KR20150122134A

KR20150122134A - 카본 나노튜브 집합체 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150122134A
Application number: KR1020157021643A
Authority: KR
Inventors: 나오요 오카모토; 가즈노리 혼도; 히데카즈 니시노; 겐이치 사토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-10-30
Also published as: EP2962990A4; TW201442951A; EP2962990A1; JPWO2014132957A1; JP6354583B2; US9922745B2; US20150318069A1; WO2014132957A1; CN105008276B; TWI606011B; CN105008276A

Abstract

원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 2단계의 습식 산화 처리를 실시함으로써, 산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 카본 나노튜브 집합체가 얻어진다. 본 발명은 투명 도전성 필름으로 했을 때에 높은 도전성을 발휘하는 것을 가능하게 하는 카본 나노튜브 집합체 및 그의 제조 방법을 제공한다.

Description

카본 나노튜브 집합체 및 그의 제조 방법{CARBON NANOTUBE AGGREGATE, AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 카본 나노튜브 집합체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

카본 나노튜브는 육각 그물눈 형상의 탄소 원자 배열의 그래파이트 시트가 원통형으로 감긴 구조를 갖는 물질로서, 1층으로 감은 것을 단층 카본 나노튜브, 다층으로 감은 것을 다층 카본 나노튜브라고 한다. 다층 카본 나노튜브 중에서도 특히 2층으로 감은 것을 2층 카본 나노튜브라고 한다.

공지된 카본 나노튜브의 제조 방법으로서는 레이저 어블레이션법, 화학 기상 성장법(CVD(Chemical Vapor Deposition)법) 등에 의한 합성이 알려져 있다. 그 중에서도, CVD법은 탄소 원료의 종류, 원료 공급 속도, 합성 온도, 촉매 밀도 등의 반응 조건을 컨트롤 가능하고, 비교적 간단히 카본 나노튜브의 대량 합성을 할 수 있는 합성법이다. 최근에는 원하는 직경, 길이 및 층수를 갖는 카본 나노튜브를 선택적으로 합성할 수 있도록 되어 가고 있고, 화학 기상 성장법으로는 카본 나노튜브의 층수를 단층, 2 내지 5층으로 제어하여 제조할 수 있는 것이 알려져 있다.

카본 나노튜브는 자체가 우수한 도전성을 가져, 도전성 재료로서 사용되는 것이 기대되고 있다. 통상, 카본 나노튜브로서는 층수가 적은 단층 카본 나노튜브나 2층 카본 나노튜브가 고그래파이트 구조를 갖고 있기 때문에 도전성 등의 특성이 특히 높은 것이 알려져 있다.

이러한 특성을 살려, 카본 나노튜브는 투명 도전성 필름 등에 사용된다. 또한, 상기 투명 도전성 필름은 터치 패널, 액정 디스플레이, 유기 전계 발광, 전자 페이퍼 등의 투명 도전막 구비 기재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 이들 용도에 있어서는 보다 도전성이 높은 투명 도전성 필름이 요구되고 있고, 투명 도전성 필름으로 했을 때에 높은 도전성을 발휘하는 것을 가능하게 하는 카본 나노튜브 집합체가 요구되고 있다.

투명 도전성 필름으로 했을 때에 높은 도전성을 발휘하는 것을 가능하게 하는 카본 나노튜브 집합체를 얻기 위해, CVD법에 의해 제조된 카본 나노튜브 함유 조성물에 불순물로서 포함되는 비정질 카본이나 입자상의 카본 등의 카본 나노튜브 이외의 탄소 불순물을 제거하는 방법이 알려져 있다. 카본 나노튜브 이외의 탄소 불순물을 제거하는 방법으로서는 기상 중에서 가열하는 방법이 일반적으로 자주 사용된다. 그러나, 기상 중에서 카본 나노튜브 함유 조성물을 가열하면, 탄소 불순물이 제거될 뿐만 아니라, 그와 동시에 다층 카본 나노튜브의 외층에 결함이 생긴다. 그로 인해, 기상 산화한 카본 나노튜브 함유 조성물에 추가로 액상 산화 처리를 행함으로써 결함을 갖는 외층을 제거하는 기술(특허문헌 1) 등이 알려져 있지만, 얻어지는 카본 나노튜브 집합체의 도전성은 불충분한 것이었다. 또한, 액상 산화 처리를 행하는 경우, 강력한 산을 사용할수록 탄소 불순물은 제거하기 쉽지만, 강력한 산을 사용한 경우, 카본 나노튜브가 손상을 받아 특성이 손상되기 때문에, 실제로는 탄소 불순물 제거에 사용하는 산은 비교적 온화한 반응성을 갖는 산을 사용할 필요가 있다.

또한, 탄소 불순물 제거 이외에, 카본 나노튜브 집합체로서의 도전성을 올리는 방법으로서 도펀트 첨가가 제안되고 있다. 지금까지 도펀트로서 다양한 화합물이 검토되고 있고, 도펀트로서 염화티오닐을 첨가한 예가 보고되어 있지만, 충분한 도전성은 얻어지고 있지 않고, 또한 도펀트로서의 안정성에도 문제가 있다(특허문헌 2).

상기 이외의 도전성을 올리기 위한 방법으로서, 전기 영동에 의해 도전성이 높은 금속성 카본 나노튜브를 반도체성 카본 나노튜브와 분리하는 방법이나, 합성 단계에서 금속성 나노튜브가 주가 되는 합성법 등도 고안되어 있지만, 조작이 매우 번잡하기 때문에 재현성이 부족하여, 실용 단계에는 이르지 않았다.

일본 특허 공개 제2009-012988호 공보 일본 특허 공개 제2009-536911호 공보

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 투명 도전성 필름으로 했을 때에 높은 도전성을 발휘하는 것을 가능하게 하는 카본 나노튜브 집합체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 카본 나노튜브 함유 조성물에 2 단계의 습식 산화 처리를 실시함으로써, 산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 카본 나노튜브 집합체로 함으로써, 투명 도전성 필름으로 했을 때에 높은 도전성을 발휘하는 것을 가능하게 하는 카본 나노튜브 집합체가 얻어지는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은:

1. 산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 카본 나노튜브 집합체.

2. 상기 흡착된 산이 질산, 황산, 염산 및 인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 1에 기재된 카본 나노튜브 집합체.

3. 상기 카본 나노튜브 집합체의 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 1 또는 2에 기재된 카본 나노튜브 집합체.

4. 상기 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율이 50％ 이상인 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체.

5. 상기 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 1nm 이상 3nm 이하인 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체.

6. 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체 및 분산매를 포함하는 분산액.

7. 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 도전층이 기재 상에 형성된 투명 도전성 필름.

8. 전체 광선 투과율이 90％ 이상이고, 또한 표면 저항값이 1000Ω/□ 이하인 7에 기재된 투명 도전성 필름.

9. 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을, 습식 산화 처리함으로써 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻는 제1 산화 처리 공정, 및 상기 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건에서 습식 산화 처리를 행하는 제2 산화 처리 공정을 포함하는 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

10. 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체의 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 9에 기재된 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

11. 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율이 50％ 이상인 9 또는 10에 기재된 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

12. 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 포함되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 1nm 이상 3nm 이하인 9 내지 11 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

13. 상기 제1 산화 처리 공정이 질산 중에서의 가열 처리 공정인 9 내지 12 중 어느 하나에 기재된 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

14. 상기 제2 산화 처리 공정이 제1 산화 처리 공정에서 사용한 질산보다 높은 농도의 질산을 사용한 처리 공정인 13에 기재된 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 사용하면, 고도전성이고 투과성이 우수한 투명 도전성 필름을 얻을 수 있다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체는 산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 카본 나노튜브 집합체란, 복수의 카본 나노튜브가 존재하고 있는 총체를 의미한다. 그의 존재 형태는 특별히 한정되지 않고, 각각이 독립적이고, 혹은 다발상, 서로 얽히는 등의 형태 혹은 이들의 혼합 형태로 존재할 수도 있다. 또한, 다양한 층수, 직경의 것이 포함되어 있을 수 있다. 또한, 카본 나노튜브가 분산액이나 다른 성분을 배합한 조성물 중, 혹은 다른 성분과 복합한 투명 도전성 필름 등의 복합체 중에 포함되는 경우라도, 복수의 카본 나노튜브가 포함되어 있으면, 이들 복수의 카본 나노튜브에 대하여 카본 나노튜브 집합체가 포함되어 있다고 해석한다. 또한, 카본 나노튜브 집합체는 카본 나노튜브 제조 프로세스 유래의 불순물(예를 들어 촉매, 비정질 카본 및 입자상의 카본 등)을 포함할 수 있다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체에 있어서의 산 흡착량이란, 카본 나노튜브 집합체 중의 카본 나노튜브에 흡착된 산 성분의 양을, 카본 나노튜브 집합체 전체에 대한 질량분율로 나타낸 것이다. 여기서, 산이 흡착되었다란, 카본 나노튜브의 내부 혹은 카본 나노튜브 번들 사이 등에 산 성분이 분자의 형태 혹은 이온의 형태로 물리적 또는 정전적으로 상호 작용하고 있는 상태를 나타내고 있고, 카본 나노튜브 집합체 중에 단순하게 산 성분이 공존하고 있을 뿐인 상태는 포함되지 않는다. 일례를 들면, 카본 나노튜브 집합체를 염산 용액에 함침시켰을 때, 카본 나노튜브 집합체에 포함되는 염산량은 일시적으로 증가하지만, 이것은 본 발명에 있어서의 산의 흡착이라고는 간주하지 않는다. 카본 나노튜브 집합체를 충분히 수세하더라도 여전히, 카본 나노튜브 집합체 중에 산 성분이 잔존했을 경우, 그 산 성분은 카본 나노튜브에 산이 흡착된 것으로 간주한다.

구체적으로는, 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량은 이하와 같이 하여 구한다. 대상이 되는 카본 나노튜브 집합체를 이온 교환수 중에 현탁시키고, 그 현탁액의 pH가 중성이 될 때까지 수세 및 흡인 여과를 반복하고, 흡착되지 않은 산 성분을 제거한다. 그 후, 수세한 카본 나노튜브 집합체를 이온 교환수 중에서 초음파 조사함으로써, 카본 나노튜브에 흡착되어 있던 산 성분을 수중으로 탈리시킨다. 초음파 조사 후의 현탁액의 pH로부터 현탁액 중의 수소 이온 농도를 산출하고, 그 수소 이온 농도로부터 카본 나노튜브 집합체 중에 포함되는 산 성분의 양을 구한다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량은 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하이다. 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량을 0.6질량％ 이상으로 함으로써 산 성분에 의한 카본 나노튜브로의 도핑 효과가 충분히 발휘되어, 도전성의 향상과 같은 효과가 발휘된다. 산 성분에 의한 카본 나노튜브로의 도핑 효과가 보다 충분히 발휘되고, 도전성의 추가적인 향상과 같은 효과가 발휘되는 이유에 의해, 산 흡착량의 하한은 1질량％ 이상이 바람직하다. 또한, 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량을 12질량％ 이하로 함으로써, 도전성의 저하를 방지할 수 있다. 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량이 12질량％를 초과하면 도전성이 저하되는 이유에 대하여는 분명하지는 않지만, 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량이 12질량％를 초과할 때까지 산 성분 용액 중에서 산화 처리를 행했을 경우, 카본 나노튜브가 손상을 받아, 도핑 효과에 의해 얻어지는 도전성의 향상을 상회하는 도전성의 저하가 일어나기 때문이라 생각된다. 산 성분 용액 중에서의 가열 처리에 의한 카본 나노튜브로의 손상을 억제함으로써, 추가적인 도전성의 향상과 같은 효과가 발휘되기 때문에, 산 흡착량의 상한은 6질량％ 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 3질량％ 이하이다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체에 있어서, 카본 나노튜브에 흡착되어 있는 산 성분의 바람직한 예로서는, 질산, 황산, 염산, 인산 등의 무기산을 들 수 있다. 또한, 2종류 이상의 산 성분을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 조작의 간편화의 관점에서, 산 성분으로서는 질산, 황산, 염산 및 인산으로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 혼합물이 바람직하다. 나아가, 카본 나노튜브 합성 후의 촉매 금속 등의 탄소 불순물 제거를 효율적으로 행할 수 있다는 효과를 겸비한 질산이 특히 바람직하다.

카본 나노튜브는 그래파이트의 1매면을 감아서 통형으로 한 형상을 갖고 있으며, 1층으로 감은 것을 단층 카본 나노튜브, 다층으로 감은 것을 다층 카본 나노튜브, 그 중에서 특히 2층으로 감은 것을 2층 카본 나노튜브라고 한다. 카본 나노튜브의 형태는 고분해능 투과형 전자 현미경으로 조사할 수 있다. 그래파이트의 층은 투과형 전자 현미경에서 똑바로 확실히 보일수록 바람직하지만, 그래파이트층이 흐트러져 있어도 상관없다.

통상, 카본 나노튜브는 층수가 적을수록 그래파이트화도가 높고, 그에 의해 카본 나노튜브의 도전성이 높아지는 경향이 있다. 즉 단층 및 2층 카본 나노튜브는 다층 카본 나노튜브에 비해 높은 도전성을 갖는 경향이 있기 때문에, 본 발명의 효과를 발휘시키는 데에 보다 바람직하다. 또한, 2층 카본 나노튜브는 내구성이 단층 카본 나노튜브에 비해 높다. 따라서, 카본 나노튜브의 제조 공정에 있어서, 카본 나노튜브가 손상을 받는 산화 처리 등이 이루어지는 것을 고려하면, 2층 카본 나노튜브를 많이 포함하는 것이 보다 바람직하다.

카본 나노튜브 집합체에 포함되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율은 50％ 이상인 것이 바람직하고, 60％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 70％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 여기에서 말하는 카본 나노튜브의 비율은 카본 나노튜브 집합체를 투과형 전자 현미경으로 관찰하고, 그 안에 포함되는 임의로 추출한 카본 나노튜브의 층수 및 개수를 셈으로써 확인할 수 있다.

카본 나노튜브의 층수와 개수의 구체적 셈법은 다음과 같다. 즉, 카본 나노튜브 집합체 1mg을 에탄올 1mL에 넣고, 15분간 초음파 배스를 이용하여 분산 처리를 행한다. 분산한 시료를 그리드 상에 몇 방울 적하하고, 건조시킨다. 이와 같이 시료가 도포된 그리드를, 배율 40만배의 투과형 전자 현미경을 사용하여 측정하고, 카본 나노튜브 집합체를 관찰한다. 임의로 추출한 100개의 카본 나노튜브에 대하여 층수를 평가한다. 하나의 시야 중에서 100개의 측정을 할 수 없는 경우에는 100개가 될 때까지 복수의 시야로부터 측정한다. 이때, 카본 나노튜브 1개란 시야 중에서 카본 나노튜브의 일부라도 보이면 1개로 계상하며, 반드시 양단이 보일 필요는 없다. 또한, 시야 중에서 2개로 인식되더라도 시야 밖에서 연결되어 1개로 되어 있는 경우도 있을 수 있지만, 그 경우에는 2개로 계상한다.

카본 나노튜브의 평균 외경은 1nm 이상 3nm 이하인 것이 바람직하다. 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 상기 범위 내에 있는 카본 나노튜브 집합체는 카본 나노튜브 내를 흐르는 전자의 축 방향으로의 이동의 직선성이 증가하고, 카본 나노튜브의 도전성이 향상된다. 이 카본 나노튜브 1개당의 평균 외경은 상기와 동일한 방법으로 투과형 전자 현미경을 사용하여 배율 40만배로 관찰하고, 75nm 사방의 시야 중에서 시야 면적의 10％ 이상이 카본 나노튜브인 시야 중으로부터 임의로 추출한 100개의 카본 나노튜브에 대하여 관찰하고, 카본 나노튜브의 외경을 측정했을 때의 산술 평균값이다.

카본 나노튜브 집합체는 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 것이 바람직하다. G/D비가 40 이상 200 이하인 것이 보다 바람직하고, G/D비가 50 이상 150 이하인 것이 특히 바람직하다. 라만 분광 분석법에서 사용하는 레이저 파장은 532nm로 한다. 라만 분광 분석법에 의해 얻어지는 라만 스펙트럼에 있어서 1,590cm^-1 부근에 보이는 라만 시프트는 그래파이트 유래의 G 밴드라 불리고, 1,350cm^-1 부근에 보이는 라만 시프트는 비정질 카본이나 그래파이트의 결함에서 유래된 D 밴드라 불린다. 이 G 밴드 및 D 밴드의 높이비, G/D비가 높은 카본 나노튜브일수록 그래파이트화도가 높고, 고품질인 것, 즉 고결정성이며 높은 도전성을 갖고 있는 것을 나타내고 있다. 카본 나노튜브 집합체와 같은 고체의 라만 분광 분석법은 샘플링에 따라 편차가 있는 경우가 있다. 이에 적어도 3개소, 다른 장소를 라만 분광 분석하고, 그의 상가 평균을 취하는 것으로 한다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 도전층을 기재 상에 형성함으로써, 투명 도전성 필름을 얻는 것이 가능하다. 투명 도전성 필름을 제조할 때에는 카본 나노튜브 집합체를, 필요에 따라 계면 활성제나 각종 고분자 재료 등의 첨가제와 함께 분산매에 분산시켜 분산액으로 한다. 얻어진 분산액을 기재에 도포함으로써, 도전층을 형성한다. 본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 도전층을 기재 상에 형성함으로써, 전체 광선 투과율이 90％ 이상, 표면 저항값이 1000Ω/□ 이하인 투명 도전성 필름을 제조하는 것이 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 카본 나노튜브 함유 조성물은 원료가 되는 카본 나노튜브 함유 조성물(이하, 원료 카본 나노튜브 함유 조성물이라 칭함)에 2단계의 습식 산화 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 카본 나노튜브 함유 조성물의 제조 방법은 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을 습식 산화 처리하는 제1 산화 처리 공정으로서, 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상이며 2층 카본 나노튜브를 50％ 이상 포함하는 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻는 공정, 및 상기 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 습식 산화 처리하는 제2 산화 처리 공정을 갖고, 상기 제2 산화 처리 공정은 상기 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건에서 산화 처리를 행한다. 본 발명의 제조법에 제공하는 원료 카본 나노튜브 함유 조성물은, 예를 들어 이하와 같이 제조된다.

마그네시아에 철을 담지한 분말상의 촉매를, 종형 반응기 중, 반응기의 수평 단면 방향 전체면에 해당 촉매가 존재하도록 설치한다. 상기 반응기 내에 메탄을 연직 방향으로 유통시키고, 메탄과 상기 촉매를 500 내지 1200℃에서 접촉시킴으로써, 단층 내지 5층의 카본 나노튜브 함유 조성물을 제조한다. 이와 같이 하여 제조되고, 필요에 따라 촉매 제거를 행한 카본 나노튜브 함유 조성물을 원료 카본 나노튜브 함유 조성물이라 칭한다. 이 원료 카본 나노튜브 함유 조성물이 본 발명의 제1 산화 처리 공정에 제공된다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 제1 산화 처리 공정은 액상 중에서의 습식 산화이다. 액상 중의 산화 처리는 기상 중의 산화 처리와 비교하면 원료 카본 나노튜브 함유 조성물의 그래파이트 구조의 파괴나 절단이 적고, 또한 원료 카본 나노튜브 함유 조성물 전체가 균일하게 처리되기 쉽다. 원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 제1 산화 처리를 실시한 카본 나노튜브 집합체를 1차 처리 카본 나노튜브 집합체라 칭한다.

습식 산화 처리 공정인 제1 산화 처리 공정에 사용되는 산화제로서는, 질산, 황산, 염산, 인산 등의 무기산, 또는 과산화수소 등의 수용액으로 했을 경우에 산성을 나타내는 화합물 등을 들 수 있고, 이들을 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 조작의 간편화의 관점에서, 산 성분으로서는 질산, 황산, 염산, 인산 및 과산화수소로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 혼합물이 바람직하고, 질산, 황산, 과산화수소 혹은 이들의 2종류 이상의 혼합물이 보다 바람직하다. 특히 바람직하게는 질산이다. 질산은 탄소 불순물이나 결함을 갖는 카본 나노튜브를 산화 제거할 수 있지만, 고결정성의 카본 나노튜브의 표면에 결함을 도입할 정도로는 산화력이 높지 않기 때문이다.

산화제로서 질산을 사용하는 경우의 바람직한 질산 농도는 50질량％ 이상 80질량％ 미만, 보다 바람직하게는 55질량％ 이상 70질량％ 미만, 보다 더 바람직하게는 60질량％ 이상 65질량％ 이하이다. 질산 농도를 50질량％ 이상으로 함으로써 탄소 불순물을 충분히 제거할 수 있고, 질산 농도를 80질량％ 미만으로 함으로써 고결정성의 카본 나노튜브의 표면에 손상이 생기는 것을 억제할 수 있다. 제1 산화 처리 공정으로서 80질량％ 이상의 농도의 질산을 사용하게 되면, 탄소 불순물과 고결정성 카본 나노튜브의 산화 제거되는 속도의 차이가 작아지게 되어, 탄소 불순물과 동시에 고결정성 카본 나노튜브 자신까지 산화 제거될 우려가 있다. 그로 인해, 고결정성 카본 나노튜브의 수득량 감소나 고결정성 카본 나노튜브의 비율의 저하, 즉 G/D비의 저하로 이어지게 되기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 제1 산화 처리 공정은 가열 조건하에서 행하는 것이 바람직하다. 제1 산화 처리 공정의 온도는 60℃ 이상, 비점 이하가 바람직하고, 특히 바람직하게는 100℃부터 산화제 용액이 환류한 상태가 되는 온도까지의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 산화 처리 공정의 시간은 1시간 이상 100시간 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 12시간 이상 48시간 이하, 보다 바람직하게는 18시간 이상 24시간 이하이다. 처리 시간을 1시간 이상으로 함으로써 원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 포함되는 탄소 불순물이 충분히 제거되어, 모든 카본 나노튜브에 대한 고결정성의 카본 나노튜브의 비율을 높게 할 수 있다. 한편, 처리 시간을 100시간 이하로 함으로써, 고결정성 카본 나노튜브 표면에 손상이 발생하는 것을 억제하고, 도전성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

제1 산화 처리 공정에 있어서는, 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을 산화제 용액 중에서 가열할 때의 산화제의 종류, 농도, 가열하는 시간, 가열할 때의 온도 또는 이들 조건을 적절히 조합함으로써, 2층 카본 나노튜브를 50％ 이상 포함하고, 또한 G/D비가 30 이상이 되는 1차 처리 카본 나노튜브 집합체가 얻어진다. 상기 각 조건 및 이들 조건의 조합은 2층 카본 나노튜브를 50％ 이상 포함하고, 또한 G/D비가 30 이상이 되는 카본 나노튜브 집합체가 되는 한에 있어서 한정은 되지 않는다.

제1 산화 처리 공정에 의해 원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 포함되는 탄소 불순물이나 표면에 결함을 갖는 저품질 카본 나노튜브, 특히 표면에 결함을 갖는 단층 카본 나노튜브가 산화 제거됨으로써, 고결정성이며, 또한 2층 카본 나노튜브를 50％ 이상 함유하는 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻을 수 있다. 고결정성인 것은 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G/D비로부터 판별할 수 있고, 본 발명에서는 G/D비 30 이상일 때에 고결정성이라고 할 수 있다.

이어서, 상기와 같이 하여 얻어진 1차 처리 카본 나노튜브 집합체에 제2 산화 처리 공정을 실시한다. 1차 처리 카본 나노튜브 집합체에 제2 산화 처리를 실시한 카본 나노튜브 집합체를 2차 처리 카본 나노튜브 집합체라 부른다.

제2 산화 처리 공정은 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건에서 행한다. 제2 산화 처리 공정에서 사용되는 산화제로서는, 질산, 황산, 염산, 인산 등의 무기산 혹은 이들 중에서 선택되는 2종류 이상의 혼합물을 들 수 있다. 여기서, 제2 산화 처리 공정에서의 산화 조건을 제1 산화 처리 공정보다 강하게 하는 수단으로서는, 예를 들어 이하의 방법을 예시할 수 있다. 산화제로서 제1 산화 처리 공정에서 사용한 것과 동일한 종류의 산화제를 사용하는 경우에는 산화제의 농도 혹은 처리 온도를 높게 함으로써 산화 처리 조건을 강하게 할 수 있다. 산화제로서 제1 산화 처리 공정에서 사용한 것보다 산화력이 강한 산화제를 사용함으로써 산화 처리 조건을 강하게 할 수도 있다. 또한, 상기 수단을 적절히 조합함으로써 산화 처리 조건을 강하게 할 수 있다.

제1 산화 처리 공정에 질산을 사용한 경우, 제2 산화 처리 공정에서 바람직하게 사용되는 산화제는 제1 산화 처리 공정보다 고농도의 질산이다. 구체예로서는, 바람직하게는 70질량％ 이상 100질량％ 이하의 농도이며, 또한 제1 산화 처리 공정에서의 질산의 농도보다 높은 농도의 질산을 들 수 있다. 보다 바람직하게는 80질량％ 이상 100질량％ 이하의 농도이며, 또한 제1 산화 처리 공정에서의 질산의 농도보다 높은 농도의 질산을 들 수 있다.

제2 산화 처리 공정은 제1 산화 처리 공정보다 산화력이 강한 산화제를 사용하기 때문에, 그 온도는 제1 산화 처리 공정보다 낮은 것이 바람직하고, 20℃ 이상 100℃ 이하가 바람직하고, 40℃ 이상 80℃ 이하가 특히 바람직하다. 한편, 산화 처리 시간에 대하여는 특별히 제한은 없지만, 조작성의 관점에서 1시간 이상 100시간 이하가 바람직하고, 특히 12시간 이상 24시간 이하가 바람직하다.

제2 산화 처리 공정에 있어서도 제1 산화 처리 공정과 마찬가지로 카본 나노튜브 집합체를 산화제 용액 중에서 가열할 때의 산화제의 종류, 농도, 가열하는 시간, 가열할 때의 온도 또는 이들 조건을 적절히 조합할 수 있다. 또한, 상기 각 조건 및 이들 조건의 조합은 상기 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건이 되는 한에 있어서 한정은 되지 않는다.

이와 같이 제1 산화 처리 공정을 거친 고순도·고결정성의 카본 나노튜브에 대하여 제2 산화 처리 공정을 행함으로써, 카본 나노튜브의 산화보다 산 성분의 흡착이 우선하여 일어나는 것이다. 이에 의해, 본 발명의 범위를 만족시키는 카본 나노튜브 집합체, 즉 산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 카본 나노튜브 집합체를 얻을 수 있다. 한편, 이러한 2단계의 습식 산화 처리를 행하지 않고, 원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 대하여 직접, 본 발명의 제2 산화 처리 공정과 같은 강한 산화 조건에서 습식 산화 처리를 행하면, 산 성분의 흡착보다 카본 나노튜브의 산화가 우선하여 일어나, 카본 나노튜브가 열화되게 되기 때문에 바람직하지 않다.

산 성분이 흡착되는 장소는 분명하지는 않지만, 카본 나노튜브의 내부 혹은 카본 나노튜브 번들 사이에 존재하고 있다고 생각된다. 그 결과, 카본 나노튜브 자체의 결정성을 유지한 채, 카본 나노튜브에 보다 많은 산 성분을 흡착시킬 수 있는 것이다.

이와 같이 하여 얻어진 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체는 상기 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 것이 바람직하고, 40 이상 200 이하인 것이 보다 바람직하고, 50 이상 150 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율이 50％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 포함되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 1nm 이상 3nm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 방법에 따라서 원료 카본 나노튜브 함유 조성물에 대하여 액상 중에서 제1 산화 처리 및 제2 산화 처리를 행한 후, 건조시키지 않고 분산매 및 첨가제와 혼합하여 분산시키는 것은 카본 나노튜브의 분산성이 매우 좋아지기 때문에 바람직하다. 카본 나노튜브는 일단 건조되면, 견고한 번들을 형성하게 되어, 분산시키는 것이 곤란해지는 경향이 있다. 건조한 카본 나노튜브에 첨가제 및 분산매와 혼합하여, 예를 들어 초음파 호모게나이저 등을 이용하여 번들을 풀려고 해도 다대한 에너지와 시간을 필요로 하고, 분산시키고 있는 한창 중에 카본 나노튜브 자체도 손상을 받기 쉽다. 건조시키지 않고 분산시키는 경우에서는 카본 나노튜브는 건조 시일수록 견고한 번들을 형성하고 있지 않기 때문에 용이하게 분산 가능하고, 분산에 필요로 하는 에너지, 시간도 적게 끝나기 때문에, 분산시키고 있는 한창 중에 카본 나노튜브 자체가 받는 손상도 적다. 따라서, 높은 도전성을 갖는 재료 형성을 위한 분산액 제조에는 산화 처리한 카본 나노튜브를 건조시키지 않고 분산시키면 효과가 크다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체는 분산매에 분산시켜 이루어지는 분산액으로서 적절히 사용된다. 분산액은 카본 나노튜브 집합체 및 필요에 따라 분산제를, 분산매 중에서 초음파 분산 처리함으로써 얻을 수 있다. 사용되는 분산제로서는, 계면 활성제, 각종 고분자 재료(수용성 고분자 재료 등) 등을 사용할 수 있다. 분산제는 카본 나노튜브 집합체 또는 미립자의 분산능이나 분산 안정화능 등을 향상시키는 데에 도움이 된다. 계면 활성제는 이온성 계면 활성제와 비이온성 계면 활성제로 나뉘어진다. 본 발명에서는 어느 계면 활성제를 사용하는 것도 가능하지만, 분산능이 높은 점에서 이온성 계면 활성제가 바람직하다. 계면 활성제로서는, 예를 들어 이하와 같은 계면 활성제를 들 수 있다. 이러한 계면 활성제는 단독으로 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

이온성 계면 활성제는 양이온성 계면 활성제, 양쪽 이온성 계면 활성제 및 음이온성 계면 활성제로 나뉘어진다. 양이온성 계면 활성제로서는 알킬아민염, 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다. 양쪽 이온성 계면 활성제로서는 알킬베타인계 계면 활성제, 아민옥사이드계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 음이온성 계면 활성제로서는 도데실벤젠술폰산 등의 알킬벤젠술폰산염, 도데실페닐에테르술폰산염 등의 방향족 술폰산계 계면 활성제, 모노소프계 음이온성 계면 활성제, 에테르술페이트계 계면 활성제, 포스페이트계 계면 활성제 및 카르복실산계 계면 활성제 등을 들 수 있다. 그 중에서도 분산능, 분산 안정능 및 고농도화가 우수한 점에서, 방향환을 포함하는 것, 즉 방향족계 이온성 계면 활성제가 바람직하고, 특히 알킬벤젠술폰산염, 도데실페닐에테르술폰산염 등의 방향족계 이온성 계면 활성제가 바람직하다.

비이온성 계면 활성제의 예로서는, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 등의 당 에스테르계 계면 활성제, 폴리옥시에틸렌 수지산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 디에틸 등의 지방산 에스테르계 계면 활성제; 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌·폴리프로필렌글리콜 등의 에테르계 계면 활성제; 폴리옥시알킬렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시알킬렌노닐페닐에테르, 폴리옥시알킬디부틸페닐에테르, 폴리옥시알킬스티릴페닐에테르, 폴리옥시알킬벤질페닐에테르, 폴리옥시알킬비스페닐에테르, 폴리옥시알킬쿠밀페닐에테르 등의 방향족계 비이온성 계면 활성제를 들 수 있다. 상기에 있어서, 알킬이란 탄소수 1-20으로부터 선택되는 알킬일 수 있다. 그 중에서도 분산능, 분산 안정능 및 고농도화가 우수한 점에서, 방향족계 비이온성 계면 활성제인 폴리옥시에틸렌페닐에테르가 바람직하다.

각종 고분자 재료로서는, 예를 들어 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리스티렌술폰산암모늄염, 폴리스티렌술폰산나트륨염 등의 수용성 중합체; 카르복시메틸셀룰로오스 및 그의 염(나트륨염, 암모늄염 등), 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 아밀로오스, 시클로아밀로오스, 키토산 등의 당류 중합체 등이 있다. 또한, 폴리티오펜, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리이소티아나프텐, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌 등의 도전성 중합체 및 그들의 유도체도 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서는 수용성 고분자가 바람직하고, 그 중에서도 카르복시메틸셀룰로오스 및 그의 염(나트륨염, 암모늄염 등), 폴리스티렌술폰산암모늄염, 폴리스티렌술폰산나트륨염 등의 수용성 중합체를 사용함으로써, 카본 나노튜브 집합체의 도전 특성을 효율적으로 발휘할 수 있어 바람직하다. 또한, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 등의 수용성 음이온성 계면 활성제를 수계 용액으로서 사용하는 경우에는 분산액의 pH를 6 이상 8 이하로 하는 것이 바람직하다. 계면 활성제 간의 정전 반발 증대에 의한 분산능 향상과 카본 나노튜브 집합체 중의 산 성분 유지의 관점에서, 특히 pH7의 중성이 바람직하다. pH의 조정은 알칼리성 용액을 첨가함으로써 행할 수 있다. 알칼리성 용액으로서는 암모니아나 유기 아민의 용액을 사용한다. 유기 아민으로서는 에탄올아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소프로필아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 히드라진, 피리딘, 피페리딘, 히드록시피페리딘 등의 질소를 포함하는 유기 화합물이 바람직하다. 이들 암모니아, 유기 아민 중에서 가장 바람직한 것은 암모니아이다. 이들 유기 아민이나 암모니아를 용해하는 용매로서는 물을 사용하는 것이 바람직하다. pH는 pH 미터(도아 덴빠 고교사제, HM-30S)에 의해 측정된다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 분산시킬 때의 분산매는 수계 용매일 수도 있고 비수계 용매일 수도 있다. 비수계 용매로서는, 탄화수소류(톨루엔, 크실렌 등), 염소 함유 탄화수소류(메틸렌클로라이드, 클로로포름, 클로로벤젠 등), 에테르류(디옥산, 테트라히드로푸란, 메틸셀로솔브 등), 에테르 알코올(에톡시에탄올, 메톡시에톡시에탄올 등), 에스테르류(아세트산메틸, 아세트산에틸 등), 케톤류(시클로헥사논, 메틸에틸케톤 등), 알코올류(에탄올, 이소프로판올, 페놀 등), 저급 카르복실산(아세트산 등), 아민류(트리에틸아민, 트리메탄올아민 등), 질소 함유 극성 용매(N,N-디메틸포름아미드, 니트로메탄, N-메틸피롤리돈 등), 황 화합물류(디메틸술폭시드 등) 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 분산매로서는 물, 알코올, 톨루엔, 아세톤, 에테르 및 이들로부터 선택된 복수를 조합한 용매를 함유하는 분산매인 것이 바람직하다. 수계 용매가 필요한 경우 및 후술하는 결합제를 사용하는 경우이며, 그 결합제가 무기 중합체계 결합제인 경우에는 물, 알코올류, 아민류 등의 극성 용매가 사용된다. 또한, 결합제로서 상온에서 액상인 것을 사용하는 경우에는 그 자체를 분산매로서 사용할 수도 있다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 분산액에 있어서, 첨가되는 분산제량에 대해서는 카본 나노튜브 집합체에 대한 분산제의 질량 비율이 10 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8 내지 6 이하, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3 이하, 특히 바람직하게는 0.8 내지 2.5이다. 카본 나노튜브 집합체에 대한 분산제의 질량 비율이 상기 바람직한 범위인 경우에는 그러한 분산액을 사용하여 얻어진 투명 도전성 필름 등에 있어서, 도전성 등의 우수한 특성을 발휘시킬 수 있다. 또한, 카본 나노튜브 집합체를 고도로 분산시키기 위한 보다 바람직한 분산제량은 분산제의 중량 평균 분자량에 따라 상이하고, 분산제가 저분자량인 경우에는 비교적 많게, 고분자량인 경우에는 적게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 분산제로서 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염을 사용한 경우, 중량 평균 분자량이 30만을 초과하는 분산제에서는 바람직한 질량 비율은 0.8 내지 2, 보다 바람직하게는 1 내지 1.5, 특히 바람직하게는 1 내지 1.3이다. 한편, 중량 평균 분자량이 30만 이하인 분산제에서는 질량 비율은 2 내지 6이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 3, 특히 바람직하게는 2.2 내지 2.8이다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 초음파 분산 처리에 제공할 때에, 분산액 중에 있어서 카본 나노튜브 집합체의 농도는 0.01질량％ 내지 1질량％가 바람직하고, 0.01질량％ 내지 0.8 질량％가 보다 바람직하다. 또한, 상기 카본 나노튜브 집합체의 농도는 사용한 각 성분의 사용량으로부터 구할 수 있지만, 카본 나노튜브 분산액을 사용하여 카본 나노튜브 집합체의 농도를 측정하고자 하는 경우에는 분산액의 흡광도로부터 구할 수도 있다.

초음파 분산 처리에 있어서의 초음파의 조사 출력은 처리량이나 분산 시간에 따라 다르지만, 20 내지 1,000W가 바람직하다. 카본 나노튜브 집합체의 그래파이트 구조를 가능한 한 파괴하지 않고 고도로 분산시키기 위해서는 초음파의 조사 출력, 분산 시간 등을 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 분산 처리량이 20mL 이하인 경우라면, 초음파의 조사 출력은 20 내지 50W가 바람직하고, 분산 처리량이 100 내지 500mL라면, 100W 내지 400W가 바람직하다. 초음파의 출력이 클 때에는 분산 시간을 짧게 하고, 출력이 작을 때에는 분산 시간을 길게 하는 등의 조정을 함으로써, 카본 나노튜브 집합체의 그래파이트 구조를 가능한 한 파괴하지 않고 고도로 분산시키는 것이 가능해져, 카본 나노튜브 집합체의 특성 저하를 억제할 수 있다. 구체적인 초음파 처리 조건은 다음 식 (1)

초음파 조사량(kW·분/g)=조사 출력(kW)×분산 시간(분)/건조 카본 나노튜브 집합체 질량(g) …(1)

로부터 구해지는 초음파 조사량이 10kW·분/g 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1kW·분/g 내지 4kW·분/g, 더욱 바람직하게는 0.2kW·분/g 내지 3kW·분/g이다.

카본 나노튜브 집합체를 분산시킬 때의 온도는 특히 고출력의 경우에 있어서는 분산 중에 액온이 상승하지 않도록 냉각하면서 연속 플로우식으로 분산을 행하는 등 하여, 액온이 상승하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 초음파 조사 중의 액온은 바람직하게는 0℃ 내지 50℃이고, 보다 바람직하게는 0℃ 내지 30℃이며, 더욱 바람직하게는 0℃ 내지 20℃이다. 이 범위에 있음으로써, 카본 나노튜브와 분산제가 안정하게 상호 작용하여, 고도로 분산시킬 수 있다. 주파수는 20 내지 100kHz인 것이 바람직하다.

이러한 카본 나노튜브 집합체의 분산액을 제조한 후, 기재 상에 도포함으로써 투명 도전성 필름을 얻을 수 있다. 카본 나노튜브 집합체의 분산액을 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 공지된 도포 방법, 예를 들어 분사 도장, 침지 코팅, 스핀 코팅, 나이프 코팅, 키스 코팅, 그라비아 코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 패드 인쇄, 다른 종류의 인쇄 또는 롤 코팅 등을 이용할 수 있다. 또한 도포는 수회 행할 수도 있고, 상이한 2종류의 도포 방법을 조합할 수도 있다. 가장 바람직한 도포 방법은 롤 코팅이다.

또한, 도포할 때의 카본 나노튜브 집합체 분산액 중의 카본 나노튜브 집합체의 농도는 도포 방법에 따라 적절히 선택되지만, 0.001질량％ 내지 10 질량％가 바람직하다.

분산액의 도포 두께(웨트 두께)는 도포액의 농도에도 의존하지만, 0.1μm 내지 50μm인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1μm 내지 20μm이다.

카본 나노튜브 집합체의 수계 분산액을 기재 상에 도포할 때, 분산액 중에 습윤제를 첨가할 수도 있다. 비친수성 기재에 도포하는 경우에는 특히 계면 활성제나 알코올 등의 습윤제를 분산액 중에 첨가함으로써, 기재에 분산액이 튕겨지는 일 없이 도포할 수 있다. 습윤제로서는 알코올이 바람직하고, 알코올 중에서도 메탄올 또는 에탄올이 바람직하다. 메탄올, 에탄올 등의 저급 알코올은 휘발성이 높기 때문에, 도포 후의 기재 건조 시에 용이하게 제거 가능하다. 경우에 따라서는 알코올과 물의 혼합액을 사용할 수도 있다.

이와 같이 하여 카본 나노튜브 집합체의 분산액을 기재에 도포한 후, 풍건, 가열, 감압 등의 방법에 의해 불필요한 분산매를 제거함으로써, 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 도전층을 얻을 수 있다. 그에 의해 카본 나노튜브 집합체는 3차원 그물눈 구조를 형성하고, 기재에 고정화된다. 그 후, 액 중의 성분인 분산제를 적당한 용매를 사용하여 제거한다. 이 조작에 의해, 전하의 분산이 용이해져 도전층의 도전성이 향상된다.

상기 분산제를 제거하기 위한 용매로서는 분산제를 용해하는 것이면 특별히 제한은 없고, 수성 용매일 수도 있고 비수성 용매일 수도 있다. 구체적으로는, 수성 용매로서는 물, 알코올류, 아세토니트릴 등을 들 수 있고, 비수성 용매라면 클로로포름, 톨루엔 등을 들 수 있다.

상기와 같이 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 분산액을 기재에 도포하여 도전층을 형성한 후, 이 도전층을 유기 투명 피막 또는 무기 투명 피막을 형성할 수 있는 결합제 재료로 오버코팅하는 것도 바람직하다. 오버코팅함으로써, 추가적인 전하의 분산이나 이동에 효과적이다.

또한, 투명 도전성 필름은 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 분산액 중에 유기 또는 무기 투명 피막을 형성할 수 있는 결합제 재료를 함유시켜, 기재에 도포한 후, 필요에 따라 가열하여 도막의 건조 내지 베이킹(경화)을 행하더라도 얻을 수 있다. 이 때의 가열 조건은 결합제 종류에 따라 적당히 설정한다. 결합제가 광경화성 또는 방사선 경화성인 경우에는 가열 경화가 아니라, 도포 후 즉시 도막에 광 또는 방사선을 조사함으로써 도막을 경화시킨다. 방사선으로서는 전자선, 자외선, X선, 감마선 등의 이온화성 방사선을 사용할 수 있고, 조사선량은 결합제 종류에 따라 결정한다.

상기 결합제 재료로서는 도전성 도료에 사용되는 것이면 특별히 제한은 없고, 각종 유기 및 무기 결합제를 사용할 수 있다. 유기 결합제로서는 투명한 유기 중합체 또는 그의 전구체(이하, 「유기 중합체계 결합제」라 하는 경우가 있음)를 사용할 수 있다. 무기 결합제로서는 무기 중합체 또는 그의 전구체(이하, 「무기 중합체계 결합제」라 하는 경우가 있음)를 사용할 수 있다. 유기 중합체계 결합제는 열가소성, 열경화성, 혹은 방사선 경화성 중 어느 것이어도 좋다.

적당한 유기 결합제의 예로서는, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아미드(나일론 6, 나일론 11, 나일론 66, 나일론 6, 10 등), 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등), 실리콘 수지, 비닐 수지(폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌 유도체, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올 등), 폴리케톤, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리아세탈, 불소 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 셀룰로오스계 중합체, 단백질류(젤라틴, 카제인 등), 키틴, 폴리펩티드, 다당류, 폴리뉴클레오티드 등의 유기 중합체, 및 이들 중합체의 전구체(단량체 또는 올리고머)가 있다. 이들은 단순히 용제를 증발시킴으로써 또는 열경화시킴으로써, 혹은 광조사나 방사선 조사로 경화시킴으로써, 투명 피막 또는 매트릭스를 형성할 수 있다.

유기 중합체계 결합제로서 바람직한 것은 방사선 혹은 광에 의해 라디칼 중합 경화 가능한 불포화 결합을 갖는 화합물이며, 이것은 비닐기 내지 비닐리덴기를 갖는 단량체, 올리고머, 혹은 중합체이다. 이러한 종류의 단량체로서는, 스티렌 유도체(스티렌, 메틸스티렌 등), 아크릴산 혹은 메타크릴산 또는 이들의 유도체(알킬아크릴레이트 혹은 메타크릴레이트, 알릴아크릴레이트 혹은 메타크릴레이트 등), 아세트산비닐, 아크릴로니트릴, 이타콘산 등이 있다. 올리고머 혹은 중합체는 주쇄에 이중 결합을 갖는 화합물 또는 직쇄의 양쪽 말단에 아크릴로일 혹은 메타크릴로일기를 갖는 화합물이 바람직하다. 이러한 종류의 라디칼 중합 경화성 결합제는 고경도이고 내찰과성이 우수하며, 투명도가 높은 피막 혹은 매트릭스를 형성할 수 있다.

무기 중합체계 결합제의 예로서는, 실리카, 산화주석, 산화알루미늄, 산화지르코늄 등의 금속 산화물의 졸, 혹은 무기 중합체의 전구체가 되는 가수분해 또는 열분해성의 유기 금속 화합물(유기 인 화합물, 유기 보론 화합물, 유기 실란 화합물, 유기 티타늄 화합물, 유기 지르코늄 화합물, 유기 납 화합물, 유기 알칼리 토류 금속 화합물 등)이 있다. 가수분해성 또는 열분해성의 유기 금속 화합물의 구체적 예는 금속 알콕시드 또는 그의 부분 가수분해물, 아세트산염 등의 저급 카르복실산 금속염, 아세틸아세톤 등의 금속 착체이다.

이들 무기 중합체계 결합제를 소성하면, 산화물 또는 복합 산화물을 포함하는 유리질의 무기 중합체계 투명 피막 혹은 매트릭스를 형성할 수 있다. 무기 중합체계 매트릭스는 일반적으로 유리질이며, 고경도이고 내찰과성이 우수하며, 투명성도 높다.

결합제의 사용량은 오버코트를 하기에 충분한 양 또는 분산액 중에 배합하는 경우에는 도포에 적합한 점성을 얻기에 충분한 양이면 좋다. 너무 적으면 도포가 잘 되지 않고, 너무 많아도 도전성을 저해한다.

분산액에는, 필요에 따라 커플링제, 가교제, 안정화제, 침강 방지제, 착색제, 전하 조정제, 활제 등의 첨가제를 배합할 수 있다. 또한, 분산액에는 본 발명의 카본 나노튜브 집합체 이외의 도전성 유기 재료, 도전성 무기 재료, 혹은 이들 재료의 조합을 더 포함할 수 있다.

도전성 유기 재료로서는, 카본 블랙, 풀러렌, 다종 카본 나노튜브, 및 이들을 포함하는 입자나, 술폰산 등의 유기산, 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ), 트리니트로플루오레논(TNF), 클로라닐 등의 억셉터 구조를 분자 내에 갖는 유기 화합물 등을 사용할 수 있다.

도전성 무기 재료로서는, 알루미늄, 안티몬, 베릴륨, 카드뮴, 크롬, 코발트, 구리, 도핑 금속 산화물, 철, 금, 납, 망간, 마그네슘, 수은, 금속 산화물, 니켈, 백금, 은, 강, 티타늄, 아연, 및 이들을 포함하는 입자를 들 수 있다. 바람직하게는, 산화인듐주석, 산화안티몬주석 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

이들 도전성 재료를 함유시키거나, 혹은 오버코팅하여 얻은 필름은 전하의 분산 또는 이동에 매우 유리하다. 또한, 카본 나노튜브 집합체 이외의 도전성 재료를 포함하는 층과 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 층을 적층시킬 수도 있다.

투명 도전성 필름의 기재의 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 수지, 유리 등을 들 수 있다. 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드, 폴리페닐렌술피드, 아라미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리락트산, 폴리염화비닐, 폴리메타크릴산메틸, 지환식 아크릴 수지, 시클로올레핀 수지, 트리아세틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 유리로서는 통상의 소다 유리를 사용할 수 있다. 또한, 이들 복수의 기재를 조합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 수지와 유리를 조합한 기재, 2종 이상의 수지를 적층한 기재 등의 복합 기재일 수도 있다. 수지 필름에 하드 코트를 형성한 것과 같은 것일 수도 있다. 또한, 이들 필름을 코로나 처리 등의 친수성화 처리한 필름일 수도 있다. 또한, 이들 필름 상에 언더코트층을 형성한 필름일 수도 있다. 언더코트층의 소재로서는 친수성이 높은 소재인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 무기 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 티타니아, 알루미나 또는 실리카이다. 이들 물질은 표면에 친수기인 히드록실기를 갖고 있어, 높은 친수성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한, 언더코트층은 이들 무기 산화물과 수지 복합체일 수도 있고, 예를 들어 실리카 미립자와 폴리실리케이트의 복합물을 들 수 있다.

상기와 같이 하여 얻어지는 도전층은 기재와 접착시킨 채 사용할 수도 있고, 기재로부터 박리시켜 자립 필름으로서 사용할 수도 있다. 자립 필름을 제작하기 위해서는, 예를 들어 도전층 상에 추가로 유기 중합체계 결합제를 도포한 후, 기재를 박리하면 좋다. 또한, 제작 시의 기재를 열분해에 의해 소실 혹은 용융시키고, 다른 기재에 도전층을 전사하여 사용할 수도 있다. 이 때에는 제작 시의 기재의 열분해 온도가 전사 기재의 열분해 온도보다 낮은 것이 바람직하다.

상기와 같이 하여 얻어지는 도전층의 두께는 다양한 범위를 취할 수 있다. 예를 들어, 도전층은 0.5nm 내지 1,000μm 사이의 두께로 할 수 있다. 바람직하게는 0.005 내지 1,000μm, 보다 바람직하게는 0.05 내지 500μm, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 200μm, 특히 바람직하게는 1.0 내지 50μm이다.

상기와 같이 하여 얻어지는 투명 도전성 필름의 전체 광선 투과율은 85％ 이상인 것이 바람직하고, 나아가 90％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 투명 도전성 필름의 표면 저항은 2000Ω/□ 미만인 것이 보다 바람직하고, 1000Ω/□ 미만인 것이 더욱 바람직하다. 표면 저항은 1Ω/□ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위에 있음으로써, 터치 패널, 액정 디스플레이, 유기 전계 발광, 전자 페이퍼 등의 투명 도전막 구비 기재로서 바람직하게 사용할 수 있다. 즉, 표면 저항이 1Ω/□ 이상이면, 상기 기재로서 투과율을 높게 또한 소비 전력을 적게 할 수 있다. 표면 저항이 1000Ω/□ 이하이면 터치 패널의 상기 좌표 판독에 있어서의 오차의 영향을 작게 할 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.

(카본 나노튜브 집합체 평가)

[카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량 정량]

먼저, 이온 교환수 중에 카본 나노튜브 집합체를 현탁시킨다. 현탁액이 중성이 될 때까지 수세 및 흡인 여과를 반복한다. 중성이 된 현탁액을 여과하여 얻어진 웨트 상태의 카본 나노튜브 집합체(건조 중량 환산으로 15mg)를 20mL의 용기에 계량하여 취하고, 이온 교환수를 첨가하여 10g으로 하고, 초음파 호모게나이저(이에다 보에끼(주)제, VCX-130) 출력 20W로 1.5분간, 빙냉 하에서 초음파 조사하였다. 초음파 조사한 후의 카본 나노튜브 집합체의 현탁액 pH를 측정하고, 그 pH로부터 하기 식에 의해 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량을 구한다. 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량(질량％)은 카본 나노튜브 집합체의 현탁액 중의 산 성분의 양(g)을 카본 나노튜브 집합체의 양(g) 및 산 성분 1 분자 중에 포함되는 수소의 수로 나누고, 거기에 100을 곱함으로써 산출한다.

산출식: 카본 나노튜브 집합체 중의 산 흡착량(질량％)=10^-X×0.01×M×100/0.015×Y

M: 산 성분의 분자량

X: 카본 나노튜브 현탁액의 pH

Y: 산 성분 1 분자에 포함되는 수소의 수

[카본 나노튜브 집합체의 G/D비의 측정]

공명 라만 분광계(호리바 조반 이본사제 INF-300)에 분말 시료를 설치하고, 532nm의 레이저 파장을 사용하여 측정을 행하였다. G/D비의 측정 시에는 샘플의 상이한 3개소에 대하여 분석을 하고, 그의 상가 평균을 구하였다.

[카본 나노튜브의 외경 분포 및 층수 분포의 관찰]

카본 나노튜브 집합체 1mg을 에탄올 1mL에 넣고, 15분간 초음파 배스를 이용하여 분산 처리를 행하였다. 분산한 시료를 그리드 상에 몇 방울 적하하고, 건조하였다. 이와 같이 시료가 도포된 그리드를 투과형 전자 현미경(니혼 덴시(주)제 JEM-2100)에 설치하고, 측정을 행하였다. 카본 나노튜브의 외경 분포 및 층수 분포의 관찰은 배율 40만배로 행하였다.

(기재에 카본 나노튜브 분산액을 도포한 투명 도전성 필름의 평가)

[투명 도전성 필름의 제작]

우선 이하의 조작에 의해 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(도레이(주) 제("루미러"(등록 상표) U46) 상에 폴리실리케이트를 결합제로 하여, 직경 30nm의 실리카 미립자가 표출하는 친수 실리카 언더코트층을 제작하였다.

30nm의 친수 실리카 미립자와 폴리실리케이트를 고형분 농도로 1질량％ 포함하는 메가 아쿠아(등록 상표) 친수 DM 코트((주) 료와제, DM-30-26G-N1)를 언더코트 제작용 도액으로서 사용하였다.

와이어 바 #4를 사용하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(도레이(주)제("루미러"(등록 상표) U46) 상에 상기 언더코트 제작용 도액을 도포하였다. 도포 후, 140℃의 건조기 내에서 1분간 건조시켰다.

후술하는 바와 같이 하여, 카본 나노튜브의 농도가 0.04질량％인 카본 나노튜브 집합체 분산액을 제조하고, 언더코트층을 실시한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(도레이(주)사제("루미러"(등록 상표) U46), 광투과율 91.3％, 15cm×10cm) 상에 바 코터를 이용하여 이 도포액을 도포하여 풍건한 후, 120℃ 건조기 내에서 1분간 건조시켜, 카본 나노튜브 함유 조성물을 고정화하였다.

이어서, 폴리실리케이트를 고형분 농도로 1질량％ 포함하는 콜코트(등록 상표)(콜코트(주)제, N-103X)를 오버코트 제작용 도액으로서 사용하였다. 이 도액을 와이어 바 #8을 이용하여 카본 나노튜브층 상에 도포한 후, 175℃ 건조기 내에서 1분간 건조시켰다.

[전체 광선 투과율 측정]

투명 도전성 필름의 전체 광선 투과율은 투명 도전성 필름을 헤이즈 미터(Haze Meter)(닛본 덴쇼꾸 고교(주)제, NDH4000)에 장전하여, 측정하였다.

[표면 저항 측정]

투명 도전성 필름의 표면 저항값은 JIS K 7149(1994년 12월 제정) 준거의 4 단자 4 탐침법을 사용하여, 로레스타(등록 상표) EP MCP-T360((주) 다이아 인스트루먼츠사제)을 이용하여 행하였다. 고저항 측정 시에는 하이레스타(등록 상표) UP MCP-HT450((주) 다이아 인스트루먼츠제, 10V, 10초)을 이용하여 측정하였다.

(실시예 1)

(촉매 제조)

24.6g의 시트르산철(III)암모늄(와코 쥰야꾸 고교사제)을 이온 교환수 6.2kg에 용해하였다. 이 용액에, 산화마그네슘(이와타니사제 MJ-30)을 1000g 첨가하고, 교반기에서 60분간 격렬하게 교반 처리한 후에, 현탁액을 10L의 오토클레이브 용기 중에 도입하였다. 이때, 세척액으로서 이온 교환수 0.5kg을 사용하였다. 용기를 밀폐한 상태에서 160℃로 가열하고, 6시간 유지하였다. 그 후 오토클레이브 용기를 방냉하고, 용기로부터 슬러리상의 백탁 물질을 취출하고, 과잉의 수분을 흡인 여과에 의해 여과 분별하고, 여과 취출물을 120℃의 건조기 내에서 가열 건조하였다. 얻어진 고형분을, 체 위에서, 유발로 세립화하면서, 10 내지 20 메쉬 범위의 입경의 촉매체를 회수하였다. 상기 과립상의 촉매체를 전기로 중에 도입하고, 대기 하 600℃에서 3시간 가열하였다. 얻어진 촉매체의 벌크 밀도는 0.32g/mL였다. 또한, 상기의 흡인 여과에 의해 여과 분별된 여과액을 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDX)에 의해 분석한 바, 철은 검출되지 않았다. 이것으로부터, 첨가한 시트르산철(III)암모늄은 전량 산화마그네슘에 담지되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 촉매체의 EDX 분석 결과로부터, 촉매체에 포함되는 철 함유량은 0.39중량％였다.

(원료 카본 나노튜브 함유 조성물 제조)

상기 촉매를 사용하여 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을 합성하였다. 상기 고체 촉매 132g을 취하여, 연직 방향으로 설치한 반응기의 중앙부의 석영 소결판 상에 도입함으로써 촉매층을 형성하였다. 반응기 내의 온도가 860℃가 될 때까지 촉매체층을 가열하면서, 반응기 저부로부터 반응기 상부 방향으로 향하게 하여 질소 가스를 16.5L/분으로 공급하고, 촉매체층을 통과하도록 유통시켰다. 그 후, 질소 가스를 공급하면서, 추가로 메탄 가스를 0.78L/분으로 60분간 도입하여 촉매체층을 통과하도록 유통시키고, 반응시켰다. 메탄 가스의 도입을 멈추고, 질소 가스를 16.5L/분 통기시키면서, 석영 반응관을 실온까지 냉각하여, 촉매 구비 카본 나노튜브 집합체를 얻었다. 이 촉매 구비 카본 나노튜브 집합체 129g을, 4.8N의 염산 수용액 2000mL 중에서 1시간 교반함으로써, 촉매 금속인 철과 그의 담체인 MgO를 용해하였다. 얻어진 흑색 현탁액을 여과한 후, 여과 취출물을 다시 4.8N의 염산 수용액 400mL에 투입하고, 탈 MgO 처리를 한 후, 여과 취출하였다. 이 조작을 3회 반복하여, 촉매가 제거된 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을 얻었다.

(제1 산화 처리 공정)

상기 원료 카본 나노튜브 함유 조성물을 300배 중량의 농질산(와코 쥰야꾸 고교사제 1급 어세이(Assay) 60질량％)에 첨가하였다. 그 후, 140℃의 오일 배스에서 24시간 교반하면서 가열 환류하였다. 가열 환류 후, 카본 나노튜브 함유 조성물을 포함하는 질산 용액을 이온 교환수로 2배로 희석하여 흡인 여과하였다. 이온 교환수로 여과 취출물의 현탁액이 중성이 될 때까지 수세함으로써, 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻었다. 1차 처리 카본 나노튜브 집합체는 물을 포함한 웨트 상태 그대로 보존하였다.

(제2 산화 처리 공정)

상기 제1 산화 처리 공정에서 얻어진 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 300배 중량의 발연 질산(와코 쥰야꾸 고교사제 1급 어세이 97질량％)에 첨가하였다. 그 후, 60℃에서 6시간 교반하면서 가열하였다. 가열 후, 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 질산 용액을 이온 교환수로 2배로 희석하여 흡인 여과하였다. 이온 교환수로 여과 취출물의 현탁액이 중성이 될 때까지 수세함으로써, 2차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻었다. 2차 처리 카본 나노튜브 집합체는 물을 포함한 웨트 상태 그대로 보존하였다. 이 카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량은 0.9질량％이고, 라만 G/D비는 54였다. 또한, 이 2차 처리 카본 나노튜브 집합체를 고분해능 투과형 전자 현미경으로 관찰한 바, 카본 나노튜브의 평균 외경은 1.7nm였다. 또한, 2층 카본 나노튜브의 비율은 전체의 82％였다.

(투명 도전성 필름의 특성 평가)

20mL의 용기에, 상기에서 얻어진 웨트 상태의 2차 처리 카본 나노튜브 집합체(건조 중량 환산으로 15mg) 및 10질량％ 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(중량 평균 분자량: 3.5만) 수용액 0.38g을 계량하여 취하고, 이온 교환수를 첨가하여 전체량을 10g으로 하고, 28％ 암모니아 수용액(기시다 가가꾸(주)사제)을 이용하여 pH를 7로 조정하였다. 이 액을 초음파 호모게나이저(이에다 보에끼(주)제, VCX-130)를 이용하여, 출력 20W, 1.5분간(2kW·분/g), 빙냉하 분산 처리하였다.

얻어진 분산액에 물을 첨가하여, 최종 농도로 카본 나노튜브 집합체의 농도가 0.04질량％가 되도록 조정하여 필름 도포액으로 하였다. 상기와 같이 하여 언더코트층을 실시한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(도레이(주)사제("루미러"(등록 상표) U46), 광투과율 91.3％, 15cm×10cm) 상에 바 코터를 이용하여 이 도포액을 도포하여 풍건한 후, 140℃ 건조기 내에서 1분간 건조시켜, 카본 나노튜브 함유 조성물을 고정화하였다. 그 후, 카본 나노튜브층 상에 상기와 같이 하여 오버코트층을 실시하여 얻어진 도전성 필름의 표면 저항값은 200Ω/□, 전체 광선 투과율은 90％였다.

(비교예 1)

제2 산화 처리 공정을 행하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 카본 나노튜브 집합체를 합성 및 산화 처리한 바, 얻어진 카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량은 0.5질량％이고, 라만 G/D비는 38이었다. 또한, 이 카본 나노튜브 집합체를 고분해능 투과형 전자 현미경으로 관찰한 바, 카본 나노튜브의 평균 외경은 1.7nm였다. 또한, 2층 카본 나노튜브의 비율은 전체의 90％였다.

그 후, 실시예 1과 마찬가지로 도전성 필름의 특성 평가를 행한 바, 표면 저항값은 260Ω/□, 전체 광선 투과율은 90％였다.

(실시예 2)

제2 산화 처리 공정에 있어서, 산화 처리 시간을 24시간으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 카본 나노튜브 집합체를 합성 및 산화 처리한 바, 얻어진 카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량은 1.1질량％이고, 라만 G/D비는 87이었다. 또한, 이 카본 나노튜브 집합체를 고분해능 투과형 전자 현미경으로 관찰한 바, 카본 나노튜브의 평균 외경은 1.7nm였다. 또한, 2층 카본 나노튜브의 비율은 전체의 71％였다.

그 후, 실시예 1과 마찬가지로 도전성 필름의 특성 평가를 행한 바, 표면 저항값은 185Ω/□, 전체 광선 투과율은 90％였다.

(비교예 2)

제2 산화 처리 공정을 제1 산화 처리 공정과 동일한 조건으로 행한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 카본 나노튜브 집합체를 합성 및 산화 처리하였다. 즉, 제2 산화 처리 공정에 있어서, 60％ 질산을 사용하여, 140℃의 오일 배스에서 24시간 교반하면서 가열 환류하였다. 그 결과, 얻어진 카본 나노튜브 집합체의 산 흡착량은 0.5질량％이고, 라만 G/D비는 63이었다. 또한, 이 카본 나노튜브 집합체를 고분해능 투과형 전자 현미경으로 관찰한 바, 카본 나노튜브의 평균 외경은 1.7nm였다. 또한, 2층 카본 나노튜브의 비율은 전체의 90％였다.

실시예 1과 마찬가지로 도전성 필름의 특성 평가를 행한 바, 표면 저항값은 240Ω/□, 전체 광선 투과율은 90％였다.

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 제1 산화 처리 공정의 조건, 제2 산화 처리 공정의 조건 및 얻어진 카본 나노튜브 집합체, 투명 도전성 필름의 평가 결과에 대하여 표 1에 기재한다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 대비에 의해, 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건으로 산화 처리를 행하는 제2 산화 처리 공정을 마련함으로써, 산 흡착량이 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 대비에 의해, 실시예 1, 2의 카본 나노튜브 집합체를 사용하여 얻은 투명 도전성 필름은 높은 전체 광선 투과율을 유지하면서도 높은 도전성을 갖고 있음도 알 수 있다.

본 발명의 카본 나노튜브 집합체를 사용함으로써 고도전성이고 투과성이 우수한 투명 도전성 필름을 얻을 수 있다. 얻어진 투명 도전성 필름은 주로 표면의 평활성이 요구되는 터치 패널, 액정 디스플레이, 유기 전계 발광, 전자 페이퍼 등의 디스플레이 관련 투명 전극으로서 사용할 수 있다.

Claims

산 흡착량이 0.6질량％ 이상 12질량％ 이하인 카본 나노튜브 집합체.
제1항에 있어서, 상기 흡착된 산이 질산, 황산, 염산 및 인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 카본 나노튜브 집합체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카본 나노튜브 집합체의 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 카본 나노튜브 집합체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율이 50％ 이상인 카본 나노튜브 집합체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 1nm 이상 3nm 이하인 카본 나노튜브 집합체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 카본 나노튜브 집합체 및 분산매를 포함하는 분산액.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 카본 나노튜브 집합체를 포함하는 도전층이 기재 상에 형성된 투명 도전성 필름.
제7항에 있어서, 전체 광선 투과율이 90％ 이상이고, 또한 표면 저항값이 1000Ω/□ 이하인 투명 도전성 필름.
원료 카본 나노튜브 함유 조성물을, 습식 산화 처리함으로써 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인 1차 처리 카본 나노튜브 집합체를 얻는 제1 산화 처리 공정, 및 상기 제1 산화 처리 공정보다 강한 산화 조건으로 습식 산화 처리를 행하는 제2 산화 처리 공정을 포함하는, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체의 파장 532nm의 라만 분광 분석에 의한 G 밴드와 D 밴드의 높이비(G/D비)가 30 이상인, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 함유되는 모든 카본 나노튜브에 대한 2층 카본 나노튜브의 비율이 50％ 이상인, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 산화 처리 공정 후의 카본 나노튜브 집합체에 포함되는 카본 나노튜브의 평균 외경이 1nm 이상 3nm 이하인, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 산화 처리 공정이 질산 중에서의 가열 처리 공정인, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 제2 산화 처리 공정이 제1 산화 처리 공정에서 사용한 질산보다 높은 농도의 질산을 사용한 처리 공정인, 카본 나노튜브 집합체의 제조 방법.