JP4678152B2 - 炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子の分散液 - Google Patents
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(1)黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子の分散液。
(2)黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子の分散液。
(3)分散媒が、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を70重量%以上含有する分散媒である、上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液。
(4)分散媒が、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を90重量%以上含有する分散媒である、上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液。
(5)薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜100nmであり、かつ平面方向の大きさ20nm以上である、上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液。
(6)薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜10nmであり、かつ平面方向の大きさ1000nm以上である、上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液。
(7)薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜5nmであり、かつ平面方向の大きさ10000nm以上である、上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液。
(8)任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物が、エーテル結合をもつ化合物、複素環式化合物、アミン系化合物、またはこれらの誘導体である、上記(2)記載の薄膜状粒子の分散液。
(9)任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物が、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、2−ブトキシエタノール、ピリジン、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、およびα−ピコリンからなる群より選ばれた少なくとも1種類を含む、上記(2)記載の薄膜状粒子の分散液。
(10)黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、高分子材料と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
(11)高分子材料がポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂またはポリメタクリル酸メチル樹脂である、上記(10)記載の薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
(12)上記(1)記載の薄膜状粒子の分散液に、高分子材料を配合することにより得られる、上記(10)記載の薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
(13)上記(10)記載の薄膜状粒子と高分子材料との分散液から、分散媒を乾燥・除去することにより得られる、薄膜状粒子と高分子材料との複合材料。
本発明に用いる薄膜状粒子としては、公知のBrodie法(硝酸、塩素酸カリウムを使用)、Staudenmaier法(硝酸、硫酸、塩素酸カリウムを使用)、Hummers−Offeman法(硫酸、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムを使用)、本発明者らが特開2002−53313号公報および特開2003−176116号公報で開示した方法などによる黒鉛酸化物を利用できる。
本発明に用いる分散媒は、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する。上記比誘電率15未満の化合物は、水と上記比誘電率15未満の化合物の全重量に対し、50重量%以上の割合で水に溶解するものであれば特に制限されるものではないが、好ましくは75重量%以上、より好ましくは任意の割合で水と相互溶解するものであることが望ましい。上記化合物を50重量%以上含有することにより、本発明の薄膜状粒子の分散液中に溶解させることができる高分子材料の選択の幅が広がる。
本発明の薄膜状粒子の分散液には、上述のような薄膜状粒子と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とが含まれる。ここで薄膜状粒子の含有量は、本発明の分散液の全重量に対して、望ましくは0.0001重量%〜20重量%、より望ましくは0.001重量%〜10重量%、さらに望ましくは0.01重量%〜5重量%である。
つぎに、薄膜状粒子と高分子材料との分散液について説明する。本発明の薄膜状粒子と高分子材料との分散液は、薄膜状粒子と、高分子材料と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含むことを特徴とする。このような分散液は、前述した本発明の薄膜状粒子の分散液に高分子材料を配合することにより、容易に調製することができる。
天然黒鉛(純度99.97wt%以上)10gを、硝酸ナトリウム(純度99%)7.5g、硫酸(純度96%)621g、過マンガン酸カリウム(純度99%)45gからなる混合液中に入れ、約20℃で5日間、緩やかに撹拌しながら放置した。得られた高粘度の液を、5wt%硫酸水溶液1000cm3に約1時間で撹拌しながら加えて、さらに2時間撹拌した。得られた液に過酸化水素(30wt%水溶液)30gを加えて、2時間撹拌した。
この液を、3wt%硫酸/0.5wt%過酸化水素の混合水溶液を用いた遠心分離と水を用いた遠心分離で精製して、薄膜状粒子の水分散液を得た。液の一部の乾燥前後の重量変化から、液中の薄膜状粒子の濃度は0.5wt%であった。また、40℃で真空乾燥させた薄膜状粒子の元素分析で、酸素は約42wt%、水素は約2wt%であった。また、薄膜状粒子をカーボンマイクログリッド添付の銅メッシュに製膜し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した結果、薄膜状粒子の厚みは5nm以下で平面方向の大きさは15μm以上であった。以下、この分散液を分散液Aとよぶ。
分散液A をテトラヒドロフラン(THF)(比誘電率 7.58)で10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。再度、THFで10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。その結果得られた分散液を分散液Bとする。カールフィッシャーで測定した分散液Bにおける分散媒中の水分量から計算すると、分散液Bにおける分散媒の全重量に対するTHFの割合は98.6重量%であった。分散液Bを目視観察すると、薄膜状粒子はTHF中で均一に分散していた。なお、分散液B中の薄膜状粒子の濃度は1wt%であった。
続いて、分散液B10g中にポリカーボネート樹脂を2g添加した。その結果、ポリカーボネート樹脂と薄膜状粒子が均一に混合された分散液ができた。
この分散液をガラス基板上に塗布し、分散媒を乾燥・除去した。得られた塗膜を光学顕微鏡で観察すると、ポリカーボネート樹脂の塗膜の中に薄膜状粒子が均一に分散されていることが確認された。さらに塗膜断面をウルトラミクロトームで切り出し、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察を行った結果、薄膜状粒子はフィルム中で均一に分散しており、その厚さは90%以上の粒子が30nm〜70nmの範囲に入っていることが確認された。
分散液A をジオキサン(比誘電率 2.2)で10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。再度、ジオキサンで10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。その結果得られた分散液を分散液Cとする。カールフィッシャーで測定した分散液Cにおける分散媒中の水分量から計算すると、分散液Cにおける分散媒の全重量に対するジオキサンの割合は98.5重量%であった。分散液Cを目視観察すると、薄膜状粒子はジオキサン中で均一に分散していた。なお、分散液C中の薄膜状粒子の濃度は1wt%であった。
続いて、分散液C10g中にポリスチレン樹脂を0.5g添加した。その結果、ポリスチレン樹脂と薄膜状粒子が均一に混合された分散液ができた。
この分散液をガラス基板上に塗布し、分散媒を乾燥・除去した。得られた塗膜を光学顕微鏡で観察すると、ポリスチレン樹脂の塗膜の中に薄膜状粒子が均一に分散されていることが確認された。
分散液A を1,2−ジメトキシエタン(比誘電率 5.5)で10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。再度、1,2−ジメトキシエタンで10倍希釈し、遠心分離してから上澄みを除去した。その結果得られた分散液を分散液Dとする。カールフィッシャーで測定した分散液Dにおける分散媒中の水分量から計算すると、分散液Dにおける分散媒の全重量に対する1,2−ジメトキシエタンの割合は98.6重量%であった。分散液Dを目視観察すると、薄膜状粒子は1,2−ジメトキシエタン中で均一に分散していた。なお、分散液D中の薄膜状粒子の濃度は1wt%であった。
続いて、分散液D10g中にメタクリル酸メチル樹脂を0.1g添加した。その結果、メタクリル酸メチルと薄膜状粒子が均一に混合された分散液ができた。
この分散液をガラス基板上に塗布し、分散媒を乾燥・除去した。得られた塗膜を光学顕微鏡で観察すると、メタクリル酸メチル樹脂の塗膜の中に薄膜状粒子が均一に分散されていることが確認された。
分散液A 1gにピリジン(比誘電率 12.3)を1g添加した。分散媒中のピリジンの割合は約50重量%であったが、薄膜状粒子は均一に分散していた。
分散液A 1gにジクロロメタン(比誘電率 9.1、ジクロロメタンは水に2.00g/100g(20℃)溶け、水はジクロロメタンに0.170g/100g(25℃)溶解する。)を10g添加した。薄膜状粒子の入った分散液Aとジクロロメタンとは分離したままであり、ジクロロメタン中で薄膜状粒子を分散させることはできなかった。
分散液A 5gに酢酸エチル(比誘電率 6.0、酢酸エチルは水に8.08wt%溶け、水は酢酸エチルに2.94wt%溶解する。)を10g添加した。薄膜状粒子の入った分散液Aと酢酸エチルとは分離したままであり、酢酸エチル中で薄膜状粒子を分散させることはできなかった。
Claims (12)
- 黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子の分散液。
- 黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子の分散液。
- 分散媒が、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を70重量%以上含有する分散媒である、請求項1記載の薄膜状粒子の分散液。
- 分散媒が、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を90重量%以上含有する分散媒である、請求項1記載の薄膜状粒子の分散液。
- 薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜100nmであり、かつ平面方向の大きさ20nm以上である、請求項1記載の薄膜状粒子の分散液。
- 薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜10nmであり、かつ平面方向の大きさ1000nm以上である、請求項1記載の薄膜状粒子の分散液。
- 薄膜状粒子が、厚さ0.4nm〜5nmであり、かつ平面方向の大きさ10000nm以上である、請求項1記載の薄膜状粒子の分散液。
- 任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物が、エーテル結合を持つ化合物、複素環式化合物、アミン系化合物、またはこれらの誘導体である、請求項2記載の薄膜状粒子の分散液。
- 任意の割合で水と相互溶解する比誘電率15未満の化合物が、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、2−ブトキシエタノール、ピリジン、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、およびα−ピコリンからなる群より選ばれた少なくとも1種類を含む、請求項2記載の薄膜状粒子の分散液。
- 黒鉛を酸化して得られ、比誘電率15以上の液体に分散可能である、炭素からなる骨格を持つ薄膜状粒子と、高分子材料と、50重量%以上の割合で水に溶解する比誘電率15未満の化合物を50重量%以上含有する分散媒とを含む、薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
- 高分子材料がポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂またはポリメタクリル酸メチル樹脂である、請求項10記載の薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
- 請求項1記載の薄膜状粒子の分散液に、高分子材料を配合する事により得られる、請求項10記載の薄膜状粒子と高分子材料との分散液。
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