JP6192732B2 - 伝導性インク及び伝導性ポリマーコーティング - Google Patents
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Description
実施形態1.
水系媒体に溶解している伝導性ポリマーを含む伝導性ポリマー溶液と、
前記伝導性ポリマー溶液に分散している、カーボンナノチューブ及びグラフェンオキシドシートの混合物とを含み、前記カーボンナノチューブの前記グラフェンオキシドシートに対する重量比が、0.25〜2.5の範囲内である、伝導性インク。
伝導性ポリマーと、
前記伝導性ポリマー中に分散している、グラフェンオキシドシート及びカーボンナノチューブの混合物とを含み、前記カーボンナノチューブの前記グラフェンオキシドシートに対する重量比が、0.25〜2.5の範囲内であり、550nmにおいて少なくとも75%の光透過率値を有する、伝導性コーティング。
実施形態1に記載の伝導性インクを基材に塗布する工程と、
前記基材上の前記伝導性インクをアニールして、前記基材上に前記伝導性コーティングを形成する工程と、を含む方法。
以下の詳細に記載の通り、天然グラファイト粉末からHummers変法を用いてGOシートを合成した。まず、グラファイト粉末(3グラム)を、濃縮されたH2SO4(97重量パーセント、12mL)、K2S2O8(2.5グラム)、及びP2O5(2.5グラム)からなる80℃の溶液に入れた。ホットプレートを用いて80℃で6時間混合物を維持した。次いで、混合物を室温に冷却し、次いで、0.5Lの脱イオン水で希釈し、一晩放置した。次いで、0.2マイクロメートルのナイロンフィルタ(Waterman International Ltd.(Maidstone,England)から商品名「WATERMAN」として入手)を用いて混合物を濾過し、回収した固体を脱イオンで洗浄して残留酸を除去した。生成物を、周囲条件下で一晩乾燥させて、予酸化グラファイトを得た。次いで、予酸化グラファイトを、以下の工程に従って更なる酸化に供した。簡潔に述べると、1グラムの予酸化グラファイト及び0.5グラムの硝酸ナトリウムをフラスコに入れた。濃縮されたH2SO4(97重量パーセント、25mL)を撹拌しながら氷水浴に添加し、3gのKMnO4を約1時間かけてゆっくり添加した。氷水浴中で2時間撹拌を続けた。混合物を室温で2日間激しく撹拌した後、100mLの5重量パーセントH2SO4水溶液を撹拌しながら約1時間かけて添加し、温度を98℃で維持した。得られた混合物を98℃で2時間更に撹拌した。温度を60℃に低下させ、3mLのH2O2(30重量パーセント水溶液)を添加し、次いで、混合物を室温で2時間撹拌した。酸化産物を別の0.2マイクロメートルのナイロンメンブレンで回収し、10% w/vHCl水溶液ですすぎ、次いで、多量の脱イオン水で繰り返し洗浄して、GOシート材料を得た。
直上に記載した通り調製したGOシート材料を、30Wの出力で30分間超音波装置(QSonica,LLC.(Newton,CT)から商品名「SONICATOR 3000」として入手)における超音波処理によって水に分散させて(0.2mg/mL)、GOコロイド懸濁液を生成した。MWCNTのサンプルを、得られたGOコロイド懸濁液に入れ(MWCNTのGOに対する比率は1:2であり、得られたMWCNTのサンプルは、最初、粒塊の形態であった)、混合物を更に1時間30Wで超音波処理して、GO−MWCNT複合体の懸濁液を得た。GOシート材料を含まないことを除いて、同じ方法でMWCNTの対照懸濁液も調製した。GO−MWCNT複合体の懸濁液及びMWCNTの対照懸濁液を、それぞれ、AFM機器(Asylum Research(Goleta,CA)から商品名「MODEL MFP−3D−BIO」として入手)を用いて、様々なモードで原子力顕微鏡(「AFM」)測定によって調べた。AFM用のサンプルは、新たなシリコンウエハ上に懸濁液のアリコートを滴下し、次いで、周囲条件下で乾燥させることによって調製した。図1A及び1BにおけるAFMデジタル画像は、各デジタル画像の右側の陰影付きのバーに示されている通り、マイクロメートル単位のx及びy寸法と、ナノメートル単位のz寸法と、を有する。図1AにおけるAFM画像では、超音波処理の助けを借りても、GOシートを有さないMWCNT 111は、安定な水懸濁液を形成せずに、互いに絡まっているように見え、沈殿及び凝集(例えば、凝集体110)が観察されることが示された。MWCNT材料を添加しなかったGOシート材料は、水及び様々な他の極性有機溶媒における安定且つ均質なコロイド懸濁液を形成したことが別個に観察された(例えば、GOシート材料は、2mg/mL以下でN,N−ジメチルホルムアミドに均質に分散した)。図1Bは、図1BにおけるAFM画像に示されている通り、乾燥AFMサンプル中でGOシート120とランダムに結合しているスパゲッティ状のMWCNT 115であると観察されたGO−MWCNT複合体のAFMデジタル画像であり、重大なMWCNT凝集は観察されなかった。
伝導性インクを作製するために、水に分散している、GOシート材料の3mLのサンプル(1.0mg/mL;超音波処理を用いて、水にGOシート材料を分散させた)を、12mLのPEDOT:PSS溶液(水中1.3重量パーセント)に分散させて、一定濃度のGOシート材料(PEDOT:PSS溶液中、分散液1mL当たり0.2ミリグラムのGOシート材料)を得た。GO/PEDOT:PSS分散液の6つのサンプルそれぞれに、選択した量のMWCNTを添加して、以下の表1に示す通り、実施例1〜6について特定の範囲内のMWCNT対GO重量比を得た。これら混合物をそれぞれ、30Wの出力で1時間超音波処理して、GO−MWCNT/PEDOT:PSS分散液を生成した。
Claims (5)
- 水系媒体に溶解している伝導性ポリマーを含む伝導性ポリマー溶液と、
前記伝導性ポリマー溶液に分散している、カーボンナノチューブ及びグラフェンオキシドシートの混合物とを含み、
前記カーボンナノチューブの前記グラフェンオキシドシートに対する重量比が、0.25〜2.5の範囲内である、伝導性インク。 - 前記グラフェンオキシドシートが、前記伝導性ポリマー溶液の総重量に基づいて、0.005重量パーセント〜0.5重量パーセントの範囲内の濃度で前記伝導性ポリマー溶液中に存在する、請求項1に記載の伝導性インク。
- 前記伝導性ポリマーが、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリピレン、ポリアズレン、及びポリナフタレン、又はこれらの混合物のうちの1つ以上を含む、請求項1又は2に記載の伝導性インク。
- 前記伝導性ポリマーが、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(p−フェニレンスルフィド)、ポリ(p−フェニレンビニレン)、又はこれらの混合物のうちの1つ以上を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の伝導性インク。
- 前記伝導性ポリマーが、ポリスチレンスルホネートをドープしたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の伝導性インク。
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