる。これにより、カーボンナノチューブの過剰な断片化や傷みを抑制しつつ、該カーボンナノチューブの液状媒体への分散性を高めることができる。したがって、かかる高速攪拌処理を行ってカーボンナノチューブ分散体を製造する本発明の方法によると、カーボンナノチューブがその特性をより適切に発揮し得る状態で分散媒（上記液状媒体であってもよく、該液状媒体とは組成の異なる液状または固体状の媒体であってもよい。）に分散したカーボンナノチューブ分散体を得ることができる。

ここに開示される方法の好ましい一態様では、前記容器を密閉して前記高速攪拌処理を行う。かかる態様によると、過剰な断片化や傷みを抑制しつつカーボンナノチューブの分散性を高めるという上記高速攪拌処理の効果がよりよく発揮される。
ここに開示される方法の他の好ましい一態様では、前記容器内を加圧状態として前記高速攪拌処理を行う。かかる態様によると、過剰な断片化や傷みを抑制しつつカーボンナノチューブの分散性を高めるという上記高速攪拌処理の効果がよりよく発揮される。

前記高速攪拌処理は、例えば、長さ１μｍ以上（典型的には１μｍ以上５０μｍ以下、例えば２μｍ以上２０μｍ以下）かつ直径１μｍ未満（典型的には０．１μｍ以上１μｍ未満、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下）のカーボンナノチューブバンドル（上記長さおよび直径を満たす単一のカーボンナノチューブであり得る。）が前記媒体に分散した分散液が形成されるように行うことが好ましい。このように１μｍ以上の長さを維持した状態で液状媒体に分散されたカーボンナノチューブは、該カーボンナノチューブを所望の分散媒（上記液状媒体であってもよく、該液状媒体とは組成の異なる液状または固体状の媒体であってもよい。）に分散させたカーボンナノチューブ分散体において、該カーボンナノチューブの特性をより適切に発揮することができる。

ここに開示される方法の好ましい一態様は、前記高速攪拌処理の結果物（すなわち、該高速攪拌処理によって凝集が緩和されたカーボンナノチューブと液状媒体とを含む混合物、例えば長さ１μｍ以上かつ直径１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドルが前記液状媒体に分散した分散液）に対して超音波処理を行うことをさらに含む。このように、あらかじめ上記高速攪拌処理によってカーボンナノチューブの凝集を緩めた（分散性を向上させた）上で超音波処理を行うことにより、かかる高速攪拌処理を行うことなく該カーボンナノチューブを直ちに超音波処理に供する場合に比べて、超音波振動のエネルギーがカーボンナノチューブの一部に偏って付与される事象を緩和することができる。また、より穏やかな（例えば、より短時間の）超音波処理によって所望の分散状態を得ることができる。換言すれば、所望の分散状態を得るために要する超音波処理の程度（例えば処理時間）を低下することができる。したがって、このように高速攪拌処理と超音波処理という二段階の分散処理を行うことにより、カーボンナノチューブの受けるダメージを抑制しつつ、カーボンナノチューブを高度に分散させることができる。かかる高速攪拌処理および超音波処理を行ってカーボンナノチューブ分散体を製造する本発明の方法によると、カーボンナノチューブがその特性をより適切に発揮し得る状態で分散されたカーボンナノチューブ分散体を得ることができる。

前記超音波処理は、例えば、長さ１μｍ以上（典型的には１μｍ以上２０μｍ以下、例えば１μｍ以上１０μｍ以下）かつ直径０．１μｍ未満（典型的には、単一のカーボンナノチューブの直径以上かつ直径０．１μｍ未満）のカーボンナノチューブバンドル（上記長さおよび直径を満たす単一の単層または多層カーボンナノチューブであり得る。）が前記媒体に分散した分散液が形成されるように行うことが好ましい。このように１μｍ以上の長さを維持した状態で液状媒体に高度に分散されたカーボンナノチューブは、該カーボンナノチューブを所望の分散媒（上記液状媒体であってもよく他の分散媒であってもよい。）に分散させたカーボンナノチューブ分散体において、該カーボンナノチューブの特性をより適切に発揮することができる。

ここに開示される発明は、他の側面として、カーボンナノチューブを液状媒体と共に容器に入れ、前記容器内で攪拌体を高回転数（好ましくは１０，０００ｒｐｍ以上）で回転させることにより該容器の内容物を攪拌する高速攪拌処理を行って得られたことを特徴とする、カーボンナノチューブ分散液を提供する。かかる分散液の好ましい一態様は、長さ１μｍ以上かつ直径１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドルが前記液状媒体（分散媒）に分散したカーボンナノチューブ分散液（分散体）である。

また、ここに開示される発明は、他の側面として、カーボンナノチューブを液状媒体と共に容器に入れ、前記容器内で攪拌体を高回転数（好ましくは１０，０００ｒｐｍ以上）で回転させることによって該容器の内容物を攪拌する高速攪拌処理を行い、その高速攪拌処理の結果物に対してさらに超音波処理を行って得られたことを特徴とする、カーボンナノチューブ分散液を提供する。かかる分散液の好ましい一態様は、長さ１μｍ以上かつ直径０．１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドルが前記液状媒体（分散媒）に分散したカーボンナノチューブ分散液（分散体）である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。本発明の方法では、カーボンナノチューブを液状媒体と共存させてこれに高速攪拌処理（好ましくは高速攪拌処理および超音波処理）を行う工程を経てカーボンナノチューブ分散体が製造されればよく、種々の材料および構成をその目的のために適用することができる。

ここに開示される製造方法においてカーボンナノチューブ分散体を製造するための原料として使用されるカーボンナノチューブ（すなわち、分散対象となるカーボンナノチューブ）の種類は特に限定されず、アーク放電法、レーザ蒸発法、化学気相成長法（すなわちＣＶＤ法）等の各種方法により製造されたカーボンナノチューブを適宜選択して用いることができる。単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブおよびこれらを任意の割合で含む混合物のいずれも使用可能である。典型的には、上記原料として、多数のカーボンナノチューブが凝集したカーボンナノチューブ凝集体が好ましく用いられる。該凝集体は、カーボンナノチューブ以外に、チューブを形成しないアモルファスカーボン等の炭素成分（不純物炭素）や触媒金属等を含んでもよい。このようなカーボンナノチューブ凝集体（原料）として、上述のような各種方法（例えばアーク放電法）により得られた生成物をそのまま使用してもよく、あるいは、該生成物に任意の後処理（例えば、アモルファスカーボンの除去、触媒金属の除去等の精製処理）を施したものを使用してもよい。

上記原料を構成するカーボンナノチューブの長さは、典型的には少なくとも概ね１μｍ以上であり、好ましくは概ね５μｍ以上（典型的には５μｍ〜１００μｍ好ましくは５μｍ〜数十μｍ）である。この長さが概ね１０μｍ以上（典型的には１０μｍ〜１００μｍ好ましくは１０μｍ〜数十μｍ）であってもよい。本発明の方法によると、高速攪拌処理（あるいは、高速攪拌処理および超音波処理）を行うことにより上記長さを有するカーボンナノチューブを適切に（好ましくは、１μｍ以上の長さが維持された状態で）分散させて、該カーボンナノチューブ本来の特性が発揮されやすいカーボンナノチューブ分散体を得ることができる。

ここに開示される製造方法における液状媒体としては、室温程度の温度域（例えば２３℃）において液状を呈する各種の媒体を使用することができる。水、有機溶媒またはこれらの混合溶媒を主成分とする液状媒体が好ましい。上記有機溶媒としては、常温域で液状を示す一般的な有機溶媒から選択される一種または二種以上の有機溶媒を用いることができる。上記液状媒体を構成する溶媒の種類および組成は、目的および態様等に応じて適宜選択することができる。水または水を主成分とする混合溶媒は、上記液状媒体を構成する溶媒として好ましく選択され得る一典型例である。

上記液状媒体は、溶媒（例えば水）の他に、必要に応じて各種の添加剤を副成分として含有することができる。そのような添加剤としては、界面活性剤、酸化防止剤、粘度調整剤、ｐＨ調整剤、防腐剤等が例示される。上記粘度調整剤としては、例えばポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性ポリマーを用いることができる。

ここに開示される方法では、製造原料としてのカーボンナノチューブと液状媒体とを容器に入れて高速攪拌処理を行う。この容器（攪拌容器）としては、密閉性のよい構造のものを使用することが好ましい。該容器を密閉して高速攪拌処理を行うことにより、後述する加圧状態を容易に実現することができる。また、高速攪拌による内容物の飛散が防止されるので作業性の点からも好ましい。該容器に入れるカーボンナノチューブ（典型的には、上述のようなカーボンナノチューブ凝集体）と液状媒体との分量比は、高速攪拌処理を行う効率や処理効果、カーボンナノチューブ分散体の製造効率、使用する液状媒体の組成や粘度等を考慮して、適宜設定することができる。例えば、液状媒体１００質量部に対してカーボンナノチューブ（凝集体）を凡そ０．００１〜０．１質量部の割合で投入するとよい。液状媒体の分量に対してカーボンナノチューブ（凝集体）の分量が多すぎるかあるいは少なすぎる場合には、高速攪拌処理の効率または効果が低下傾向となる場合がある。

上記高速攪拌処理は、容器内で攪拌体を高速（高回転数）で回転させて該容器の内容物（典型的には、原料としてのカーボンナノチューブおよび液状媒体）を攪拌することにより行われる。上記攪拌体は、容器内において高回転数で回転し得るように構成された部材であればよく、その形状は特に限定されない。また、かかる攪拌体を回転させる機構についても、所望の回転数を実現できる限りにおいて特に制限はない。例えば、モータに接続された攪拌軸に細長い板状もしくはプロペラ形状の攪拌体（攪拌ブレード）が取り付けられた構成の攪拌装置を用いて上記高速攪拌処理を行うことができる。ここで、攪拌体のサイズおよび容器に対する位置は、該攪拌体が容器の内壁に接触することなく回転するように設定されていることが好ましい。
なお、上記の説明からも明らかなように、ここでいう「攪拌」は、硬質の部材の間にカーボンナノチューブを挟んですり潰す（摩砕する）操作や超音波処理等のように攪拌体の回転を伴わない操作とは異なる概念である。

高速攪拌処理時における攪拌体の回転数は、例えば凡そ１０，０００ｒｐｍ以上（典型的には１０，０００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍ）とすることができ、凡そ１０，０００ｒｐｍ〜３０，０００ｒｐｍとすることが好ましい。攪拌体の回転数が低すぎると処理効率が低下し、または処理効果（カーボンナノチューブの凝集を緩める効果）が少なくなる。一方、攪拌体の回転数が高すぎるとカーボンナノチューブがダメージを受けやすくなる場合がある。かかる高回転数の攪拌を行うのに適した攪拌装置の市販品としては、岩谷産業株式会社製品、商品名「ミルサー」シリーズを例示することができる。

特に限定するものではないが、高速攪拌処理を行う時間（攪拌時間）は例えば５秒〜３０分程度とすることができる。処理効率の向上および当該処理によるカーボンナノチューブへのダメージを抑えるという観点から、通常は、上記攪拌時間を１０秒〜１０分程度とすることが適当であり、３０秒〜５分とすることが好ましい。このときの処理温度としては、液状媒体が液状の形態を維持する温度であればよい。例えば、液状媒体を構成する溶媒が水である場合には５℃〜８０℃（好ましくは１０℃〜６０℃）程度の処理温度を採用することができる。容器内容物を室温よりもやや高い温度域に加熱することにより、処理効率の向上、カーボンナノチューブへのダメージ軽減等の効果が実現され得る。この場合には、内容物を例えば３０℃〜８０℃（好ましくは３０℃〜６０℃）程度に加温して高速攪拌処理を行うとよい。上記効果は、攪拌時間のうち一部の期間において内容物が加温された状態で攪拌を行うことによっても実現され得る。例えば、室温の内容物が攪拌時間の経過につれて徐々に加温されるようにして高速攪拌処理を行ってもよい。

上記高速攪拌処理は、攪拌容器の内圧が大気圧（典型的には凡そ１×１０⁵Ｐａ）または大気圧よりもやや高い圧力（すなわち加圧状態）にある条件下で好ましく実施することができる。例えば、該容器の内圧を大気圧〜２×１０⁵Ｐａ（約２気圧）程度、好ましくは大気圧〜１．５×１０⁵Ｐａ程度、または大気圧〜１．２×１０⁵Ｐａ程度とすることができる。容器内を加圧状態として高速攪拌処理を行うことによって該処理の効率および効果を向上させることができる。かかる向上効果は、攪拌時間のうち一部の期間において加圧状態で攪拌を行うことによっても実現され得る。例えば、攪拌開始時には容器内を大気圧としておき、攪拌時間の経過につれて容器内圧が徐々に上昇するようにしてもよい。
上記加圧状態を作り出す方法は特に限定されない。例えば、容器内に加圧ガス（例えば圧縮空気）を供給することによって容器内を加圧状態にすることができる。また、高速攪拌処理を行うと該高速攪拌によって液状媒体を構成する溶媒の蒸発が促進されることから、容器を密閉して上記高速攪拌処理を行うことにより、上記溶媒の蒸気圧の上昇を利用して容器内を加圧状態とすることができる。また、容器を密閉状態として加熱（例えば３０℃〜８０℃、好ましくは３０℃〜６０℃程度に加熱）することにより、液状媒体を構成する溶媒の蒸気圧を上昇させて容器の内圧を高めることができる。

ここに開示される方法の好ましい一態様では、このような高速攪拌処理により得られた結果物に対し、さらに超音波処理を行う。高速攪拌処理後の容器内容物をそのまま（特に組成を変更することなく）超音波処理に供してもよく、例えば該内容物に任意の成分（液状媒体を構成する溶媒と同一のまたは異なる溶媒、各種添加剤等）を加えた後に超音波処理に供してもよい。高速攪拌処理に使用した容器を引き続き超音波処理に使用してもよく、高速攪拌処理後の容器内容物を別の容器に移して超音波処理を行ってもよい。
かかる超音波処理に使用する超音波としては、例えば、周波数２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の超音波を好ましく採用することができる。かかる周波数の超音波振動を発生し得る超音波装置を用いて、例えば出力８０Ｗ〜２００Ｗ程度の条件で処理するとよい。出力が低すぎると処理効率が低下傾向となることがあり、出力が高すぎるとカーボンナノチューブの損傷が生じやすくなることがある。使用する超音波装置の種類（超音波の発生方式、装置の構成等）は特に限定されず、目的および態様等に応じて適当なものを選択することができる。

超音波処理を行う時間は、先行する高速攪拌処理の程度や超音波処理条件（例えば周波数）等を考慮して、所望の分散状態が実現されるように適宜設定することができる。例えば該処理時間を１分〜２時間程度とすることができ、通常は３分〜１時間程度（より好ましくは５分〜３０分程度）とすることが好ましい。超音波処理時間が短すぎると分散性を向上させる効果が不足しがちとなることがあり、該処理時間が長すぎるとカーボンナノチューブの損傷が生じやすくなることがある。

上記高速攪拌処理を行う程度は、容器内容物（典型的には、液状媒体およびカーボンナノチューブ）の分量や該内容物におけるカーボンナノチューブの濃度、目標とする分散状態等を考慮して適宜設定することができる。例えば、１μｍ以上の長さを保ちつつ直径１μｍ未満（典型的には０．１μｍ以上１μｍ未満）に解されたカーボンナノチューブバンドルが液状溶媒に分散した分散液が形成されるように実施するとよい。このような分散液が得られるように、高速攪拌処理を行う条件（攪拌時間、回転数、容器の内圧、温度等）を設定するとよい。
かかる分散液は、該分散液自体をカーボンナノチューブ分散体として利用することができる。また、上記分散液を用いて、例えば該分散液に他の成分を添加混合することにより、上記液状媒体とは異なる分散媒にカーボンナノチューブ（典型的には、長さ１μｍ以上かつ直径１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドル）が分散したカーボンナノチューブ分散体を製造することができる。上記分散媒は液状の媒体でも固体状の媒体でもよい。例えば、各種の高分子材料またはその前駆体（モノマーおよびプレポリマーを包含する概念である。）を含む分散媒であり得る。上記サイズのカーボンナノチューブバンドルが液状溶媒に分散した分散液は、また、該分散液にさらに超音波処理を行って、カーボンナノチューブ（好ましくは長さ１μｍのカーボンナノチューブ）がより高度に分散した分散体を製造するのに適している。

上記高速攪拌処理の結果物に対して超音波処理を行う程度は、例えば、１μｍ以上の長さを保ちつつ直径０．１μｍ未満（典型的には、原料に用いたカーボンナノチューブ凝集体に含まれる単一のカーボンナノチューブの直径以上０．１μｍ未満）に解されたカーボンナノチューブバンドル（単一のカーボンナノチューブであってもよい。）が液状溶媒に分散した分散液が形成されるように実施するとよい。このような分散液が得られるように、超音波処理を行う条件（処理時間、周波数、出力等）を設定するとよい。かかる分散液は、該分散液自体をカーボンナノチューブ分散体として利用することができる。また、上記分散液に例えば他の成分を添加混合することにより、上記液状媒体とは異なる分散媒（上述した各種分散媒であり得る。）にカーボンナノチューブ（典型的には、長さ１μｍ以上かつ直径０．１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドル）が分散したカーボンナノチューブ分散体を製造することができる。

ここに開示される方法によりカーボンナノチューブ分散体を製造する手順の好適な一例につき、図１に示すフローチャートを参照しつつ説明する。本例では、分散媒としての液状媒体にカーボンナノチューブが分散したカーボンナノチューブ分散体（分散液）を製造するものとする。
まず、原料としてのカーボンナノチューブおよび液状媒体（例えば水）を用意し、これらを蓋付き容器に入れる（ステップＳ１０）。上記カーボンナノチューブとしては、例えば、アーク放電法により得られた単層カーボンナノチューブに富む生成物または該生成物に適当な精製処理を施して成るカーボンナノチューブ凝集体を使用することができる。
そして、上記蓋を閉じて容器を密閉し、該容器に装備された攪拌ブレード（攪拌体）を１０，０００ｒｐｍ以上（例えば凡そ２０，０００ｒｐｍ）の回転数で３０秒〜５分間（例えば凡そ１分間）回転させることにより、上記容器内のカーボンナノチューブおよび液状媒体を攪拌する高速攪拌処理を行う（ステップＳ２０）。かかる高速攪拌処理により、例えば、長さ２μｍ以上２０μｍ以下かつ直径０．１μｍ以上０．５μｍ以下のカーボンナノチューブバンドルが上記液状媒体に分散した分散液を形成する。

次いで、上記容器の蓋を開けて該容器の上部を開放し、ここから投げ込み式超音波装置のホーンを導入する。そして、上記ステップＳ２０により得られた分散液（すなわち、高速攪拌処理の結果物）に上記超音波装置のホーンを漬け、該内容物に例えば２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ（例えば２０ｋＨｚ）、１００Ｗ〜１５０Ｗ（例えば１２０Ｗ）の超音波振動を５分〜３０分（例えば１５分）間程度付与する超音波処理を行う（ステップＳ３０）。かかる超音波処理により、好ましくは、長さ１μｍ以上１０μｍ以下かつ直径０．１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドル（単一のカーボンナノチューブであってもよい。）が上記液状媒体に分散したカーボンナノチューブ分散体（分散液）を得ることができる。
かかる本発明により得られたカーボンナノチューブ分散体は、比較的長いカーボンナノチューブの供給源、例えば各種用途に使用するフィラメント材として用いられるカーボンナノチューブの供給源として好適である。

なお、上記例により得られたカーボンナノチューブ分散液を用いて、さらに例えば以下の操作を加えることにより、分散媒としての熱硬化性樹脂にカーボンナノチューブが分散したカーボンナノチューブ分散体を製造することができる。すなわち、上記ステップＳ３０により得られたカーボンナノチューブ分散液と熱硬化性樹脂のプレポリマーとを混合し、典型的には該分散液に含まれる揮発性成分（液状媒体を構成する溶剤）を除去した後、上記プレポリマーを硬化させることにより、熱硬化性樹脂にカーボンナノチューブが分散したカーボンナノチューブ分散体を得ることができる。

以下、本発明に関する具体的な実施例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。

本実施例では、原料として、アーク放電法によって得られたカーボンナノチューブ含有生成物を精製して得られたカーボンナノチューブ凝集体を使用した。このカーボンナノチューブ凝集体は以下のようにして用意した。
すなわち、鉄（０．５〜５モル％）を含むグラファイトからなる一対のスティック状の電極（陽極および陰極）を用意し、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔をあけて反応容器内に対向配置した。上記反応容器内を水素ガス（Ｈ₂）分圧１．３×１０⁴Ｐａ、窒素ガス（Ｎ₂）分圧１．３×１０⁴Ｐａ程度の雰囲気に調整した。そして、上記一対の電極間に接続された直流電源により２０〜４０Ｖ程度の電圧を印加し、該電源から３０〜７０Ａ程度の電流を供給して両電極間にアーク放電を発生させた。かかるアーク放電により陽極からカーボンを蒸発させ、単層カーボンナノチューブを含む蜘蛛の巣状の生成物を得た。該生成物に含まれる単層カーボンナノチューブの割合は７０モル％以上であった。この生成物に対し、６７０〜７２０Ｋの温度で２５〜３５分間程度の加熱処理を行って、生成物中の不純物炭素（アモルファス状態の炭素等）をガス（ＣＯまたはＣＯ_２等）として除去するとともに、触媒（ここでは鉄粒子）を酸化した。さらに、上記加熱処理後の生成物を塩酸等の酸で処理することにより、上記酸化された触媒を溶出除去した。このようにしてカーボンナノチューブ凝集体（原料）を得た。該カーボンナノチューブ凝集体の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図２に示す。

高速攪拌処理用の攪拌装置としては、岩谷産業株式会社製品、商品名「ミルサー ８００ＤＧ」を使用した。この攪拌装置の容器（容量２００ｍＬ）に、室温（約２３℃）にて、水１００ｍＬおよびカーボンナノチューブ凝集体１０ｍｇを入れた（図１に示すステップＳ１０）。大気圧下で該容器の蓋を閉めて容器内を密閉し、これを上記攪拌装置にセットして２０，０００ｒｐｍで１分間運転することにより内容物を高速で攪拌した（ステップＳ２０）。攪拌終了時における容器内の圧力は１．１気圧（約１．１×１０⁵Ｐａ）に上昇しており、内容物の温度は約４５℃に上昇していた。
次いで、上記容器の蓋を開けて内容物を別容器に移した。これに投げ込み式超音波装置（ＢＲＡＮＳＯＮ社製品、商品名「ソニファイアー Ｓ−４５０」を使用した。）のホーンを漬け、該装置を周波数２０ｋＨｚ、出力１２０Ｗで１５分間運転した（ステップＳ３０）。このようにして、液状媒体（ここでは水）にカーボンナノチューブが分散した分散体（分散液）を得た。得られた分散液のＴＥＭ写真を図３に示す。この写真から明らかなように、分散しているカーボンナノチューブはその大半が１μｍ以上の長さを保っており（すなわち、過度に断片化することなく）、しかも直径が０．１μｍを超えるような凝集体は認められなかった。このように、本実施例により製造されたカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ本来の性質を発揮するのに適した性状のカーボンナノチューブが極めて高度に分散されたものであることが確認された。

以上、本発明の好適な実施態様を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した態様を様々に変形、変更したものが含まれる。

本発明に係るカーボンナノチューブ分散体製造方法の概略を示すフローチャートである。 一実施例に係るカーボンナノチューブ分散体製造方法において原料として使用したカーボンナノチューブ凝集体のＴＥＭ写真である。 一実施例に係るカーボンナノチューブ分散体製造方法により得られたカーボンナノチューブ分散液のＴＥＭ写真である。

Claims (7)

1. 分散媒と該分散媒に分散したカーボンナノチューブとを含むカーボンナノチューブ分散体を製造する方法であって、
   カーボンナノチューブを液状媒体と共に容器に入れること；および、
   前記容器内で攪拌体を高回転数で回転させることによって該容器の内容物を攪拌する高速攪拌処理を行うこと；
   を包含する、カーボンナノチューブ分散体の製造方法。
2. 前記攪拌体を１０，０００ｒｐｍ以上の高回転数で回転させて前記高速攪拌処理を行う、請求項１に記載の方法。
3. 前記容器を密閉して前記高速攪拌処理を行う、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記容器内を加圧状態として前記高速攪拌処理を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記高速攪拌処理は、長さが１μｍ以上であり直径が１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドルが前記媒体に分散した分散液が形成されるように行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記高速攪拌処理の結果物に対して超音波処理を行うことをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記超音波処理は、長さが１μｍ以上であり直径が０．１μｍ未満のカーボンナノチューブバンドルが前記媒体に分散した分散液が形成されるように行われる、請求項６に記載の方法。