JP2021080121A - Manufacturing method of semiconductor type single layer carbon nanotube dispersion - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor type single layer carbon nanotube dispersion Download PDF

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JP2021080121A JP2019207422A JP2019207422A JP2021080121A JP 2021080121 A JP2021080121 A JP 2021080121A JP 2019207422 A JP2019207422 A JP 2019207422A JP 2019207422 A JP2019207422 A JP 2019207422A JP 2021080121 A JP2021080121 A JP 2021080121A
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篤司 平石
Tokuji Hiraishi
篤司 平石
片浦 弘道
Hiromichi Kataura
弘道 片浦
丈士 田中
Takeshi Tanaka
丈士 田中
裕恵 今井
Hiroe Imai
裕恵 今井
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Abstract

To provide a manufacturing method of a semiconductor type SWCNT dispersion capable of performing separation of a semiconductor type SWCNT from a SWCNT mixture containing a semiconductor type SWCNT and a metallic SWCNT, in an aqueous medium, by use and simple operation of a readily available separating agent.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor type single layer carbon nanotube dispersion comprising: a step A of preparing SWCNT dispersion to be separated containing a SWCNT mixture, an aqueous medium, a polymer containing a constituent unit A derived from a monomer expressed by the following formula (1) and an iron inclusion having reducibility, and ; a step B of sampling a supernatant containing the semiconductor type SWCNT from centrifugally separated SWCNT dispersion to be separated after centrifugal separation of the SWCNT dispersion to be separated, in which a weight average molecular weight of the polymer is 1,000 or larger and 100,000 or smaller. CH2=CH-COOM (1) [in the formula (1), M expresses a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure expressed by the following formula (2).].SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法、及び当該製造方法を工程として含む半導体型単層カーボンナノチューブの製造方法、及び金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離方法に関する。 The present disclosure describes a method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid, a method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube including the manufacturing method as a step, and separation of a metal-type single-walled carbon nanotube and a semiconductor-type single-walled carbon nanotube. Regarding the method.

近年、ナノメートルサイズの炭素材料は、その物理的特性、化学的特性により、種々の分野への応用が期待されている。そのような材料の一つとして、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称する場合もある。)がある。CNTは、グラフェンシートを円筒状に丸めた構造をしており、円筒が1層のみからなるCNTは、単層カーボンナノチューブ(Single−walled Cabon Nanotube 以下「SWCNT」と称する場合もある。)と呼ばれている。 In recent years, nanometer-sized carbon materials are expected to be applied to various fields due to their physical and chemical properties. One such material is carbon nanotube (hereinafter, may be referred to as “CNT”). The CNT has a structure in which a graphene sheet is rolled into a cylindrical shape, and a CNT having only one layer of a cylinder is called a single-walled carbon nanotube (sometimes referred to as "SWCNT" below). It has been.

CNTは、グラフェンシートの巻き方や直径等によって、電気物性等が異なることが知られている。特にSWCNTは量子効果の影響が大きいために、金属性を示すもの(金属型CNT)と半導体性を示すもの(半導体型CNT)が存在する。SWCNTの製造方法としては、高圧一酸化炭素不均化法(HiPco法)、改良直噴熱分解合成法(e−DIPS法)、アーク放電法、レーザーアブレーション法等の合成方法が知られているが、現時点ではいずれか一方のタイプのCNTのみを製造する技術は確立されておらず、SWCNTを、各種用途に応用する際には、その混合物から、目的とするタイプのSWCNTを分離することが必要とされる。金属型CNTは、その優れた導電性を利用して、タッチパネルや太陽電池用の透明電極、デバイスの微細配線への利用等が期待されており、半導体型CNTは、トランジスターやセンサー等への応用が期待されている。 It is known that CNTs have different electrical characteristics depending on how the graphene sheet is wound, the diameter, and the like. In particular, since SWCNTs are greatly affected by the quantum effect, there are those showing metallic properties (metal-type CNTs) and those showing semiconducting properties (semiconductor-type CNTs). Known methods for producing SWCNTs include a high-pressure carbon monoxide disproportionation method (HiPco method), an improved direct injection pyrolysis synthesis method (e-DIPS method), an arc discharge method, and a laser ablation method. However, at present, the technology for producing only one of the types of CNTs has not been established, and when applying SWCNTs to various applications, it is possible to separate the desired type of SWCNTs from the mixture. Needed. Metal-type CNTs are expected to be used for touch panels, transparent electrodes for solar cells, fine wiring of devices, etc. by utilizing their excellent conductivity, and semiconductor-type CNTs are applied to transistors, sensors, etc. Is expected.

金属型SWCNTと半導体型のSWCNTとを分離する方法は既にいくつか報告されている。例えば、ドデシル硫酸ナトリムやコール酸ナトリウム等の界面活性剤を用いてSWCNTを分散し密度勾配剤と混合して遠心分離を行う密度勾配遠心分離法(特許文献1)、界面活性剤を用いてSWCNTを分散した分散液に電界をかけて分離する電界分離法(特許文献2)、有機溶媒中でポルフィリン等の分離剤と混合して半導体型SWCNTと分離剤の複合体を形成させて取り出す方法(特許文献3)、有機溶媒中でポリチオフェン誘導体等の分離剤と混合し、半導体型SWCNTと分離剤との相互作用を利用して、半導体型SWCNTを選択的に分離する方法(特許文献4)、有機溶媒中でフラビン誘導体等の分離剤と混合し、当該分離剤の半導体型SWCNTに対する吸着作用を利用して、半導体型SWCNTを分離する方法(特許文献5)、界面活性剤を用いてSWCNTを分散した分散液を寒天ゲル等の分離材を充填した分離容器に入れ、分離材に吸着した半導体型SWCNTを溶出液を用いて分離材から溶出させる方法(特許文献6)などが知られている。 Several methods for separating the metal type SWCNT and the semiconductor type SWCNT have already been reported. For example, a density gradient centrifugation method (Patent Document 1) in which SWCNTs are dispersed using a surfactant such as sodium dodecyl sulfate or sodium cholate, mixed with a density gradient agent and centrifuged, and SWCNTs using a surfactant. An electric field separation method (Patent Document 2) in which an electric field is applied to a dispersion liquid in which the mixture is dispersed, and a method in which a complex of a semiconductor-type SWCNT and a separating agent is formed and taken out by mixing with a separating agent such as porphyrin in an organic solvent (Patent Document 2). Patent Document 3), a method of mixing with a separating agent such as a polythiophene derivative in an organic solvent and selectively separating the semiconductor type SWCNT by utilizing the interaction between the semiconductor type SWCNT and the separating agent (Patent Document 4). A method of separating a semiconductor SWCNT by mixing it with a separating agent such as a flavin derivative in an organic solvent and utilizing the adsorption action of the separating agent on the semiconductor SWCNT (Patent Document 5), SWCNT using a surfactant. A method is known in which the dispersed dispersion is placed in a separation container filled with a separation material such as agar gel, and the semiconductor-type SWCNT adsorbed on the separation material is eluted from the separation material using an eluent (Patent Document 6). ..

特開2010−1162号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-1162 特開2008−55375号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-55375 特表2007−519594号公報Special Table 2007-591594 特表2014−503445号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-503445 WO2014/136981号WO2014 / 136981 特開2012−36041号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-36041

しかし、特許文献1及び6に開示の分離方法では、密度勾配剤や寒天ゲル等を必要とし操作工程が多い。特許文献2に開示の分離方法では、電気泳動の装置を必要とする上、分離に時間を要し分離されるSWCNTの濃度が希薄である。特許文献3、4、5に開示の分離方法では、非極性溶媒中で行う必要がある点及び高価な分離剤を必要とする点で実用性が低い。 However, the separation method disclosed in Patent Documents 1 and 6 requires a density gradient agent, an agar gel, or the like, and requires many operation steps. The separation method disclosed in Patent Document 2 requires an electrophoresis device, takes time for separation, and has a low concentration of SWCNTs to be separated. The separation methods disclosed in Patent Documents 3, 4 and 5 are not practical in that they need to be carried out in a non-polar solvent and that an expensive separating agent is required.

本開示は、半導体型SWCNTと金属型SWCNTとを含むSWCNT混合物から半導体型SWCNTの分離を、水性媒体中で、しかも、入手容易な分離剤の使用及び簡単な操作により行える、半導体型SWCNT分散液の製造方法、当該製造方法を工程として含む半導体型SWCNTの製造方法、及び半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法、並び半導体型SWCNT含有インクの製造方法に関する。 In the present disclosure, a semiconductor-type SWCNT dispersion can be separated from a SWCNT mixture containing a semiconductor-type SWCNT and a metal-type SWCNT in an aqueous medium by using an easily available separating agent and a simple operation. The present invention relates to a method for producing a semiconductor-type SWCNT, a method for producing a semiconductor-type SWCNT, a method for separating a semiconductor-type SWCNT and a metal-type SWCNT, and a method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink.

本開示は、一態様において、半導体型SWCNTと金属型SWCNTとを含むSWCNT混合物と、水性媒体と、下記式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物とを含む、被分離SWCNT分散液を調製する工程Aと、前記被分離SWCNT分散液を遠心分離した後、遠心分離された前記被分離SWCNT分散液から、前記半導体型SWCNTを含む上澄み液を採取する工程Bと、を含み、前記重合体の重量平均分子量が1,000以上100,000以下である、半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法に関する。
CH=CH−COOM (1)
式(1)中、Mは水素原子、金属原子、又は、下記式(2)で表される構造の基を示す。

Figure 2021080121
式(2)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、又は水酸基を有していてもよい炭素数が1以上2以下のアルキル基を示す。 In one embodiment, the present disclosure comprises a SWCNT mixture containing a semiconductor type SWCNT and a metal type SWCNT, an aqueous medium, and a polymer containing a structural unit A derived from a monomer represented by the following formula (1). From the step A of preparing the SWCNT dispersion to be separated containing the iron-containing substance having reducibility and the SWCNT dispersion to be separated after centrifuging the SWCNT dispersion, the semiconductor type The present invention relates to a method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion, which comprises a step B of collecting a supernatant containing SWCNTs and having a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less of the polymer.
CH 2 = CH-COMM (1)
In the formula (1), M represents a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2021080121
In formula (2), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 or more and 2 or less carbon atoms which may have a hydrogen atom or a hydroxyl group.

本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法により得られた半導体型SWCNT分散液を濾過して、半導体型SWCNTを採取する工程を含む、半導体型SWCNTの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing a semiconductor-type SWCNT, which comprises, in one aspect, a step of filtering the semiconductor-type SWCNT dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type SWCNT dispersion of the present disclosure and collecting the semiconductor-type SWCNT. ..

本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法により得られた半導体型SWCNT分散液を乾燥して半導体型単層SWCNTと前記重合体とを含む混合物を得る工程と、前記混合物から前記重合体を除去して、半導体型SWCNTを採取する工程と、を含む、半導体型SWCNTの製造方法に関する。 In one aspect, the present disclosure includes a step of drying the semiconductor-type SWCNT dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type SWCNT dispersion of the present disclosure to obtain a mixture containing the semiconductor-type single-layer SWCNT and the polymer. The present invention relates to a method for producing a semiconductor type SWCNT, which comprises a step of removing the polymer from the mixture and collecting a semiconductor type SWCNT.

本開示は、一態様において、半導体型SWCNTと金属型SWCNTとを含むSWCNT混合物と、水性媒体と、下記式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物とを含む、被分離SWCNT分散液を調製する工程Aと、前記被分離SWCNT分散液を遠心分離した後、遠心分離された前記被分離SWCNT分散液から、前記半導体型SWCNTを含む上澄み液を採取する工程Bと、を含み、前記重合体の重量平均分子量が1,000以上100,000以下である、半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法に関する。
CH=CH−COOM (1)
式(1)中、Mは水素原子、金属原子、又は、下記式(2)で表される構造の基を示す。

Figure 2021080121
式(2)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、又は水酸基を有していてもよい炭素数が1以上2以下のアルキル基を示す。 In one embodiment, the present disclosure comprises a SWCNT mixture containing a semiconductor type SWCNT and a metal type SWCNT, an aqueous medium, and a polymer containing a structural unit A derived from a monomer represented by the following formula (1). The semiconductor type is obtained from the step A of preparing the SWCNT dispersion to be separated containing the iron-containing substance having a reducing property, and the SWCNT dispersion to be separated which is centrifuged after the SWCNT dispersion to be separated. The present invention relates to a method for separating a semiconductor type SWCNT and a metal type SWCNT, which comprises a step B of collecting a supernatant containing SWCNT and has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less of the polymer.
CH 2 = CH-COMM (1)
In the formula (1), M represents a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2021080121
In formula (2), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 or more and 2 or less carbon atoms which may have a hydrogen atom or a hydroxyl group.

本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法、又は、本開示の半導体型SWCNTの製造方法を、一工程として含む半導体型SWCNT含有インクの製造方法に関する。 In one aspect, the present disclosure relates to a method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure or a method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink including the method for producing the semiconductor-type SWCNT of the present disclosure as one step.

本開示によれば、水性媒体中で、しかも、入手容易な分離剤の使用及び簡単な操作により行え、半導体型SWCNTの分離性及び分散性に優れる半導体型SWCNT分散液の製造方法、及び当該製造方法を工程として含む半導体型SWCNTの製造方法、及び半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法、並び半導体型SWCNT含有インクの製造方法を提供できる。 According to the present disclosure, a method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion, which can be carried out in an aqueous medium by using an easily available separating agent and a simple operation, and which is excellent in separability and dispersibility of the semiconductor-type SWCNT, and its production. It is possible to provide a method for producing a semiconductor type SWCNT including a method as a step, a method for separating a semiconductor type SWCNT and a metal type SWCNT, and a method for producing a semiconductor type SWCNT-containing ink.

本開示は、被分離SWCNT分散液に特定の重合体と還元性を有する鉄含有物とが含まれることにより、被分離SWCNT分散液中の金属型SWCNTと半導体型SWCNTとの分離が、入手容易な分離剤の使用かつ簡単な操作により行えるという知見に基づく。 In the present disclosure, since the SWCNT dispersion liquid to be separated contains a specific polymer and an iron-containing substance having a reducing property, it is easy to obtain the separation of the metal type SWCNT and the semiconductor type SWCNT in the SWCNT dispersion liquid to be separated. It is based on the knowledge that it can be done by using a simple separating agent and by simple operation.

本開示の効果発現のメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推察される。
本開示では、被分離SWCNT分散液が、上記式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物とを含み、しかも、当該重合体の重量平均分子量が特定の範囲内の値であるので、半導体型SWCNTが前記分散液中で選択的に分散され、一方、金属型SWCNTについては凝集するので、これを遠心分離の対象とすることにより、金属型SWCNTと半導体型SWCNTとの良好な分離が可能となっているものと推察される。さらに、還元性を有する鉄含有物は前記分散液中でのSWCNTの酸化を抑制し、半導体型SWCNTの分離性と分散性が向上すると考えられる。
ただし、本開示はこれらのメカニズムに限定して解釈されない。
The details of the mechanism of effect manifestation of the present disclosure are not clear, but it is inferred as follows.
In the present disclosure, the SWCNT dispersion to be separated contains a polymer containing a structural unit A derived from the monomer represented by the above formula (1) and an iron-containing material having a reducing property, and the weight thereof. Since the weight average molecular weight of the coalescence is a value within a specific range, the semiconductor type SWCNTs are selectively dispersed in the dispersion liquid, while the metal type SWCNTs aggregate, so that this is the target of centrifugation. Therefore, it is presumed that good separation between the metal type SWCNT and the semiconductor type SWCNT is possible. Further, it is considered that the reducing iron-containing material suppresses the oxidation of SWCNTs in the dispersion liquid, and the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNTs are improved.
However, this disclosure is not construed as limiting to these mechanisms.

[半導体型SWCNT分散液の製造方法、半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法]
本開示は、一態様において、下記工程A及び工程Bを含む、半導体型SWCNT分散液の製造方法(以下「本開示の分散液の製造方法」ともいう)に関する。また、本開示は、その他の態様において、下記工程A及び工程Bを含む、半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法(以下、「本開示の分離方法」ともいう)に関する。
(工程A)半導体型SWCNTと金属型SWCNTとを含む単層カーボンナノチューブ(以下「SWCNT混合物」ともいう)と、下記式(1)で表される単量体(以下「単量体A」ともいう)に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物と、水性媒体とを含む、被分離SWCNT分散液を調製する。
(工程B)前記被分離SWCNT分散液を遠心分離した後、遠心分離された前記被分離SWCNT分散液から、前記半導体型SWCNTを含む上澄み液を採取する。
CH=CH−COOM (1)
式(1)中、Mは、水素原子、金属原子、又は、下記式(2)で表される構造の基を示す。

Figure 2021080121
式(2)中、R1、R2、R3、R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は水酸基を有していてもよい炭素数が1以上2以下のアルキル基を示す。 [Manufacturing method of semiconductor type SWCNT dispersion liquid, method of separating semiconductor type SWCNT and metal type SWCNT]
In one aspect, the present disclosure relates to a method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion liquid (hereinafter, also referred to as “method for producing a dispersion liquid of the present disclosure”), which comprises the following steps A and B. Further, the present disclosure relates to a method for separating a semiconductor type SWCNT and a metal type SWCNT (hereinafter, also referred to as “the separation method of the present disclosure”), which includes the following steps A and B in another aspect.
(Step A) A single-walled carbon nanotube containing a semiconductor-type SWCNT and a metal-type SWCNT (hereinafter, also referred to as “SWCNT mixture”) and a monomer represented by the following formula (1) (hereinafter, also referred to as “monomer A”). A SWCNT dispersion to be separated is prepared, which comprises a polymer containing a structural unit A derived from (referred to as), a reducing iron-containing material, and an aqueous medium.
(Step B) After centrifuging the SWCNT dispersion liquid to be separated, a supernatant liquid containing the semiconductor type SWCNT is collected from the centrifugally separated SWCNT dispersion liquid to be separated.
CH 2 = CH-COMM (1)
In the formula (1), M represents a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2021080121
In the formula (2), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 or more and 2 or less carbon atoms which may have a hydrogen atom or a hydroxyl group.

本開示において、「前記半導体型SWCNTを含む上澄み液を採取する」とは、工程Aで得られた被分離SWCNT分散液中の半導体型SWCNTと金属型SWCNTの比率に対して、前記半導体型SWCNTの比率が向上した上澄み液を採取することを意味し、前記上澄み液が、半導体型SWCNT分散液である。本開示では、上澄み液中に、半導体型SWCNTと比較して相対的に少ない量の金属型SWCNTが含まれることを排除しない。半導体型SWCNTの分離性が向上すると、上澄み液中のSWCNTにおける半導体型SWCNTの割合が高まり、半導体デバイス用の材料として一層有用になる。 In the present disclosure, "collecting the supernatant liquid containing the semiconductor type SWCNT" means the semiconductor type SWCNT with respect to the ratio of the semiconductor type SWCNT to the metal type SWCNT in the liquid to be separated SWCNT obtained in step A. This means that the supernatant liquid having an improved ratio of the above is collected, and the supernatant liquid is a semiconductor type SWCNT dispersion liquid. In the present disclosure, it is not excluded that the supernatant liquid contains a relatively small amount of the metal type SWCNT as compared with the semiconductor type SWCNT. When the separability of the semiconductor type SWCNT is improved, the ratio of the semiconductor type SWCNT in the SWCNT in the supernatant liquid increases, and it becomes more useful as a material for a semiconductor device.

工程Bにおいて、上澄み液を採取する事は、例えば、上澄み液とその残余とを分離することにより行える。前記残余は、金属型SWCNTを半導体型SWCNTよりも相対的に多く含む沈降物を含む。 In step B, the supernatant liquid can be collected, for example, by separating the supernatant liquid and its residue. The residue contains a precipitate containing a relatively large amount of metal-type SWCNTs as compared with semiconductor-type SWCNTs.

[工程A]
本開示の分散液の製造方法及び本開示の分離方法における前記工程Aにおける被分離SWCNT分散液は、一又は複数の実施形態において、少なくとも、前記単量体Aに由来の構成単位Aを含む重合体と、前記SWCNT混合物と、還元性を有する鉄含有物と、水性媒体とを含む混合液(以下「混合液A」と略称する場合もある。)を調製した後、当該混合液Aを分散処理することにより得ることができる。混合液Aは、例えば、前記重合体の水溶液に、前記SWCNT混合物と還元性を有する鉄含有物を同時又は別々に添加することにより、調製できる。還元性を有する鉄含有物は、混合液Aに含まれていなくてもよく、前記重合体と前記SWCNT混合物と水性媒体とを含む混合液を分散処理した後に配合されてもよい。
[Step A]
The SWCNT dispersion liquid to be separated in the step A in the method for producing the dispersion liquid of the present disclosure and the separation method of the present disclosure has, in one or more embodiments, a weight containing at least a structural unit A derived from the monomer A. After preparing a mixture containing the coalescence, the SWCNT mixture, a reducing iron-containing substance, and an aqueous medium (hereinafter, may be abbreviated as "mixture A"), the mixture A is dispersed. It can be obtained by processing. The mixture A can be prepared, for example, by adding the SWCNT mixture and an iron-containing substance having a reducing property to the aqueous solution of the polymer simultaneously or separately. The reducing iron-containing material may not be contained in the mixed solution A, and may be added after the mixed solution containing the polymer, the SWCNT mixture and the aqueous medium is dispersed and treated.

[構成単位Aを含む重合体]
構成単位Aは、上記式(1)で表される単量体A由来の構成単位である。
上記式(1)中、Mは、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、水素原子、金属原子、又は、上記式(2)で表されるアンモニウムとの塩であるが、半導体型SWCNTの分離性向上、分散性向上の観点、及び汎用性向上の観点から、好ましくは水素原子又は上記式(2)で表されるアンモニウムとの塩であり、より好ましくは水素原子である。
[Polymer containing structural unit A]
The structural unit A is a structural unit derived from the monomer A represented by the above formula (1).
In the above formula (1), M is a hydrogen atom, a metal atom, or a salt with ammonium represented by the above formula (2) from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. From the viewpoint of improving the separability, dispersibility, and versatility of the semiconductor type SWCNT, it is preferably a hydrogen atom or a salt with ammonium represented by the above formula (2), and more preferably a hydrogen atom. ..

前記重合体の全構成単位中、前記構成単位Aの含有量は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは50mol%以上、より好ましくは80mol%以上、更に好ましくは90mol%以上であり、更により好ましくは95mol%以上である。 The content of the structural unit A in all the structural units of the polymer is preferably 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, still more preferably 90 mol, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. % Or more, and even more preferably 95 mol% or more.

前記重合体は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、前記単量体A以外の単量体Bに由来の構成単位Bを含んでもよい。単量体Bは単量体A以外の1種あるいは2種以上の単量体を示す。単量体Bとしては、遠心分離等の条件に応じて適宜選択してもよく、例えば、重合体の、半導体型SWCNT及び金属型SWCNTへの親和性を向上させるものであることが好ましく、疎水性を呈する部分を含む単量体がより好ましい。 The polymer may contain a structural unit B derived from a monomer B other than the monomer A from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. Monomer B represents one kind or two or more kinds of monomers other than monomer A. The monomer B may be appropriately selected depending on conditions such as centrifugation. For example, it is preferable that the monomer B improves the affinity of the polymer for the semiconductor type SWCNT and the metal type SWCNT, and is hydrophobic. A monomer containing a portion exhibiting sex is more preferable.

単量体Bは、具体的には、親水性単量体として、マレイン酸、イタコン酸等の2塩基酸単量体及びその塩、メトキシポリオキシエチレン(メタ)アクリレート又はポリオキシエチレンビニルエーテル等の分子中にポリオキシエチレン鎖を含有する単量体、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート又はアクリルアミド等の非イオン性単量体等が挙げられる。疎水性単量体として、メチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、メトキシポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート、又はジイソブチレン等の炭素数が1以上24以下のアルキル基(環状構造を含んでもよい)を有する単量体、スチレン等が挙げられる。両親媒性単量体として、フェノキシポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレン(メタ)アクリレート等の分子内に疎水性部と親水性部を有する単量体などが挙げられる。 Specifically, the monomer B is a hydrophilic monomer such as a dibasic acid monomer such as maleic acid or itaconic acid and a salt thereof, methoxypolyoxyethylene (meth) acrylate, polyoxyethylene vinyl ether or the like. Examples thereof include monomers containing a polyoxyethylene chain in the molecule, nonionic monomers such as hydroxyethyl (meth) acrylate and acrylamide. As the hydrophobic monomer, an alkyl group (cyclic structure) having 1 or more and 24 or less carbon atoms such as methyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, methoxypolyoxypropylene (meth) acrylate, or diisobutylene may be contained. ), Examples thereof include styrene and the like. Examples of the amphipathic monomer include monomers having a hydrophobic part and a hydrophilic part in the molecule such as phenoxypolyoxyethylene (meth) acrylate and polyoxypropylene polyoxyethylene (meth) acrylate.

前記重合体の重量平均分子量は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、1,000以上、好ましくは1,500以上であり、更に好ましくは2,000以上であり、そして同様の観点から、100,000以下、好ましくは50,000以下、より好ましくは30,000以下であり、更に好ましくは10,000以下である。本開示おいて、前記重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(ポリエチレングリコール換算)によるものであり、具体的には、実施例に記載の方法により測定できる。 The weight average molecular weight of the polymer is 1,000 or more, preferably 1,500 or more, more preferably 2,000 or more, and the same, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. From the viewpoint of 100,000 or less, preferably 50,000 or less, more preferably 30,000 or less, and further preferably 10,000 or less. In the present disclosure, the weight average molecular weight of the polymer is based on a gel permeation chromatography method (polyethylene glycol equivalent), and can be specifically measured by the method described in Examples.

前記混合液A中における、及び被分離SWCNT分散液中における前記重合体の含有量は、半導体型SWCNTの分離性向上の観点から、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上、より更に好ましくは1質量%以上であり、そして、半導体型SWCNTの分散性向上の観点から、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下、より更に好ましくは2.5質量%以下である。 The content of the polymer in the mixed liquid A and in the SWCNT dispersion liquid to be separated is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass, from the viewpoint of improving the separability of the semiconductor type SWCNT. % Or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1% by mass or more, and from the viewpoint of improving the dispersibility of the semiconductor type SWCNT, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass. Below, it is more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2.5% by mass or less.

[SWCNT]
前記混合液A、及び被分離SWCNT分散液の調製に使用されるSWCNTについて、特に制限はない。SWCNTは、例えば、HiPco法やe−DIPS法等の従来から公知の合成方法により合成されたものであり、様々な巻き方・直径のものを含んでいてもよい。金属型SWCNTと半導体型SWCNTを任意の比率で含んでいてもよいが、一般的に合成されるSWCNTは、約1/3の金属型SWCNTと約2/3の半導体型SWCNTを含むSWCNT混合物である。
[SWCNT]
The SWCNT used for preparing the mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated is not particularly limited. The SWCNT is synthesized by a conventionally known synthetic method such as the HiPco method or the e-DIPS method, and may include those having various winding methods and diameters. The metal SWCNT and the semiconductor SWCNT may be contained in an arbitrary ratio, but the SWCNT generally synthesized is a SWCNT mixture containing about 1/3 of the metal SWCNT and about 2/3 of the semiconductor SWCNT. is there.

SWCNTの平均直径は、半導体型SWCNTの分離性向上の観点から、好ましくは0.5nm以上、より好ましくは0.8nm以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは3nm以下、より好ましくは2nm以下である。SWCNTの平均直径は、透過型電子顕微鏡を用い得られた画像から10本以上のCNTについて直径を測定し平均することで算出できる。 The average diameter of the SWCNT is preferably 0.5 nm or more, more preferably 0.8 nm or more from the viewpoint of improving the separability of the semiconductor type SWCNT, and from the same viewpoint, preferably 3 nm or less, more preferably 2 nm. It is as follows. The average diameter of SWCNTs can be calculated by measuring and averaging the diameters of 10 or more CNTs from an image obtained using a transmission electron microscope.

SWCNTの平均長さは、電気特性の観点から、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.3μm以上、更に好ましくは0.5μm以上であり、そして、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは20μm以下、更により好ましくは10μm以下である。SWCNTの平均長さは、例えば、透過型電子顕微鏡を用い得られた画像から10本以上のCNTについて長さを測定し平均することで算出できる。 From the viewpoint of electrical characteristics, the average length of the SWCNT is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, still more preferably 0.5 μm or more, and the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT are improved. From the viewpoint of improvement, it is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 20 μm or less, still more preferably 10 μm or less. The average length of SWCNTs can be calculated, for example, by measuring and averaging the lengths of 10 or more CNTs from an image obtained using a transmission electron microscope.

前記混合液A中における、及び被分離SWCNT分散液中におけるSWCNTの含有量は、半導体型SWCNTの分離性向上の観点から、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.03質量%以上であり、そして、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。 The content of SWCNT in the mixed solution A and in the SWCNT dispersion to be separated is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, from the viewpoint of improving the separability of the semiconductor type SWCNT. It is more preferably 0.03% by mass or more, and from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT, it is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, still more preferably 0. It is 5% by mass or less.

[還元性を有する鉄含有物]
本開示において、「還元性を有する鉄含有物」とは、一又は複数の実施形態において、0価又は2価の鉄を含む鉄含有物をいう。還元性を有する鉄含有物は、1種でもよいし、2種以上の組合せでもよい。
本開示において、「鉄含有物」は、鉄単体、鉄合金、又は鉄化合物を含みうる。
[Reducing iron-containing material]
In the present disclosure, the "reducing iron-containing material" refers to an iron-containing material containing zero-valent or divalent iron in one or more embodiments. The reducing iron-containing material may be one kind or a combination of two or more kinds.
In the present disclosure, the "iron-containing material" may include elemental iron, iron alloys, or iron compounds.

還元性を有する鉄含有物としては、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、例えば、0価の鉄及び2価の鉄化合物の少なくとも一方を含む鉄含有物が挙げられ、0価の鉄及び2価の鉄化合物から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
0価の鉄としては、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、粒子状の鉄(0価)が好ましく、粒子状の鉄(0価)としては、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉等が挙げられる。
2価の鉄化合物としては、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、FeCl2、FeBr2、FeI2、FeSO4、Fe(OH)2、FeO等が挙げられ、入手性、経済性の観点から、FeCl2が好ましい。
なお、3価の鉄化合物は一般的には還元性を有さないから、一実施形態において、3価の鉄化合物は本開示における還元性を有する鉄化合物には含まれないとすることができる。
また、還元性を有する鉄含有物が、前記混合液A、及び被分離SWCNT分散液の調製に使用されるSWCNTおよび前記重合体に予め含まれている場合においても同様の効果を得ることができ、特にSWCNTを製造する際に使用される金属触媒に鉄を含有する場合も同様の効果が得られる。したがって、還元性を有する鉄含有物の含有量は、SWCNTおよび前記重合体に予め含有される還元性を有する鉄含有物も含む。
Examples of the reducing iron-containing material include an iron-containing material containing at least one of a zero-valent iron and a divalent iron compound from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor-type SWCNT. At least one selected from valent iron and divalent iron compounds is preferred.
As the zero-valent iron, particulate iron (zero-valent) is preferable from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT, and the particulate iron (zero-valent) is reduced iron powder or atomized iron. Examples include powder.
Examples of the divalent iron compound include FeCl 2 , FeBr 2 , FeI 2 , FeSO 4 , Fe (OH) 2 , FeO, and the like from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. From the viewpoint of economy, FeCl 2 is preferable.
Since the trivalent iron compound generally does not have reducing property, it can be said that the trivalent iron compound is not included in the reducing iron compound in the present disclosure in one embodiment. ..
Further, the same effect can be obtained even when the reducing iron-containing material is previously contained in the mixed solution A, the SWCNT used for preparing the SWCNT dispersion to be separated, and the polymer. In particular, the same effect can be obtained when iron is contained in the metal catalyst used in producing SWCNT. Therefore, the content of the reducing iron-containing material also includes the reducing iron-containing material previously contained in SWCNT and the polymer.

前記混合液A中、及び被分離SWCNT分散液中の還元性を有する鉄含有物の含有量(質量ppm)は、Fe原子換算で、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは15質量ppm以上、より好ましくは25質量ppm以上、更に好ましくは45質量ppm以上であり、そして、半導体型SWCNTの分散性向上の観点から、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは600質量ppm以下、更に好ましくは300質量ppm以下、更により好ましくは150質量ppm以下である。 The content (mass ppm) of the reducing iron-containing material in the mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated is in terms of Fe atoms, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. It is preferably 15 mass ppm or more, more preferably 25 mass ppm or more, further preferably 45 mass ppm or more, and from the viewpoint of improving the dispersibility of the semiconductor type SWCNT, preferably 1000 mass ppm or less, more preferably 600 mass ppm or more. It is ppm or less, more preferably 300 mass ppm or less, and even more preferably 150 mass ppm or less.

前記混合液A中、及び被分離SWCNT分散液中の還元性を有する鉄含有物の含有量(mmol/L)は、Fe原子換算で、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは0.25mmol/L以上、より好ましくは0.45mmol/L以上、更に好ましくは0.80mmol/L以上であり、そして、半導体型SWCNTの分散性向上の観点から、好ましくは18mmol/L以下、より好ましくは10mmol/L以下、更に好ましくは5mmol/L以下、更により好ましくは3mmol/L以下である。 The content (mmol / L) of the reducing iron-containing material in the mixed solution A and the SWCNT dispersion to be separated is in terms of Fe atoms from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. 0.25 mmol / L or more, more preferably 0.45 mmol / L or more, still more preferably 0.80 mmol / L or more, and from the viewpoint of improving the dispersibility of the semiconductor type SWCNT, preferably 18 mmol / L or more. Hereinafter, it is more preferably 10 mmol / L or less, still more preferably 5 mmol / L or less, and even more preferably 3 mmol / L or less.

ここで、水溶液中の還元性を有する鉄(Fe2+)の含有量は、JIS K0400−57−10(ISO 6332)により測定できる。
3価の鉄(Fe3+)が共存する場合、JIS K0400−57−10(ISO 6332)による測定方法で測定した鉄の含有量からFe3+の含有量を差し引くことで、水溶液中の還元性を有する鉄(Fe2+)の含有量を求めることができる。水溶液中のFe3+の含有量は、以下の方法で測定できる。
<Fe3+の含有量>
高速液体クロマトグラフ遷移金属分析システム((株)島津製作所製)を用いて定量する。遷移金属イオンを陽イオン交換クロマトグラフィーによって溶離を行い、呈色試薬として4−(2'−ピリジルアゾ)−レゾルシノール(PAR)を利用したポストカラム吸光検出を行う。
Here, the content of reducing iron (Fe 2+ ) in the aqueous solution can be measured by JIS K0400-57-10 (ISO 6332).
When trivalent iron (Fe 3+ ) coexists, reduction in aqueous solution is performed by subtracting the Fe 3+ content from the iron content measured by the measurement method using JIS K0400-57-10 (ISO 6332). The content of iron (Fe 2+ ) having a property can be determined. The content of Fe 3+ in the aqueous solution can be measured by the following method.
<Fe 3+ content>
Quantify using a high performance liquid chromatograph transition metal analysis system (manufactured by Shimadzu Corporation). Transition metal ions are eluted by cation exchange chromatography, and post-column absorption detection using 4- (2'-pyridylazo) -resorcinol (PAR) as a color-developing reagent is performed.

前記混合液A中における、及び被分離SWCNT分散液中におけるSWCNTの含有量に対する還元性を有する鉄含有物の含有量(Fe原子換算)の質量比(還元性を有する鉄含有物/SWCNT)は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.07以上、更に好ましくは0.10以上、更により好ましくは0.13以上であり、そして、半導体型SWCNTの分散性向上の観点から、好ましくは3以下、より好ましくは1.7以下、更に好ましくは1.0以下、更により好ましくは0.6以下、更により好ましくは0.5以下である。 The mass ratio (reducing iron-containing material / SWCNT) of the content (Fe atom equivalent) of the iron-containing material having reducibility to the content of SWCNT in the mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated is From the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT, it is preferably 0.04 or more, more preferably 0.07 or more, still more preferably 0.10 or more, still more preferably 0.13 or more. From the viewpoint of improving the dispersibility of the semiconductor type SWCNT, it is preferably 3 or less, more preferably 1.7 or less, still more preferably 1.0 or less, still more preferably 0.6 or less, still more preferably 0.5. It is as follows.

[水性媒体]
前記混合液A、及び被分離SWCNT分散液は、分散媒として水性媒体を含む。水性媒体としては水が好ましく、水は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、純水、イオン交換水、精製水又は蒸留水が好ましく、純水がより好ましい。
[Aqueous medium]
The mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated contain an aqueous medium as a dispersion medium. Water is preferable as the aqueous medium, and pure water, ion-exchanged water, purified water or distilled water is preferable, and pure water is more preferable, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT.

前記混合液A、及び被分離SWCNT分散液は、水性媒体として、水以外に、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールや、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド等の水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。 The mixed solution A and the SWCNT dispersion to be separated may contain lower alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol and water-soluble organic solvents such as acetone, tetrahydrofuran and dimethylformamide as an aqueous medium in addition to water. Good.

水性媒体が、水と水以外の分散媒との併用である場合、分散媒における水の割合は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上である。 When the aqueous medium is a combination of water and a dispersion medium other than water, the proportion of water in the dispersion medium is preferably 70% by mass or more, more preferably from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. Is 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more.

前記混合液A中における、及び被分離SWCNT分散液中における水性媒体の含有量は、半導体型SWCNTの分離性向上の観点及び生産性向上の観点から、好ましくは85質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは93質量%以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは99.9質量%以下、より好ましくは99.8質量%以下、更に好ましくは99.5質量%以下、更により好ましくは99.0質量%以下である。 The content of the aqueous medium in the mixed solution A and in the SWCNT dispersion to be separated is preferably 85% by mass or more, more preferably 90, from the viewpoint of improving the separability and productivity of the semiconductor type SWCNT. By mass% or more, more preferably 93% by mass or more, and from the same viewpoint, preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.8% by mass or less, still more preferably 99.5% by mass or less. Even more preferably, it is 99.0% by mass or less.

前記混合液A、及び被分離SWCNT分散液のpHは、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは1以上、より好ましくは1.5以上、更に好ましくは2以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは5以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは3.5以下である。本開示において、混合液A、及び被分離SWCNT分散液のpHは、25℃における値であり、例えば、pHメータ(東亜ディーケーケー社製)を用いて測定できる。 The pH of the mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated is preferably 1 or more, more preferably 1.5 or more, still more preferably 2 or more, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. And, from the same viewpoint, it is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, still more preferably 3.5 or less. In the present disclosure, the pH of the mixed liquid A and the SWCNT dispersion liquid to be separated is a value at 25 ° C., and can be measured using, for example, a pH meter (manufactured by DKK-TOA CORPORATION).

混合液Aに対する分散処理は、例えば、バス型超音波分散器、ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ジェットミル、ビーズミル、ミルサー等の分散機を用いて行うことができる。 The dispersion treatment for the mixture A can be performed using, for example, a disperser such as a bath type ultrasonic disperser, a homomixer, a high-pressure homogenizer, an ultrasonic homogenizer, a jet mill, a bead mill, or a miller.

工程Aにおいて、混合液Aに対して、分散処理をする前に、脱泡処理を行ってもよい。 In the step A, the mixed liquid A may be defoamed before the dispersion treatment.

[工程B]
工程Bでは、工程Aで得られた被分離SWCNT分散液を遠心分離の対象とし、遠心分離された被分離SWCNT分散液中の半導体型SWCNTを含む上澄み液を採取する。前記上澄み液は、遠心分離の対象となる前の被分離SWCNT分散液中の半導体型SWCNTと金属型SWCNTの比率に対して、半導体型SWCNTの比率が向上したものである。当該比率は、遠心分離条件等により異なるが、遠心分離機の回転速度は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは5,000rpm以上、より好ましくは10,000rpm以上であり、同様の観点から、好ましくは100,000rpm以下、より好ましくは70,000rpm以下である。遠心分離機の重力加速度は、半導体型SWCNTの分離性向上及び分散性向上の観点から、好ましくは10kG以上、より好ましくは50kG以上であり、同様の観点から、好ましくは1000kG以下、より好ましくは500kG以下である。
[Step B]
In step B, the SWCNT dispersion liquid to be separated obtained in step A is targeted for centrifugation, and the supernatant liquid containing the semiconductor type SWCNT in the centrifugally separated SWCNT dispersion liquid to be separated is collected. In the supernatant, the ratio of the semiconductor type SWCNT is improved with respect to the ratio of the semiconductor type SWCNT and the metal type SWCNT in the SWCNT dispersion liquid to be separated before being subjected to centrifugation. The ratio varies depending on the centrifugation conditions and the like, but the rotation speed of the centrifuge is preferably 5,000 rpm or more, more preferably 10,000 rpm or more, from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT. From the same viewpoint, it is preferably 100,000 rpm or less, more preferably 70,000 rpm or less. The gravitational acceleration of the centrifuge is preferably 10 kG or more, more preferably 50 kG or more from the viewpoint of improving the separability and dispersibility of the semiconductor type SWCNT, and preferably 1000 kG or less, more preferably 500 kG from the same viewpoint. It is as follows.

本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法、及び本開示の半導体型SWCNTと金属型SWCNTの分離方法は、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点から、工程Bの後、採取した上澄み液に還元剤を添加する工程Cを含むことが好ましい。
工程Bで得られた上澄み液は還元性を有する鉄含有物を含むため、長時間放置しておくと還元性を有する鉄含有物の酸化が進行して3価の鉄イオンに変化し、ポリアクリル酸等の重合体で分散した半導体型SWCNTの分散性を阻害したり、水酸化鉄(III)の沈殿が発生するなどの半導体型SWCNT分散液の安定性を損なうことがある。そこで、工程Cにおいて、工程Bで得られた上澄み液に還元剤を加えることで、上澄み液のpHを例えば2〜3に調整し、3価の鉄イオンの生成を抑えることができると考えられる。
The method for producing the semiconductor-type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure and the method for separating the semiconductor-type SWCNT and the metal-type SWCNT of the present disclosure are the supernatant collected after the step B from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor-type SWCNT dispersion liquid. It is preferable to include step C of adding a reducing agent to the liquid.
Since the supernatant obtained in step B contains a reducing iron-containing substance, if it is left for a long time, the reducing iron-containing substance is oxidized and changed to trivalent iron ions, which is poly. The stability of the semiconductor-type SWCNT dispersion may be impaired, such as inhibiting the dispersibility of the semiconductor-type SWCNT dispersed with a polymer such as acrylic acid or causing precipitation of iron (III) hydroxide. Therefore, in step C, it is considered that the pH of the supernatant can be adjusted to, for example, 2 to 3 by adding a reducing agent to the supernatant obtained in step B, and the formation of trivalent iron ions can be suppressed. ..

還元剤の添加は、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点から、工程Bの終了後、好ましくは48時間以内、より好ましくは24時間以内、更に好ましくは12時間以内、更により好ましくは3時間以内、更により好ましくは1時間以内、更により好ましくは10分以内、更により好ましくは工程Bの終了直後である。 From the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor-type SWCNT dispersion, the addition of the reducing agent is preferably within 48 hours, more preferably within 24 hours, still more preferably within 12 hours, and even more preferably within 48 hours after the completion of step B. Within 3 hours, even more preferably within 1 hour, even more preferably within 10 minutes, even more preferably immediately after the end of step B.

還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、トコフェロール、及びホルムアルデヒドから選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらの中でも、入手性、安全性、安定性の観点から、アスコルビン酸が好ましい。還元剤は、1種でもよいし、2種以上の組合せでもよい。 Examples of the reducing agent include at least one selected from ascorbic acid, ascorbic acid derivatives, tocopherols, and formaldehyde. Among these, ascorbic acid is preferable from the viewpoint of availability, safety and stability. The reducing agent may be one kind or a combination of two or more kinds.

前記還元剤が添加された上澄み液中の還元剤の含有量(質量ppm)は、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点から、好ましくは10質量ppm以上、より好ましくは100質量ppm以上、更に好ましくは500質量ppm以上であり、そして、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点及び経済性の観点から、好ましくは30000質量ppm以下、より好ましくは10000質量ppm以下、更に好ましくは2000質量ppm以下、更により好ましくは1000質量ppm以下である。還元剤が2種以上の組合せである場合、還元剤の含有量はそれらの合計含有量をいう。 The content (mass ppm) of the reducing agent in the supernatant to which the reducing agent is added is preferably 10 mass ppm or more, more preferably 100 mass ppm or more, from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor type SWCNT dispersion liquid. It is more preferably 500 mass ppm or more, and from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor type SWCNT dispersion and from the viewpoint of economic efficiency, it is preferably 30,000 mass ppm or less, more preferably 10,000 mass ppm or less, still more preferably. It is 2000 mass ppm or less, and even more preferably 1000 mass ppm or less. When the reducing agent is a combination of two or more kinds, the content of the reducing agent means the total content thereof.

前記還元剤が添加された上澄み液中の還元剤の含有量(mmol/L)は、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点から、好ましくは0.05mmol/L以上、より好ましくは0.5mmol/L以上、更に好ましくは3mmol/L以上であり、そして、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点及び経済性の観点から、好ましくは170mmol/L以下、より好ましくは60mmol/L以下、更に好ましくは7mmol/L以下である。 The content (mmol / L) of the reducing agent in the supernatant to which the reducing agent is added is preferably 0.05 mmol / L or more, more preferably 0, from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor type SWCNT dispersion liquid. It is .5 mmol / L or more, more preferably 3 mmol / L or more, and preferably 170 mmol / L or less, more preferably 60 mmol / L from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor type SWCNT dispersion and from the viewpoint of economic efficiency. Below, it is more preferably 7 mmol / L or less.

前記還元剤が添加された上澄み液中の還元性を有する鉄含有物に対する還元剤のモル比(還元剤/還元性を有する鉄含有物(Fe原子換算))は、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは1以上であり、そして、半導体型SWCNT分散液の保存安定性向上の観点及び経済性の観点から、好ましくは100以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは10以下、更により好ましくは5以下である。 The molar ratio of the reducing agent to the reducing iron-containing material in the supernatant to which the reducing agent is added (reducing agent / reducing iron-containing material (Fe atom equivalent)) is the storage of the semiconductor-type SWCNT dispersion. From the viewpoint of improving stability, it is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, still more preferably 1 or more, and from the viewpoint of improving the storage stability of the semiconductor type SWCNT dispersion and from the viewpoint of economic efficiency. It is preferably 100 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 10 or less, and even more preferably 5 or less.

工程Cにおいて、還元剤の添加方法としては、例えば、温度:25℃、0.5〜1.5mol/Lの還元剤水溶液を前記上澄み液に添加する方法が挙げられる。 In step C, as a method of adding the reducing agent, for example, a method of adding an aqueous solution of the reducing agent at a temperature of 25 ° C. and 0.5 to 1.5 mol / L to the supernatant can be mentioned.

[半導体型SWCNTの製造方法及び半導体型SWCNT]
本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法により製造された半導体型SWCNT分散液から、半導体型SWCNTを採取すれば、半導体型SWCNTを製造できる。半導体型SWCNT分散液からの半導体型SWCNTの採取は、例えば、メンブレンフィルターにより半導体型SWCNT分散液から半導体型SWCNTを濾過した後、それを乾燥させることにより行える。半導体型SWCNT分散液から半導体型SWCNTを濾過する場合、半導体型SWCNT分散液中の半導体型SWCNTを再沈殿する等の前処理を行ってから濾過してもよい。あるいは、半導体型SWCNT分散液を乾燥し、共存する前記重合体を洗浄や加熱分解等の手段により除去することにより行える。したがって、本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法により得られた半導体型SWCNT分散液を濾過して、半導体型SWCNTを採取する工程を含む、半導体型SWCNTの製造方法(以下、「本開示の半導体型SWCNTの製造方法A」ともいう)に関する。また、本開示は、その他の態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法により得られた半導体型SWCNT分散液を乾燥して半導体型単層カーボンナノチューブと前記重合体とを含む混合物を得る工程、前記混合物から前記重合体を除去して半導体型単層カーボンナノチューブを採取する工程を含む、半導体型SWCNTの製造方法(以下、「本開示の半導体型SWCNTの製造方法B」ともいう)に関する。さらに、本開示は、その他の態様において、本開示の半導体型SWCNTの製造方法AまたはBにより得られる半導体型SWCNT(以下、「本開示の半導体型SWCNT」ともいう)に関する。
[Manufacturing method of semiconductor type SWCNT and semiconductor type SWCNT]
A semiconductor type SWCNT can be produced by collecting the semiconductor type SWCNT from the semiconductor type SWCNT dispersion produced by the method for producing the semiconductor type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure. The semiconductor type SWCNT can be collected from the semiconductor type SWCNT dispersion liquid, for example, by filtering the semiconductor type SWCNT from the semiconductor type SWCNT dispersion liquid with a membrane filter and then drying the semiconductor type SWCNT. When the semiconductor type SWCNT is filtered from the semiconductor type SWCNT dispersion liquid, the semiconductor type SWCNT in the semiconductor type SWCNT dispersion liquid may be subjected to pretreatment such as reprecipitation and then filtered. Alternatively, it can be carried out by drying the semiconductor-type SWCNT dispersion liquid and removing the coexisting polymer by means such as washing or thermal decomposition. Therefore, in one aspect, the present disclosure includes the step of filtering the semiconductor-type SWCNT dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type SWCNT dispersion of the present disclosure and collecting the semiconductor-type SWCNT. The present invention relates to a method (hereinafter, also referred to as “method A for manufacturing the semiconductor type SWCNT of the present disclosure”). Further, in another aspect of the present disclosure, the semiconductor-type SWCNT dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type SWCNT dispersion of the present disclosure is dried to obtain a mixture containing the semiconductor-type single-walled carbon nanotubes and the polymer. A method for producing semiconductor-type SWCNTs, which comprises a step of obtaining the mixture and a step of removing the polymer from the mixture to collect semiconductor-type single-walled carbon nanotubes (hereinafter, also referred to as "method B for producing semiconductor-type SWCNTs of the present disclosure"). Regarding. Further, the present disclosure relates to the semiconductor type SWCNT obtained by the manufacturing method A or B of the semiconductor type SWCNT of the present disclosure (hereinafter, also referred to as “semiconductor type SWCNT of the present disclosure”) in another aspect.

[半導体型SWCNT含有インクの製造方法]
本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法、又は、本開示の半導体型SWCNTの製造方法を、一工程として含む、半導体型SWCNT含有インクの製造方法(以下、「本開示の半導体型SWCNT含有インクの製造方法」ともいう)に関する。本開示の半導体型SWCNT含有インクの製造方法の一実施形態は、例えば、本開示の半導体型SWCNTの製造方法AまたはBを一工程として含み、更に、前記半導体型SWCNTと、有機溶媒及び水のうち少なくとも1種と、必要に応じて界面活性剤及び樹脂のうちの少なくとも1種とを混合する工程を含む。また、本開示の半導体型SWCNT含有インクの製造方法の他の実施形態は、例えば、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法を一工程として含み、前記半導体型SWCNT分散液と、必要に応じて、前記分散液と混和できる有機溶媒、界面活性剤及び樹脂を混合する工程を含む。
[Manufacturing method of semiconductor-type SWCNT-containing ink]
The present disclosure, in one aspect, includes a method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure or a method for producing a semiconductor-type SWCNT of the present disclosure as one step, and a method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink (hereinafter, "" Also referred to as "a method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink" of the present disclosure). One embodiment of the method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure includes, for example, the method A or B for producing a semiconductor-type SWCNT of the present disclosure as one step, and further comprises the semiconductor-type SWCNT, an organic solvent, and water. It includes a step of mixing at least one of them and, if necessary, at least one of a surfactant and a resin. Further, another embodiment of the method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure includes, for example, the method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure as one step, and the semiconductor-type SWCNT dispersion liquid and, if necessary, the above-mentioned semiconductor-type SWCNT dispersion liquid. The step of mixing the organic solvent, the surfactant and the resin which can be mixed with the dispersion liquid is included.

前記有機溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、n−オクタン,n−デカン等の脂肪族系溶媒:シクロヘキサン等の脂環式系溶媒:ベンゼン,トルエン等の芳香族系溶媒、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノ.メチルエーテルアセテート、ブチルセロソルブ等のグリコールエーテル系溶媒等が挙げられる。本開示の半導体型SWCNT含有インクは、成膜性向上の観点から、更に、溶媒に溶解または分散可能な前記樹脂として、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂等を含んでいてもよいし、分散剤として公知の界面活性剤や他の添加剤を含んでいてもよい。本開示の半導体型SWCNT含有インクにおける半導体型SWCNTの含有量については、用途に応じて適宜設定すればよい。 Examples of the organic solvent include aliphatic solvents such as n-hexane, n-octane, and n-decane: alicyclic solvents such as cyclohexane: aromatic solvents such as benzene and toluene, methanol, ethanol and the like. Examples thereof include alcohol solvents, glycol ether solvents such as diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol mono.methyl ether acetate, and butyl cellosolve. From the viewpoint of improving the film-forming property, the semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure may further contain, for example, a polystyrene resin, an acrylic resin, a vinyl resin, or the like as the resin that can be dissolved or dispersed in a solvent. It may contain a known surfactant or other additive as a dispersant. The content of the semiconductor-type SWCNT in the semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure may be appropriately set according to the intended use.

[半導体型SWCNT含有インク]
本開示は、一態様において、半導体型単層SWCNTと、有機溶媒及び水のうち少なくとも1種と、前記式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体、前記還元性を有する鉄含有物及び前記還元剤から選ばれる少なくとも1種とを含む、半導体型SWCNT含有インク(以下、「本開示の半導体型SWCNT含有インク」ともいう)に関する。
本開示の半導体型SWCNT含有インクの一実施形態は、少なくとも本開示の半導体型SWCNTと、有機溶媒及び水のうち少なくとも1種と、前記還元性を有する鉄含有物及び前記還元剤から選ばれる少なくとも1種と、を含み、必要に応じて界面活性剤及び樹脂を含有する。
[Semiconductor type SWCNT-containing ink]
In one embodiment, the present disclosure comprises a polymer containing a semiconductor type single layer SWCNT, at least one of an organic solvent and water, and a structural unit A derived from the monomer represented by the formula (1). The present invention relates to a semiconductor-type SWCNT-containing ink (hereinafter, also referred to as “semiconductor-type SWCNT-containing ink” of the present disclosure), which comprises an iron-containing substance having a reducing property and at least one selected from the reducing agents.
One embodiment of the semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure is selected from at least the semiconductor-type SWCNT of the present disclosure, at least one of an organic solvent and water, an iron-containing substance having the reducing property, and the reducing agent. It contains one type and, if necessary, a surfactant and a resin.

[半導体デバイスの製造方法]
本開示は、一態様において、本開示の半導体型SWCNT含有インクの製造方法により得られた半導体型SWCNT含有インクを、基板に印刷又は塗布して、半導体層を形成する工程を含む、半導体デバイスの製造方法に関する。
[Manufacturing method of semiconductor device]
In one aspect, the present disclosure comprises a step of printing or applying a semiconductor-type SWCNT-containing ink obtained by the method for producing a semiconductor-type SWCNT-containing ink of the present disclosure on a substrate to form a semiconductor layer. Regarding the manufacturing method.

また、本開示は、その他の態様において、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備えた、半導体素子の製造方法であり、前記半導体型SWCNT含有インクを、印刷又は塗布することにより半導体回路や半導体膜(半導体層)を形成する工程を含む、半導体デバイスの製造方法に関する。前記半導体型SWCNT含有インクの印刷方法としては、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等が挙げられる。印刷又は塗布することにより半導体膜を形成した後にエッチング等を行い、回路を形成する工程を含んでもよい。 Further, in another aspect, the present disclosure is a method for manufacturing a semiconductor element including a substrate and a gate electrode, a source electrode and a drain electrode arranged on the substrate, and the semiconductor type SWCNT-containing ink is printed. Alternatively, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a semiconductor circuit or a semiconductor film (semiconductor layer) by coating. Examples of the printing method of the semiconductor type SWCNT-containing ink include inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing and the like. A step of forming a circuit by performing etching or the like after forming a semiconductor film by printing or coating may be included.

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail by way of examples, but these are exemplary and the present disclosure is not limited to these examples.

1.被分離SWCNT分散液の調整に用いた成分について
被分離SWCNT分散液の調製には下記成分を用いた。
(SWCNT混合物)
SWCNT1:「APJ」(株)名城ナノカーボン製(平均直径1.4nm、平均長さ1〜5μm、鉄:検出限界以下)
SWCNT2:「SO」(株)名城ナノカーボン製 APJの精製品(平均直径1.4nm、平均長さ1〜5μm、鉄:検出限界以下)
(重合体)
ポリアクリル酸:Alldrich社製(重量平均分子量2000)
(金属化合物)
FeCl2(Fe2+):富士フイルム和光純薬工業(株)製
FeCl3(Fe3+):富士フイルム和光純薬工業(株)製
CoCl2(Co2+):富士フイルム和光純薬工業(株)製
NiCl2(Ni2+):富士フイルム和光純薬工業(株)製
(還元剤)
アスコルビン酸:富士フイルム和光純薬工業(株)製
(水性溶媒)
1. Ingredients used to prepare the SWCNT dispersion to be separated The following components were used to prepare the SWCNT dispersion to be separated.
(SWCNT mixture)
SWCNT1: "APJ" made by Meijo Nanocarbon Co., Ltd. (average diameter 1.4 nm, average length 1-5 μm, iron: below the detection limit)
SWCNT2: "SO" Meijo Nanocarbon Co., Ltd. APJ refined product (average diameter 1.4 nm, average length 1-5 μm, iron: below the detection limit)
(Polymer)
Polyacrylic acid: manufactured by Alldrich (weight average molecular weight 2000)
(Metal compound)
FeCl 2 (Fe 2+ ): Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. FeCl 3 (Fe 3+ ): Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. CoCl 2 (Co 2+ ): Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. NiCl 2 (Ni 2+ ) manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (reducing agent)
Ascorbic acid: manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (aqueous solvent)
water

2.各種パラメータの測定方法
[重合体の重量平均分子量の測定]
被分離SWCNT分散液の調製に使用した重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下「GPC」ともいう)法を用いて下記条件で測定した。
<GPC条件>
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー株式会社製)
溶離液:0.2Mリン酸バッファー/CH3CN=9/1(体積比)
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI
サンプルサイズ:0.5mg/mL
標準物質:ポリエチレングリコール換算
2. Measurement method of various parameters [Measurement of weight average molecular weight of polymer]
The weight average molecular weight of the polymer used for preparing the SWCNT dispersion to be separated was measured by gel permeation chromatography (hereinafter, also referred to as “GPC”) under the following conditions.
<GPC conditions>
Column: G4000PWXL + G2500PWXL (manufactured by Tosoh Corporation)
Eluent: 0.2M phosphate buffer / CH 3 CN = 9/1 (volume ratio)
Flow rate: 1.0 mL / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: RI
Sample size: 0.5 mg / mL
Standard substance: Polyethylene glycol equivalent

[SWCNTの平均直径及び平均長さの測定]
SWCNTの平均直径及び平均長さは、透過型電子顕微鏡を用い得られた画像から10本以上のCNTについて直径及び長さをそれぞれ測定し平均することで算出した。
[Measurement of average diameter and average length of SWCNT]
The average diameter and average length of SWCNTs were calculated by measuring and averaging the diameters and lengths of 10 or more CNTs from images obtained using a transmission electron microscope.

3.半導体型SWCNT分散液の調製
[実施例1〜10、参考例1〜6、比較例1〜3]
ポリアクリル酸を超純水で溶解した所定の濃度のポリアクリル酸水溶液30mLに、表1〜4に示すSWCNT混合物を所定の濃度になるように添加して、被分離SWCNT混合液を得た。当該混合液に対して、ミルサー(大阪ケミカル(株)製「ラボ用粉砕機OML1」、回転数20000rpm)を用いて1分間脱泡処理を行った。次いで、分散脱泡装置((株)シンキー製「あわとり練太郎AR−250」を用いて脱泡処理を1分間行った。次いで、1mol/Lに調製した表1〜4に示す金属化合物を所定の濃度になるように添加し、スターラーで撹拌しながら超音波ホモジナイザー(BRANSON社製「450D」)でAMPLITUDE30%、20℃の条件にて10分間分散を行い、実施例1〜10、参考例1〜6、比較例1〜3の被分離SWCNT分散液を得た。被分離SWCNT分散液中のSWCNT混合物、ポリアクリル酸、金属化合物の含有量は、表1〜表4に示すとおりであり、水の含有量は、SWCNT混合物、ポリアクリル酸、金属化合物を除いた残余である。
得られた被分離SWCNT分散液に対して、超遠心機(日立工機(株)製「CS100GXII」、ローターS50A)を用いて、回転数50000rpm、重力加速度210kG、25℃の条件にて60分間遠心処理を行った。その後、沈殿した堆積物を舞い上げないようにして上澄み液を体積基準で液面から80%採取し、実施例1〜10、参考例1〜6、比較例1〜3の半導体型SWCNT分散液を得た。
[実施例11]
実施例1の上澄み液に、予めアスコルビン酸を1モル/Lの水溶液に調製し、アスコルビン酸の濃度が880質量ppm(5mmol/L)となるように、25℃で添加して、実施例11の半導体SWCNT分散液を得た。前記アスコルビン酸の添加は、実施例1の上澄み液が得られてから直ち(1分以内)に行った。
3. 3. Preparation of semiconductor type SWCNT dispersion liquid [Examples 1 to 10, Reference Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3]
The SWCNT mixture shown in Tables 1 to 4 was added to 30 mL of a polyacrylic acid aqueous solution having a predetermined concentration in which polyacrylic acid was dissolved in ultrapure water to a predetermined concentration to obtain a SWCNT mixture to be separated. The mixed solution was defoamed for 1 minute using a miller (“Labor crusher OML1” manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd., rotation speed 20000 rpm). Next, the defoaming treatment was performed for 1 minute using a dispersion defoaming device (“Awatori Rentaro AR-250” manufactured by Shinky Co., Ltd.). Next, the metal compounds shown in Tables 1 to 4 prepared at 1 mol / L were used. Add to a predetermined concentration, and disperse with an ultrasonic homogenizer (“450D” manufactured by BRANSON) under the conditions of AMPLITUDE 30% and 20 ° C. while stirring with a stirrer. Examples 1 to 10 and Reference Example. The SWCNT dispersions 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained. The contents of the SWCNT mixture, polyacrylic acid, and metal compound in the SWCNT dispersions to be separated are as shown in Tables 1 to 4. , The water content is the residue after removing the SWCNT mixture, polyacrylic acid and metal compounds.
The obtained SWCNT dispersion liquid to be separated is subjected to an ultracentrifuge (“CS100GXII” manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., rotor S50A) at a rotation speed of 50,000 rpm, a gravitational acceleration of 210 kG, and 25 ° C. for 60 minutes. Centrifugation was performed. After that, 80% of the supernatant liquid was collected from the liquid surface on a volume basis so as not to fly up the precipitated deposit, and the semiconductor type SWCNT dispersion liquids of Examples 1 to 10, Reference Examples 1 to 6, and Comparative Examples 1 to 3 were collected. Got
[Example 11]
Ascorbic acid was prepared in advance in a 1 mol / L aqueous solution to the supernatant of Example 1, and added at 25 ° C. so that the concentration of ascorbic acid was 880 mass ppm (5 mmol / L). The semiconductor SWCNT dispersion liquid of the above was obtained. The addition of ascorbic acid was carried out immediately (within 1 minute) after the supernatant of Example 1 was obtained.

4.評価
[分離性評価]
可視光から赤外光まで測定可能な紫外可視近赤外分光光度計((株)島津製作所製「UV−3600Plus」)を用いて、吸光度を測定する。そして、半導体型SWCNTを示すピーク強度と金属型SWCNTを示すピーク強度との比を取った値を算出し、金属型SWCNTと半導体型のSWCNTとの分離性の評価基準とした。算出した値が高いほど、半導体型SCNT分離性が高いと評価できる。結果を表1〜4に示した。

Figure 2021080121
なお、使用したSWCNT(APJおよびSO)は、1020nm付近に半導体型SWCNTの固有波長を有し、730nm付近に金属型SWCNTの固有波長を有する。 4. Evaluation [Separability evaluation]
Absorbance is measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (“UV-3600Plus” manufactured by Shimadzu Corporation) that can measure from visible light to infrared light. Then, a value obtained by taking the ratio of the peak intensity indicating the semiconductor type SWCNT to the peak intensity indicating the metal type SWCNT was calculated and used as an evaluation standard of the separability between the metal type SWCNT and the semiconductor type SWCNT. It can be evaluated that the higher the calculated value, the higher the semiconductor type SCNT separability. The results are shown in Tables 1-4.
Figure 2021080121
The SWCNTs used (APJ and SO) have the intrinsic wavelength of the semiconductor SWCNT near 1020 nm and the intrinsic wavelength of the metal SWCNT near 730 nm.

[分散性評価]
半導体型SWCNTを示すピーク強度をSWCNTの分散性の評価基準とした。ピーク強度値が高いほど、半導体型SWCNTの回収が多い、すなわち分散性が高いことを示しており、半導体型SWCNTの分散性が高いと評価できる。評価結果を表2〜3に示した。

Figure 2021080121
[Dispersibility evaluation]
The peak intensity indicating the semiconductor type SWCNT was used as the evaluation standard for the dispersibility of the SWCNT. The higher the peak intensity value, the greater the recovery of the semiconductor type SWCNT, that is, the higher the dispersibility, and it can be evaluated that the dispersibility of the semiconductor type SWCNT is high. The evaluation results are shown in Tables 2 and 3.
Figure 2021080121

Figure 2021080121
Figure 2021080121

Figure 2021080121
Figure 2021080121

Figure 2021080121
Figure 2021080121

Figure 2021080121
Figure 2021080121

表1〜表4に示すように、実施例1〜11にて分離したSWCNT分散液は、参考例1〜6、比較例1〜3にて分離したSWCNT分散液に比べ、半導体SWCNTの分離性に優れる。 As shown in Tables 1 to 4, the SWCNT dispersions separated in Examples 1 to 11 have the separability of semiconductor SWCNTs as compared with the SWCNT dispersions separated in Reference Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. Excellent for.

[保存安定性評価]
実施例1及び実施例11の半導体型SWCNT分散液の保存安定性を以下のようにして評価した。
半導体型SWCNT分散液15mLをNo.5スクリュー管(マルエム製)に入れて密閉し、室温下で1ヵ月間放置し、沈殿物(不溶出物)の有無を目視で観察した。沈殿物(不溶出物)が確認されなければ保存安定性が良好であると評価できる。結果を表5に示す。
[Storing stability evaluation]
The storage stability of the semiconductor-type SWCNT dispersions of Examples 1 and 11 was evaluated as follows.
No. 15 mL of semiconductor type SWCNT dispersion liquid was added. It was placed in a 5-screw tube (manufactured by Maruem), sealed, left at room temperature for 1 month, and the presence or absence of a precipitate (non-eluting) was visually observed. If no precipitate (non-eluting) is confirmed, it can be evaluated that the storage stability is good. The results are shown in Table 5.

Figure 2021080121
Figure 2021080121

表5に示すように、アスコルビン酸を添加していない実施例1のSWCNT分散液は、数日間は安定であったが、1か月後には緑色の綿状の沈殿物が見られた。一方、アスコルビン酸を添加した実施例11のSWCNT分散液は、1か月後も沈殿物は見られず、実施例1に比べて保存安定性が良好であることが分かった。 As shown in Table 5, the SWCNT dispersion of Example 1 to which ascorbic acid was not added was stable for several days, but a green cotton-like precipitate was observed after one month. On the other hand, the SWCNT dispersion liquid of Example 11 to which ascorbic acid was added showed no precipitate even after one month, and it was found that the storage stability was better than that of Example 1.

以上説明した通り、本開示の半導体型SWCNT分散液の製造方法によれば、金属型SWCNTと半導体型SWCNTとの分離を、密度勾配形成剤等を使用することなく、水性媒体中で、しかも、入手容易な分離剤の使用及び簡単な操作により行えるので、半導体型SWCNT分散液や半導体型SWCNT自体の製造方法の製造効率の向上が期待できる。 As described above, according to the method for producing a semiconductor-type SWCNT dispersion liquid of the present disclosure, the metal-type SWCNT and the semiconductor-type SWCNT can be separated in an aqueous medium without using a density gradient forming agent or the like. Since it can be carried out by using an easily available separating agent and a simple operation, it is expected that the manufacturing efficiency of the manufacturing method of the semiconductor type SWCNT dispersion liquid or the semiconductor type SWCNT itself can be improved.

Claims (15)

半導体型単層カーボンナノチューブと金属型単層カーボンナノチューブとを含む単層カーボンナノチューブと、水性媒体と、下記の式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物とを含む、被分離単層カーボンナノチューブ分散液を調製する工程Aと、
前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液を遠心分離した後、遠心分離された前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液から、前記半導体型単層カーボンナノチューブを含む上澄み液を採取する工程Bと、を含み、
前記重合体の重量平均分子量が1,000以上100,000以下である、半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。
CH=CH−COOM (1)
式(1)中、Mは水素原子、金属原子、又は、下記式(2)で表される構造の基を示す。
Figure 2021080121
式(2)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、又は水酸基を有していてもよい炭素数が1以上2以下のアルキル基を示す。
A single-walled carbon nanotube containing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube and a metal-type single-walled carbon nanotube, an aqueous medium, and a polymer containing a structural unit A derived from a monomer represented by the following formula (1). Step A to prepare a single-walled carbon nanotube dispersion to be separated, which contains a reducing iron-containing material.
A step B of collecting a supernatant containing the semiconductor-type single-walled carbon nanotubes from the centrifuged single-walled carbon nanotube dispersion after centrifuging the single-walled carbon nanotube dispersion to be separated is included. ,
A method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion, wherein the polymer has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less.
CH 2 = CH-COMM (1)
In the formula (1), M represents a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2021080121
In formula (2), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 or more and 2 or less carbon atoms which may have a hydrogen atom or a hydroxyl group.
前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液中の還元性を有する鉄含有物の含有量が、Fe原子換算で、0.25mmol/L以上18mmol/L以下である、請求項1に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The semiconductor type single according to claim 1, wherein the content of the reducing iron-containing material in the single-walled carbon nanotube dispersion to be separated is 0.25 mmol / L or more and 18 mmol / L or less in terms of Fe atoms. A method for producing a layered carbon nanotube dispersion liquid. 前記被分離SWCNT分散液中における前記単層カーボンナノチューブの含有量に対する還元性を有する鉄含有物の含有量(Fe原子換算)の質量比が0.04以上3以下である、請求項1又は2に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 Claim 1 or 2 in which the mass ratio of the content (Fe atom equivalent) of the iron-containing material having reducibility to the content of the single-walled carbon nanotubes in the SWCNT dispersion liquid to be separated is 0.04 or more and 3 or less. The method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to. 前記重合体に含まれる全構成単位中、前記構成単位Aの含有量が50mol%以上である、請求項1から3のいずれかに記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the structural unit A is 50 mol% or more among all the structural units contained in the polymer. 前記工程Aにおいて前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液の調製に使用する前記単層カーボンナノチューブの平均直径は、0.5nm以上2nm以下である、請求項1から4のいずれかに記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The semiconductor type according to any one of claims 1 to 4, wherein the average diameter of the single-walled carbon nanotubes used for preparing the single-walled carbon nanotube dispersion to be separated in the step A is 0.5 nm or more and 2 nm or less. A method for producing a single-walled carbon nanotube dispersion liquid. 工程Bの後、採取した上澄み液に還元剤を添加する工程Cを含む、請求項1から5のいずれかに記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 5, which comprises a step C of adding a reducing agent to the collected supernatant after the step B. 前記還元剤が添加された上澄み液中の還元剤の含有量が0.05mmol/L以上170mmol/Lである、請求項6に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to claim 6, wherein the content of the reducing agent in the supernatant to which the reducing agent is added is 0.05 mmol / L or more and 170 mmol / L. 前記還元剤がアスコルビン酸である、請求項6又は7に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法。 The method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to claim 6 or 7, wherein the reducing agent is ascorbic acid. 請求項1から8のいずれかの項に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法により得られた半導体型単層カーボンナノチューブ分散液を濾過して、半導体型単層カーボンナノチューブを採取する工程を含む、半導体型単層カーボンナノチューブの製造方法。 The semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion according to any one of claims 1 to 8 is filtered to collect semiconductor-type single-walled carbon nanotubes. A method for manufacturing semiconductor-type single-walled carbon nanotubes, which includes steps. 請求項1から8のいずれかの項に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の製造方法により得られた半導体型単層カーボンナノチューブ分散液を乾燥して半導体型単層カーボンナノチューブと前記重合体とを含む混合物を得る工程と、
前記混合物から前記重合体を除去して、半導体型単層カーボンナノチューブを採取する工程と、を含む、半導体型単層カーボンナノチューブの製造方法。
The semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion obtained by the method for producing the semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion according to any one of claims 1 to 8 is dried to obtain the semiconductor-type single-walled carbon nanotube and the polymer. And the process of obtaining a mixture containing
A method for producing semiconductor-type single-walled carbon nanotubes, which comprises a step of removing the polymer from the mixture and collecting semiconductor-type single-walled carbon nanotubes.
半導体型単層カーボンナノチューブと金属型単層カーボンナノチューブとを含む単層カーボンナノチューブと、水性媒体と、下記の式(1)で表される単量体に由来の構成単位Aを含む重合体と、還元性を有する鉄含有物とを含む、被分離単層カーボンナノチューブ分散液を調製する工程Aと、
前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液を遠心分離した後、遠心分離された前記被分離単層カーボンナノチューブ分散液から、前記半導体型単層カーボンナノチューブを含む上澄み液を採取する工程Bと、を含み、
前記重合体の重量平均分子量が1,000以上100,000以下である、半導体型単層カーボンナノチューブと金属型単層カーボンナノチューブの分離方法。
CH=CH−COOM (1)
式(1)中、Mは水素原子、金属原子、又は、下記式(2)で表される構造の基を示す。
Figure 2021080121
式(2)中、R1、R2、R3、R4はそれぞれ独立に、水素原子、又は水酸基を有していてもよい炭素数が1以上2以下のアルキル基を示す。
A single-walled carbon nanotube containing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube and a metal-type single-walled carbon nanotube, an aqueous medium, and a polymer containing a structural unit A derived from a monomer represented by the following formula (1). Step A to prepare a single-walled carbon nanotube dispersion to be separated, which contains a reducing iron-containing material.
A step B of collecting a supernatant containing the semiconductor-type single-walled carbon nanotubes from the centrifuged single-walled carbon nanotube dispersion after centrifuging the single-walled carbon nanotube dispersion to be separated is included. ,
A method for separating semiconductor-type single-walled carbon nanotubes and metal-type single-walled carbon nanotubes, wherein the polymer has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less.
CH 2 = CH-COMM (1)
In the formula (1), M represents a hydrogen atom, a metal atom, or a group having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2021080121
In formula (2), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent an alkyl group having 1 or more and 2 or less carbon atoms which may have a hydrogen atom or a hydroxyl group.
工程Bの後、採取した上澄み液に還元剤を添加する工程Cを含む、請求項11に記載の半導体型単層カーボンナノチューブの分離方法。 The method for separating semiconductor-type single-walled carbon nanotubes according to claim 11, further comprising step C of adding a reducing agent to the collected supernatant after step B. 前記還元剤が添加された上澄み液中の還元剤の含有量が0.05mmol/L以上170mmol/Lである、請求項12に記載の半導体型単層カーボンナノチューブ分散液の分離方法。 The method for separating a semiconductor-type single-walled carbon nanotube dispersion liquid according to claim 12, wherein the content of the reducing agent in the supernatant liquid to which the reducing agent is added is 0.05 mmol / L or more and 170 mmol / L. 前記還元剤がアスコルビン酸である、請求項12又は13に記載の半導体型単層カーボンナノチューブの分離方法。 The method for separating semiconductor-type single-walled carbon nanotubes according to claim 12 or 13, wherein the reducing agent is ascorbic acid. 請求項1から10のいずれかに記載の製造方法を、一工程として含む半導体型単層カーボンナノチューブ含有インクの製造方法。 A method for producing a semiconductor-type single-walled carbon nanotube-containing ink, which comprises the production method according to any one of claims 1 to 10 as one step.
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