JP2021172528A - Carbon nanotube membrane, dispersion liquid, and production method of carbon nanotube membrane - Google Patents

Carbon nanotube membrane, dispersion liquid, and production method of carbon nanotube membrane Download PDF

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Abstract

To provide a carbon nanotube membrane which is excellent in uniformity of thickness.SOLUTION: A carbon nanotube membrane comprises a carbon nanotube and has an average thickness of 1 nm to 200 nm. A percentage of an area of an ununiform region having a thickness being at least 10% larger or 10% smaller than the average thickness, to an area of the whole region of the membrane is 15.0% or less. The membrane has 3σ of a reflectance of 15% or less when the reflectance is measured in the following conditions with a reflectance spectroscopic membrane thickness meter while the membrane is disposed on a silicon substrate: [the conditions] a diameter of a measuring point: 20 μm, a reference measured wavelength: 285 nm, a measuring point number: 121 points, and a center point distance between adjacent measuring points: 40 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、カーボンナノチューブ膜、分散液及びカーボンナノチューブ膜の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a carbon nanotube film, a dispersion liquid, and a method for producing a carbon nanotube film.

炭素原子で構成されるカーボンナノチューブ(以下、CNTとも称する)は、電気的特性や熱伝導性、機械的性質の優れた材料である。CNTは、非常に軽量、且つ、極めて強靱であり、また、優れた弾性、復元性等を有する材料である。このように優れた性質を有するCNTは、工業材料として、極めて魅力的、且つ重要な物質である。 Carbon nanotubes (hereinafter, also referred to as CNTs) composed of carbon atoms are materials having excellent electrical properties, thermal conductivity, and mechanical properties. CNT is a material that is extremely lightweight, extremely tough, and has excellent elasticity, resilience, and the like. CNT having such excellent properties is an extremely attractive and important substance as an industrial material.

例えば、特許文献1には、水銀圧入法により測定される、ポアサイズが400nm以上1500nm以下の細孔が、log微分細孔容積0.006cm/g以下となる10nm以上の領域を備えるカーボンナノチューブ集合体が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a carbon nanotube set having a region of 10 nm or more in which pores having a pore size of 400 nm or more and 1500 nm or less, which are measured by a mercury intrusion method, have a log differential pore volume of 0.006 cm 3 / g or less. The body is disclosed.

また、特許文献2には、カーボンナノチューブ集合体を備える複数本の網目状のカーボンナノチューブバンドルを備え、且つ窒素吸着等温線から求めたBET比表面積が600m/g以上を備える膜構造体であり、カーボンナノチューブバンドルは、窒素吸脱着等温線の相対圧(平衡圧力/飽和蒸気圧)が0.2以上0.9以下に相当するサイズの細孔を400cm/g(STP)以上備えることを特徴とする膜構造体が開示されている。 Further, Patent Document 2 is a film structure comprising a plurality of mesh-like carbon nanotube bundles including carbon nanotube aggregates and having a BET specific surface area of 600 m 2 / g or more obtained from a nitrogen adsorption isotherm. The carbon nanotube bundle is provided with pores having a size corresponding to a relative pressure (equilibrium pressure / saturated vapor pressure) of the nitrogen adsorption / desorption isotherm of 0.2 or more and 0.9 or less of 400 cm 3 / g (STP) or more. The characteristic membrane structure is disclosed.

特開2018−145027号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-14502 特開2018−024540号公報JP-A-2018-024540

従来のカーボンナノチューブ(CNT)膜は、CNTバンドルが十分に開繊されていない等の理由により、CNTバンドルが高次の凝集構造を形成することで、CNT膜における厚みの均一性が不足する場合があった。
CNT膜の表面が不均一であることは、CNT膜の透明性を低下させ、導電性等の他の特性の面方向の均一さを低下させる原因となる可能性がある。
また、CNT膜の表面が不均一であることは、微視的な応力集中を引き起こし、CNT膜の機械的強度の低下をもたらす原因となる可能性もある。
In the conventional carbon nanotube (CNT) film, when the CNT bundle forms a high-order aggregated structure due to reasons such as the CNT bundle not being sufficiently opened, the thickness uniformity in the CNT film is insufficient. was there.
The non-uniformity of the surface of the CNT film may reduce the transparency of the CNT film and may cause the non-uniformity of other properties such as conductivity in the plane direction.
In addition, the non-uniformity of the surface of the CNT film may cause microscopic stress concentration and cause a decrease in the mechanical strength of the CNT film.

特許文献1及び特許文献2において、CNT膜における厚みの均一性について充分な検討がされておらず、改善の余地がある。 In Patent Document 1 and Patent Document 2, the uniformity of the thickness of the CNT film has not been sufficiently examined, and there is room for improvement.

本開示の一実施形態の解決しようとする課題は、厚みの均一性に優れるカーボンナノチューブ膜、カーボンナノチューブ膜を含む分散液及びカーボンナノチューブ膜の製造方法を提供することである。 An object to be solved in one embodiment of the present disclosure is to provide a carbon nanotube film having excellent thickness uniformity, a dispersion liquid containing the carbon nanotube film, and a method for producing the carbon nanotube film.

上記課題を解決するための具体的手段は以下の態様を含む。
<1> カーボンナノチューブを含有し、平均厚みが1nm以上200nm以下であり、平均厚みに対して、厚みが10%以上厚いか又は10%以上薄い領域である不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、15.0%以下であり、シリコン基板上に配置し、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率を測定した場合に、反射率の3σが15%以下であるカーボンナノチューブ膜。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
<2> シリコン基板上に配置し、互いに距離が2cm以上離れた複数の測定位置のそれぞれにおいて、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率の測定及び平均反射率の算出を行った場合に、前記平均反射率の最大値から前記平均反射率の最小値を差し引いた値が15%以下である<1>に記載のカーボンナノチューブ膜。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
<3> 網目構造を有する<1>又は<2>に記載のカーボンナノチューブ膜。
<4> 前記カーボンナノチューブは、チューブ径が0.8nm以上6.0nm以下である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜。
<5> 前記カーボンナノチューブは、長さが10nm以上である<1>〜<4>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜。
<6> 前記カーボンナノチューブに含まれるカーボンの含有量が、前記カーボンナノチューブの全質量に対して98質量%以上である<1>〜<5>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜。
<7> 共鳴ラマン散乱測定法により測定されるG/D比が、20以上である<1>〜<6>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜。
<8> ナノインデンテーション試験により測定される破断荷重が、1.0μN/nm以上である<1>〜<7>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜。
<9> <1>〜<8>のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ膜の製造に用いられる分散液。
<10> 凝集体を含む粗カーボンナノチューブを準備する工程と、前記粗カーボンナノチューブと溶媒とを混合して分散液を得る工程と、前記分散液に含まれる前記凝集体を除去して、精製カーボンナノチューブを得る工程と、前記精製カーボンナノチューブをシート状に成膜して、カーボンナノチューブ膜を製造する工程と、を含むカーボンナノチューブ膜の製造方法。
Specific means for solving the above problems include the following aspects.
<1> The ratio of the area of the non-uniform region, which contains carbon nanotubes, has an average thickness of 1 nm or more and 200 nm or less, and is a region having a thickness of 10% or more or 10% or more thinner than the average thickness, is a film. It is 15.0% or less of the total area of the area, and when the reflectance is measured under the following conditions by arranging it on a silicon substrate and using a reflection spectroscopic membrane thickness gauge, the reflectance of 3σ is 15. % Or less carbon nanotube membrane.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm
<2> The reflectance was measured and the average reflectance was calculated under the following conditions using a reflection spectrofilm thickness gauge at each of a plurality of measurement positions separated from each other by 2 cm or more on a silicon substrate. The carbon nanotube film according to <1>, wherein the value obtained by subtracting the minimum value of the average reflectance from the maximum value of the average reflectance is 15% or less.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm
<3> The carbon nanotube film according to <1> or <2>, which has a network structure.
<4> The carbon nanotube film according to any one of <1> to <3>, wherein the carbon nanotube has a tube diameter of 0.8 nm or more and 6.0 nm or less.
<5> The carbon nanotube film according to any one of <1> to <4>, wherein the carbon nanotube has a length of 10 nm or more.
<6> The carbon nanotube film according to any one of <1> to <5>, wherein the content of carbon contained in the carbon nanotubes is 98% by mass or more with respect to the total mass of the carbon nanotubes.
<7> The carbon nanotube film according to any one of <1> to <6>, wherein the G / D ratio measured by the resonance Raman scattering measurement method is 20 or more.
<8> The carbon nanotube film according to any one of <1> to <7>, wherein the breaking load measured by the nanoindentation test is 1.0 μN / nm or more.
<9> The dispersion liquid used for producing the carbon nanotube film according to any one of <1> to <8>.
<10> A step of preparing crude carbon nanotubes containing aggregates, a step of mixing the crude carbon nanotubes with a solvent to obtain a dispersion liquid, and a step of removing the aggregates contained in the dispersion liquid to purify carbon. A method for producing a carbon nanotube film, which comprises a step of obtaining nanotubes and a step of forming the purified carbon nanotubes into a sheet to produce a carbon nanotube film.

本開示の一実施形態によれば、厚みの均一性に優れるカーボンナノチューブ膜、カーボンナノチューブ膜を含む分散液及びカーボンナノチューブ膜の製造方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a carbon nanotube film having excellent thickness uniformity, a dispersion liquid containing the carbon nanotube film, and a method for producing the carbon nanotube film.

本開示の一実施形態に係るCNT膜を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the CNT film which concerns on one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態に係るCNT膜とCNT集合体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the CNT film and the CNT aggregate which concerns on one Embodiment of this disclosure. 波長285nm及び400nmにおける反射率と膜厚みの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reflectance and the film thickness at wavelengths 285 nm and 400 nm. 本開示における反射率の3σ及び平均反射率の測定を行う際、選定された測定位置の配置を表す概略図である。It is the schematic which shows the arrangement of the measurement position selected at the time of measuring 3σ of the reflectance and the average reflectance in this disclosure. (a)本開示における反射率の3σ及び平均反射率の測定を行う際、選定された測定位置の配置を表す概略図を示す。(b)本開示における反射率の3σ及び平均反射率の測定を行う際、選定した各「測定位置」における測定点の配置を表す概略図を示す。(A) A schematic diagram showing the arrangement of the measurement positions selected when measuring the reflectance of 3σ and the average reflectance in the present disclosure is shown. (B) A schematic diagram showing the arrangement of measurement points at each selected “measurement position” when measuring the reflectance of 3σ and the average reflectance in the present disclosure is shown. 空気層/CNT膜の層/シリコン基板のモデルを示す概略図である。It is the schematic which shows the model of the air layer / CNT film layer / silicon substrate. 本開示における膜厚みへの換算方法にて、波長285nmの反射率及び膜厚みを測定した場合の、反射率と膜厚みとの関係をプロットしたグラフである。6 is a graph plotting the relationship between the reflectance and the film thickness when the reflectance and the film thickness at a wavelength of 285 nm are measured by the method of converting to the film thickness in the present disclosure. 本開示の一実施形態に係るCNT集合体のCNTバンドルの太さを求める方法の模式図である。It is a schematic diagram of the method of determining the thickness of the CNT bundle of the CNT aggregate which concerns on one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態に係るCNT膜の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the CNT film which concerns on one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態に係るCNT膜の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the CNT film which concerns on one Embodiment of this disclosure. 光学顕微鏡を用いて観察された、実施例1に係るCNT膜の表面の画像である。It is an image of the surface of the CNT film according to Example 1 observed using an optical microscope. 光学顕微鏡を用いて観察された、比較例1に係るCNT膜の表面の画像である。It is an image of the surface of the CNT film according to Comparative Example 1 observed using an optical microscope. 走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、実施例1に係るCNT膜の表面の画像である。It is an image of the surface of the CNT film according to Example 1 observed using a scanning electron microscope (SEM). 走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、実施例2に係るCNT膜の表面の画像である。It is an image of the surface of the CNT film according to Example 2 observed using a scanning electron microscope (SEM). 走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、比較例2に係るCNT膜の表面の画像である。It is an image of the surface of the CNT film according to Comparative Example 2 observed using a scanning electron microscope (SEM).

本開示において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、各成分の量は、各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、複数種の物質の合計量を意味する。
本開示において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
The numerical range indicated by using "~" in the present disclosure means a range including the numerical values before and after "~" as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical range described stepwise in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise. Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
In the present disclosure, a combination of two or more preferred embodiments is a more preferred embodiment.
In the present disclosure, the amount of each component means the total amount of a plurality of kinds of substances when a plurality of kinds of substances corresponding to each component are present, unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term "process" is included in this term not only as an independent process but also as long as the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes.

以下、本開示の実施形態に係るカーボンナノチューブ膜及びカーボンナノチューブ集合体について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
Hereinafter, the carbon nanotube film and the carbon nanotube aggregate according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
It should be noted that the present embodiment shown below is an example of the embodiments of the present disclosure, and the present disclosure is not construed as being limited to these embodiments.

≪カーボンナノチューブ膜≫
本開示のカーボンナノチューブ膜は、カーボンナノチューブを含有し、平均厚みが1nm以上200nm以下であり、平均厚みに対して、厚みが10%以上厚いか又は10%以上薄い領域である不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、15.0%以下であり、
シリコン基板上に配置し、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率を測定した場合に、反射率の3σが15%以下である。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
≪Carbon nanotube membrane≫
The carbon nanotube film of the present disclosure contains carbon nanotubes, has an average thickness of 1 nm or more and 200 nm or less, and has an area of a non-uniform region which is a region where the thickness is 10% or more thicker or 10% or more thinner than the average thickness. Is 15.0% or less of the total area of the membrane.
When the reflectance is measured under the following conditions using a reflection spectroscopic film thickness meter placed on a silicon substrate, the reflectance of 3σ is 15% or less.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm

従来のCNT膜は、CNTバンドルが十分に開繊されていない等の理由により、CNTバンドルが高次の凝集構造を形成することで、CNT膜における厚みの均一性が不足する場合がある。
上記CNTバンドルの凝集構造は、光学顕微鏡で観察した場合に、他の領域と比較して色味が濃い領域(凝集体とも称する)、又はいわゆるダマ状の領域(単に、ダマとも称する)として観察できる。
In the conventional CNT film, the uniformity of the thickness in the CNT film may be insufficient because the CNT bundle forms a high-order agglutinating structure due to reasons such as the CNT bundle not being sufficiently opened.
When observed with an optical microscope, the aggregated structure of the CNT bundle is observed as a region having a darker color than other regions (also referred to as an aggregate) or a so-called lump-like region (simply also referred to as lump). can.

CNT膜は、高い比表面積をもち、優れた化学的安定性を示す導電材料として、燃料電池やスーパーキャパシタ用電極材としての応用が期待され、CNT膜内の細孔構造を制御する技術の開発や、機械的強度ならびに柔軟性の向上による高信頼化が要求されている。
CNT膜は、ITO代替の透明電極としても期待され、特に金属配線やITOと比較して、柔軟性や機械的強度に優れることから、曲げ、引張、ねじり、繰り返し疲労など、厳しい機械的負荷が想定される用途、例えば、大画面タッチパネル、ウェアラブル・フレキシブルデバイス用電極・配線への応用が期待される。
CNT膜は、発熱を利用した曇り防止や帯電防止膜、圧力損失の小さいフィルター、電気信号を熱に変えて音を発生させるサーモホン、レーザー吸収材料部材への応用も期待されている。特にフィルターや化学センサーでは、空気や流体による圧力損失の低減が重要であるが、機械的強度が高い膜は薄膜化に適しているため、圧力損失の低減に適している。またサーモホンやレーザー吸収材料では自立化が必要であるため、機械的強度が高いことが求められる。
The CNT film is expected to be applied as an electrode material for fuel cells and supercapacitors as a conductive material having a high specific surface area and exhibiting excellent chemical stability, and development of a technique for controlling the pore structure in the CNT film. In addition, high reliability is required by improving mechanical strength and flexibility.
The CNT film is also expected as a transparent electrode to replace ITO, and is superior in flexibility and mechanical strength to metal wiring and ITO, so that it is subject to severe mechanical loads such as bending, tension, torsion, and repeated fatigue. It is expected to be applied to expected applications such as large screen touch panels and electrodes / wiring for wearable / flexible devices.
The CNT film is also expected to be applied to anti-fog and anti-static films that utilize heat generation, filters with small pressure loss, thermophones that convert electric signals into heat to generate sound, and laser absorbing material members. Especially in filters and chemical sensors, it is important to reduce the pressure loss due to air and fluid, but a film with high mechanical strength is suitable for thinning, so it is suitable for reducing the pressure loss. In addition, since thermophones and laser absorbing materials need to be self-supporting, high mechanical strength is required.

本開示のカーボンナノチューブ膜は、上記の構成により、CNTバンドルの凝集構造を抑制することができるため、厚みの均一性に優れる。 The carbon nanotube film of the present disclosure is excellent in thickness uniformity because the aggregated structure of the CNT bundle can be suppressed by the above configuration.

本開示のカーボンナノチューブ膜は、基材又は枠上に配置されている膜であってもよく、基材又は枠上に配置されていない自立した膜(即ち自立膜)であってもよい。 The carbon nanotube film of the present disclosure may be a film arranged on a base material or a frame, or may be a self-supporting film (that is, a self-supporting film) not arranged on the base material or the frame.

(CNT膜の構成)
以下に、CNT膜100について説明する。図1は、CNT膜100の断面図である。図2はCNT膜100と、CNT102が集合して形成されるCNT集合体101の模式図である。図2は、CNT膜における領域A1の拡大図も示している。
(Construction of CNT film)
The CNT film 100 will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional view of the CNT film 100. FIG. 2 is a schematic view of a CNT aggregate 101 formed by assembling the CNT film 100 and the CNT 102. FIG. 2 also shows an enlarged view of the region A1 in the CNT film.

図1において、CNT膜100は、CNT集合体101で構成される。
図2に示すようにCNT集合体101は、多くのCNT(又はCNTバンドル)102を含む。
In FIG. 1, the CNT film 100 is composed of the CNT aggregate 101.
As shown in FIG. 2, the CNT aggregate 101 includes many CNTs (or CNT bundles) 102.

<不均一領域>
本開示のカーボンナノチューブ膜は、平均厚みに対して、厚みが10%以上厚いか又は10%以上薄い領域である不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、15.0%以下である。
不均一領域の面積の割合が、上記範囲内であることで、厚みの均一性に優れるカーボンナノチューブ膜が得られる。
<Non-uniform area>
In the carbon nanotube membrane of the present disclosure, the ratio of the area of the non-uniform region, which is a region having a thickness of 10% or more thick or 10% or more thin with respect to the average thickness, is 15. It is 0% or less.
When the ratio of the area of the non-uniform region is within the above range, a carbon nanotube film having excellent thickness uniformity can be obtained.

上述の通り、従来のCNT膜は、CNTバンドルが十分に開繊されていない等の理由により、CNTバンドルが凝集体又はダマを形成する場合がある。
上記凝集体及びダマにおける厚みは、CNT膜中の凝集体及びダマ以外の領域の厚みと比較して大きい。即ち、上記凝集体及びダマのように厚みが不均一である領域がCNT膜に存在することで、CNT膜全体に凹凸を生じさせ、厚みの均一性を損なわせる原因となる。
本開示における不均一領域とは、全領域における平均厚みに対して、厚みが10%以上厚いか、又は10%以上薄い領域を意味する。
As described above, in the conventional CNT film, the CNT bundle may form aggregates or lumps due to reasons such as the CNT bundle not being sufficiently opened.
The thickness of the aggregates and lumps is larger than the thickness of the regions other than the aggregates and lumps in the CNT film. That is, the presence of non-uniformly thick regions such as the agglomerates and lumps in the CNT film causes unevenness in the entire CNT film, which causes the thickness uniformity to be impaired.
The non-uniform region in the present disclosure means a region in which the thickness is 10% or more thicker or 10% or more thinner than the average thickness in all regions.

本開示のカーボンナノチューブ膜は、不均一領域の面積の割合が、全領域の面積に対して、15.0%以下であることで、厚みの均一性に優れる。 The carbon nanotube film of the present disclosure is excellent in thickness uniformity when the ratio of the area of the non-uniform region is 15.0% or less with respect to the area of the total region.

上記同様の観点から、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、10.0%以下であることが好ましく、5.0%以下であることがより好ましく、1.0%以下であることがさらに好ましく、0.3%以下であることが特に好ましい。 From the same viewpoint as described above, the ratio of the area of the non-uniform region is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less, based on the area of the entire region of the film. It is more preferably 0% or less, and particularly preferably 0.3% or less.

不均一領域の面積の割合は、以下の方法により測定する。
膜全体を200μmの領域に分割し、分割した各領域内において、下記条件下、後述の方法により膜厚みを測定する。
<領域毎の測定条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:28nm
測定点:100点
The ratio of the area of the non-uniform region is measured by the following method.
The entire film is divided into 200 μm 2 regions, and the film thickness is measured in each of the divided regions under the following conditions by the method described below.
<Measurement conditions for each area>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: 28 nm
Measurement points: 100 points

上記により得られた膜厚みを用いて、各領域内における膜厚みの平均値(Xa)及び膜全体における膜厚みの平均値(Xb)を求める。
そして、
領域内における膜厚みの平均値(Xa)に対して、膜全体における膜厚みの平均値(Xb)が10%以上厚いか又は10%以上薄い領域である不均一領域について、下記の式を用いて、不均一領域の面積の割合を算出する。
不均一領域の面積割合=(不均一領域の数)/(膜全体の領域の数)×100(%)
Using the film thickness obtained as described above, the average value (Xa) of the film thickness in each region and the average value (Xb) of the film thickness in the entire film are obtained.
and,
The following formula is used for a non-uniform region in which the average value (Xb) of the film thickness in the entire film is 10% or more thicker or 10% or more thinner than the average value (Xa) of the film thickness in the region. Then, the ratio of the area of the non-uniform region is calculated.
Area ratio of non-uniform region = (number of non-uniform regions) / (number of regions of the entire film) x 100 (%)

<反射率>
本開示のCNT膜は、シリコン基板上に配置し、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率を測定した場合に、反射率の3σが15%以下である。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
なお、σは標準偏差を表す。
<Reflectance>
The CNT film of the present disclosure is arranged on a silicon substrate, and when the reflectance is measured under the following conditions using a reflection spectroscopic film thickness meter, the reflectance of 3σ is 15% or less.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm
Note that σ represents the standard deviation.

上記反射率測定方法を用いることにより、その透過率均一性を評価することができる。
測定波長は、膜厚みのわずかな厚み違いを検出することができることから、285nmの波長が好ましい。
例えば、波長400nm〜800nmの可視光を用いた場合には、膜厚みに対する反射率の変化が、紫外光領域に比べて小さくなるため、可視光領域よりも紫外光を用いることが好ましい。
By using the above-mentioned reflectance measuring method, the transmittance uniformity can be evaluated.
The measurement wavelength is preferably a wavelength of 285 nm because a slight difference in film thickness can be detected.
For example, when visible light having a wavelength of 400 nm to 800 nm is used, the change in reflectance with respect to the film thickness is smaller than that in the ultraviolet light region, so it is preferable to use ultraviolet light rather than the visible light region.

図3に示すように、1nm〜20nmの膜厚み範囲において、波長400nmの反射率が46%から42%へと、4%しか変化が見られないが、波長285nmの紫外光の反射率を用いた場合では、厚みが1nmから20nmに変わると反射率は72%から40%へと、32%もの変化が生じ得る。
仮に反射率の測定精度が0.5%とすると、膜厚みの測定精度は0.3nmであり、1nm以下のわずかな膜厚みの違いを検出することが可能となる。
As shown in FIG. 3, in the film thickness range of 1 nm to 20 nm, the reflectance at a wavelength of 400 nm changes from 46% to 42% by only 4%, but the reflectance of ultraviolet light having a wavelength of 285 nm is used. If so, the reflectance can change from 72% to 40%, as much as 32%, as the thickness changes from 1 nm to 20 nm.
Assuming that the reflectance measurement accuracy is 0.5%, the film thickness measurement accuracy is 0.3 nm, and it is possible to detect a slight difference in film thickness of 1 nm or less.

上記CNT膜を配置する基板としてシリコン基板と紫外線とを用いることで、1nm〜50nmの膜厚みのバラツキを、感度よく高精度に測定できる。
シリコン以外の材質からなる基板を用いた場合においても、自立膜状態での反射率測定は可能である。しかし、膜厚みのわずかな変化をとらえるため、高精度かつ再現性高く反射率を測定するためには、(1)紫外線の波長領域において、反射率(屈折率及び消衰係数)が高い基板であること、及び(2)基板表面からの正反射光を正確に得ることができ、基板の表面平滑性が高い(例えば表面粗さRa=0.3nm以下)基板であることが好ましい。
これらの観点から、金属製の基板やシリコン基板が好ましい。
汎用的に用いられており、基板の品質にばらつきが少ないことから、シリコン基板を用いることがより好ましい。
By using a silicon substrate and ultraviolet rays as the substrate on which the CNT film is arranged, variations in film thickness of 1 nm to 50 nm can be measured with high sensitivity and high accuracy.
Even when a substrate made of a material other than silicon is used, the reflectance can be measured in the free-standing film state. However, in order to capture slight changes in film thickness and measure reflectance with high accuracy and reproducibility, (1) a substrate with high reflectance (refractive index and extinction coefficient) in the wavelength region of ultraviolet rays is used. It is preferable that the substrate has (2) specular reflection light from the surface of the substrate and has high surface smoothness of the substrate (for example, surface roughness Ra = 0.3 nm or less).
From these viewpoints, a metal substrate or a silicon substrate is preferable.
It is more preferable to use a silicon substrate because it is used for general purposes and there is little variation in the quality of the substrate.

反射率測定におけるスポットサイズは特に制約はないが、10μm〜1000μmの範囲にあることが好ましい。
膜厚みの均一性の指標となる3σの値は、測定面積に逆比例するために、スポットサイズを把握することで、50μm〜100μmにおける3σの値に換算することができる。
ただし、測定装置の測定精度によるばらつき(3σ)が真の値に比べて十分に小さいことが好ましいため、スポットサイズは、好ましくは10μm〜1000μmであり、より好ましくは20μm〜500μmである。
The spot size in the reflectance measurement is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 μm to 1000 μm.
Since the value of 3σ, which is an index of the uniformity of the film thickness, is inversely proportional to the measured area, it can be converted into the value of 3σ in the range of 50 μm to 100 μm by grasping the spot size.
However, the spot size is preferably 10 μm to 1000 μm, more preferably 20 μm to 500 μm, because the variation (3σ) due to the measurement accuracy of the measuring device is preferably sufficiently smaller than the true value.

反射率測定において、反射光を検出する方法としては特に制限はなく、フォトダイオード、光電子増倍管などを用いることができる。
また、フォトダイオードアレイ、CCD(Charge Coupled Device)等のマルチチャンネル検出器を用いてもよい。
分光された反射光をフォトダイオードアレイで検出することで、複数の波長における反射率を得ることができる。また、CCD検出器の画素サイズを50μm〜100μm程度に調整して、反射光強度の分布を測定してもよい。
厚みの均一性を評価するうえで、反射率の測定点数は100点以上であることが好ましい。
In the reflectance measurement, the method of detecting the reflected light is not particularly limited, and a photodiode, a photomultiplier tube, or the like can be used.
Further, a multi-channel detector such as a photodiode array or a CCD (Charge Coupled Device) may be used.
By detecting the dispersed reflected light with a photodiode array, it is possible to obtain reflectances at a plurality of wavelengths. Further, the pixel size of the CCD detector may be adjusted to about 50 μm to 100 μm, and the distribution of the reflected light intensity may be measured.
In evaluating the uniformity of the thickness, the number of measurement points of the reflectance is preferably 100 points or more.

CNT膜は、反射率の3σが15%以下であることで、上記測定点数の測定点を含む領域内において、局所的に膜の均一性に優れる。
上記同様の観点から、上記反射率の3σが、12.0%以下であることが好ましく、10.0%以下であることがより好ましく、8.0%以下であることがさらに好ましい。
Since the reflectance of the CNT film is 3σ of 15% or less, the CNT film is locally excellent in the uniformity of the film in the region including the measurement points of the measurement points.
From the same viewpoint as described above, the reflectance of 3σ is preferably 12.0% or less, more preferably 10.0% or less, and further preferably 8.0% or less.

[反射率の3σ及び平均反射率]
「上記測定点、上記基準測定波長及び上記測定点数において、反射分光膜厚み計で測定される反射率の3σ及び平均反射率」の測定方法について説明する。
まず、シリコン基板上にCNT膜を配置し、配置されたCNT膜の対角線をX軸とする。
シリコン基板上にCNT膜を配置する際には、シリコン基板及びCNT膜を隙間なく密着させる。シリコン基板とCNT膜との間に水、有機溶媒などの溶媒を挟み、その後に溶媒を乾燥させることによって、シリコン基板及びCNT膜を隙間なく密着させることができる。
例えば、水面に浮かせたCNT膜を、シリコン基板で掬い取ったのちに、乾燥させてもよく、溶媒がのっているシリコン基板上にCNT膜を乗せて乾燥させることで、シリコン基板とCNT膜とを密着させることができる。
シリコン基板のサイズに制限はないが、広い面積のCNT膜を密着させる観点から、8インチ以上のサイズのシリコンウェハを用いることが好ましい。
次に、CNT膜上の任意の「測定位置」を選定する。
選定した「測定位置」において、X軸方向の測定点として隣接する測定点における中心点間距離が40μmとなる間隔で11点を、Y軸方向の測定点として隣接する測定点における中心点間距離が40μmとなる間隔で11点を設定する。即ち、縦11点×横11点、合計の測定点数121点を設定する。
そして、基準測定波長を波長285nmとし、各測定点の反射率を測定して反射率の3σ及び平均反射率を算出する。
なお、測定点の測定範囲は、直径20μmの範囲である。
測定点の設定の具体例として、図4において、選定した「測定位置」における測定点の配置を表す概略図を示す。
反射率測定装置として顕微分光膜厚み計(例えば、大塚電子株式会社製のOPTM、型式:A−1)を、レンズとして、例えば反射型の10倍レンズを、測定点の直径を調整するための装置として直径200μmのアパーチャー(測定点の直径:20μm)を、それぞれ用いる。また、反射強度測定のリファレンスとしてアルミニウム基板を用いる。
反射率Rs(λ)は、下記の式により求められる。
[Reflectance 3σ and average reflectance]
A method for measuring "3σ of reflectance and average reflectance measured by a reflection spectroscopic membrane thickness meter at the measurement points, the reference measurement wavelength, and the number of measurement points" will be described.
First, the CNT film is arranged on the silicon substrate, and the diagonal line of the arranged CNT film is defined as the X-axis.
When arranging the CNT film on the silicon substrate, the silicon substrate and the CNT film are brought into close contact with each other without any gap. By sandwiching a solvent such as water or an organic solvent between the silicon substrate and the CNT film and then drying the solvent, the silicon substrate and the CNT film can be brought into close contact with each other without any gaps.
For example, the CNT film floating on the water surface may be scooped up with a silicon substrate and then dried. By placing the CNT film on the silicon substrate on which the solvent is placed and drying, the silicon substrate and the CNT film are dried. Can be brought into close contact with.
Although the size of the silicon substrate is not limited, it is preferable to use a silicon wafer having a size of 8 inches or more from the viewpoint of adhering a CNT film having a large area.
Next, an arbitrary "measurement position" on the CNT film is selected.
In the selected "measurement position", 11 points at intervals where the distance between the center points at the adjacent measurement points as the measurement points in the X-axis direction is 40 μm, and the distance between the center points at the adjacent measurement points as the measurement points in the Y-axis direction. 11 points are set at intervals of 40 μm. That is, 11 points in the vertical direction x 11 points in the horizontal direction, and a total of 121 measurement points are set.
Then, the reference measurement wavelength is set to a wavelength of 285 nm, the reflectance at each measurement point is measured, and the reflectance of 3σ and the average reflectance are calculated.
The measurement range of the measurement point is a range of 20 μm in diameter.
As a specific example of setting the measurement points, FIG. 4 shows a schematic diagram showing the arrangement of the measurement points at the selected “measurement position”.
A microspectroscopy thickness gauge (for example, OPTM manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model: A-1) is used as a reflectance measuring device, and a 10x reflective lens is used as a lens for adjusting the diameter of a measuring point. An aperture with a diameter of 200 μm (measurement point diameter: 20 μm) is used as an apparatus. An aluminum substrate is used as a reference for measuring the reflection intensity.
The reflectance Rs (λ) is calculated by the following formula.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

ここで、I(λ)は、波長λにおけるシリコン基板上のCNT膜の反射強度を表し、Iref(λ)はリファレンスの反射強度を表し、Rref(λ)はリファレンスの絶対反射率を表す。
リファレンスとしてアルミを用いた場合、アルミの光学定数は既知であるため、Rref(λ)を計算により求めることができる。なお、リファレンスと、シリコン基板上のCNT膜の反射強度測定において、ゲイン、露光時間等は同一条件である。これにより、シリコン基板上のCNT膜の絶対反射率が得られる。
波長285nmにおける反射率は、波長285nmにおける反射強度及びリファレンスの絶対反射率を用いて以下の式により求められる。
Here, I s (λ) represents the reflection intensity of the CNT film on the silicon substrate at the wavelength λ, I ref (λ) represents the reflection intensity of the reference, R ref (λ) is the absolute reflectance of the reference show.
When aluminum is used as a reference, the optical constant of aluminum is known, so R ref (λ) can be calculated. In the reference and the measurement of the reflection intensity of the CNT film on the silicon substrate, the gain, the exposure time, and the like are the same conditions. As a result, the absolute reflectance of the CNT film on the silicon substrate can be obtained.
The reflectance at a wavelength of 285 nm is calculated by the following formula using the reflectance intensity at a wavelength of 285 nm and the absolute reflectance of the reference.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

本開示のCNT膜は、シリコン基板上に配置し、互いに距離が2cm以上離れた複数の測定位置のそれぞれにおいて、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率の測定及び平均反射率の算出を行った場合に、
平均反射率の最大値から平均反射率の最小値を差し引いた値が15%以下であることが好ましい。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
The CNT film of the present disclosure is arranged on a silicon substrate, and at each of a plurality of measurement positions separated from each other by 2 cm or more, a reflectance spectrofilm thickness gauge is used to measure the reflectance and the average reflectance under the following conditions. When the calculation is done,
The value obtained by subtracting the minimum value of the average reflectance from the maximum value of the average reflectance is preferably 15% or less.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm

平均反射率の最大値と最小値との差が15%以下であることで、互いに距離が2cm以上離れた複数の測定点におけるそれぞれの平均反射率の間で、平均反射率の差を小さくすることができる。その結果、本開示のCNT膜は、広域的に膜の均一性に優れる。
上記同様の観点から、上記平均反射率の最大値と最小値との差が、12%以下であることがより好ましく、8%以下であることがさらに好ましい。
When the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance is 15% or less, the difference in the average reflectance between the average reflectances at a plurality of measurement points separated from each other by 2 cm or more is reduced. be able to. As a result, the CNT film of the present disclosure is excellent in film uniformity over a wide area.
From the same viewpoint as described above, the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance is more preferably 12% or less, and further preferably 8% or less.

[平均反射率の最大値と最小値との差]
「互いに距離が2cm以上離れた複数の測定点のそれぞれにおいて、反射分光膜厚み計で平均反射率を測定した場合における、平均反射率の最大値と最小値との差」の測定方法について説明する。
まず、シリコン基板上にCNT膜を隙間なく配置する。
配置されたCNT膜の対角線をX軸とし、X軸上に、互いに距離が2cm以上離れた複数の「測定位置」を選定する。
なお、各測定位置における測定範囲は、0.40mm×0.40mmの範囲である。
「測定位置」の選定の具体例として、図5(a)において、選定された測定位置の配置を表す概略図を示す。また、図5(b)において、選定した各「測定位置」における測定点の配置を表す概略図を示す。
選定した各「測定位置」において、上述の[反射率の3σ及び平均反射率]の項に記載の方法により、各測定点の反射率を測定して平均反射率を算出する。
得られた各「測定位置」における平均反射率から、平均反射率の最大値と最小値との差を算出する。
[Difference between maximum and minimum average reflectance]
The measuring method of "the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance when the average reflectance is measured by the reflection spectroscopic membrane thickness meter at each of a plurality of measurement points separated from each other by 2 cm or more" will be described. ..
First, the CNT film is arranged on the silicon substrate without any gaps.
The diagonal line of the arranged CNT film is defined as the X-axis, and a plurality of "measurement positions" separated from each other by 2 cm or more are selected on the X-axis.
The measurement range at each measurement position is a range of 0.40 mm × 0.40 mm.
As a specific example of selection of the "measurement position", FIG. 5A shows a schematic view showing the arrangement of the selected measurement positions. Further, in FIG. 5B, a schematic diagram showing the arrangement of measurement points at each selected “measurement position” is shown.
At each of the selected "measurement positions", the reflectance at each measurement point is measured and the average reflectance is calculated by the method described in the above-mentioned "Reflectance 3σ and average reflectance" section.
From the obtained average reflectance at each "measurement position", the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance is calculated.

〜膜厚み(光学厚み)への換算方法〜
各測定点について、波長間隔1nm〜2nmの範囲で、波長200nm〜600nmの範囲における反射率スペクトルを取得する。
そして、CNT膜の光学定数として表1に示す光学定数(屈折率:n、消衰係数:k)の値を用い、空気層/CNT膜の層/シリコン基板のモデルを用いて、波長範囲225〜500nmにおける反射率スペクトルを最小二乗法により解析を行うことで、各測定点の膜厚みを算出する。
また、「測定位置」の膜厚みは、「測定位置」に含まれる121点の各測定点の膜厚みの平均値とする。
波長範囲225〜500nmにおける反射率スペクトルを最小二乗法により解析を行うことで、各測定点の膜厚みを算出する方法について以下に説明する。
~ Conversion method to film thickness (optical thickness) ~
For each measurement point, a reflectance spectrum in a wavelength range of 200 nm to 600 nm is acquired in a wavelength range of 1 nm to 2 nm.
Then, using the values of the optical constants (refractive index: n, extinction coefficient: k) shown in Table 1 as the optical constants of the CNT film, and using the model of the air layer / CNT film layer / silicon substrate, the wavelength range 225. The film thickness at each measurement point is calculated by analyzing the reflectance spectrum at ~ 500 nm by the minimum square method.
The film thickness of the "measurement position" is the average value of the film thickness of each of the 121 measurement points included in the "measurement position".
A method of calculating the film thickness at each measurement point by analyzing the reflectance spectrum in the wavelength range of 225 to 500 nm by the least squares method will be described below.

膜厚みは、空気層/CNT膜の層/シリコン基板の3層モデルを用いて、以下の式(a)〜式(c)による関係式を用いて算出する。
なお、図6は、空気層/CNT膜の層/シリコン基板のモデルを示す概略図である。
The film thickness is calculated using a three-layer model of an air layer / a CNT film layer / a silicon substrate, and using the relational expressions of the following equations (a) to (c).
Note that FIG. 6 is a schematic view showing a model of the air layer / CNT film layer / silicon substrate.

反射率Rsは、振幅反射率rを用いて以下の式(a)で表される。 Reflectance Rs is expressed by the following equation using the amplitude reflectance r s (a).

Figure 2021172528
Figure 2021172528

上記式中、*は複素共役を表す。 In the above equation, * represents the complex conjugate.

空気層/CNT膜の層/シリコン基板の3層からの振幅反射率rは以下の式(b)で表される。 Amplitude reflectance r s of the three layers of the layer / silicon substrate of the air layer / CNT film is represented by the following formula (b).

Figure 2021172528
Figure 2021172528

上記式中、r01は空気層とCNT膜の層の界面からの振幅反射率を表し、r12はCNT膜の層とシリコン基板層の界面からの振幅反射率を表し、iは虚数単位を表す。
上記式中、δは波長λの光が膜内を1往復する場合に生じる位相差であり、以下の式(c)で表される。
In the above formula, r 01 represents the amplitude reflectance from the interface between the air layer and the CNT film layer, r 12 represents the amplitude reflectance from the interface between the CNT film layer and the silicon substrate layer, and i represents the imaginary unit. show.
In the above formula, δ is a phase difference that occurs when light having a wavelength λ makes one round trip in the film, and is represented by the following formula (c).

Figure 2021172528
Figure 2021172528

上記式中、dは膜厚みを表し、Nは複素屈折率(N=n−ik)を表し、φは入射角を表す。また、iは虚数単位を表す。 In the above formula, d represents the film thickness, N represents the complex refractive index (N = n−ik), and φ represents the angle of incidence. Further, i represents an imaginary unit.

膜厚みは、上記式(a)〜式(c)による関係式を用いて、波長範囲225〜500nmにおける反射率Rsに対して膜厚みdを変数として、最小二乗法により計算することで得られる。 The film thickness can be obtained by using the relational expressions according to the above formulas (a) to (c) and calculating by the minimum square method with the film thickness d as a variable with respect to the reflectance Rs in the wavelength range of 225 to 500 nm. ..

図7は、不均一なCNT膜をシリコン基板上に転写したサンプルについて、上述した方法にて、波長285nmの反射率及び膜厚みを測定した場合の、反射率と膜厚みとの関係をプロットしたグラフである。
図7に示す通り、上述の方法により、反射率の値によって膜厚みの違いを精度よく求めることができている。
FIG. 7 plots the relationship between the reflectance and the film thickness when the reflectance and the film thickness at a wavelength of 285 nm are measured by the method described above for a sample obtained by transferring a non-uniform CNT film onto a silicon substrate. It is a graph.
As shown in FIG. 7, by the above-mentioned method, the difference in film thickness can be accurately obtained from the value of the reflectance.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

本開示のCNT膜は、平均厚みが1nm以上200nm以下である。
本開示のCNT膜は、不均一領域の面積の割合が膜の全領域の面積に対して15.0%以下であり、反射率の3σが15%以下であることで機械的強度を向上させることができることができる。これによって、本開示のCNT膜であれば、平均厚みが200nm以下であっても優れた自立性を維持することができる。
本開示のCNT膜は、平均反射率の最大値から平均反射率の最小値を差し引いた値が15%以下である場合には、平均厚みが200nm以下であってもさらに優れた自立性を維持することができる。
上記同様の観点から、本開示のCNT膜は、平均厚みが、5nm以上200nm以下であることが好ましく、10nm以上200nm以下であることがより好ましい。
The CNT film of the present disclosure has an average thickness of 1 nm or more and 200 nm or less.
In the CNT film of the present disclosure, the ratio of the area of the non-uniform region is 15.0% or less with respect to the area of the entire region of the film, and the reflectance of 3σ is 15% or less, thereby improving the mechanical strength. Can be As a result, the CNT film of the present disclosure can maintain excellent independence even if the average thickness is 200 nm or less.
The CNT film of the present disclosure maintains even better independence even if the average thickness is 200 nm or less when the value obtained by subtracting the minimum value of the average reflectance from the maximum value of the average reflectance is 15% or less. can do.
From the same viewpoint as described above, the CNT film of the present disclosure preferably has an average thickness of 5 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 200 nm or less.

本開示のCNT膜は、100μm以上225cm以下の空間部を有するシリコン基板又は枠体上に、上記空間部を覆うように配置されているCNT膜であってもよい。
本開示のCNT膜は、上記のように配置されている場合においても、優れた自立性を維持することができる。
The CNT film of the present disclosure may be a CNT film arranged so as to cover the space on a silicon substrate or a frame having a space of 100 μm 2 or more and 225 cm 2 or less.
The CNT film of the present disclosure can maintain excellent independence even when it is arranged as described above.

CNT膜の平均厚みは、以下の方法により測定する。
上述した[平均反射率の最大値と最小値との差]に記載の方法により、互いに距離が2cm以上離れた複数の測定位置のそれぞれにおいて、反射分光膜厚み計で反射率を測定する。ただし、反射率の測定条件は以下の通りである。
<条件>
測定点の直径:20μm
測定波長:波長200nm〜600nm(波長間隔:1.3〜1.5nm)
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
The average thickness of the CNT film is measured by the following method.
By the method described in [Difference between maximum value and minimum value of average reflectance] described above, the reflectance is measured with a reflection spectroscopic membrane thickness meter at each of a plurality of measurement positions separated from each other by 2 cm or more. However, the measurement conditions for reflectance are as follows.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Measurement wavelength: Wavelength 200 nm to 600 nm (wavelength interval: 1.3 to 1.5 nm)
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm

そして、上述の「膜厚み(光学厚み)への換算方法」に記載の方法により、各測定点の膜厚みを算出する。また、各測定位置に含まれる各測定点(121点)の膜厚みの平均値を算出することで、各測定位置の膜厚みを算出する。
そして、算出した各測定位置の膜厚みの平均値を算出して得られる値をCNT膜の平均厚みとする。
また、同様にして、各測定点の膜厚みの標準偏差から、各測定位置の膜厚みのσを算出する。
Then, the film thickness at each measurement point is calculated by the method described in the above-mentioned "Method for converting to film thickness (optical thickness)". Further, the film thickness at each measurement position is calculated by calculating the average value of the film thickness at each measurement point (121 points) included in each measurement position.
Then, the value obtained by calculating the average value of the calculated film thicknesses at each measurement position is defined as the average thickness of the CNT film.
Similarly, the σ of the film thickness at each measurement position is calculated from the standard deviation of the film thickness at each measurement point.

CNT膜100は、網目構造を有することができる。即ち、CNT膜100中に、複数本のCNT102が網目状に絡み合って網目構造を形成することができる。
また、CNT膜100は、細孔を有することができる。即ち、CNT102が絡み合って細孔を形成することができる。
The CNT film 100 can have a network structure. That is, a plurality of CNTs 102 can be entangled in a mesh pattern in the CNT film 100 to form a network structure.
Moreover, the CNT film 100 can have pores. That is, the CNTs 102 can be entangled to form pores.

微視的な応力の集中を抑制してCNT膜の機械的強度を向上させる観点からは、細孔分布が均一であることが好ましい。
すなわち、CNT膜が均一な細孔を有する構造を備えることにより、膜の機械的強度を高めることができる。CNT膜が均一な細孔を有する構造を備えること、即ちCNT膜における細孔分布が狭いことは、例えば、引張強度の増大をもたらす。
From the viewpoint of suppressing the concentration of microscopic stress and improving the mechanical strength of the CNT film, it is preferable that the pore distribution is uniform.
That is, by providing the CNT film with a structure having uniform pores, the mechanical strength of the film can be increased. The fact that the CNT film has a structure having uniform pores, that is, the narrow pore distribution in the CNT film results in, for example, an increase in tensile strength.

CNT膜は、CNTバンドルが絡み合い、高分子、紙、不織布、多孔質等に類似した膜構造を有する。CNT膜に容積が大きい細孔が存在する場合、上記大きい細孔を起点として膜が破壊されやすくなる。細孔の容積が小さいことは、例えば、引っ張り試験において測定される引張強度のばらつきの減少をもたらす。 The CNT film has a film structure similar to that of a polymer, paper, non-woven fabric, porous material, etc., in which CNT bundles are entangled with each other. When pores having a large volume are present in the CNT film, the film is easily destroyed starting from the large pores. The small volume of the pores results in, for example, a reduction in the variation in tensile strength measured in tensile tests.

CNT集合体101には単層のCNT102あるいは2層のCNT102が含まれてもよい。 The CNT aggregate 101 may include a single-walled CNT 102 or a two-layer CNT 102.

また、CNT集合体101は、CNTバンドルの太さ(本開示においてバンドル径ともいう)の分布を取った場合の相対標準偏差が30%以下であることが好ましい。
なお、CNTバンドルの太さは、以下の方法により測定する。
Further, the CNT aggregate 101 preferably has a relative standard deviation of 30% or less when the thickness of the CNT bundle (also referred to as the bundle diameter in the present disclosure) is distributed.
The thickness of the CNT bundle is measured by the following method.

図8は、CNTバンドルの太さを求める方法の模式図である。CNTバンドルの太さの求め方は、以下の通りである。
(1)輪郭線L1を描く。(2)同じCNTバンドルに属する2本の輪郭線に対して垂直な方向の距離D1を測ることで、バンドルの太さを得る。(3)バンドルが枝分かれ及び合流をしている節目付近についてはバンドルの太さとしてカウントしない。(4)2本の輪郭線はバンドルの太さを求める点における接線が15°以下で交わるか平行であることを条件とする。(5)画像の端から反対側の端へ直線を引き、その線が横断したCNTバンドルの輪郭線毎に上記のバンドルの太さを求めカウントする。これはカウントの重複を避けるためである。また、この評価では、輪郭線は人の目で判断してもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram of a method for determining the thickness of the CNT bundle. How to find the thickness of the CNT bundle is as follows.
(1) Draw a contour line L1. (2) The thickness of the bundle is obtained by measuring the distance D1 in the direction perpendicular to the two contour lines belonging to the same CNT bundle. (3) The area near the turning point where the bundle branches and merges is not counted as the thickness of the bundle. (4) The two contour lines are subject to the condition that the tangents at the point where the thickness of the bundle is obtained intersect or are parallel at 15 ° or less. (5) A straight line is drawn from one end of the image to the opposite end, and the thickness of the above bundle is calculated and counted for each contour line of the CNT bundle crossed by the line. This is to avoid duplication of counts. Further, in this evaluation, the contour line may be judged by the human eye.

<CNT>
本開示のCNT膜は、CNTを含有する。
CNTは、チューブ径が0.8nm以上6.0nm以下であることが好ましく、0.8nm以上3.5nm以下であることがより好ましい。
<CNT>
The CNT film of the present disclosure contains CNT.
The CNT has a tube diameter of 0.8 nm or more and 6.0 nm or less, and more preferably 0.8 nm or more and 3.5 nm or less.

CNTは、長さが10nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましい。
CNTの長さが10nm以上であることで、CNTどうしが良好に絡み合い、機械的強度に優れるCNT膜を得ることができる。
CNTの長さの上限には特に制限はないが、上限は、例えば10cmであってもよい。
The length of CNT is preferably 10 nm or more, and more preferably 100 nm or more.
When the length of the CNTs is 10 nm or more, the CNTs are entangled well with each other, and a CNT film having excellent mechanical strength can be obtained.
The upper limit of the length of the CNT is not particularly limited, but the upper limit may be, for example, 10 cm.

CNTのチューブ径及び長さは、電子顕微鏡観察により、20以上の炭素材料(一次粒子)について測定した値の算術平均値とする。
電子顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)等を用いることができる。
The tube diameter and length of the CNT shall be the arithmetic mean value of the values measured for 20 or more carbon materials (primary particles) by electron microscope observation.
As the electron microscope, a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (Transmission Electron Microscope: TEM), or the like can be used.

CNTに含まれるカーボンの含有量は、CNTの全質量に対して98質量%以上であることが好ましい。 The carbon content in the CNTs is preferably 98% by mass or more with respect to the total mass of the CNTs.

このようなCNTとしては、例えば、国際公開2006/011655号等、公知の文献に記載の方法で合成されたCNTが挙げられる。 Examples of such CNTs include CNTs synthesized by the methods described in known documents such as International Publication No. 2006/011655.

本開示のCNT膜は、共鳴ラマン散乱測定法により測定されるG/D比が、1以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることがより好ましい。
上記G/D比が20以上であることで、良好にグラファイト化されたCNTが含まれるCNT膜を得ることができる。
共鳴ラマン散乱測定法は、レーザー波長として532nmを用い、例えば、HORIBA Scientific社製のXploRAを用いて行う。
In the CNT film of the present disclosure, the G / D ratio measured by the resonance Raman scattering measurement method is preferably 1 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more.
When the G / D ratio is 20 or more, a CNT film containing CNTs that are well graphitized can be obtained.
The resonance Raman scattering measurement method is performed using 532 nm as the laser wavelength, for example, using XproRA manufactured by HORIBA Scientific.

本開示のCNT膜は、機械的強度の観点から、バルジ試験により測定される引張強度が、100MPa以上であることが好ましく、60MPa以上であることがより好ましく、70MPa以上であることがさらに好ましい。
引張強度は、例えば、300MPa以下であってもよい。
From the viewpoint of mechanical strength, the CNT film of the present disclosure preferably has a tensile strength of 100 MPa or more, more preferably 60 MPa or more, and even more preferably 70 MPa or more as measured by the bulge test.
The tensile strength may be, for example, 300 MPa or less.

本開示のCNT膜は、機械的強度の観点から、ナノインデンテーション試験により測定される破断荷重が、1.0μN/nm以上であることが好ましく、2.0μN/nm以上であることがより好ましく、3.0μN/nm以上であることがさらに好ましい。
破断荷重の上限値としては、特に制限はなく、例えば、10.0μN/nm以下であってもよい。
From the viewpoint of mechanical strength, the CNT film of the present disclosure preferably has a breaking load measured by a nanoindentation test of 1.0 μN / nm or more, and more preferably 2.0 μN / nm or more. , 3.0 μN / nm or more is more preferable.
The upper limit of the breaking load is not particularly limited and may be, for example, 10.0 μN / nm or less.

[ナノインデンテーション試験]
まず、深さ30um以上、直径80μmの円形孔を備えるシリコンウェハ上に、CNT膜を、円形孔を覆うように配置して、CNT膜が自立した構造を持つ評価用サンプルを作製する。
次に、CNT膜における円形孔を覆う箇所の中心に対して、円錐圧子(R=10μm)を1μm/sの速度で押し込むことで、CNT膜に荷重を付加する。そして、CNT膜に塑性変形又は破壊が生じた段階で、塑性変形又は破壊が生じた際の降伏点における荷重を測定する。得られた荷重を膜厚で除した値を破断荷重として算出することで膜強度を測定する。ナノインデンテーション試験は、例えば、株式会社エリオニクス製のENT−2100を用いて行う。
[Nano indentation test]
First, an evaluation sample having a structure in which the CNT film is self-supporting is prepared by arranging a CNT film so as to cover the circular holes on a silicon wafer having a circular hole having a depth of 30 um or more and a diameter of 80 μm.
Next, a load is applied to the CNT film by pushing a conical indenter (R = 10 μm) at a speed of 1 μm / s with respect to the center of the portion of the CNT film that covers the circular hole. Then, at the stage where the CNT film is plastically deformed or fractured, the load at the yield point when the plastic deformation or fracture occurs is measured. The film strength is measured by calculating the value obtained by dividing the obtained load by the film thickness as the breaking load. The nanoindentation test is performed using, for example, ENT-2100 manufactured by Elionix Inc.

CNT膜100は、膜表面の算術平均粗さが、100nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましく、5nm以下であることがさらに好ましい。
CNT膜100の算術平均粗さは、レーザー顕微鏡を用いて測定される。
The arithmetic mean roughness of the film surface of the CNT film 100 is preferably 100 nm or less, more preferably 20 nm or less, and further preferably 5 nm or less.
The arithmetic mean roughness of the CNT film 100 is measured using a laser microscope.

また、CNT集合体101は、CNTのバンドルの間隔が一定距離離れて均一に分散されていることが好ましい。
CNT集合体101が分散されていることは、例えば、SEM像を高速フーリエ変換(FFT)することにより確認することができる。
FFT画像は中心に近いほど、元画像において低周波数となる周期構造を表し、中心から離れるにしたがって元画像において高周波数となる周期構造を表す。また、FFT画像のピクセル距離及び輝度を用いてフィッティングすることで解析してもよい。この場合、下記の式(OrnsteinZernikeの式)を用いてもよい。
Further, it is preferable that the CNT aggregate 101 is uniformly dispersed with the CNT bundles separated by a certain distance.
It can be confirmed that the CNT aggregate 101 is dispersed, for example, by performing a fast Fourier transform (FFT) on the SEM image.
The closer the FFT image is to the center, the lower the frequency is in the original image, and the farther away from the center, the higher the frequency is in the original image. Further, the analysis may be performed by fitting using the pixel distance and the brightness of the FFT image. In this case, the following formula (Ornstein Zernike's formula) may be used.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

上記式中、Iは輝度、vはピクセル距離である。A、B、Cはフィッティング定数である。 In the above formula, I is the luminance and v is the pixel distance. A, B, and C are fitting constants.

≪カーボンナノチューブ膜の製造方法≫
本開示におけるカーボンナノチューブ膜の製造方法は、凝集体を含む粗カーボンナノチューブを準備する工程(準備工程)と、粗カーボンナノチューブと溶媒とを混合して分散液を得る工程(粗カーボンナノチューブ分散液製造工程、粗CNT分散液製造工程ともいう)と、分散液に含まれる凝集体を除去して、精製カーボンナノチューブを得る工程(精製カーボンナノチューブ製造工程、精製CNT製造工程ともいう)と、精製カーボンナノチューブをシート状に成膜して、カーボンナノチューブ膜を製造する工程(カーボンナノチューブ膜製造工程、CNT膜製造工程ともいう)と、を含む。
以下に、CNT膜100の製造方法を図9及び図10を用いて説明する。
≪Manufacturing method of carbon nanotube film≫
The method for producing a carbon nanotube film in the present disclosure includes a step of preparing crude carbon nanotubes containing aggregates (preparation step) and a step of mixing crude carbon nanotubes and a solvent to obtain a dispersion liquid (production of crude carbon nanotube dispersion liquid). A step (also referred to as a crude CNT dispersion manufacturing step), a step of removing aggregates contained in the dispersion to obtain purified carbon nanotubes (also referred to as a purified carbon nanotube manufacturing step or a purified CNT manufacturing step), and a purified carbon nanotube. Is included in a sheet-like film formation to produce a carbon nanotube film (also referred to as a carbon nanotube film manufacturing step or a CNT film manufacturing step).
Hereinafter, a method for producing the CNT film 100 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

〔基板の用意〕
まず、図9に示すように、基板110を用意する。例えば、基板110には、シリコン(Si)ウェハが用いられる。なお、図9に示すように、基板110上に下地層120を形成させてもよい。下地層120は、スパッタリング法、CVD法、熱酸化法などにより形成される。例えば、下地層120には、CVD法により形成された窒化シリコン(SiN)膜が用いられる。なお、基板110及び下地層120を含めて基板110と呼んでもよい。なお、下地層120上に異なる膜をさらに設けてもよい。
[Preparation of board]
First, as shown in FIG. 9, the substrate 110 is prepared. For example, a silicon (Si) wafer is used for the substrate 110. As shown in FIG. 9, the base layer 120 may be formed on the substrate 110. The base layer 120 is formed by a sputtering method, a CVD method, a thermal oxidation method, or the like. For example, a silicon nitride (SiN) film formed by the CVD method is used for the base layer 120. In addition, the substrate 110 and the base layer 120 may be collectively referred to as a substrate 110. A different film may be further provided on the base layer 120.

<準備工程>
準備工程は、凝集体を含む粗CNTを準備する工程である。
粗CNTは、凝集体を含むCNTであれば特に制限なく用いることができる。
例えば、株式会社名城ナノカーボン社製のeDIPS、ゼオンナノテクノロジー株式会社製のZEONANO、OCSiAl社製のTUBALL等の市販品を入手してもよく、粗CNTを合成してもよい。
粗CNTの合成方法としては、改良直噴熱分解合成法(Enhanced Direct Injection Pyrolytic Synthesis、以下、eDIPS法ともいう)、スーパーグロース法、レーザーアブレーション法等が挙げられる。
上記の中でも、粗CNTの合成方法としては、eDIPS法が好ましい。
<Preparation process>
The preparation step is a step of preparing crude CNTs containing aggregates.
The crude CNT can be used without particular limitation as long as it is a CNT containing agglomerates.
For example, commercially available products such as eDIPS manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd., ZEONANO manufactured by Zeon Nanotechnology Co., Ltd., and TUBALL manufactured by OCSiAl Co., Ltd. may be obtained, or crude CNTs may be synthesized.
Examples of the method for synthesizing the crude CNT include an improved direct injection pyrolytic synthesis method (hereinafter, also referred to as an eDIPS method), a super growth method, and a laser ablation method.
Among the above, the eDIPS method is preferable as the method for synthesizing crude CNTs.

eDIPS法によって合成された粗CNTは、直径の分布、CNTの結晶性、及び直線性により優れる。
そのため、CNTバンドル、及びCNTバンドルの網目構造が、結晶性の高いCNT、すなわち欠陥密度の低いCNTから構成される。また、バンドルのサイズや網目の分布も揃えることができる。その結果、CNT膜の表面の均一性を向上させることができ、なおかつ強靭なCNT膜を得ることが可能となる。
また、乾式法によって合成された粗CNTは、CNTバンドルが凝集されることを抑制することができるため、CNTバンドルの太さを小さくすることができ、CNT膜の厚みをより薄くすることが可能となる。
The crude CNTs synthesized by the eDIPS method are superior in diameter distribution, CNT crystallinity, and linearity.
Therefore, the CNT bundle and the network structure of the CNT bundle are composed of CNTs having high crystallinity, that is, CNTs having a low defect density. In addition, the size of the bundle and the distribution of the mesh can be made uniform. As a result, the uniformity of the surface of the CNT film can be improved, and a tough CNT film can be obtained.
Further, since the crude CNTs synthesized by the dry method can suppress the aggregation of the CNT bundles, the thickness of the CNT bundles can be reduced and the thickness of the CNT film can be further reduced. It becomes.

〔eDIPS法〕
eDIPS法とは、直噴熱分解合成法(Direct Injection Pyrolytic Synthesis、以下、DIPS法ともいう)を改良したCNT合成法である。
DIPS法とは、触媒(あるいは触媒前駆体)、及び反応促進剤を含む炭化水素系の溶液をスプレーで霧状にして高温の加熱炉に導入することによって、流動する気相中で単層カーボンナノチューブを合成する気相流動法である。
eDIPS法とは、触媒で使用されるフェロセンが反応炉内の上流下流側で粒子径が異なるという粒子形成過程に着目し、有機溶媒のみを炭素源として用いてきたDIPS法とは異なり、キャリアガス中に比較的分解されやすい、すなわち炭素源となりやすい第2の炭素源を混合することによって単層カーボンナノチューブの成長ポイントを制御した方法である。
詳細には、Saito et al., J. Nanosci. Nanotechnol., 8 (2008) 6153−6157を参照して製造することができる。
[EDIPS method]
The eDIPS method is a CNT synthesis method that is an improvement of the direct injection pyrolysis synthesis method (hereinafter, also referred to as the DIPS method).
The DIPS method is a single-walled carbon in a flowing gas phase by atomizing a hydrocarbon-based solution containing a catalyst (or catalyst precursor) and a reaction accelerator with a spray and introducing it into a high-temperature heating furnace. This is a gas phase flow method for synthesizing nanotubes.
The eDIPS method focuses on the particle formation process in which ferrocene used in the catalyst has different particle sizes on the upstream and downstream sides of the reaction reactor, and is different from the DIPS method in which only an organic solvent is used as a carbon source. This is a method in which the growth point of single-walled carbon nanotubes is controlled by mixing a second carbon source that is relatively easily decomposed, that is, easily becomes a carbon source.
For details, see Saito et al. , J. Nanosci. Nanotechnol. , 8 (2008) 6153-6157.

eDIPS法によって合成されたカーボンナノチューブの市販品としては、例えば、名城ナノカーボン社製の商品名「MEIJO eDIPS」が挙げられる。 Examples of commercially available carbon nanotubes synthesized by the eDIPS method include the trade name "MEIJO eDIPS" manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd.

<粗CNT分散液製造工程>
粗CNT分散液製造工程は、粗カーボンナノチューブと溶媒とを混合して分散液を得る工程である。
<Rough CNT dispersion liquid manufacturing process>
The crude CNT dispersion liquid manufacturing step is a step of mixing crude carbon nanotubes and a solvent to obtain a dispersion liquid.

(分散液)
分散液は、本開示のカーボンナノチューブ膜の製造に用いられる。
分散液は、準備工程で得られた粗CNTを含む。
分散液中において、粗CNTは小さく砕かれた状態で存在しており、CNT集合体が形成されている。
分散液は、必要に応じて高粘度のペースト状であってもよい。
(Dispersion)
The dispersion is used in the production of the carbon nanotube membranes of the present disclosure.
The dispersion liquid contains crude CNTs obtained in the preparatory step.
In the dispersion liquid, the crude CNTs are present in a small crushed state, and CNT aggregates are formed.
The dispersion may be in the form of a highly viscous paste, if necessary.

分散液は、粗CNTの他に、さらに分散剤を含んでもよい。
分散剤は粗CNTの太いバンドルをほどくために用いられる。また、成膜後分散剤を除く必要がある場合には、低分子量の分散剤を使用することが好ましい。
The dispersion liquid may further contain a dispersant in addition to the crude CNT.
Dispersants are used to unwind thick bundles of crude CNTs. When it is necessary to remove the dispersant after film formation, it is preferable to use a dispersant having a low molecular weight.

分散剤としては、フラビン誘導体、コール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリアクリル酸等が挙げられる。
上記フラビン誘導体としては、例えば下記式で表される有機側鎖フラビンが挙げられる。
有機側鎖フラビンは、半導体性CNTと金属性CNTを分離可能な分散剤であり、CNTのバンドルをほどく効果を有する。凝集体粒子として細かく大量に溶媒中に分散させる観点から、有機側鎖フラビンは好適である。
Examples of the dispersant include flavin derivatives, sodium colate, sodium deoxycholate, sodium dodecylbenzenesulfonate, polyacrylic acid and the like.
Examples of the flavin derivative include organic side chain flavin represented by the following formula.
The organic side chain flavin is a dispersant capable of separating semiconducting CNTs and metallic CNTs, and has the effect of unbundle the CNTs. Organic side chain flavins are suitable from the viewpoint of finely dispersing a large amount of agglomerate particles in a solvent.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

分散剤としては、半導体性CNTと金属性CNTを分離可能な分子としてポリフルオレン(poly(9,9−dioctylfluorenyl−2,7−diyl))を用いてもよい。
分散剤としては、ドデシル硫酸ナトリウムなどの既知の界面活性剤を用いてもよい。
As the dispersant, polyfluorene (poly (9,9-dioctylfluoreneyl-2,7-diyl)) may be used as a molecule capable of separating semiconducting CNTs and metallic CNTs.
As the dispersant, a known surfactant such as sodium dodecyl sulfate may be used.

(溶媒)
分散液は、CNTの他に、さらに溶媒を含む。
溶媒としては、特に限定されない。
例えば、分散剤として有機側鎖フラビンを用いる場合は、溶媒としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどを用いることができる。
分散剤として界面活性剤を用いる場合は、溶媒としては、(重水を含む)水を用いることができる。
(solvent)
The dispersion liquid further contains a solvent in addition to CNT.
The solvent is not particularly limited.
For example, when an organic side chain flavin is used as the dispersant, toluene, xylene, ethylbenzene or the like can be used as the solvent.
When a surfactant is used as the dispersant, water (including heavy water) can be used as the solvent.

分散剤を用いない場合は、溶媒としては、n−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、プロピレングリコール、メチルイソブチルケトンなどの有機溶媒を用いることができる。 When a dispersant is not used, an organic solvent such as n-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, propylene glycol, or methyl isobutyl ketone can be used as the solvent.

粗カーボンナノチューブと溶媒とを混合して分散液を得る手法として、例えば、キャビテーションを用いた手法(超音波分散法)、機械的にせん断力を加える手法(ボールミル、ローラーミル、振動ミル、混練機、ホモジナイザー等)、及び乱流を用いた手法(ジェットミル、ナノマイザー等)が挙げられる。 As a method of mixing crude carbon nanotubes and a solvent to obtain a dispersion liquid, for example, a method using cavitation (ultrasonic dispersion method) and a method of mechanically applying a shearing force (ball mill, roller mill, vibration mill, kneader). , Homogenizer, etc.), and methods using turbulent flow (jet mill, nanomizer, etc.).

上記の手法は、粗CNTを細かく解すことにより溶媒中に分散させることができる。そのため、精製CNT製造工程の後も高濃度のCNT分散液を得ることが可能となる。
一方、粗CNTを細かく解しすぎた場合、CNTにダメージが蓄積し、CNT膜の強度低下を招く可能性がある。そのため、強度が低下しない程度に処理時間、強度、温度等を適切に調整することが好ましい。
The above method can be dispersed in a solvent by finely dissolving the crude CNTs. Therefore, it is possible to obtain a high-concentration CNT dispersion liquid even after the purified CNT manufacturing process.
On the other hand, if the crude CNTs are broken down too finely, damage may be accumulated in the CNTs, which may lead to a decrease in the strength of the CNT film. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the treatment time, strength, temperature and the like so that the strength does not decrease.

<精製CNT製造工程>
精製CNT製造工程は、分散液に含まれる凝集体を除去して、精製カーボンナノチューブを得る工程である。
精製CNT製造工程を行うことによって、凝集性の高い繊維状ナノチューブが除去された精製CNTを得ることができる。精製CNTを用いてCNT膜を製造することで、厚みの均一性に優れたCNT膜を得ることができる。
また、精製CNT製造工程を行うことによって、得られるCNT膜におけるCNTバンドルの太さを均一化することができる。
<Purified CNT manufacturing process>
The purified CNT manufacturing step is a step of removing agglomerates contained in the dispersion liquid to obtain purified carbon nanotubes.
By performing the purified CNT manufacturing step, it is possible to obtain a purified CNT from which highly cohesive fibrous nanotubes have been removed. By producing a CNT film using purified CNT, a CNT film having excellent thickness uniformity can be obtained.
Further, by performing the purified CNT manufacturing process, the thickness of the CNT bundle in the obtained CNT film can be made uniform.

分散液に含まれる凝集体を除去する方法としては、例えば、分散液に含まれる凝集体を沈殿させる方法が挙げられる。
具体的には、静置、ろ過、膜分離、遠心及び超遠心が挙げられる。
上記の中でも、凝集体の除去に優れる観点から、分散液に含まれる凝集体を除去する方法としては、超遠心が好ましい。
Examples of the method for removing the agglomerates contained in the dispersion liquid include a method for precipitating the agglomerates contained in the dispersion liquid.
Specific examples include static, filtration, membrane separation, centrifugation and ultracentrifugation.
Among the above, from the viewpoint of excellent removal of agglomerates, ultracentrifugation is preferable as a method for removing agglomerates contained in the dispersion liquid.

超遠心において、平均相対遠心力が3,000xg以上であることが好ましい。
平均相対遠心力が3,000xg以上であることで、より細かな凝集体を除去することが可能となり、ペリクル膜の均一性を高めることができる。
上記同様の観点から、平均相対遠心力が5,000xg以上であることがより好ましい。
ここで、平均相対遠心力とは、ある回転数で延伸した場合に発生する平均の遠心力のことであり、最大半径と最小半径の中間点における相対遠心力のことをいう。
In ultracentrifugal force, the average relative centrifugal force is preferably 3,000 xg or more.
When the average relative centrifugal force is 3,000 xg or more, finer aggregates can be removed and the uniformity of the pellicle membrane can be improved.
From the same viewpoint as described above, it is more preferable that the average relative centrifugal force is 5,000 xg or more.
Here, the average relative centrifugal force is the average centrifugal force generated when stretching at a certain rotation speed, and is the relative centrifugal force at the midpoint between the maximum radius and the minimum radius.

超遠心において、平均相対遠心力は200,000xg以下であることが好ましい。
平均相対遠心力が200,000xg以下であることで、相対遠心力が過度に高いことにより、凝集体の発生、及び、分散液中に分散したCNT自体の沈降を抑制することができる。
上記同様の観点から、平均相対遠心力が150,000xg以下であることがより好ましい。
In ultracentrifugal force, the average relative centrifugal force is preferably 200,000 xg or less.
When the average relative centrifugal force is 200,000 xg or less, the relative centrifugal force is excessively high, so that the generation of aggregates and the sedimentation of the CNT itself dispersed in the dispersion liquid can be suppressed.
From the same viewpoint as described above, it is more preferable that the average relative centrifugal force is 150,000 xg or less.

また、遠心時間は、目標とする相対遠心力に到達してからの保持時間を5分以上、180分以下であることが好ましい。 Further, the centrifugal time is preferably 5 minutes or more and 180 minutes or less for the holding time after reaching the target relative centrifugal force.

<CNT膜製造工程>
CNT膜製造工程は、精製カーボンナノチューブをシート状に成膜して、カーボンナノチューブ膜を製造する工程である。
<CNT film manufacturing process>
The CNT film manufacturing process is a step of forming a sheet of purified carbon nanotubes to manufacture a carbon nanotube film.

〔成膜〕
精製カーボンナノチューブをシート状に成膜する。これによって、CNT膜を形成することができる。
図10に示すように下地層120上に、CNT膜100を形成する。具体的には、CNT膜100は下地層120上にCNT集合体を含む分散液を塗工し、乾燥等によって溶媒を除去することにより形成される。なお、必要に応じて分散液中の分散剤を溶かす溶媒等で洗浄することによって分散剤を除去してもよい。
[Film film]
The purified carbon nanotubes are formed into a sheet. Thereby, the CNT film can be formed.
As shown in FIG. 10, the CNT film 100 is formed on the base layer 120. Specifically, the CNT film 100 is formed by applying a dispersion liquid containing CNT aggregates on the base layer 120 and removing the solvent by drying or the like. If necessary, the dispersant may be removed by washing with a solvent or the like that dissolves the dispersant in the dispersion liquid.

塗工方法としては、粘度又はCNT集合体の濃度に応じた方法を用いてもよい。例えば、ブレードコート法、スリットコート法、スピンコート法、ディップコート法といった塗工法が用いられてもよい。なお、CNT膜は塗工することにより成膜されるため、得られるCNT膜の面積、厚み等はCNT合成法によっては制限されず、塗工法によって制御される。したがって、上記の塗工法を適宜選択して用いることで、種々の厚みのCNT膜を大面積に亘って成膜することができる。
上記の中でも、塗工方法としては、スピンコート法が好ましい。
As the coating method, a method depending on the viscosity or the concentration of the CNT aggregate may be used. For example, a coating method such as a blade coating method, a slit coating method, a spin coating method, or a dip coating method may be used. Since the CNT film is formed by coating, the area, thickness, etc. of the obtained CNT film are not limited by the CNT synthesis method, but are controlled by the coating method. Therefore, by appropriately selecting and using the above coating method, CNT films having various thicknesses can be formed over a large area.
Among the above, the spin coating method is preferable as the coating method.

CNT膜を成膜した後、溶媒を除去するための乾燥方法は、特に限定されない。また用途に応じては乾燥しなくてもよい。
例えば、溶媒としてトルエンを用いる場合は、室温で静置して溶媒を乾燥させてもよい。溶媒として水又は高沸点の溶媒を用いる場合、適宜加熱して溶媒を乾燥してもよい。
また、溶媒として表面張力の小さな溶媒を用いる場合、温度、蒸気圧等を制御することにより、CNT集合体の形状を制御することができる。表面張力の小さな溶媒としては、超臨界二酸化炭素などの超臨界流体などが挙げられる。
The drying method for removing the solvent after forming the CNT film is not particularly limited. Further, it does not have to be dried depending on the application.
For example, when toluene is used as the solvent, the solvent may be dried by allowing it to stand at room temperature. When water or a solvent having a high boiling point is used as the solvent, the solvent may be dried by heating as appropriate.
When a solvent having a small surface tension is used as the solvent, the shape of the CNT aggregate can be controlled by controlling the temperature, vapor pressure, and the like. Examples of the solvent having a small surface tension include supercritical fluids such as supercritical carbon dioxide.

分散剤を除去する方法は特に限定されない。また用途に応じては除去しなくてもよい。
例えば、CNT膜100に有機側鎖フラビンが含まれてもよい。分散剤はCNT同士の凝集を防ぐために用いることから、一般に、CNT表面に吸着する性質を有する。
このため、分散の際に使用した溶媒と異なる溶媒で洗浄することで、同一の溶媒を使用する場合と比較して、より少量にて、及び、より短時間にて分散剤を除去することができる。
例えば、分散剤として有機側鎖フラビンを用いる場合、洗浄剤としてクロロホルムを用いて洗浄してもよい。
洗浄剤としては、水、酸又はアルカリの水溶液、クロロホルム、塩化メチレン、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、アセトンなどが挙げられる。また、分散剤としてコール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどを用いる場合は、水又はエタノールを用いて洗浄することが好ましい。
The method for removing the dispersant is not particularly limited. Further, it may not be removed depending on the application.
For example, the CNT film 100 may contain organic side chain flavins. Since the dispersant is used to prevent agglomeration of CNTs, it generally has a property of adsorbing on the surface of CNTs.
Therefore, by washing with a solvent different from the solvent used for dispersion, the dispersant can be removed in a smaller amount and in a shorter time as compared with the case where the same solvent is used. can.
For example, when organic side chain flavin is used as the dispersant, it may be washed with chloroform as the detergent.
Examples of the cleaning agent include aqueous solutions of water, acid or alkali, chloroform, methylene chloride, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, acetone and the like. When sodium cholic acid, sodium deoxycholate, sodium dodecylbenzene sulfonate or the like is used as the dispersant, it is preferable to wash with water or ethanol.

また、分散剤を除去する方法としては、洗浄剤を用いる方法以外に、超臨界二酸化炭素などの超臨界流体によって洗浄する方法、酸素中で加熱して分散剤を燃焼、溶解、蒸発又は昇華させる方法、電気化学的に酸化又は還元を行い除去されやすい化学構造へ変化させて除去する方法等が挙げられる。 In addition to the method using a cleaning agent, the method for removing the dispersant includes a method of cleaning with a supercritical fluid such as supercritical carbon dioxide, and heating in oxygen to burn, dissolve, evaporate or sublimate the dispersant. Examples thereof include a method, a method of electrochemically oxidizing or reducing the chemical structure to be easily removed, and a method of removing the chemical structure.

〔CNT膜の剥離〕
最後に、CNT膜100が形成された基板110から、CNT膜100を剥離する。
CNT膜100が形成された基板110を溶剤に浸漬し、振とうすることにより、CNT膜100は基板110から剥離される。溶剤としては、酸又はアルカリの水溶液、有機溶媒などの洗浄剤を用いてもよい。
以上により、CNT膜100が製造される。
[Peeling of CNT film]
Finally, the CNT film 100 is peeled off from the substrate 110 on which the CNT film 100 is formed.
By immersing the substrate 110 on which the CNT film 100 is formed in a solvent and shaking it, the CNT film 100 is peeled off from the substrate 110. As the solvent, a cleaning agent such as an aqueous solution of an acid or an alkali or an organic solvent may be used.
As described above, the CNT film 100 is manufactured.

以下、実施例等により本開示をさらに詳細に説明するが、本開示の発明がこれら実施例のみに限定されるものではない。
本実施例において、不均一領域の面積の割合の測定、反射率の3σ及び平均反射率の測定、膜厚み(光学厚み)への換算、並びに破断荷重の測定は、上述の方法により行った。
Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the invention of the present disclosure is not limited to these Examples.
In this example, the measurement of the ratio of the area of the non-uniform region, the measurement of the reflectance of 3σ and the average reflectance, the conversion to the film thickness (optical thickness), and the measurement of the breaking load were performed by the above-mentioned methods.

(実施例1)
〔準備工程〕
凝集体を含む粗CNTとして、改良直噴熱分解合成法(eDIPS法)により合成された単層CNT(粗CNT、株式会社名城ナノカーボン製、商品名:EC1.5−P、チューブ径:1nm〜3nm、チューブの長さ:100nm以上、カーボンの含有量:99質量%)を準備した。
(Example 1)
[Preparation process]
Single-walled CNTs (crude CNTs, manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd., trade name: EC1.5-P, tube diameter: 1 nm) synthesized by the improved direct injection pyrolysis synthesis method (eDIPS method) as crude CNTs containing aggregates. ~ 3 nm, tube length: 100 nm or more, carbon content: 99% by mass) was prepared.

〔粗CNT分散液製造工程〕
改良直噴熱分解合成法(eDIPS法)により合成された単層CNT(粗CNT、株式会社名城ナノカーボン製、商品名:EC1.5−P、チューブ径:1nm〜3nm、チューブの長さ:100nm以上)30mgに対して、イソプロピルアルコール70mL及びエタノール30mLを添加し、さらに添加剤としてポリアクリル酸30mgを添加し、マグネチックスターラーを用いて1000rpm(revolutions per minute)にて、40℃、18時間で攪拌して懸濁液を得た。
[Coarse CNT dispersion liquid manufacturing process]
Single-walled CNT synthesized by the improved direct injection thermal decomposition synthesis method (eDIPS method) (crude CNT, manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd., trade name: EC1.5-P, tube diameter: 1 nm to 3 nm, tube length: To 30 mg (100 nm or more), 70 mL of isopropyl alcohol and 30 mL of ethanol were added, and 30 mg of polyacrylic acid was further added as an additive, and the temperature was 40 ° C. for 18 hours at 1000 rpm (revolutions per minute) using a magnetic stirrer. The mixture was stirred with and obtained a suspension.

〜高速撹拌分散〜
得られた懸濁液に対して、ホモジナイザー(SMT社製 型式:HF93)を用いて、10000rpmで25℃にて、高速撹拌分散を1時間行うことで、粗CNTを含む分散液(粗CNT分散液)を得た。
~ High speed stirring and dispersion ~
The obtained suspension was subjected to high-speed stirring and dispersion at 10000 rpm at 25 ° C. for 1 hour using a homogenizer (model manufactured by SMT) for 1 hour to carry out a dispersion liquid containing crude CNTs (crude CNT dispersion). Liquid) was obtained.

〔精製CNT製造工程〕
得られた粗CNT分散液に対して、高速遠心分離機を用いて、平均相対遠心力50,000xg、60分、10℃の条件下で遠心処理を行った。
遠心処理を行った後、上澄み液を抽出することで、凝集体又はダマ状のCNTが除去された、精製CNTを含む分散液(精製CNT分散液)を得た。
[Purified CNT manufacturing process]
The obtained crude CNT dispersion was centrifuged under the conditions of an average relative centrifugal force of 50,000 xg, 60 minutes and 10 ° C. using a high-speed centrifuge.
After the centrifugation, the supernatant was extracted to obtain a dispersion containing purified CNTs (purified CNT dispersion) from which aggregates or lump-like CNTs had been removed.

〔CNT膜製造工程〕
8インチサイズのシリコン基板に、精製CNT分散液を、1500rpmの回転速度にてスピンコートし、シリコン基板上にCNTの薄膜を得た。
薄膜を水洗して薄膜中のポリアクリル酸を除去して乾燥させた後、水にシリコン基板を浸透させた。次に、CNTの薄膜のみを水中に残し、シリコン基板のみを水から取り出すことで、CNTの薄膜をシリコン基板から剥離して、水の液面上に浮いている状態にて、網目構造を有するCNT膜を製造した。
[CNT film manufacturing process]
A purified CNT dispersion was spin-coated on an 8-inch size silicon substrate at a rotation speed of 1500 rpm to obtain a thin film of CNTs on the silicon substrate.
The thin film was washed with water to remove polyacrylic acid in the thin film and dried, and then the silicon substrate was impregnated into water. Next, by leaving only the thin film of CNT in water and taking out only the silicon substrate from water, the thin film of CNT is peeled off from the silicon substrate and has a network structure in a state of floating on the liquid surface of water. A CNT film was manufactured.

〔配置〕
水の液面上に浮いている状態のCNT膜を8インチサイズのシリコン基板ですくい取ることによって、シリコン基板上にCNT膜を配置した。
[Arrangement]
The CNT film was placed on the silicon substrate by scooping the CNT film floating on the liquid surface of water with an 8-inch size silicon substrate.

実施例1において得られたCNT膜は、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、0.3%以下であった。 In the CNT film obtained in Example 1, the ratio of the area of the non-uniform region was 0.3% or less with respect to the area of the entire region of the film.

(実施例2)
〔粗CNT分散液製造工程〕において、高速撹拌分散を行わず、得られた懸濁液に対して以下の超音波分散を行った後、脱泡処理を行い、粗CNTを含む分散液(粗CNT分散液)を得たこと以外は、実施例1と同様の方法により、シリコン基板上にCNT膜(ペリクル膜)を配置した。
〔超音波分散〕
〔粗CNT分散液製造工程〕において得られた懸濁液に対して、プローブ型超音波ホモジナイザーを用いて、出力40%で合計2時間超音波分散を行った。この際、20分ごとに5分間氷冷した。
(Example 2)
In the [crude CNT dispersion liquid manufacturing step], the obtained suspension is subjected to the following ultrasonic dispersion without high-speed stirring and dispersion, and then defoamed, and the dispersion liquid containing the crude CNT (coarse). The CNT film (pellicle film) was placed on the silicon substrate by the same method as in Example 1 except that the CNT dispersion liquid) was obtained.
[Ultrasonic dispersion]
The suspension obtained in the [crude CNT dispersion liquid production step] was subjected to ultrasonic dispersion at an output of 40% for a total of 2 hours using a probe-type ultrasonic homogenizer. At this time, the ice was cooled every 20 minutes for 5 minutes.

実施例2において得られたCNT膜は、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、0.3%以下であった。 In the CNT film obtained in Example 2, the ratio of the area of the non-uniform region was 0.3% or less with respect to the area of the entire region of the film.

(比較例1)
〔精製CNT製造工程〕を行わず、〔粗CNT分散液製造工程〕で得られた粗CNT分散液を用いて〔CNT膜製造工程〕及び〔配置〕を行ったこと以外は、実施例1と同様の方法により、シリコン基板上に、網目構造を有するCNT膜を配置した。
(Comparative Example 1)
Example 1 and Example 1 except that the [CNT film manufacturing step] and the [arrangement] were performed using the crude CNT dispersion obtained in the [crude CNT dispersion manufacturing step] without performing the [purified CNT manufacturing step]. A CNT film having a network structure was placed on the silicon substrate by the same method.

比較例1において得られたCNT膜は、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、27%であった。 In the CNT film obtained in Comparative Example 1, the ratio of the area of the non-uniform region was 27% with respect to the area of the entire region of the film.

(比較例2)
〔精製CNT製造工程〕を行わず、〔粗CNT分散液製造工程〕で得られた粗CNT分散液を用いて〔CNT膜製造工程〕及び〔配置〕を行ったこと以外は、実施例2と同様の方法により、シリコン基板上に、網目構造を有するCNT膜(ペリクル膜)を配置した。
(Comparative Example 2)
Example 2 and Example 2 except that the [CNT film manufacturing step] and the [arrangement] were performed using the crude CNT dispersion obtained in the [crude CNT dispersion manufacturing step] without performing the [purified CNT manufacturing step]. By the same method, a CNT film (pellicle film) having a network structure was placed on the silicon substrate.

比較例2において得られたCNT膜は、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、43%であった。 In the CNT film obtained in Comparative Example 2, the ratio of the area of the non-uniform region was 43% with respect to the area of the entire region of the film.

(比較例3)
〔精製CNT製造工程〕を行わず、〔粗CNT分散液製造工程〕で得られた粗CNT分散液を用いて〔CNT膜製造工程〕及び〔配置〕を行い、
〔粗CNT分散液製造工程〕において、イソプロピルアルコール70mL及びエタノール30mLをトルエン100mLに変更し、さらに分散剤として有機側鎖フラビン50mgを添加したこと以外は、実施例2と同様の方法により、シリコン基板上に、網目構造を有するCNT膜を配置した。
(Comparative Example 3)
The [CNT film manufacturing process] and the [arrangement] were performed using the crude CNT dispersion obtained in the [crude CNT dispersion manufacturing step] without performing the [purified CNT manufacturing step].
In the [crude CNT dispersion liquid production step], 70 mL of isopropyl alcohol and 30 mL of ethanol were changed to 100 mL of toluene, and 50 mg of organic side chain flavin was added as a dispersant. A CNT film having a network structure was placed on the top.

比較例3において得られたCNT膜は、不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、35%であった。 In the CNT film obtained in Comparative Example 3, the ratio of the area of the non-uniform region was 35% with respect to the area of the entire region of the film.

−評価−
〜平均反射率及び反射率の3σ〜
反射率測定において、測定位置としてX=5mm、25mm、50mm、75mm及び95mmの位置を選定した。
選定したそれぞれの位置における測定点の平均反射率及び反射率の3σを測定した。結果を表2に示す。
-Evaluation-
~ Average reflectance and reflectance of 3σ ~
In the reflectance measurement, the positions of X = 5 mm, 25 mm, 50 mm, 75 mm and 95 mm were selected as the measurement positions.
The average reflectance and reflectance of 3σ at the measurement points at each of the selected positions were measured. The results are shown in Table 2.

〜膜厚みの平均値及び膜厚みの3σ〜
上述した方法で、X=5mm、25mm、50mm、75mm及び95mmの各測定位置において、膜厚みの平均値及び膜厚みの3σを測定した。また、各測定位置における膜厚みの平均値を平均することで、平均厚みを得た。結果を表2に示す。
~ Average value of film thickness and 3σ of film thickness ~
By the method described above, the average value of the film thickness and 3σ of the film thickness were measured at each measurement position of X = 5 mm, 25 mm, 50 mm, 75 mm and 95 mm. Moreover, the average thickness was obtained by averaging the average value of the film thickness at each measurement position. The results are shown in Table 2.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

〜G/D比〜
得られたCNT膜について、共鳴ラマン散乱測定法によりG/D比を測定した。結果を表3に示す。
~ G / D ratio ~
The G / D ratio of the obtained CNT film was measured by the resonance Raman scattering measurement method. The results are shown in Table 3.

〜破断荷重〜
得られたCNT膜について、ナノインデンテーション試験により破断荷重を測定した。結果を表3に示す。
~ Breaking load ~
The breaking load of the obtained CNT film was measured by a nanoindentation test. The results are shown in Table 3.

Figure 2021172528
Figure 2021172528

準備工程と、粗CNT分散液製造工程と、精製CNT製造工程と、CNT膜製造工程と、を含むCNT膜の製造方法を用いて製造された実施例1のCNT膜は、不均一領域の面積の割合が小さく、厚みの均一性に優れていた。 The CNT film of Example 1 produced by using the CNT film manufacturing method including the preparation step, the crude CNT dispersion liquid manufacturing step, the purified CNT manufacturing step, and the CNT film manufacturing step has an area of a non-uniform region. The ratio was small and the thickness uniformity was excellent.

〔粗CNT分散液製造工程〕において得られた懸濁液に対して以下の超音波分散を行った実施例2のCNT膜は、不均一領域の面積の割合がさらに小さく、厚みの均一性により優れていた。
また、実施例2のCNT膜は、全ての測定位置で反射率の3σは15%以下であり、平均反射率の最大値と最小値との差が15%以下であった。
実施例2のCNT膜は、シリコン基板上へ配置された状態を光学顕微鏡で観察したところ、わずかに淡い濃淡分布が見られるが、ダマ状又は凝集体は観察できず、不均一領域は視認できなかった。
実施例2のCNT膜は、膜厚みの平均値が小さく、膜厚みの3σについてもばらつきが少なかった。そのため、実施例2のCNT膜は、局所的な領域においても、広域的な領域においても、膜厚みにばらつきが少ないことが示された。即ち、実施例1のCNT膜は、厚みの均一性に優れることが示された。
In the CNT film of Example 2 in which the following ultrasonic dispersion was performed on the suspension obtained in the [crude CNT dispersion liquid production step], the ratio of the area of the non-uniform region was further smaller, and the thickness was uniform. It was excellent.
Further, in the CNT film of Example 2, the reflectance of 3σ was 15% or less at all the measurement positions, and the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance was 15% or less.
When the CNT film of Example 2 was arranged on the silicon substrate and observed with an optical microscope, a slightly faint light and shade distribution was observed, but lumps or aggregates could not be observed, and non-uniform regions could be visually recognized. There wasn't.
In the CNT film of Example 2, the average value of the film thickness was small, and the variation in the film thickness of 3σ was also small. Therefore, it was shown that the CNT film of Example 2 has little variation in film thickness in both a local region and a wide region. That is, it was shown that the CNT film of Example 1 was excellent in thickness uniformity.

〔精製CNT製造工程〕を行わなかった比較例1のCNT膜は、不均一領域の面積の割合が大きく、厚みの均一性に劣っていた。 The CNT film of Comparative Example 1 in which the [purified CNT manufacturing process] was not performed had a large proportion of the area of the non-uniform region and was inferior in thickness uniformity.

〔粗CNT分散液製造工程〕において得られた懸濁液に対して以下の超音波分散を行ったものの、〔精製CNT製造工程〕を行わなかった比較例2のCNT膜は、不均一領域の面積の割合が大きく、厚みの均一性に劣っていた。
また、比較例2のCNT膜は、全ての測定位置で反射率の3σは15%以上であり、平均反射率の最大値と最小値との差が10%以上であった。
比較例2のCNT膜は、シリコン基板上へ配置されたCNT膜を光学顕微鏡で観察したところ、明確な濃淡分布が全面に観察され、ダマ状又は凝集体が全面に観察され、不均一領域が視認できた。
比較例2のCNT膜は、局所的な領域において膜厚みにばらつきが生じており、厚さの均一性に劣っていた。
The CNT film of Comparative Example 2 in which the following ultrasonic dispersion was performed on the suspension obtained in the [crude CNT dispersion liquid production step] but the [purified CNT production step] was not performed has a non-uniform region. The ratio of the area was large, and the uniformity of the thickness was inferior.
Further, in the CNT film of Comparative Example 2, the reflectance of 3σ was 15% or more at all the measurement positions, and the difference between the maximum value and the minimum value of the average reflectance was 10% or more.
As for the CNT film of Comparative Example 2, when the CNT film arranged on the silicon substrate was observed with an optical microscope, a clear shading distribution was observed on the entire surface, lumps or aggregates were observed on the entire surface, and non-uniform regions were observed. I was able to see it.
The CNT film of Comparative Example 2 had variations in film thickness in a local region, and was inferior in thickness uniformity.

〔精製CNT製造工程〕を行わなかった比較例3のCNT膜は、不均一領域の面積の割合が大きく、厚みの均一性に劣っていた。 The CNT film of Comparative Example 3 in which the [purified CNT manufacturing process] was not performed had a large proportion of the area of the non-uniform region and was inferior in thickness uniformity.

図11において、光学顕微鏡を用いて観察された、実施例1に係るCNT膜の表面の画像を示す。
図11において、わずかに淡い濃淡分布が見られるが、ダマ状又は凝集体はほとんど観察できず、不均一領域は視認できなかった。
FIG. 11 shows an image of the surface of the CNT film according to Example 1 observed using an optical microscope.
In FIG. 11, although a slightly light shading distribution was observed, lumps or aggregates could hardly be observed, and non-uniform regions could not be visually recognized.

図12において、光学顕微鏡を用いて観察された、比較例1に係るCNT膜の表面の画像を示す。
図12において、ダマ状又は凝集体が観察され、不均一領域が視認できた。
FIG. 12 shows an image of the surface of the CNT film according to Comparative Example 1 observed using an optical microscope.
In FIG. 12, lumps or aggregates were observed, and non-uniform regions could be visually recognized.

図13において、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、実施例1に係るCNT膜の表面の画像を示す。
図13において、CNTバンドルが網目状に分散した構造が観察された。
FIG. 13 shows an image of the surface of the CNT film according to Example 1 observed using a scanning electron microscope (SEM).
In FIG. 13, a structure in which the CNT bundles were dispersed in a mesh pattern was observed.

図14において、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、実施例2に係るCNT膜の表面の画像を示す。
図15において、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察された、比較例2に係るCNT膜の表面の画像を示す。
〔精製CNT製造工程〕を行った実施例2では幅50nm以上のバンドルが含まれず、バンドル径分布の均一性が向上していた。一方、〔精製CNT製造工程〕を行わなかった比較例2では幅50nm以上のバンドルが含まれており、バンドル径分布の均一性に劣っていた。
FIG. 14 shows an image of the surface of the CNT film according to Example 2 observed using a scanning electron microscope (SEM).
FIG. 15 shows an image of the surface of the CNT film according to Comparative Example 2 observed using a scanning electron microscope (SEM).
In Example 2 in which the [purified CNT manufacturing process] was performed, bundles having a width of 50 nm or more were not included, and the uniformity of the bundle diameter distribution was improved. On the other hand, in Comparative Example 2 in which the [purified CNT manufacturing process] was not performed, a bundle having a width of 50 nm or more was included, and the uniformity of the bundle diameter distribution was inferior.

〔高速撹拌工程〕を行った実施例1のCNT膜は、〔高速撹拌工程〕を行わず〔超音波分散工程〕を行った実施例2と比較して、ラマン分光法から得られるG/D比の値がより高く、ナノインデンテーション試験により測定した膜強度により優れていた。 The CNT film of Example 1 subjected to the [high-speed stirring step] is G / D obtained from Raman spectroscopy as compared with Example 2 obtained by performing the [ultrasonic dispersion step] without performing the [high-speed stirring step]. The ratio value was higher and was superior to the film strength measured by the nanoindentation test.

100・・・CNT(カーボンナノチューブ)膜
101・・・CNT集合体
102・・・CNT
110・・・基板
120・・・下地層
100 ... CNT (carbon nanotube) film 101 ... CNT aggregate 102 ... CNT
110 ... Substrate 120 ... Underlayer

Claims (10)

カーボンナノチューブを含有し、
平均厚みが1nm以上200nm以下であり、
平均厚みに対して、厚みが10%以上厚いか又は10%以上薄い領域である不均一領域の面積の割合が、膜の全領域の面積に対して、15.0%以下であり、
シリコン基板上に配置し、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率を測定した場合に、反射率の3σが15%以下であるカーボンナノチューブ膜。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
Contains carbon nanotubes,
The average thickness is 1 nm or more and 200 nm or less.
The ratio of the area of the non-uniform region, which is a region having a thickness of 10% or more thicker or 10% or more thinner than the average thickness, is 15.0% or less with respect to the area of the entire region of the film.
A carbon nanotube film having a reflectance of 3σ of 15% or less when the reflectance is measured under the following conditions using a reflection spectroscopic film thickness meter placed on a silicon substrate.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm
シリコン基板上に配置し、互いに距離が2cm以上離れた複数の測定位置のそれぞれにおいて、反射分光膜厚み計を用い、下記条件にて反射率の測定及び平均反射率の算出を行った場合に、
前記平均反射率の最大値から前記平均反射率の最小値を差し引いた値が15%以下である請求項1に記載のカーボンナノチューブ膜。
<条件>
測定点の直径:20μm
基準測定波長:波長285nm
測定点数:121点
隣接する測定点における中心点間距離:40μm
When the reflectance is measured and the average reflectance is calculated under the following conditions using a reflection spectroscopic membrane thickness gauge at each of a plurality of measurement positions separated from each other by 2 cm or more on a silicon substrate.
The carbon nanotube film according to claim 1, wherein the value obtained by subtracting the minimum value of the average reflectance from the maximum value of the average reflectance is 15% or less.
<Conditions>
Diameter of measurement point: 20 μm
Reference measurement wavelength: Wavelength 285 nm
Number of measurement points: 121 points Distance between center points at adjacent measurement points: 40 μm
網目構造を有する請求項1又は請求項2に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube membrane according to claim 1 or 2, which has a network structure. 前記カーボンナノチューブは、チューブ径が0.8nm以上6.0nm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube film according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon nanotube has a tube diameter of 0.8 nm or more and 6.0 nm or less. 前記カーボンナノチューブは、長さが10nm以上である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube film according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon nanotube has a length of 10 nm or more. 前記カーボンナノチューブに含まれるカーボンの含有量が、前記カーボンナノチューブの全質量に対して98質量%以上である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube film according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of carbon contained in the carbon nanotubes is 98% by mass or more with respect to the total mass of the carbon nanotubes. 共鳴ラマン散乱測定法により測定されるG/D比が、20以上である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube film according to any one of claims 1 to 6, wherein the G / D ratio measured by the resonance Raman scattering measurement method is 20 or more. ナノインデンテーション試験により測定される破断荷重が、1.0μN/nm以上である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜。 The carbon nanotube membrane according to any one of claims 1 to 7, wherein the breaking load measured by the nanoindentation test is 1.0 μN / nm or more. 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ膜の製造に用いられる分散液。 The dispersion liquid used for producing the carbon nanotube film according to any one of claims 1 to 8. 凝集体を含む粗カーボンナノチューブを準備する工程と、
前記粗カーボンナノチューブと溶媒とを混合して分散液を得る工程と、
前記分散液に含まれる前記凝集体を除去して、精製カーボンナノチューブを得る工程と、
前記精製カーボンナノチューブをシート状に成膜して、カーボンナノチューブ膜を製造する工程と、を含むカーボンナノチューブ膜の製造方法。
The process of preparing crude carbon nanotubes containing aggregates and
A step of mixing the crude carbon nanotubes and a solvent to obtain a dispersion liquid, and
A step of removing the aggregates contained in the dispersion liquid to obtain purified carbon nanotubes, and
A method for producing a carbon nanotube film, which comprises a step of forming a sheet of the purified carbon nanotube to produce a carbon nanotube film.
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