JP2014084255A - Carbon nanotube thin film, transparent electrode and electrode for lithography - Google Patents

Carbon nanotube thin film, transparent electrode and electrode for lithography Download PDF

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Fumiji Furuzuki
文志 古月
Itaru Yamaura
格 山浦
Eisuke Haba
英介 羽場
Takao Yoshii
孝雄 吉居
Shunsuke Ueda
俊輔 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon nanotube thin film having high transmittance and low sheet resistance.SOLUTION: There is provided a dispersion liquid of a carbon nanotube which contains a carbon nanotube having an average length of 10 μm or more.

Description

本発明は、カーボンナノチューブ薄膜、透明電極及びフォトリソグラフィ用電極に関する。   The present invention relates to a carbon nanotube thin film, a transparent electrode, and an electrode for photolithography.

カーボンナノチューブ(以下、場合により「CNT」と称す。)は、平面状のグラファイト(グラフェンシート)を丸めた円筒状の構造を有している。そのナノ構造の特異性に起因して、CNTは様々な特性を示す。特に、銅の1000倍以上の高い電流密度耐性、銅の約10倍の高い熱伝導性、及び鋼鉄の約20倍の引っ張り強度といった特性において、CNTは優れている。これらの特性は、電子材料、熱伝導材料及びコンポジット材料等の特性向上に大きく寄与すると考えられており、近年CNTの様々な分野への応用が試みられている。   A carbon nanotube (hereinafter, referred to as “CNT” in some cases) has a cylindrical structure in which planar graphite (graphene sheet) is rounded. Due to their nanostructure specificity, CNTs exhibit various properties. In particular, CNTs are excellent in properties such as high current density resistance 1000 times or more that of copper, high thermal conductivity about 10 times that of copper, and tensile strength about 20 times that of steel. These characteristics are considered to greatly contribute to the improvement of characteristics of electronic materials, heat conductive materials, composite materials, etc., and in recent years, application of CNTs to various fields has been attempted.

一層のグラフェンシートから構成される単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は、グラフェンシートの幾何学的構造の違いによって、特性の異なる3種類のカーボンナノチューブに分類される(アームチェアチューブ、ジグザグチューブ及びカイラルチューブ)。また、単層カーボンナノチューブのバンド構造は、単層カーボンナノチューブを構成する炭素6員環の並び方の違いによって異なる。そのため、単層カーボンナノチューブは半導体的特性を示したり(半導体型CNT)、金属的特性を示したりする(金属型CNT)。   Single-walled carbon nanotubes (SWCNT) composed of a single layer of graphene sheets are classified into three types of carbon nanotubes with different characteristics depending on the geometric structure of the graphene sheet (armchair tube, zigzag tube and chiral tube) ). In addition, the band structure of the single-walled carbon nanotube varies depending on the arrangement of the six-membered carbon rings constituting the single-walled carbon nanotube. Therefore, single-walled carbon nanotubes exhibit semiconducting properties (semiconductor CNT) or metallic properties (metal CNT).

金属型CNTの電気抵抗は、半導体型CNTの電気抵抗よりも低い。電気抵抗の低い金属型CNTのみからカーボンナノチューブ薄膜を作製することができれば、カーボンナノチューブ薄膜の電気特性の大幅な向上が見込まれる。つまり、カーボンナノチューブ薄膜のシート抵抗の低減が期待される。   The electrical resistance of the metal CNT is lower than that of the semiconductor CNT. If a carbon nanotube thin film can be produced only from metal-type CNTs with low electrical resistance, the electrical characteristics of the carbon nanotube thin film can be greatly improved. That is, a reduction in sheet resistance of the carbon nanotube thin film is expected.

しかしながら、金属型CNTだけを選択的に且つ大量に合成することは容易ではない。下記非特許文献1には、金属型CNTを選択的に合成する手法が開示されているが、金属型CNTの量産化には至っていない。従来の合成法によって生成するCNT中の金属型CNTの含有量はCNT全体の3割程度である。したがって、金属型CNTと半導体型CNTを分離する方法が必要となる。   However, it is not easy to selectively synthesize only metal CNTs in a large amount. Non-Patent Document 1 below discloses a method for selectively synthesizing metal CNTs, but has not yet achieved mass production of metal CNTs. The content of metallic CNT in the CNT produced by the conventional synthesis method is about 30% of the total CNT. Therefore, a method for separating metal CNT and semiconductor CNT is required.

例えば、下記非特許文献2には、電気泳動法によって金属型CNTと半導体型CNTとを分離する方法が開示されている。この方法では、糖誘導体のゲルを担持層に用いる。ゲルに電流をかけた際のゲル中の金属型CNTの移動度は、半導体型CNTの移動度とは異なる。したがって、電気泳動後の金属型CNTと半導体型CNTは、ゲル中で互いに分離される。各CNTが偏在する区画をゲルから切り出し、金属型CNTが偏在する区画から金属型CNTを溶出させて、金属型CNTの分散液を得る。半導体型CNTが偏在する区画から半導体型CNTを溶出させて、半導体型CNTの分散液を得る。このように、電気泳動時の移動度の違いを利用して、両CNTを分離することが可能となる。   For example, Non-Patent Document 2 below discloses a method for separating metal-type CNT and semiconductor-type CNT by electrophoresis. In this method, a sugar derivative gel is used for the carrier layer. The mobility of metallic CNT in the gel when an electric current is applied to the gel is different from the mobility of semiconductor CNT. Therefore, the metal-type CNT and the semiconductor-type CNT after electrophoresis are separated from each other in the gel. A section in which each CNT is unevenly distributed is cut out from the gel, and the metal CNT is eluted from a section in which the metal CNT is unevenly distributed to obtain a dispersion liquid of the metal CNT. The semiconductor-type CNTs are eluted from the section where the semiconductor-type CNTs are unevenly distributed to obtain a semiconductor-type CNT dispersion. Thus, it is possible to separate both CNTs using the difference in mobility during electrophoresis.

エレクトロニクス材料の新たな可能性を広げる金属型カーボンナノチューブの高純度合成に成功 [online]. 本田技研工業株式会社(Honda Motor Co., Ltd.) 2009. [retrieved on 2009−10−2]. Retrieved from the Internet:<URL:http://www.honda.co.jp/news/2009/c091002.html>.Succeeded in high-purity synthesis of metallic carbon nanotubes that open up new possibilities for electronics materials [online]. Honda Motor Co., Ltd. 2009. [retrieved on 2009-10-2]. Retrieved from the Internet: <URL: http://www.honda.co.jp/news/2009/c091002.html>. T.Tanaka et al. :Appl.Phys.Express 2,125002?1?3(2009).T.A. Tanaka et al. : Appl. Phys. Express 2,125002? 1-3 (2009).

しかし、上記非特許文献2の電気泳動法で処理できるCNT量は極少であることに加え、得られるCNT分散液中のCNTの濃度は極端に低い。そのため、電気泳動法で分離したCNTを用いて透明電極等の工業製品を製造するためには、CNT分散液を濃縮してから使用したり、分散液を重ね塗りしたりする必要がある。これらの理由から、CNTを用いた工業製品の量産に電気泳動法を用いると、プロセス数が増加してコストの上昇を招く。   However, in addition to the extremely small amount of CNT that can be processed by the electrophoresis method of Non-Patent Document 2, the concentration of CNT in the obtained CNT dispersion is extremely low. Therefore, in order to produce an industrial product such as a transparent electrode using CNTs separated by electrophoresis, it is necessary to concentrate the CNT dispersion before using it, or to recoat the dispersion. For these reasons, when the electrophoresis method is used for mass production of industrial products using CNTs, the number of processes increases and the cost increases.

以上のように、大量の金属型CNTを選択的に合成したり、電気泳動法を用いて大量の金属型CNTを分離したりすることは困難であった。そのため、金属型CNTだけを用いることによって工業製品(例えば透明電極)の諸特性を向上することは困難であった。このような背景があるため、高品質のCNTを透明電極へ適用するのは難しく、CNTから形成される電極の特性の向上・確保のためには、カーボンナノチューブから形成される導電部分の厚みを厚くせざるを得ず、結果的に電極の透過率を低下させてしまう。このことが透明電極の実用化の障壁となっていた。   As described above, it has been difficult to selectively synthesize a large amount of metal-type CNTs or to separate a large amount of metal-type CNTs using electrophoresis. Therefore, it has been difficult to improve various characteristics of industrial products (for example, transparent electrodes) by using only metal CNTs. Because of this background, it is difficult to apply high-quality CNTs to transparent electrodes. In order to improve and secure the characteristics of electrodes formed from CNTs, the thickness of the conductive portions formed from carbon nanotubes must be reduced. The thickness must be increased, and as a result, the transmittance of the electrode is lowered. This has been a barrier to the practical use of transparent electrodes.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、透過率が高く、シート抵抗の低いカーボンナノチューブ薄膜、当該薄膜を具備する電極及びフォトリソグラフィ用電極を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a carbon nanotube thin film having high transmittance and low sheet resistance, an electrode including the thin film, and an electrode for photolithography.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様は、平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを含有する。   One aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention contains carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであることが好ましい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, the carbon nanotube is preferably a single-walled carbon nanotube.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブであってもよい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、複数のカーボンナノチューブから構成されるバンドル(束)、及び単独で存在する前記カーボンナノチューブの平均太さが、150nm以下であることが好ましい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, it is preferable that an average thickness of a bundle composed of a plurality of carbon nanotubes and the carbon nanotube present alone is 150 nm or less.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様は、カーボンナノチューブが堆積する堆積層を備え、堆積層の厚みが200nm以下であることが好ましい。 One aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention includes a deposition layer on which carbon nanotubes are deposited, and the thickness of the deposition layer is preferably 200 nm or less.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、カーボンナノチューブのラマンスペクトルにおけるGバンドとDバンドとの比率G/Dが0.5以上であることが好ましい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, it is preferable that the ratio G / D between the G band and the D band in the Raman spectrum of the carbon nanotube is 0.5 or more.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、ヘイズ値が2%以下であることが好ましい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, the haze value is preferably 2% or less.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、透過率が70%以上であり、シート抵抗値が10kΩ/□以下であることが好ましい。   In one embodiment of the carbon nanotube thin film according to the present invention, the transmittance is preferably 70% or more, and the sheet resistance value is preferably 10 kΩ / □ or less.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様は、波長が1〜10μmである遠赤外光を透過させることが好ましい。   In one embodiment of the carbon nanotube thin film according to the present invention, it is preferable to transmit far-infrared light having a wavelength of 1 to 10 μm.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、カーボンナノチューブは化学気相成長法によって合成されることが好ましい。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, the carbon nanotube is preferably synthesized by a chemical vapor deposition method.

本発明にカーボンナノチューブ薄膜の一態様は、平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを分散させた分散液を基材上に塗布する工程を経て形成されることが好ましい。   One aspect of the carbon nanotube thin film in the present invention is preferably formed through a step of applying a dispersion liquid in which carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more are dispersed on a substrate.

本発明に係る透明電極の一態様は、上記カーボンナノチューブ薄膜と、カーボンナノチューブが積層された透明基材と、を備える。   One aspect of the transparent electrode according to the present invention includes the carbon nanotube thin film and a transparent base material on which the carbon nanotubes are laminated.

本発明に係るフォトリソグラフィ用電極の一態様は、上記カーボンナノチューブ薄膜と、カーボンナノチューブ薄膜が積層された感光性樹脂膜と、を備える。   One aspect of the electrode for photolithography according to the present invention includes the carbon nanotube thin film and a photosensitive resin film in which the carbon nanotube thin films are stacked.

本発明によれば、透過率が高く、シート抵抗の低いカーボンナノチューブ薄膜、当該薄膜を具備する透明電極及びフォトリソグラフィ用電極を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a carbon nanotube thin film having high transmittance and low sheet resistance, a transparent electrode including the thin film, and a photolithography electrode.

走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)で撮影した、本発明の実施例1のカーボンナノチューブ薄膜(VF膜:Vacuum Filtation膜)の表面の画像である。It is the image of the surface of the carbon nanotube thin film (VF film: Vacuum Filtration film | membrane) of Example 1 of this invention image | photographed with the scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope). 図1の拡大図である。It is an enlarged view of FIG. 走査型電子顕微鏡で撮影した、比較例1のカーボンナノチューブ薄膜(VF膜)の表面の画像である。It is the image of the surface of the carbon nanotube thin film (VF film) of the comparative example 1 image | photographed with the scanning electron microscope. 図4(a)は、本発明の一実施形態に係る透明電極の模式図であり、図4(b)は、本発明の一実施形態に係るフォトリソグラフィ用電極の模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a schematic diagram of a photolithographic electrode according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following embodiment.

(カーボンナノチューブ薄膜)
本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを含有する。CNTの平均長さは12μm以上であることが好ましく、15μm以上であることがより好ましい。CNTの平均長さの上限値は、技術的に製造可能な最大長さであり、例えば10mm程度である。薄膜中では、長尺のCNTから網目状のネットワーク(電子の伝導経路)が構成される。またCNTが長いため、シート抵抗の増大の原因となるCNT−CNT間のジャンクション(接合部位)が薄膜中に形成され難い。そのため、薄膜の高い透過率と低いシート抵抗(電気抵抗)が達成される。CNTの平均長さが短い場合、シート抵抗の増大の原因となるCNT−CNT間のジャンクション(接合部分)が多くなるので、低いシート抵抗値を達成するためには、薄膜を構成するCNTの量を増やす必要がある。その結果、膜厚が厚くなり、薄膜の透過率が低下してしまう。本実施形態に係るCNT薄膜は、高い導電性を有するため、電子機器用の導電部材や帯電防止層として使用できる。CNT薄膜は平均長さが10μm以上であるCNTのみからなるものであってよい。また、CNT薄膜が、CNT以外に、本発明の効果を損なわない程度の量の添加物(例えば、ナフィオン(登録商標)等の親水性ポリマー、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の水溶性ポリマー)を含有してもよい。
(Carbon nanotube thin film)
The carbon nanotube thin film according to the present embodiment contains carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more. The average length of the CNT is preferably 12 μm or more, and more preferably 15 μm or more. The upper limit of the average length of the CNT is the maximum length that can be technically manufactured, and is, for example, about 10 mm. In the thin film, a long network of CNTs forms a network (electron conduction path). Further, since CNTs are long, junctions (bonding sites) between CNTs and CNTs that cause an increase in sheet resistance are difficult to form in the thin film. Therefore, high transmittance of the thin film and low sheet resistance (electric resistance) are achieved. When the average length of CNTs is short, the number of CNT-CNT junctions (joining portions) that cause an increase in sheet resistance increases. Therefore, in order to achieve a low sheet resistance value, the amount of CNTs constituting the thin film It is necessary to increase. As a result, the film thickness increases and the transmittance of the thin film decreases. Since the CNT thin film according to this embodiment has high conductivity, it can be used as a conductive member or an antistatic layer for electronic devices. The CNT thin film may consist only of CNT having an average length of 10 μm or more. In addition to the CNT, the CNT thin film contains an additive in an amount that does not impair the effects of the present invention (for example, a hydrophilic polymer such as Nafion (registered trademark), a water-soluble polymer such as sodium carboxymethyl cellulose). Also good.

本実施形態に係る透明電極は、図4(a)に示すように、上記のカーボンナノチューブ薄膜2と、カーボンナノチューブ薄膜2が積層された透明基材4と、を備える。本実施形態の透明電極は、高い透過率と低いシート抵抗を有するCNT薄膜2を具備するため、ディスプレイ用電極又は光センサー用電極として好適である。   As shown in FIG. 4A, the transparent electrode according to the present embodiment includes the carbon nanotube thin film 2 and a transparent substrate 4 on which the carbon nanotube thin film 2 is laminated. Since the transparent electrode of the present embodiment includes the CNT thin film 2 having high transmittance and low sheet resistance, it is suitable as a display electrode or an optical sensor electrode.

透明基材4としては、透過率の高い透明基材であれば特に制限はなく、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム等が挙げられる。   The transparent substrate 4 is not particularly limited as long as it is a transparent substrate having a high transmittance, and examples thereof include a PET (polyethylene terephthalate) film and a PEN (polyethylene naphthalate) film.

本実施形態に係るフォトリソグラフィ用電極は、図4(b)に示すように、上記のカーボンナノチューブ薄膜2と、カーボンナノチューブ薄膜2に積層された感光性樹脂膜6と、を備える。感光性樹脂膜6の表面を、紫外線等によってパターン状に露光することによって、露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを形成することができる。   As shown in FIG. 4B, the photolithography electrode according to the present embodiment includes the carbon nanotube thin film 2 and the photosensitive resin film 6 laminated on the carbon nanotube thin film 2. By exposing the surface of the photosensitive resin film 6 in a pattern with ultraviolet rays or the like, a pattern composed of an exposed portion and an unexposed portion can be formed.

感光性樹脂膜6を構成する樹脂としては、多官能アクリレート、ウレタンアクリレート、感光性エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等が挙げられる。   Examples of the resin constituting the photosensitive resin film 6 include polyfunctional acrylates, urethane acrylates, photosensitive epoxy resins, and photosensitive polyimides.

カーボンナノチューブ薄膜を構成するカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。ただし、カーボンナノチューブ薄膜の一態様では、カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブであってもよい。   The carbon nanotubes constituting the carbon nanotube thin film are preferably single-walled carbon nanotubes. However, in one aspect of the carbon nanotube thin film, the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube.

CNTの層数の増加に伴い、薄膜の透過率が低下し、シート抵抗が増大する傾向がある。ただし、多層CNTの層数が2〜5であれば、層数が透過率やシート抵抗に及ぼす影響を低い程度に抑えることが可能である。   As the number of CNT layers increases, the transmittance of the thin film tends to decrease and the sheet resistance tends to increase. However, if the number of multilayer CNT layers is 2 to 5, it is possible to suppress the influence of the number of layers on the transmittance and sheet resistance to a low level.

本発明に係るカーボンナノチューブ薄膜の一態様では、複数のカーボンナノチューブから構成されるバンドル、及び単独で存在するカーボンナノチューブの平均太さが150nm以下であることが好ましい。平均太さは10〜100nmであることがより好ましく、20〜50nm以下であることが特に好ましい。CNTが上記上限値以下の太さのバンドルとして存在することにより、ほぼ全てのバンドルが金属型CNTを含有し、カーボンナノチューブ薄膜のシート抵抗を低減できる。上記平均太さは、CNT薄膜の原材料であるCNTの分散液中のCNTの分散性に依存する。よって、上記平均太さは、分散液中のCNTの含有率、分散剤(界面活性剤)の組成及び含有率等によって制御することができる。   In one aspect of the carbon nanotube thin film according to the present invention, it is preferable that the average thickness of a bundle composed of a plurality of carbon nanotubes and a carbon nanotube present alone is 150 nm or less. The average thickness is more preferably 10 to 100 nm, and particularly preferably 20 to 50 nm or less. When CNT exists as a bundle having a thickness equal to or smaller than the above upper limit value, almost all the bundles contain metallic CNT, and the sheet resistance of the carbon nanotube thin film can be reduced. The average thickness depends on the dispersibility of CNTs in a CNT dispersion which is a raw material of the CNT thin film. Therefore, the average thickness can be controlled by the content of CNT in the dispersion, the composition and content of the dispersant (surfactant), and the like.

カーボンナノチューブ薄膜は、カーボンナノチューブが堆積する堆積層を備え、堆積層の厚みの平均値が200nm以下であることが好ましい。より好ましくは、堆積層の厚みの平均値が100nm以下であり、特に好ましくは20nm以下である。堆積層の厚みを薄くすることにより透過率を低減することが可能となる。なお、CNT薄膜がCNTのみからなる場合、堆積層とはCNT薄膜そのものである。堆積層の厚みは、SEM等によって測定すればよい。   The carbon nanotube thin film includes a deposition layer on which carbon nanotubes are deposited, and the average thickness of the deposition layer is preferably 200 nm or less. More preferably, the average thickness of the deposited layer is 100 nm or less, and particularly preferably 20 nm or less. The transmittance can be reduced by reducing the thickness of the deposited layer. In addition, when a CNT thin film consists only of CNT, a deposition layer is a CNT thin film itself. The thickness of the deposited layer may be measured by SEM or the like.

カーボンナノチューブ薄膜に含まれるカーボンナノチューブのラマンスペクトルにおけるGバンドとDバンドとの比率G/Dは、0.1以上であることが好ましい。より好ましくは、G/Dは0.5以上である。Gバンドは、CNTのラマンスペクトルの1590cm−1付近にあらわれる、グラファイト構造に起因するラマンピーク(ラマン散乱強度)である。Dバンドは、CNTのラマンスペクトルの1350cm−1付近にあらわれる、CNTの点欠陥や結晶端に起因するラマンピークである。G/DはCNTの結晶性を示す指標であり、数値が大きいほどCNTの結晶性が高い。G/Dが0.5以上であるCNTから構成される薄膜では、CNTの欠損構造が少ないため、シート抵抗(電気抵抗)及び熱抵抗を顕著に低くすることができる。CNTのラマンスペクトル及びG/Dは、通常のラマン分光装置によって測定すればよい。 The ratio G / D between the G band and the D band in the Raman spectrum of the carbon nanotubes contained in the carbon nanotube thin film is preferably 0.1 or more. More preferably, G / D is 0.5 or more. The G band is a Raman peak (Raman scattering intensity) due to the graphite structure, which appears in the vicinity of 1590 cm −1 of the Raman spectrum of CNT. The D band is a Raman peak that appears in the vicinity of 1350 cm −1 of the CNT Raman spectrum due to a point defect or crystal edge of the CNT. G / D is an index indicating the crystallinity of CNT, and the larger the numerical value, the higher the crystallinity of CNT. In a thin film composed of CNTs having G / D of 0.5 or more, since there are few defect structures of CNTs, sheet resistance (electric resistance) and thermal resistance can be significantly reduced. What is necessary is just to measure the Raman spectrum and G / D of CNT with a normal Raman spectrometer.

本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを含有するため、2%以下であるヘイズ値を具備することができる。つまり、上記態様のCNT薄膜では、全透過光に対する拡散透過光の割合(ヘイズ値)を小さくすることが可能である1%以下であり、より好ましくは0.5%以下である。このようなヘイズ値を有するCNT薄膜は、透光性が要求されるディスプレイ用の透明電極等に好適である。なお、CNT薄膜のヘイズ値は、通常のヘイズメータによって測定すればよい。   Since the carbon nanotube thin film according to the present embodiment contains carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more, the carbon nanotube thin film can have a haze value of 2% or less. That is, in the CNT thin film of the above aspect, the ratio (haze value) of diffuse transmitted light to total transmitted light can be reduced to 1% or less, more preferably 0.5% or less. A CNT thin film having such a haze value is suitable for a transparent electrode for a display that requires translucency. In addition, what is necessary is just to measure the haze value of a CNT thin film with a normal haze meter.

本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、上記の特徴を有するカーボンナノチューブを含有するため、70%以上である透過率(可視光の全光線透過率)を具備することができる。好ましくは、透過率は80%以上であり、より好ましくは90%以上である。ここで、透過率とは、CNT薄膜の表面に入射した光(入射光のの放射発散度)に対する、CNT薄膜を透過する光(透過光の放射発散度)の割合である。上記の透過率を有するCNT薄膜は、光を吸収し難く、透明性に優れている。CNT薄膜の透過率は、通常の分光光度計又はヘイズメータ等によって測定してもよい。また、CNT薄膜の画像データを二値化処理することによって、CNT薄膜の透過率を算出してもよい。   Since the carbon nanotube thin film according to this embodiment contains the carbon nanotube having the above characteristics, it can have a transmittance (total light transmittance of visible light) of 70% or more. Preferably, the transmittance is 80% or more, more preferably 90% or more. Here, the transmittance is the ratio of light (radiant divergence of transmitted light) that is transmitted through the CNT thin film to light incident on the surface of the CNT thin film (radiant divergence of incident light). A CNT thin film having the above-described transmittance hardly absorbs light and is excellent in transparency. You may measure the transmittance | permeability of a CNT thin film with a normal spectrophotometer or a haze meter. Further, the transmittance of the CNT thin film may be calculated by binarizing the image data of the CNT thin film.

本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、上記の特徴を有するカーボンナノチューブを含有するため、10kΩ/sq.以下であるシート抵抗を具備することができる。そのため、本実施形態に係るCNT薄膜は、高い電気伝導性が要求される材料として好適である。好ましくは、シート抵抗は1kΩ/sq.以下であり、より好ましくは0.5kΩ/sq.以下である。   Since the carbon nanotube thin film according to the present embodiment contains the carbon nanotube having the above characteristics, 10 kΩ / sq. The following sheet resistance can be provided. Therefore, the CNT thin film according to this embodiment is suitable as a material that requires high electrical conductivity. Preferably, the sheet resistance is 1 kΩ / sq. Or less, more preferably 0.5 kΩ / sq. It is as follows.

本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜では、上記の特徴を有するカーボンナノチューブを含有するため、1.4〜1.6である可視光の屈折率を具備することができる。このようなCNT薄膜の屈折率は、ITO系透明電極とは異なり、一般的なガラスの屈折率とほぼ同等である。したがって、本実施形態に係るCNT薄膜を具備する透明電極を、LCD(液晶ディスプレイ)材料として使用した場合、屈折率差による反射が抑制され、その反射に起因するLCDパネルにおける光の透過率の低下を抑制することができる。なお、CNTの屈折率は、通常のアッベ屈折計等によって測定すればよい。   Since the carbon nanotube thin film according to this embodiment contains the carbon nanotube having the above characteristics, it can have a refractive index of visible light of 1.4 to 1.6. Unlike the ITO transparent electrode, the refractive index of such a CNT thin film is almost the same as the refractive index of general glass. Therefore, when the transparent electrode having the CNT thin film according to the present embodiment is used as an LCD (liquid crystal display) material, reflection due to a difference in refractive index is suppressed, and the light transmittance in the LCD panel is reduced due to the reflection. Can be suppressed. In addition, the refractive index of CNT should just be measured with a normal Abbe refractometer etc.

本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、上記の特徴を有するカーボンナノチューブを含有するため、波長が1〜10μmである遠赤外光を透過させることできる。つまり、本実施形態のCNT薄膜は遠赤外光波長領域の光を吸収しないため、遠赤外線センサー等の帯電防止層や配線層として使用できる。   Since the carbon nanotube thin film according to the present embodiment contains the carbon nanotube having the above characteristics, it can transmit far-infrared light having a wavelength of 1 to 10 μm. That is, since the CNT thin film of this embodiment does not absorb light in the far-infrared light wavelength region, it can be used as an antistatic layer or a wiring layer for a far-infrared sensor or the like.

(カーボンナノチューブ薄膜の製造方法)
本実施形態に係るカーボンナノチューブ薄膜は、エアロゾルデポジッション法(Aerosol Deposition method)のように、平均長さが10μm以上であるCNTそのものを、基材表面に直接吹き付けることによって製造することができる。またCNT薄膜は、平均長さが10μm以上であるCNTを分散媒中に一旦分散させ、この分散液を基材表面に塗布することによって製造することもできる。CNTの分散液をろ過することによって得られる濾物(CNTの自立膜)を、CNT薄膜として使用することもできる。
(Method for producing carbon nanotube thin film)
The carbon nanotube thin film according to the present embodiment can be produced by directly spraying the CNT itself having an average length of 10 μm or more onto the substrate surface, as in the aerosol deposition method. The CNT thin film can also be produced by once dispersing CNTs having an average length of 10 μm or more in a dispersion medium and applying this dispersion to the surface of the substrate. Filtrate (CNT self-supporting film) obtained by filtering a CNT dispersion can also be used as a CNT thin film.

上記の製造方法によって得られたCNT薄膜を透明基材に積層することによって、本実施形態に係る透明電極を製造することができる。透明基材上に直接CNTの分散液を塗布することによって、透明電極を製造してもよい。また、上記の製造方法によって得られたCNT薄膜に感光性樹脂膜を積層することによって、本実施形態に係るフォトリソグラフィ用電極を製造することができる。   The transparent electrode according to this embodiment can be manufactured by laminating the CNT thin film obtained by the above manufacturing method on a transparent substrate. You may manufacture a transparent electrode by apply | coating the dispersion liquid of CNT directly on a transparent base material. Moreover, the electrode for photolithography according to this embodiment can be manufactured by laminating a photosensitive resin film on the CNT thin film obtained by the above manufacturing method.

上記の製造方法の中でも、CNTの分散液を基材表面に塗布し、分散媒を除去することによって、CNT薄膜を形成する方法が好ましい。この方法では、従来の印刷法を適用し易いため、製造コストが低減され、生産性が向上する。以下では、CNT薄膜の製造に好適なCNTの分散液について説明する。   Among the production methods described above, a method of forming a CNT thin film by applying a CNT dispersion on the surface of the substrate and removing the dispersion medium is preferable. In this method, since the conventional printing method can be easily applied, the manufacturing cost is reduced and the productivity is improved. Below, the dispersion liquid of CNT suitable for manufacture of a CNT thin film is demonstrated.

<CNTの分散液>
本実施形態に係るカーボンナノチューブの分散液は、分散媒(溶媒)と、平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブと、分子内に親水構造部と疎水構造部とを有する二種以上の界面活性剤と、を含有することが好ましい。
<CNT dispersion>
The dispersion of carbon nanotubes according to the present embodiment includes a dispersion medium (solvent), carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more, and two or more kinds of surface activity having a hydrophilic structure portion and a hydrophobic structure portion in the molecule. It is preferable to contain an agent.

本実施形態では、二種以上の界面活性剤の疎水構造部がCNTの表面に化学吸着し、CNTがこれらの界面活性剤で覆われる。これにより、CNTの親溶媒性(特に親水性)が高まり、一種の界面活性剤のみを用いた場合に比べて、CNTの分散性が向上する。つまり、二種以上の界面活性剤は分散剤として機能する。CNTの分散に必要な分散剤の特性としては、CNT間への浸透性やCNT表面への吸着性、溶媒への溶解性等が挙げられる。しかし、一種類の界面活性剤の化学構造はこれら全ての特性を併せ持つことが困難である。そのため、本実施形態では、それぞれの特性に応じた二種以上の界面活性剤を併用することで、界面活性剤同士が互いの特性を補い合い、一種の界面活性剤のみを用いた場合比べて、高いCNTの分散性が実現する。また二種以上の界面活性剤が同じ極性の電荷を有する親水構造部を有する場合、界面活性剤は親溶媒性を高めるだけではなく、同じ極性の電荷を有する親水構造部どうしの斥力を利用して、分散したCNT同士の再凝集を抑制し、分散状態を安定化することも可能である。一種の界面活性剤のみを用いた場合に比べて、CNTの分散性が向上する理由においては、CNTの分散に必要な分散剤の特性にCNT間への浸透性やCNT表面への吸着性および分散状態安定化が挙げられるが、一種類の化学構造ではすべてを併せ持つことが困難である。しかし、それぞれの特性に応じた二種以上の分散剤を併用することで、分散剤が互いの特性を補い合う。   In this embodiment, the hydrophobic structure part of 2 or more types of surfactants chemisorbs on the surface of CNT, and CNT is covered with these surfactants. As a result, the solvophilicity (particularly hydrophilicity) of CNT is increased, and the dispersibility of CNT is improved as compared with the case where only one kind of surfactant is used. That is, two or more surfactants function as a dispersant. Examples of the characteristics of the dispersant necessary for the dispersion of CNT include permeability between CNTs, adsorption to the CNT surface, and solubility in a solvent. However, it is difficult for the chemical structure of one type of surfactant to have all these characteristics. Therefore, in this embodiment, by using two or more types of surfactants according to the respective properties, the surfactants complement each other's properties, compared with the case where only one type of surfactant is used, High CNT dispersibility is achieved. When two or more kinds of surfactants have a hydrophilic structure part having the same polarity charge, the surfactant not only enhances the solvophilicity but also utilizes the repulsive force between hydrophilic structure parts having the same polarity charge. Thus, it is possible to suppress reaggregation of dispersed CNTs and stabilize the dispersion state. The reason why the dispersibility of CNT is improved as compared with the case of using only one kind of surfactant is that the properties of the dispersant necessary for the dispersion of CNT include the permeability between CNTs and the adsorptivity to the CNT surface. Although dispersion state stabilization can be mentioned, it is difficult to have all of them in one type of chemical structure. However, by using two or more kinds of dispersants according to the respective properties in combination, the dispersants complement each other's properties.

分散液中のCNTの平均長さは10μm〜10mm程度であることが好ましい。より好ましくは、CNTの平均長さは12μm以上15μm以下である。CNTの平均長さが上記数値範囲内であることで、光学特性、導電性、機械的強度又は熱伝導性等のCNTのナノ構造に特有の優れた物性を有効に活用することができる。CNTが短すぎるとこれらの物性が十分に発現されない。またCNTの平均長さを15μm以下とすることにより、分散液の塗工性が向上する。なお、分散液に含まれるCNTの長さの上下限値は、CNT薄膜に含まれるCNTの上下限値と略同じである。   The average length of the CNTs in the dispersion is preferably about 10 μm to 10 mm. More preferably, the average length of CNT is 12 μm or more and 15 μm or less. When the average length of the CNT is within the above numerical range, excellent physical properties unique to the nanostructure of the CNT, such as optical characteristics, conductivity, mechanical strength, or thermal conductivity, can be effectively utilized. If the CNTs are too short, these physical properties are not sufficiently expressed. Moreover, the coating property of a dispersion liquid improves by making the average length of CNT into 15 micrometers or less. Note that the upper and lower limits of the length of the CNT contained in the dispersion are substantially the same as the upper and lower limits of the CNT contained in the CNT thin film.

CNTはそれを構成する層(グラフェンシート)の数を基準として、一層構造の単層(シングルウォール)カーボンナノチューブ(SWCNT)、二層構造のダブルウォールカーボンナノチューブ(DWCNT)、三層以上から構成される構造の多層(マルチウォール)カーボンナノチューブ(MWCNT)等に分類される。MWCNTとは、換言すれば、円筒状に閉じた複数のグラフェンシートが入れ子状に積層された構造を有する。SWCNT、DWCNT及びMWCNTのいずれも本実施形態の分散液に使用可能である。本実施形態では、MWCNTの層数は2〜5であればよく、全カーボンナノチューブの平均層数は1〜5程度であればよい。分散液がSWCNT、DWCNT及びMWCNTからなる群より選ばれる二種以上のCNTを含有してもよい。   CNT is composed of single-layer (single-wall) carbon nanotubes (SWCNT), double-walled double-wall carbon nanotubes (DWCNT), and three or more layers, based on the number of layers (graphene sheets) that compose them. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) etc. In other words, the MWCNT has a structure in which a plurality of graphene sheets closed in a cylindrical shape are stacked in a nested manner. Any of SWCNT, DWCNT, and MWCNT can be used for the dispersion of this embodiment. In the present embodiment, the number of MWCNT layers may be 2-5, and the average number of all carbon nanotubes may be about 1-5. The dispersion may contain two or more CNTs selected from the group consisting of SWCNT, DWCNT and MWCNT.

分散液中のCNTの寸法や形状は、分散液の希薄溶液を平滑基板上にスピンコートしたサンプル(スピンコート膜)を各種手法によって分析することによって調べればよい。ここで分散液を希釈するのは、分析の過程においてスピンコート膜中のCNT同士が再凝集することを抑制し、CNTを孤立した状態に維持するためである。分散液中のCNTの平均長さは、上記スピンコート膜中のCNTをSEM等で観察することによって測定すればよい。分散液中のCNTの平均長さは、スピンコート膜中の任意のCNTの長さの平均値である。CNT薄膜に含まれるCNTの平均長さは、CNT薄膜の製造に用いた分散液中のCNTの平均長さに等しい。   The size and shape of the CNT in the dispersion may be examined by analyzing a sample (spin coat film) obtained by spin-coating a diluted solution of the dispersion on a smooth substrate by various methods. The reason why the dispersion is diluted here is to prevent the CNTs in the spin coat film from reaggregating in the course of the analysis and to keep the CNTs in an isolated state. The average length of the CNTs in the dispersion may be measured by observing the CNTs in the spin coat film with an SEM or the like. The average length of CNTs in the dispersion is an average value of the lengths of arbitrary CNTs in the spin coat film. The average length of CNT contained in the CNT thin film is equal to the average length of CNT in the dispersion used for the production of the CNT thin film.

分散液中で孤立して存在するカーボンナノチューブ、及び分散液中で複数のカーボンナノチューブから構成されるバンドルの太さの平均値(CNT平均太さ)は0.5nm以上150nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、80nm以下であることが特に好ましい。CNT平均太さが150nm以下であれば、本実施形態のCNT分散液から作製したCNT薄膜において、その可視光透過率が80%である場合のヘイズ値を10%以下とすることができる。CNT平均太さは、スピンコート膜中の任意の孤立したCNT及び孤立したバンドルの太さの平均値である。CNT平均太さの測定方法は、SEMの代わりに、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いること以外は、CNTの平均長さの測定方法とほぼ同様であるを。   It is preferable that the average value (CNT average thickness) of the bundle composed of a plurality of carbon nanotubes in the dispersion liquid and the plurality of carbon nanotubes in the dispersion liquid is 0.5 nm or more and 150 nm or less. , 100 nm or less is more preferable, and 80 nm or less is particularly preferable. If the CNT average thickness is 150 nm or less, the haze value when the visible light transmittance is 80% in the CNT thin film produced from the CNT dispersion of this embodiment can be 10% or less. The average CNT thickness is an average value of the thickness of any isolated CNT and isolated bundle in the spin coat film. The method for measuring the average CNT thickness is substantially the same as the method for measuring the average length of CNTs, except that a transmission electron microscope (TEM) is used instead of SEM.

分散液中のカーボンナノチューブの含有率は、0.0001〜10重量%であることが好ましい。この場合、分散液を塗料として用い易く、また分散液と他の基材とからコンポジット材料を構成し易い。   The content of carbon nanotubes in the dispersion is preferably 0.0001 to 10% by weight. In this case, it is easy to use the dispersion as a coating material, and it is easy to form a composite material from the dispersion and another substrate.

長さの絶対値が10μm以上10mm以下であるカーボンナノチューブの数が占める割合は、分散液中のカーボンナノチューブの全数に対して50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。つまり、本実施形態に係る分散液は、従来の分散液に比べて、長尺のCNTを高い割合で含有しているため、CNT薄膜の製造に適している。   The ratio of the number of carbon nanotubes having an absolute length of 10 μm or more and 10 mm or less is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, based on the total number of carbon nanotubes in the dispersion. 70% or more is more preferable. That is, the dispersion liquid according to this embodiment is suitable for manufacturing a CNT thin film because it contains a long proportion of long CNTs as compared with a conventional dispersion liquid.

分散液から作製したCNT薄膜の可視光透過率80%時のヘイズ値は、10%以下であることが好ましく、2%以下であることがより好ましい。ヘイズ値とは、分散液中のCNTの分散性を評価する尺度であり、ヘイズ値が大きいほど、分散液中のCNTの凝集体が粗大であり、その数が多いことを意味する。本実施形態の低いヘイズ値は、分散液が従来よりも長尺で凝集し易いCNTを含有するにもかかわらず、分散液中のCNTの分散性が高く、CNTが凝集し難いことを意味する。   The haze value of the CNT thin film produced from the dispersion when the visible light transmittance is 80% is preferably 10% or less, and more preferably 2% or less. The haze value is a scale for evaluating the dispersibility of CNTs in the dispersion, and the larger the haze value, the coarser the aggregates of CNTs in the dispersion and the greater the number. The low haze value of the present embodiment means that the CNTs in the dispersion are highly dispersible and the CNTs are less likely to aggregate despite the fact that the dispersion contains CNTs that are longer and more easily aggregated than before. .

界面活性剤は、分子内に疎水構造部と親水構造部とを有することが好ましい。このような界面活性剤は、分散媒とCNTの双方に親和性を持ち、CNTを分散媒中に分散させる作用に優れる。このような特徴を有するものであれば、界面活性剤は特に制限されるものではない。界面活性剤は、純水に溶解した際の親水構造の電荷の種類に基づいて、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性イオン系界面活性剤及び非イオン系界面活性剤に大別される。分散液は、これらからなる群より選ばれる二種以上を含有する。   The surfactant preferably has a hydrophobic structure portion and a hydrophilic structure portion in the molecule. Such a surfactant has affinity for both the dispersion medium and CNT, and is excellent in the action of dispersing CNT in the dispersion medium. The surfactant is not particularly limited as long as it has such characteristics. Surfactants are roughly classified into anionic surfactants, cationic surfactants, zwitterionic surfactants and nonionic surfactants based on the type of hydrophilic structure charge when dissolved in pure water. Is done. The dispersion contains two or more selected from the group consisting of these.

アニオン系界面活性剤としては、以下のスルホン酸誘導体、カルボン酸誘導体等が挙げられるが、これに制限されるものではない。スルホン酸誘導体としては、ラウリルスルホン酸ナトリウム等のアルキルスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩(以下「SDBS」と称す。)等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩等の芳香族スルホン酸系界面活性剤などが挙げられる。またカルボン酸誘導体としては、ミリスチン酸ナトリウムやステアリン酸ナトリウム等の直鎖脂肪酸、生体物質である胆汁酸の成分であるコール酸ナトリウムなどが挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include the following sulfonic acid derivatives and carboxylic acid derivatives, but are not limited thereto. Examples of the sulfonic acid derivatives include alkyl sulfonates such as sodium lauryl sulfonate, alkyl benzene sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate (hereinafter referred to as “SDBS”), and aromatic sulfones such as dodecyl phenyl ether sulfonate. Examples include acid surfactants. Examples of the carboxylic acid derivative include linear fatty acids such as sodium myristate and sodium stearate, sodium cholate which is a component of bile acid which is a biological substance, and the like.

カチオン系界面活性剤としては、例えば、四級アンモニウム塩が挙げられる。具体的には、トリメチルセチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムハライド、ヤシ油アルキルトリメチルアンモニウムハライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、牛脂アルキルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルアンモニウムハライド、アルキルイミダゾリウムハライド等が挙げられる。ただし、カチオン系界面活性剤はこれらに制限されるものではない。   Examples of the cationic surfactant include quaternary ammonium salts. Specific examples include trimethylcetylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium halide, coconut oil alkyltrimethylammonium halide, hexadecyltrimethylammonium halide, beef tallow alkyltrimethylammonium halide, octadecylammonium halide, alkylimidazolium halide and the like. However, the cationic surfactant is not limited to these.

両性イオン系界面活性剤としては、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンのポリマーやポリペプチド等の両性高分子、3−(N,N−ジメチルステアリルアンモニオ)プロパンスルホネート、3−(N,N−ジメチルミリスチルアンモニオ)プロパンスルホネート、3−[(3−コールアミドプロピル)ジメチルアンモニオ]−1−プロパンスルホネート(CHAPS)、3−[(3−コールアミドプロピル)ジメチルアンモニオ]−2−ヒドロキシプロパンスルホネート(CHAPSO)、n−ドデシル−N,N'−ジメチル−3−アンモニオ−1−プロパンスルホネート、n−ヘキサデシル−N,N'−ジメチル−3−アンモニオ−1−プロパンスルホネート、3−(テトラデシルジメチルアミニオ)プロパン−1−スルホナート、n−オクチルホスホコリン、n−ドデシルホスホコリン、n−テトラデシルホスホコリン、n−ヘキサデシルホスホコリン、ジメチルアルキルベタイン、パーフルオロアルキルベタイン、レシチン等の両性低分子(両性界面活性剤を含む)などが挙げられる。ただし、両性イオン系界面活性剤はこれらに制限されるものではない。   Examples of zwitterionic surfactants include amphoteric polymers such as 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer and polypeptide, 3- (N, N-dimethylstearylammonio) propanesulfonate, and 3- (N, N-dimethylmyristyl). Ammonio) propanesulfonate, 3-[(3-cholamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate (CHAPS), 3-[(3-cholamidopropyl) dimethylammonio] -2-hydroxypropanesulfonate ( CHAPSO), n-dodecyl-N, N′-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate, n-hexadecyl-N, N′-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate, 3- (tetradecyldimethylamino) Nio) propane-1-sulfonate , N-octylphosphocholine, n-dodecylphosphocholine, n-tetradecylphosphocholine, n-hexadecylphosphocholine, dimethylalkylbetaine, perfluoroalkylbetaine, lecithin, and other amphoteric small molecules (including amphoteric surfactants) Etc. However, the zwitterionic surfactant is not limited thereto.

ノニオン系界面活性剤としては、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルポリグルコシド、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル等が挙げられる。ただし、ノニオン系界面活性剤はこれらに制限されるものではない。   Nonionic surfactants include polyacrylic acid, polyethylene glycol, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene dodecyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene Examples include polyoxypropylene block polymers, polyoxyethylene alkylamines, alkyl polyglucosides, glycerin fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, sucrose fatty acid esters, and propylene glycol fatty acid esters. However, the nonionic surfactant is not limited to these.

界面活性剤のうち一部は、親水構造部として、カチオン(正電荷)とアニオン(負電荷)の両方を備える両性イオン基を有し、他の界面活性剤は、両性イオン基以外の親水構造部を有することが好ましい。つまり、両性イオン系界面活性剤とそれ以外の界面活性剤とを併用することが好ましい。これにより、CNTの分散性が著しく向上し、分散したCNTの再凝集が顕著に抑制される。二種以上の界面活性剤の全てが両性イオン系界面活性剤であった場合、高濃度分散液において、CNT表面に吸着している界面活性剤のカチオン(正電荷)部分とアニオン(負電荷)部分がCNT間で互いに会合し、CNTが自己組織化して凝集体を形成し、CNTの分散性が低下する傾向がある。   Some of the surfactants have a zwitterionic group having both a cation (positive charge) and an anion (negative charge) as a hydrophilic structure, and other surfactants have a hydrophilic structure other than the zwitterionic group. It is preferable to have a part. That is, it is preferable to use a zwitterionic surfactant in combination with another surfactant. Thereby, the dispersibility of CNT improves remarkably and reaggregation of the dispersed CNT is remarkably suppressed. When all of the two or more surfactants are zwitterionic surfactants, the cation (positive charge) portion and anion (negative charge) of the surfactant adsorbed on the CNT surface in the high concentration dispersion The portions are associated with each other between the CNTs, and the CNTs self-assemble to form aggregates, which tends to reduce the dispersibility of the CNTs.

両性イオン基によるCNTの分散機構は以下の通りである、と本発明者らは考える。両性イオン基を有する界面活性剤の疎水構造部はCNT又はその凝集体の表面に結合する。そして、正電荷及び負電荷を有する両性イオン基は、CNT凝集体の表面上で自己組織化し、両性イオン分子膜(SAZM: Self−Assembled Zwitterionic Monolayer)を形成する。CNT凝集体を覆うSAZMは、双極子間の強い静電的相互作用によって、他のCNT凝集体を覆うSAZMと静電的に結合する傾向がある。この静電的な力によって混合物中の各CNT凝集体が互いに引っ張りあうことにより、CNT凝集体を構成する各CNTの引き剥がれが起き、新たなCNT凝集体の表面が露出する。新しく露出した表面は、新たにSAZMによって覆われる。以上の反応が、CNT凝集体を構成するCNTが孤立分散するまで繰り返されるので、最終的にはCNTが高度に単分散した状態となる。   The present inventors consider that the dispersion mechanism of CNTs by zwitterionic groups is as follows. The hydrophobic structure portion of the surfactant having the zwitterionic group is bonded to the surface of the CNT or its aggregate. And the zwitterionic group which has a positive charge and a negative charge self-assembles on the surface of a CNT aggregate, and forms a zwitterionic molecular film (SAZM: Self-Assembled Zwitterionic Monolayer). SAZM covering CNT aggregates tends to electrostatically bond with SAZM covering other CNT aggregates due to strong electrostatic interactions between dipoles. The electrostatic force causes the CNT aggregates in the mixture to pull each other, causing the CNTs constituting the CNT aggregates to peel off, and the surface of the new CNT aggregates is exposed. The newly exposed surface is newly covered with SAZM. Since the above reaction is repeated until the CNTs constituting the CNT aggregate are isolated and dispersed, the CNTs are finally highly monodispersed.

上記二種以上の界面活性剤は、同一の又は類似の前記疎水構造部として、鎖状脂肪族炭化水素、鎖状脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、及び環状ヘミアセタール(ピラノース、フラノース等)からなる群より選ばれる少なくとも一種を有することが好ましい。同一の又は類似の疎水構造部を有する界面活性剤の組合せとしては、例えば、コール酸基を具備するCHAPSとコール酸ナトリウム、飽和脂肪酸基を有する3−(テトラデシルジメチルアミニオ)プロパン−1−スルホナートとミリスチン酸ナトリウムが挙げられる。界面活性剤の疎水構造部が同一の又は類似のものである場合、同一の又は類似の疎水構造部は、CNTに対する吸着力の差が小さく、他方の界面活性剤を排斥することがないため、お互いの分散能の発現を阻害しにくい傾向がある。   The two or more kinds of surfactants are the same or similar hydrophobic structures, such as chain aliphatic hydrocarbons, chain aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, and cyclic hemiacetals (pyranose, furanose, etc.) It is preferable to have at least one selected from the group consisting of Examples of the combination of surfactants having the same or similar hydrophobic structure include, for example, CHAPS having a cholic acid group and sodium cholate, and 3- (tetradecyldimethylaminio) propane-1- having a saturated fatty acid group. Examples include sulfonate and sodium myristate. In the case where the hydrophobic structure part of the surfactant is the same or similar, the same or similar hydrophobic structure part has a small difference in adsorptive power to CNT and does not eliminate the other surfactant. There is a tendency that it is difficult to inhibit the expression of each other's dispersibility.

上記界面活性剤の分子量(特にノニオン系界面活性剤の分量)が1000以下であることが好ましく、400〜600であることがより好ましい。ここでいう分子量とは、重量平均分子量である。界面活性剤の分子量が小さいほど、界面活性剤がバンドル(凝集体)を構成するCNT間の隙間に侵入して、CNTを分散させ易くなる傾向がある。また、界面活性剤の分子量が小さいほど、分散液から作成された塗膜から界面活性剤を除去し易い傾向がある。   The molecular weight of the surfactant (particularly the amount of nonionic surfactant) is preferably 1000 or less, and more preferably 400 to 600. The molecular weight here is a weight average molecular weight. As the molecular weight of the surfactant is smaller, the surfactant tends to enter the gaps between the CNTs constituting the bundle (aggregate), and the CNTs are likely to be dispersed. Further, the smaller the molecular weight of the surfactant, the easier it is to remove the surfactant from the coating film prepared from the dispersion.

25℃における分散液の粘度は10mPa・s以下であることが好ましい。分散液の粘度が低いことは界面活性剤の分子量が小さいことに起因する。分散液の粘度が低いほど、界面活性剤の溶解、洗浄、除去等が容易であり、CNTを単離し易い傾向がある。なお、CNT分散液の粘度は、振動式粘度計等によって測定すればよい。   The viscosity of the dispersion at 25 ° C. is preferably 10 mPa · s or less. The low viscosity of the dispersion is due to the low molecular weight of the surfactant. The lower the viscosity of the dispersion, the easier it is to dissolve, wash, remove, etc. the surfactant, and the easier it is to isolate CNTs. Note that the viscosity of the CNT dispersion may be measured with a vibration viscometer or the like.

界面活性剤は溶媒に可溶であることが好ましい。界面活性剤はCNTに結合することによってCNTの熱抵抗や電気抵抗を増加させる傾向がある。界面活性剤が溶媒に可溶であれば、洗浄によってCNT表面から界面活性剤を容易に除去できるため、分散液から単利したCNTの熱抵抗や電気抵抗等の特性を向上させ易い傾向がある。   The surfactant is preferably soluble in the solvent. Surfactants tend to increase the thermal resistance and electrical resistance of CNTs by binding to CNTs. If the surfactant is soluble in the solvent, the surfactant can be easily removed from the CNT surface by washing, so that the characteristics such as thermal resistance and electrical resistance of the CNT obtained simply from the dispersion tend to be improved.

CNTの分散液の分散媒は極性溶媒であることが好ましく、水であることがさらに好ましい。水以外の分散媒としては、メタノール、エタノール、プロパンノール、ブタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤、アセトン、2−ブタノン、メチルイソブチルケトン、N―メチルピロリドン等のケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ガンマブチロラクトン、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。また、これら複数の分散媒の混合液を用いてもよい。   The dispersion medium of the CNT dispersion is preferably a polar solvent, and more preferably water. Examples of the dispersion medium other than water include alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol and isopropyl alcohol, ketone solvents such as acetone, 2-butanone, methyl isobutyl ketone and N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, gamma butyrolactone, Examples include dimethylformamide. Further, a mixed solution of these plural dispersion media may be used.

界面活性剤の濃度は、CNTの量に応じて適宜設定することができる。例えば、分散液が含むCNTの全重量を1重量部とするとき、分散液が含む界面活性剤の重量は1〜1000重量部であることが好ましく、5〜100重量部であることがより好ましい。これによりCNTの分散性が向上する傾向がある。   The concentration of the surfactant can be appropriately set according to the amount of CNT. For example, when the total weight of CNTs contained in the dispersion is 1 part by weight, the weight of the surfactant contained in the dispersion is preferably 1-1000 parts by weight, and more preferably 5-100 parts by weight. . Thereby, there exists a tendency for the dispersibility of CNT to improve.

分散液は、上記界面活性剤に加えて安定剤を含有してもよい。安定剤の併用により、CNTの分散状態がより安定する傾向がある。安定剤としては、水素結合を形成する物質が挙げられる。具体的には、グリセロール、多級アルコール、ポリビニルアルコール、アルキルアミン、酸性高分子、塩基性高分子等が挙げられる。上記酸性高分子としては、κ−カラギーナン(κ-carrageenan)、DNA、ナフィオン(登録商標)、酢酸セルロース、リン酸セルロース、スルホン酸セルロース、ゲラン、アラビアンガム、ポリリン酸等が挙げられる。   The dispersion may contain a stabilizer in addition to the surfactant. The combined use of the stabilizer tends to make the CNT dispersion state more stable. Stabilizers include substances that form hydrogen bonds. Specific examples include glycerol, polyhydric alcohol, polyvinyl alcohol, alkylamine, acidic polymer, basic polymer, and the like. Examples of the acidic polymer include κ-carrageenan, DNA, Nafion (registered trademark), cellulose acetate, cellulose phosphate, cellulose sulfonate, gellan, arabian gum, and polyphosphoric acid.

分散液中にCNTの特性の劣化の原因となる不純物が多く含まれると、CNT薄膜の品質が劣化する場合がある。また、分散液中の不純物が多い場合、分散液中のCNTをさらに精製する必要が生じて、CNT薄膜の生産コストが上昇する場合がある。よって、分散液中の不純物の量は少ないほど好ましい。   If the dispersion contains many impurities that cause deterioration of the CNT characteristics, the quality of the CNT thin film may deteriorate. Moreover, when there are many impurities in a dispersion liquid, it will be necessary to refine | purify CNT in a dispersion liquid further, and the production cost of a CNT thin film may rise. Therefore, the smaller the amount of impurities in the dispersion, the better.

<CNTの分散液の製造方法>
本実施形態に係るCNTの分散液の製造方法は、カーボンナノチューブ、上記分散媒、及び上記界面活性剤を含む混合液を、攪拌式ボールミルにより攪拌する工程(攪拌工程)を備える。これにより、上記本実施形態に係るCNTの分散液を製造することができる。
<Method for producing CNT dispersion>
The method for producing a dispersion of CNTs according to this embodiment includes a step (stirring step) of stirring a mixed solution containing carbon nanotubes, the dispersion medium, and the surfactant using a stirring ball mill. Thereby, the dispersion liquid of CNT which concerns on the said this embodiment can be manufactured.

分散液の原料として、例えば、as−grownの状態(CNTが基板上に成長したままの状態)における平均長さが10μm以上であるCNTを用いることができる。このようなCNTを含む分散液を基材に塗布することで、塗膜中のCNTの平均長さを10μm以上とすることができる。原料として用いるCNTは、アーク放電法、CVD法、レーザーアブレーション法、HiPCO法(high pressure carbon monooxide method)等の方法で製造すればよい。中でもCVD法が好ましい。   As a raw material of the dispersion liquid, for example, CNT having an average length of 10 μm or more in an as-grown state (a state in which the CNT is grown on the substrate) can be used. By applying such a dispersion containing CNTs to the substrate, the average length of the CNTs in the coating film can be 10 μm or more. The CNT used as a raw material may be manufactured by a method such as an arc discharge method, a CVD method, a laser ablation method, or a high PCO method (high pressure carbon monooxide method). Of these, the CVD method is preferable.

従来は、CNT薄膜のシート抵抗を低減するために、アーク放電法やHiPCO法によって製造されたCNT、または、電気泳動法等によって精製された金属型CNTを用いる必要があった。しかし、アーク放電法、HiPCO法、又は電気泳動法等による精製によって得られるCNTは高価であり、これを用いた薄膜の量産化は困難であった。一方、CVD法によれば、他の方法によって合成されるCNTに比べて、長尺のCNTを容易に合成でき、CNTの安定した量産と生産コストの低減が可能となり好ましい。CNTの平均長さ及びその層数は、例えばCVD法に用いる原料ガス(水素、メタン、アセチレン等)の反応場への供給量、CNTを成長させるための金属触媒の組成(Fe,Al等)及びその量、又は反応場の温度等の諸反応条件を調整することによって制御することができる。また分散液に対する攪拌処理又は分散処理の方法の選択、各処理の実施時間等によってCNTの長さの平均値を適宜調整することも可能である。   Conventionally, in order to reduce the sheet resistance of a CNT thin film, it has been necessary to use CNT produced by an arc discharge method or HiPCO method, or metal-type CNT purified by electrophoresis or the like. However, CNTs obtained by purification by arc discharge method, HiPCO method, electrophoresis method or the like are expensive, and it is difficult to mass-produce thin films using the CNTs. On the other hand, the CVD method is preferable because long CNTs can be easily synthesized as compared with CNTs synthesized by other methods, and stable mass production of CNTs and reduction of production costs are possible. The average length of CNTs and the number of layers are, for example, the amount of raw material gas (hydrogen, methane, acetylene, etc.) used in the CVD method supplied to the reaction field, the composition of the metal catalyst for growing CNTs (Fe, Al, etc.) And the amount thereof, or various reaction conditions such as the temperature of the reaction field can be adjusted. It is also possible to appropriately adjust the average value of the length of the CNTs depending on the selection of the stirring process or the dispersion process method for the dispersion, the execution time of each process, and the like.

CNT薄膜の原料に用いるCNTの純度は90質量%以上であることが好ましい。CNT中の不純物は、CNT薄膜のシート抵抗の増加の原因となる場合がある。したがって、不純物が多く含まれるCNTを用いる場合、CNTの品質劣化を防止するために、精製によってCNTから不純物を除去する必要がある。その結果、CNT薄膜の生産コストが増大する場合がある。   The purity of the CNT used as the raw material for the CNT thin film is preferably 90% by mass or more. Impurities in the CNT may cause an increase in sheet resistance of the CNT thin film. Therefore, when using CNT containing a large amount of impurities, it is necessary to remove the impurities from the CNTs by refining in order to prevent CNT quality deterioration. As a result, the production cost of the CNT thin film may increase.

攪拌工程では、攪拌式ボールミルによりCNTに剪断力を作用させ、その凝集を解消することができる。なお、攪拌式ボールミルとは、容器内部に差し入れた攪拌羽を外部動力で回転させて容器内に充填したメディアを攪拌したり、内部のメディアを攪拌できるような構造を備えた容器を外部動力で回転させたりすることによって、容器内部のメディアを流動させる機構を有するものである。メディアの粒径は、分散効率を考えて10mm以下であることが好ましい。加えてメディアの材質は磨耗によるコンタミ(contamination)の抑制のため、硬質のセラミックであることが好ましく、ジルコニアであることがさらに好ましい。   In the stirring step, a shearing force can be applied to the CNTs by a stirring ball mill to eliminate the aggregation. Note that the agitating ball mill is a container equipped with a structure capable of stirring the media filled in the container by rotating the stirring blade inserted in the container with external power or stirring the media inside. It has a mechanism for flowing the media inside the container by rotating it. The particle size of the media is preferably 10 mm or less in consideration of dispersion efficiency. In addition, the material of the media is preferably a hard ceramic, and more preferably zirconia, in order to suppress contamination due to wear.

本実施形態に係る製造方法は、混合液を超音波で処理する工程(超音波処理工程)をさらに備えてもよい。超音波処理工程によりCNTの分散性がより向上する傾向がある。攪拌工程と超音波処理工程とを同時に実施してもよく、個別に実施してもよい。   The manufacturing method according to the present embodiment may further include a step of treating the mixed solution with ultrasonic waves (ultrasonic treatment step). There exists a tendency for the dispersibility of CNT to improve more by an ultrasonic treatment process. The stirring step and the ultrasonic treatment step may be performed simultaneously or separately.

本実施形態では、攪拌式ボールミルの他に、ビーズやロール等のメディア式の分散工程をさらに実施してもよい。また、分散工程後のCNT中から凝集体や短尺のCNT(例えば分散工程において剪断力を受けて短小化したCNT)を取り除くために、遠心分離工程を行ってもよい。これにより、最終的に分散液に含有されるCNTの長尺化及び単分散が容易となる傾向がある。   In this embodiment, in addition to the stirring ball mill, a media-type dispersion step such as beads and rolls may be further performed. Further, a centrifugal separation step may be performed in order to remove aggregates and short CNTs (for example, CNTs shortened by receiving a shearing force in the dispersion step) from the CNTs after the dispersion step. Thereby, there exists a tendency for lengthening and monodispersion of CNT finally contained in a dispersion liquid to become easy.

本実施形態では、原料として従来よりも長尺のCNTを用いる。また本実施形態では、二種以上の界面活性剤の化学的作用によってCNTの凝集を容易に解消することができるため、攪拌工程においてCNTに作用させる剪断力を従来よりも低減してCNTの短小化を抑制しつつ、CNTの凝集を十分に解消することが可能である。したがって、本実施形態では短尺のCNTがそもそも形成され難く、遠心分離工程によって短尺のCNTを除去する必要性が小さい。また本実施形態では、上記界面活性剤の作用によってCNTの凝集体が容易に解消されるため、遠心分離工程によってCNTの凝集体を除去する必要性も小さい。以上の理由から、本実施形態では、必ずしも遠心分離工程を必要とせず、凝集体や短尺のCNTの除去によるCNT原料の損失を低減することが可能である。よって本実施形態によれば、CNTの分散液及びCNT薄膜の生産コストが低減される。   In the present embodiment, CNTs that are longer than conventional CNTs are used as raw materials. In this embodiment, since the aggregation of CNTs can be easily eliminated by the chemical action of two or more surfactants, the shearing force acting on the CNTs in the stirring step is reduced compared to the conventional case, and the CNTs are shortened. It is possible to sufficiently eliminate the aggregation of CNTs while suppressing the formation. Therefore, in this embodiment, short CNTs are hardly formed in the first place, and there is little need to remove short CNTs by a centrifugation process. Further, in this embodiment, since the aggregate of CNTs is easily eliminated by the action of the surfactant, it is not necessary to remove the aggregates of CNTs by a centrifugation step. For the reasons described above, in this embodiment, the centrifugation step is not necessarily required, and it is possible to reduce the loss of the CNT raw material due to the removal of aggregates and short CNTs. Therefore, according to this embodiment, the production cost of the CNT dispersion and the CNT thin film is reduced.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
[カーボンナノチューブの合成]
下記実施例1、2及び比較例1、2の各分散液の原料として用いるSWCNTを以下の手順で合成した。まず、熱酸化膜付シリコン基板上にスパッタ法でAl膜(15nm厚)とFe膜(0.6nm厚)を形成した。この基板を反応炉内に設置して、800℃のAr、H及びCを主成分とする混合ガスを炉内で反応させ、約1mmの平均長さを有するSWCNTを基板上に成長させた。
Example 1
[Synthesis of carbon nanotubes]
SWCNTs used as raw materials for the dispersions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 below were synthesized by the following procedure. First, an Al film (15 nm thickness) and an Fe film (0.6 nm thickness) were formed on a silicon substrate with a thermal oxide film by sputtering. This substrate was placed in a reaction furnace, and a mixed gas mainly composed of 800 ° C. Ar, H 2 and C 2 H 2 was reacted in the furnace, and SWCNT having an average length of about 1 mm was placed on the substrate. Grown up.

[CNTの分散液の調製]
平均長さ約1mmのSWCNT0.1g、CHAPS0.4g及びコール酸ナトリウム1.6gをそれぞれ量り取り、1Lの超純水で希釈した。これを高温高圧下でなじませ、冷却後、攪拌式ボールミル(日本コークス社製、ジルコニアビーズ(φ=5mm))を使用して回転数200rpmで2週間攪拌した。以上の方法で実施例1のCNTの分散液を得た。分散液中のCNTの含有率は、0.01wt%であった。
[Preparation of CNT dispersion]
0.1 g of SWCNT having an average length of about 1 mm, 0.4 g of CHAPS, and 1.6 g of sodium cholate were weighed and diluted with 1 L of ultrapure water. This was allowed to adjust under high temperature and high pressure, and after cooling, the mixture was stirred for 2 weeks at a rotation speed of 200 rpm using a stirring ball mill (manufactured by Nippon Coke Co., Ltd., zirconia beads (φ = 5 mm)). The dispersion liquid of CNT of Example 1 was obtained by the above method. The content of CNT in the dispersion was 0.01 wt%.

<CNTの平均長さの測定>
CNT薄膜中では、CNT同士が複雑に絡み合っているため、CNT薄膜中のCNTの平均長さを直接測定することは困難である。そこで、CNT薄膜中のCNTの平均長さを測定する代わりに、CNTの分散液中のCNTの平均長さを、以下の方法で測定した。分散液の希薄溶液を基板上にスピンコートし、各CNT単体が孤立状態にあるサンプルを作製した。サンプルをSEMで観察し、得られた画像中から任意の10個のCNT単体を選択し、その長さをピクセル数から算出した。10個の算出値の平均値を、CNT全体の平均長さと規定した。なお、CNT薄膜中のCNTの平均長さは、CNTの分散液中のCNTの平均長さと略等しい。測定の結果、実施例1で用いたCNTの分散液中のCNTの平均長さは10μmであることが確認された。
<Measurement of average length of CNT>
In the CNT thin film, since the CNTs are intertwined in a complicated manner, it is difficult to directly measure the average length of the CNT in the CNT thin film. Therefore, instead of measuring the average length of CNT in the CNT thin film, the average length of CNT in the CNT dispersion was measured by the following method. A diluted solution of the dispersion was spin-coated on the substrate to prepare a sample in which each CNT alone was in an isolated state. A sample was observed with an SEM, arbitrary 10 CNTs were selected from the obtained image, and the length was calculated from the number of pixels. The average value of 10 calculated values was defined as the average length of the entire CNT. The average length of CNT in the CNT thin film is substantially equal to the average length of CNT in the CNT dispersion. As a result of the measurement, it was confirmed that the average length of the CNTs in the CNT dispersion used in Example 1 was 10 μm.

<CNT薄膜の作製>
フィルタフォルダをろ過鐘上に設置した。フィルタフォルダ上にろ過用フィルタを設置して、フィルタフォルダ中に超純水20mlを張った。ろ過用フィルタとしては、親水性PTFE(polytetrafluoroethylene)製で、0.1μmの孔径を有するオムニポワメンブレン(Milipore社製)を用いた。CNTの分散液0.1gを、超純水で希釈した後、フィルタフォルダ中に張った超純水に加えた。CNTの分散液の容器を超純水でとも洗いし、その洗浄に用いた水をフィルタフォルダ中に張った超純水に加えた。続いて、ダイアフラムポンプでろ過鐘内を減圧し、ろ過を行なった。ろ過に伴いフィルタ上に形成されたCNTの堆積層(ろ過膜)を20mlの超純水で3回洗浄した。洗浄後のろ過膜を100℃のホットプレートで乾燥し、実施例1のCNT薄膜を得た。
<Preparation of CNT thin film>
A filter folder was placed on the filtration bell. A filter for filtration was installed on the filter folder, and 20 ml of ultrapure water was spread in the filter folder. As a filter for filtration, an omnipore membrane (manufactured by Milipore) made of hydrophilic PTFE (polytetrafluoroethylene) and having a pore diameter of 0.1 μm was used. After 0.1 g of the CNT dispersion was diluted with ultrapure water, it was added to the ultrapure water stretched in the filter folder. The container of the CNT dispersion was also washed with ultrapure water, and the water used for the washing was added to the ultrapure water stretched in the filter folder. Subsequently, the inside of the filter bell was depressurized with a diaphragm pump and filtered. The deposited layer (filtration membrane) of CNT formed on the filter during filtration was washed with 20 ml of ultrapure water three times. The filtered membrane after washing was dried on a hot plate at 100 ° C. to obtain the CNT thin film of Example 1.

<透過率の算出>
ろ過用フィルタ上に形成された上記のCNT薄膜を、超純水で湿らせた後、CNT薄膜が石英基板と接するように石英基板上に張り合わせ、50℃に加熱したホットプレート上で乾燥した。乾燥後、ろ過用フィルタのみを剥離し、石英基板上にCNT薄膜が転写された測定サンプルを作製した。この測定サンプルの全光線透過率(波長が380〜760nmの範囲内にある光の透過率)を、ヘイズメータ(NDH−5000 日本電色工業(株)製)で測定した。
<Calculation of transmittance>
The CNT thin film formed on the filter for filtration was moistened with ultrapure water, and then bonded to the quartz substrate so that the CNT thin film was in contact with the quartz substrate, and dried on a hot plate heated to 50 ° C. After drying, only the filter for filtration was peeled off to prepare a measurement sample in which the CNT thin film was transferred onto the quartz substrate. The total light transmittance (transmittance of light having a wavelength in the range of 380 to 760 nm) of this measurement sample was measured with a haze meter (NDH-5000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).

<シート抵抗の測定>
実施例1のCNT薄膜のシート抵抗を、4端子4探針法によって測定した。シート抵抗の測定には三菱化学アナリテック社製の抵抗率計ロレスタGPを使用した。
<Measurement of sheet resistance>
The sheet resistance of the CNT thin film of Example 1 was measured by a 4-terminal 4-probe method. For measuring the sheet resistance, a resistivity meter Loresta GP manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. was used.

(実施例2)
アプリケータを用いて、実施例1と同様のCNTの分散液を透明なPETフィルム(Polyethylene terephthalate film)に塗布した。PETフィルムとしては、株式会社東洋紡製コスモシャインA4300を用いた。PETフィルムの透過率は91%であった。PETフィルム上の塗膜を90℃の防爆乾燥機で5分乾燥した後、塗膜全体をPETフィルムとともに多量の超純水に10分間浸漬した。PETフィルムを超純水から引き上げた後、塗膜表面についた水滴をエア・ブローで吹き飛ばした。これらの工程を経て、実施例2のCNT薄膜と、CNT薄膜が積層されたPETフィルムとを備える、実施例2の透明電極を得た。また、日本電色工業社製ヘイズメータを用いて、実施例2の透明電極の透過率を測定した。透明電極の透過率からPETフィルムの透過率を差し引いて、実施例2のCNT薄膜単独の透過率を求めた。実施例1と同様の方法で、実施例2のCNT薄膜単独のシート抵抗を測定した。
(Example 2)
Using an applicator, the same CNT dispersion as in Example 1 was applied to a transparent PET film (Polyethylene terephthalate film). As the PET film, Cosmo Shine A4300 manufactured by Toyobo Co., Ltd. was used. The transmittance of the PET film was 91%. The coating film on the PET film was dried with an explosion-proof dryer at 90 ° C. for 5 minutes, and then the entire coating film was immersed in a large amount of ultrapure water together with the PET film for 10 minutes. After pulling up the PET film from the ultrapure water, water droplets on the coating film surface were blown off by air blow. Through these steps, a transparent electrode of Example 2 including the CNT thin film of Example 2 and a PET film on which the CNT thin film was laminated was obtained. Moreover, the transmittance | permeability of the transparent electrode of Example 2 was measured using the Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. haze meter. The transmittance of the CNT thin film alone of Example 2 was determined by subtracting the transmittance of the PET film from the transmittance of the transparent electrode. In the same manner as in Example 1, the sheet resistance of the CNT thin film alone in Example 2 was measured.

(比較例1)
実施例1と同様の方法で合成した平均長さが約1mmであるSWCNTを、湿式のジェットミルで処理し、平均長さが2.3μmであるCNTを含む分散液を作製した。分散液中のCNTの含有率を0.05wt%に調整した。分散剤にはZ−314(3−(N,N−ジメチルテトラデシルアンモニオ)プロパンスルホン酸)を使用した。このCNTの分散液0.1gを用いて、実施例1と同様の方法で、比較例1のCNT薄膜を作製した。比較例1のCNT薄膜の透過率及びシート抵抗を実施例1と同様の方法で測定した。
(Comparative Example 1)
SWCNTs having an average length of about 1 mm synthesized by the same method as in Example 1 were processed by a wet jet mill to prepare a dispersion containing CNTs having an average length of 2.3 μm. The content of CNT in the dispersion was adjusted to 0.05 wt%. Z-314 (3- (N, N-dimethyltetradecylammonio) propanesulfonic acid) was used as the dispersant. A CNT thin film of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 using 0.1 g of this CNT dispersion. The transmittance and sheet resistance of the CNT thin film of Comparative Example 1 were measured in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
実施例1と同様の方法で合成した製造した平均長さが約1mmであるSWCNTを、プローブ式の超音波分散機((株)日本精機製作所製)で処理し、平均長さが0.2μmであるCNTを含む分散液を作製した。分散液中のCNTの含有率を0.01wt%に調整した。分散剤にはZ−314(3−(N,N−ジメチルテトラデシルアンモニオ)プロパンスルホン酸)を使用した。このCNTの分散液0.5gを用いて、実施例1と同様の方法で、比較例2のCNT薄膜を作製した。比較例2のCNT薄膜の透過率及びシート抵抗を実施例1と同様の方法で測定した。
(Comparative Example 2)
SWCNT having an average length of about 1 mm, which was synthesized by the same method as in Example 1, was processed with a probe-type ultrasonic disperser (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho), and the average length was 0.2 μm. A dispersion containing CNTs was prepared. The content of CNT in the dispersion was adjusted to 0.01 wt%. Z-314 (3- (N, N-dimethyltetradecylammonio) propanesulfonic acid) was used as the dispersant. A CNT thin film of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 using 0.5 g of this CNT dispersion. The transmittance and sheet resistance of the CNT thin film of Comparative Example 2 were measured in the same manner as in Example 1.

各実施例及び比較例のCNTの平均長さ、CNT薄膜の透過率及びシート抵抗を表1に示す。   Table 1 shows the average length of CNT, the transmittance of the CNT thin film, and the sheet resistance of each Example and Comparative Example.

Claims (13)

平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを含有する、
カーボンナノチューブ薄膜。
Containing carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more,
Carbon nanotube thin film.
前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである、
請求項1に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube,
The carbon nanotube thin film according to claim 1.
前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブである、
請求項1に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes,
The carbon nanotube thin film according to claim 1.
複数の前記カーボンナノチューブから構成されるバンドル、及び単独で存在する前記カーボンナノチューブの平均太さが、150nm以下である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
A bundle composed of a plurality of the carbon nanotubes, and the average thickness of the carbon nanotubes present alone is 150 nm or less,
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-3.
前記カーボンナノチューブが堆積する堆積層を備え、
前記堆積層の厚みが200nm以下である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
Comprising a deposited layer on which the carbon nanotubes are deposited;
The deposited layer has a thickness of 200 nm or less;
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-4.
前記カーボンナノチューブのラマンスペクトルにおけるGバンドとDバンドとの比率G/Dが0.5以上である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The ratio G / D of G band and D band in the Raman spectrum of the carbon nanotube is 0.5 or more.
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-5.
ヘイズ値が2%以下である、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The haze value is 2% or less,
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-6.
透過率が70%以上であり、
シート抵抗値が10kΩ/□以下である、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The transmittance is 70% or more,
Sheet resistance value is 10 kΩ / □ or less,
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-7.
波長が1〜10μmである遠赤外光を透過させる、
請求項1〜8のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
Transmit far-infrared light having a wavelength of 1 to 10 μm,
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-8.
前記カーボンナノチューブは化学気相成長法によって合成される、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
The carbon nanotubes are synthesized by chemical vapor deposition,
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-9.
平均長さが10μm以上であるカーボンナノチューブを分散させた分散液を基材上に塗布する工程を経て形成される、
請求項1〜10のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜。
It is formed through a step of applying a dispersion liquid in which carbon nanotubes having an average length of 10 μm or more are dispersed on a substrate.
The carbon nanotube thin film as described in any one of Claims 1-10.
請求項1〜11のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜と、
前記カーボンナノチューブ薄膜が積層された透明基材と、
を備える透明電極。
The carbon nanotube thin film according to any one of claims 1 to 11,
A transparent substrate on which the carbon nanotube thin film is laminated;
A transparent electrode comprising:
請求項1〜11のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ薄膜と、
前記カーボンナノチューブ薄膜が積層された感光性樹脂膜と、
を備える、
フォトリソグラフィ用電極。
The carbon nanotube thin film according to any one of claims 1 to 11,
A photosensitive resin film in which the carbon nanotube thin films are laminated;
Comprising
Electrode for photolithography.
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