JP4581663B2 - 炭素材料薄膜の製膜方法 - Google Patents
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Description
日本接着学会誌 Vol.27、No.9、401頁(1991)
表面技術 Vol.53、No.10、685頁(2002)
キシレン90mlに、ポリエステル酸アマイドアミン塩(楠本化成製品ディスパロンDA-703-50;50%キシレン溶液)10mlを加え、この溶液に気相成長法多層カーボンナノチューブ(日機装製品;繊維径10〜30nm、平均繊維長1〜100μm)100mgを添加し、ボールミルを用いて12時間の分散処理を行い、多層カーボンナノチューブ分散液を得た。
実施例1において、キシレン量が95mlに変更され、またポリエステル酸アマイドアミン塩の代わりに、トリエチルアミン(低分子量アミン)5mlが用いられた。製膜処理後のITO電極は透明のままであり、陽極材への多層カーボンナノチューブの吸着はみられなかった。
実施例1において、キシレン量が95mlに変更され、またポリエステル酸アマイドアミン塩の代わりに、オレイルアミン5mlが用いられた。製膜処理後のITO電極は透明のままであり、陽極材への多層カーボンナノチューブの吸着はみられなかった。
実施例1において、キシレン量が95mlに変更され、またポリエステル酸アマイドアミン塩の代わりに、ポリエステル酸(味の素ファインテクノ製品アジスパーPN-411) 5mlが用いられた。製膜処理後のITO電極は透明のままであり、陽極材への多層カーボンナノチューブの吸着はみられなかった。
実施例1において、キシレンの代わりにアセトンが同量用いられた。製膜処理後のITO電極は透明のままであり、陽極材への多層カーボンナノチューブの吸着はみられなかった。
実施例1において、キシレンの代わりにジメチルホルムアミドが同量用いられた。製膜処理後のITO電極は透明のままであり、陽極材への多層カーボンナノチューブの吸着はみられなかった。
実施例1において、キシレンの代わりにジメチルホルムアミドが同量用いられ、またポリエステル酸アマイドアミン塩が用いられなかった。製膜後、ITO電極断面の走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、多層カーボンナノチューブの吸着層が確認されたものの、その厚みは、約1μmと薄いものであった。
キシレン90mlに、ポリエステル酸アマイドアミン塩(ディスパロンDA-703-50)10mlを加え、この溶液に気相成長法多層カーボンナノチューブ(前記日機装製品)500mgを添加し、超音波ホモジナイザ(BRANSON SONIFIER 450)による出力300Wでの照射を12時間行い、多層カーボンナノチューブ分散液を得た。この分散液中の多層カーボンナノチューブの湿式でのレーザー散乱による平均粒子径は、600nmであった。
実施例2において、ポリエステル酸アマイドアミン塩を用いないで製膜を行ったところ、カーボン不織布表面に対して多層カーボンナノチューブの吸着はみられたものの、吸着層として形成するには至らず、その吸着量も微小であったため測定不可能であった。
実施例2において、超音波ホモジナイザを用いて得られた平均粒子径600nmの多層カーボンナノチューブ分散液について、電極としてITO電極を用い、ミニクランプを用いて電極間が3cmになるように設置し、20Vの電圧を10分間印加することにより、陽極材への製膜処理を行った。製膜面積12cm2の多層カーボンナノチューブ膜について、ITO電極断面の走査型電子顕微鏡観察を行い、約30μmの多層カーボンナノチューブ吸着層の存在を確認した。また、多層カーボンナノチューブの吸着量および吸着層中の多層カーボンナノチューブの重量割合が、同様に測定された。
実施例3において、印加電圧が20Vから50Vに変更された。
実施例3において、印加電圧が20Vから100Vに変更された。
実施例3において、印加電圧が20Vから200Vに変更された。
実施例3において、印加電圧が20Vから400Vに変更された。
実施例3において、超音波ホモジナイザの代りに超音波洗浄器を用い、90Wの出力での照射を12時間実施すると、多層カーボンナノチューブ分散液中の多層カーボンナノチューブ凝集塊の平均粒子径は1270nmであった。以下、同様に製膜処理が行われた。
実施例8において、製膜時の印加電圧が20Vから50Vに変更された。
実施例8において、製膜時の印加電圧が20Vから100Vに変更された。
実施例8において、製膜時の印加電圧が20Vから200Vに変更された。
実施例8において、製膜時の印加電圧が20Vから400Vに変更された。
実施例3において、超音波ホモジナイザの代りにポット型ボールミルを用い、回転数60rpmで72時間攪拌を実施すると、多層カーボンナノチューブ分散液中の多層カーボンナノチューブ凝集塊の平均粒子径は8nmであった。走査型電子顕微鏡で膜を観察すると、多層カーボンナノチューブは破断した状態で吸着していた。以下、同様に製膜処理が行われた。
実施例13において、製膜時の印加電圧が20Vから50Vに変更された。
実施例13において、製膜時の印加電圧が20Vから100Vに変更された。
実施例13において、製膜時の印加電圧が20Vから200Vに変更された。
実施例13において、製膜時の印加電圧が20Vから400Vに変更された。
表
吸着層中のCNT
例 平均粒子径(nm) 印加電圧(V) 吸着量(mg) 重量割合(%)
実施例3 600 20 1.0 80
〃 4 〃 50 2.1 83
〃 5 〃 100 4.5 85
〃 6 〃 200 5.6 86
〃 7 〃 400 6.4 87
実施例8 1270 20 3.5 69
〃 9 〃 50 3.2 68
〃 10 〃 100 1.6 69
〃 11 〃 200 1.5 68
〃 12 〃 400 1.1 68
〃 13 8 20 0.4 56
〃 14 〃 50 3.7 55
〃 15 〃 100 4.7 57
〃 16 〃 200 1.9 57
〃 17 〃 400 0.2 56
(1) 実施例3〜7では、印加電圧の増加と共に吸着量が増加し、また吸着層中のCNT(多層カーボンナノチューブ)重量割合も、他の平均粒子径のものよりも高い。これは、CNT分散液中でのCNT濃度が高く、凝集するよりはむしろ製膜の方が優位にあるためと推定される。
(2) CNT分散液中のCNT粒子の平均粒子径が大きい実施例8〜12では、電場をかけると容易にCNTが凝集を起して沈降し、分散液中のCNT濃度が低下することが、CNTの吸着層中の重量割合に影響しているものと考えられる。なお、印加電圧が高くなるに従ってCNT吸着量は減少しているが、これは高電圧時には粒子径のより小さいCNTも凝集沈殿し、吸着と沈殿との競争関係が逆転するためであると考えられる。
(3) 逆に、平均粒子径の小さい実施例13〜17では、分散液中のCNT濃度は高いものの、吸着層中のCNT重量割合は低い。これは、微粒子径のもの程比表面積が増大し、分散剤の吸着が生じ易いためと考えられる。また、CNT吸着量には極大値が示されているが、これも吸着と凝集沈殿との競争関係が電圧により変化し、吸着量が極大となる条件があるものと推測されるが、その詳細は不明である。
Claims (9)
- 多層カーボンナノチューブを、塩基性高分子型分散剤を添加した炭化水素系溶媒中に分散させ、この溶媒中で被被覆材を陽極として電圧を印加し、陽極材表面上に多層カーボンナノチューブ薄膜を形成せしめることを特徴とする炭素材料薄膜の製膜方法。
- 塩基性高分子型分散剤が、ポリエステル酸アマイドアミン塩である請求項1記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 炭化水素系溶媒が芳香族炭化水素溶媒である請求項1記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 被被覆材陽極として燃料電池用の電極ガス拡散体基材またはセパレータ基材、帯電防止基材、電磁波シールド基材、リチウム電池電極基材、電界放出ディスプレー基材あるいは放熱基材が用いられる請求項1記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 被被覆材陽極としてカーボンシート基材が用いられる請求項1記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- カーボンシートがカーボンペーパー、カーボン不織布またはカーボン織布である請求項5記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 塩素性高分子型分散剤を添加した炭化水素系溶媒中に分散させた多層カーボンナノチューブが100〜1000nmの平均粒子径(湿式でのレーザー散乱法による50%粒子径)を有する請求項1記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 多層カーボンナノチューブの平均粒子径を100〜1000nmに調整することが超音波ホモジナイザを用いて行われる請求項7記載の炭素材料薄膜の製膜方法。
- 請求項4記載の方法により得られた、表面に多層カーボンナノチューブ薄膜を形成させた燃料電池用の電極ガス拡散体またはセパレータ、帯電防止材、電磁波シールド材、リチウム電池電極、電界放出ディスプレーあるいは放熱材。
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