JP2013533383A - 複合体の調製法、得られる複合体及びその用途 - Google Patents
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Abstract
Description
−単壁ナノチューブ(SWNT)は、単一層のグラフェンのみが存在する場合に使用される;
−二重壁ナノチューブ(DWNT)は2層のグラフェンの存在するときに使用される;
−多重壁ナノチューブ(MWNT)は数層のグラフェンの存在するときに使用される。
a)電導性又は半導体性の伸張形状のナノ物体、とりわけ前記定義のものと当該伝導性ポリマーマトリックスのモノマー(類)前駆体(類)含有の溶液(以下溶液(S)と命名)とを接触させる工程;
b)当該ナノ物体をパルスガルバノスタットモードで分極し、その後に当該伝導性ポリマーマトリックスをナノ物体に電気化学的に析出させる工程。
−プラズマ処理などの物理的処理、とりわけ、酸素プラズマ、UV処理、X−線もしくはγ−線処理、電子及び重イオン照射処理;又は
−化学処理、例えば、アルコール性カリによる処理、強酸(HCl、H2SO4、HNO3、HClO4)での処理、水酸化ナトリウムでの処理、強酸化剤(KMnO4、K2Cr2O7、KClO3又はCrO3/塩酸、硫酸又は硝酸中)、オゾン処理及び酸素化気体(O2、H2Oなど)中での熱処理。
図1に図式化した本発明方法に使用する装置は、3つの電極をもつ電気化学セルを含んでなる。
先に説明したように、本発明による方法の不可欠の特徴は、溶液(S)中に存在するモノマーから得られるポリマーを析出させるための作用電極上での連続するガルバノスタットモードの使用である。
3.1.静電容量値に対する<ナノ構造化>効果の証明
サイクリックボルタンメトリー(CV)での検討を実施した(図3)。例えば、これらの検討では、ナノ複合体に相当する曲線下面積が、2つの他の曲線、すなわち、P3MTポリマーの曲線とCNT単独の曲線の面積の合計よりも大きいことを示すことができた。
カーペットの厚さに対する、EDXプローブによるイオウ元素の分布測定によって、P3MTポリマーが整列したチューブの全長に沿って存在することを証明し得た。逆に、連続的ガルバノスタットモードにおいては、該ポリマーが、パルスガルバノスタットモードを使用することの有益性を明瞭に示すカーペットの全長に沿って浸透していない。
静電容量は一定の電流密度で充電/放電サイクルを実施することにより測定した。図5は、J=10mA/cm2(図5A)及びJ=5mA/cm2(図5B)での2つの例を示すが、これらの値はしばしば電気化学貯蔵での応用に使用される。
P3MTに関して、析出量は、試料の可能性のあるリフトオフに大きな影響をもつ(本発明の特性の一つ)。
検討したパラメータは以下のとおりであった:
−電流密度:このものは伝導性ポリマーの析出物の割合に、また従って、その質に影響をもつ。
−パルス回数:これは所定の密度に対して析出物の厚さを制御する。
−パルスの形状:静止時間は析出物の質に対する効果的な影響因子であり得る。
パルスに適用される電流密度は材料の性質にとって重要な因子である。検討は3種の異なる電流密度:2;3;4mA/cm2で、同じパルス回数と1つの同じ印加電荷量を用いて実施した。
図7に示すように、2mA/cm2で析出させた層(図7A)は、4mA/cm2で析出させた層(図7B)と対照的に、高密度かつ均一である。図7A及び7Bを大きく拡大した図面が、それぞれ図7C及び7Dであり、図7Dの試料の表面にうねりを明示している。重合の動力学は4mA/cm2でより急速であるため、より多孔性の構造が得られる。
これら2つのパラメータは互いに分離することが困難である。異なる合成法に由来するもののみならず、1つの同じ合成法に由来する試料も、CNTの合成に使用されるチューブ状石英反応器中の異なる点に位置するので、それぞれが異なるCNTの長さを有する、
静止時間:
十分な静止時間での電解重合に際し、到達する電位は、最初は低下し、次いで合成を通じて略一定のままとなる。到達した電位は電極で生成させたポリマーの酸化電位の特性である(図11A)。
パルス時間の影響に関しては、これを図12及び13にて説明する。
その他のモノマーを用いて、CNTの長いカーペットから、その上に相当するポリマーを析出させることにより、本発明によるナノ複合体を調製した。
これらのポリマーは以下のとおりであった:
式:
式:
式:
式:
式:
Claims (13)
- 電導性又は半導体性の伸張形状ナノ物体及び電導性ポリマーマトリックスを含んでなる複合材料の調製方法であって、パルスガルバノスタット法により、当該ナノ物体上に当該マトリックスを電気化学的に析出させることからなる工程を含んでなる方法。
- 当該電導性又は半導体性の伸張形状ナノ物体が、ナノファイバー、ナノチューブ及びナノワイヤーから選択されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 当該電導性又は半導体性の伸長形状ナノ物体が、炭素、ケイ素、金、銀、タンタル、ニッケル、白金、銅、モリブデン、パラジウム、鋼鉄、ステンレス鋼、亜鉛、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マンガン、窒化ガリウム、窒化ケイ素、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、リン化インジウム、セレン化タングステン、セレン化モリブデン、二酸化チタン、二酸化ケイ素、三酸化モリブデン、及びそれらの混合物からなる群より選択される材料にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 当該電導性又は半導体性の伸長形状ナノ物体が、ナノ物体を整列させたカーペットの形状であることを特徴とする請求項1ないし3に記載の方法。
- 当該電導性ポリマーマトリックスが、ポリフルオレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリピロール、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレンスルフィド)、ポリアセチレン及びポリ(p−フェニレンビニレン)から選択される1種(又はそれ以上)の(コ)ポリマー(類)から形成されることを特徴とする請求項1ないし4に記載の方法。
- 該パルスガルバノスタット法においては、定電流密度が10ないし100秒間、特に20ないし80秒間、より特に30ないし60秒間の継続時間の期間(ton)加えられることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 該パルスガルバノスタット法においては、各静止期間(toff)の継続時間が、定電流密度の各適用期間(ton)の継続時間よりもファクター2だけ、特にファクター3だけ、より特にファクター4だけ、さらに特にファクター5だけより長いことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 当該方法が、
a)電導性又は半導体性の伸張形状のナノ物体と当該伝導性ポリマーマトリックスのモノマー(類)前駆体(類)含有の溶液(以下溶液(S)と命名)とを接触させる工程;
b)当該ナノ物体をパルスガルバノスタットモードで分極し、その後に当該伝導性ポリマーマトリックスを当該ナノ物体に電気化学的に析出させる工程;
を含んでなることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。 - 当該工程(a)に先立って、電導性又は半導体性の伸張形状のナノ物体を酸化処理(又は前処理)に付すことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 当該溶液(S)が、純粋なプロトン性もしくは非プロトン性溶媒の形状;溶媒としてプロトン性もしくは非プロトン性溶媒を含む電解液の形状;又はイオン性液体の形状であることを特徴とする請求項8又は9に記載の方法。
- 当該電導性もしくは半導体性の伸長形状のナノ物体が、整列したナノ物体のカーペットの形状であり、当該ナノ物体がカーペット形状のカーボンナノチューブである場合に、それらの長さが200μmを超えることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の方法を用いて調製し得る複合材料。
- 当該材料が自立性であり、かつ柔軟性であることを特徴とする請求項11記載の複合材料。
- スーパーコンデンサ又はバッテリーの正極/負極、光電装置用の電極、CO2貯蔵用材料、又は電気化学センサ用の電極における、請求項1ないし10のいずれかに記載の方法を用いて調製し得るか、又は請求項11もしくは12に記載の複合材料の使用。
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