TW201634385A

TW201634385A - 碳奈米管分散液、機能性膜及複合素材

Info

Publication number: TW201634385A
Application number: TW104137819A
Authority: TW
Inventors: Tomohiro FURUZONO; Takuji Komukai
Original assignee: Nitta Corp
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-10-01
Also published as: JP5775960B1; WO2016080327A1; JP2016094323A

Abstract

本發明之碳奈米管分散液係包含分散媒體(32)和碳奈米管(34)的CNT(碳奈米管)分散液(30)，分散媒體(32)係包含塗膜形成物和溶媒，碳奈米管(34)係分散於前述之分散媒體，其特徵為：前述碳奈米管(34)之濃度x(體積%)和觸變性指數y(η100/η400)係滿足下列之公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)之關係。 y>5x+1 (1) y≦9.5x+1.3 (2) y≦17.4x+0.93 (3) 0.01≦x≦0.15 (4) (前述之η100為剪切速度100(1/sec)之黏度(mPa˙s)，η400為剪切速度400(1/sec)之黏度(mPa˙s)。)

Description

碳奈米管分散液、機能性膜及複合素材

本發明係關於一種包含碳奈米管(在以下，簡稱為CNT。)之分散液、機能性膜及複合素材。

包含CNT(碳奈米管)之CNT(碳奈米管)分散液係知道作為塗敷液(參考專利文獻1)。向來，CNT(碳奈米管)分散液係使用在賦予來自CNT(碳奈米管)所造成之導電性之導電膜之製造，而賦予導電性之導電膜係可以稱為機能性膜。為了控制特性之偏差而得到高強度之機能性膜，因此，要求CNT(碳奈米管)呈均勻地分散於分散媒體中。可以藉由形成於CNT(碳奈米管)表面之官能基或者是另外練合之分散劑而提高在分散液中之CNT(碳奈米管)之分散性。

作為分散CNT(碳奈米管)之分散媒體係使用包含作為塗膜形成物之樹脂之溶液，在機能性膜，CNT(碳奈米管)係存在於樹脂層中。在CNT(碳奈米管)分散液中之CNT(碳奈米管)之含有量變多之時，提高得到之機能性膜之來自CNT(碳奈米管)所造成之特性，有降低樹脂本來之特性之傾向發生。希望CNT(碳奈米管)分散液中之CNT(碳奈米管)之含有量係在發揮要求之機能之範圍內，儘可能地變少。

【先前技術文獻】【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2012-144388號公報

如果是在CNT(碳奈米管)之表面來存在許多之官能基的話，則正如圖12所示，CNT分散液100中之CNT104係良好地分散於分散媒體102，損害官能基，無法得到呈充分地發揮CNT特性之機能性膜。另一方面，表面之官能基少之CNT係在分散媒體102中之分散性變差，產生束狀之集合體106或凝集體108。在使用分散劑之狀態下，正如圖13所示，CNT分散液100中之CNT114係藉由分散劑116而被覆蓋，呈良好地分散於分散媒體112。但是，由於分散劑116而增大接觸電阻，因此，在得到之機能性膜，無法充分地發揮CNT114之特性。

深寬度比變大之CNT係一般相對於分散媒體之分散性變低。正如圖14所示，在深寬度比變大之CNT124來分散於分散媒體122之CNT分散液120，複數個之CNT124係進行集合而形成許多之束狀之集合體126或凝集體，但是，無法充分地得到CNT124間之網絡。如果是CNT之深寬度比變小的話，則無引起凝集之問題。但是，即使是在包含深寬度比變小之CNT和分散媒體之CNT分散液，也無法充分地得到CNT間之網絡。為了得到藉由得到CNT間之網絡而充分地發揮CNT特性之機能性膜，因此，也必須在深寬度比變大之CNT和深寬度比變小之CNT之任何一種之狀態下，提高CNT分散液中之含有量。

此外，在使用形成凝集體之分散液來形成CNT(碳奈米管)之機能性膜200，正如圖15所示，在樹脂層202中，存在CNT(碳奈米管)之凝集體108。凝集體108之形狀係成為凸部204而出現於機能性膜200之表面。在膜厚小之機能性膜200之狀態下，損害膜表面之平坦性，發生膜厚之偏差。在凝集體108出現於機能性膜200之表面之狀態下，引起機能性膜200之強度降低。

可以無損害塗膜形成物本來之特性而充分地賦予來自CNT(碳奈米管)所造成之特性之機能性膜之CNT(碳奈米管)分散液係尚未得到。

因此，本發明之目的係提供一種CNT(碳奈米管)分散液、機能性膜及複合素材，該CNT(碳奈米管)分散液係得到呈充分地維持塗膜形成物本來之特性並且充分地發揮來自CNT(碳奈米管)所造成之特性之機能性膜，該機能性膜係使用該CNT(碳奈米管)分散液。

本發明之CNT(碳奈米管)分散液，係包含分散媒體和CNT(碳奈米管)的CNT(碳奈米管)分散液，分散媒體係包含塗膜形成物和溶媒，CNT(碳奈米管)係分散於前述之分散媒體，其特徵為：前述CNT(碳奈米管)之濃度x(體積%)和觸變性指數y(η100/η400)係滿足下列之公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)之關係。

y>5x+1 (1)

y≦9.5x+1.3 (2)

y≦17.4x+0.93 (3)

0.01≦x≦0.15 (4)

(前述之η100為剪切速度100(1/sec)之黏度(mPa˙s)，η400為剪切速度400(1/sec)之黏度(mPa˙s)。)

本發明之機能性膜，其特徵為：使用前述之CNT(碳奈米管)分散液而形成。

本發明之複合素材，其特徵為包括：母材以及被覆前述母材表面之前述之機能性膜。

如果是藉由本發明的話，則CNT(碳奈米管)分散液係比起向來從前，還具有比較高之TI值y，因此，可以形成機能性膜及複合素材，該機能性膜係充分地維持塗膜形成物本來之特性，並且，充分地發揮來自CNT(碳奈米管)所造成之特性，該複合素材係包括機能性膜。

10‧‧‧複合素材

12‧‧‧母材

20‧‧‧機能性膜

22‧‧‧塗膜

24‧‧‧網狀構造

30‧‧‧碳奈米管(CNT)分散液

32‧‧‧分散液

34‧‧‧碳奈米管(CNT)

100‧‧‧CNT分散液

102‧‧‧分散媒體

104‧‧‧CNT

106‧‧‧集合體

108‧‧‧凝集體

110‧‧‧CNT分散液

112‧‧‧分散媒體

114‧‧‧CNT

116‧‧‧分散劑

120‧‧‧CNT分散液

122‧‧‧分散媒體

124‧‧‧CNT

126‧‧‧集合體

140‧‧‧島狀凝集體

141‧‧‧島狀凝集體

142‧‧‧島狀凝集體

143‧‧‧島狀凝集體

200‧‧‧機能性膜

202‧‧‧樹脂層

204‧‧‧凸部

圖1係本實施形態之複合素材之剖面圖。

圖2A係顯示本實施形態之機能性膜之構造之概略圖，圖2B係藉由圖2A之四角框而包圍之部分之擴大圖。

圖3係本實施形態之CNT(碳奈米管)分散液之概念構造圖。

圖4A係使用於實施例之CNT(碳奈米管)之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片，圖4B係圖4A之擴大相片。

圖5A係使用於比較例之CNT(碳奈米管)之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片，圖5B係圖5A之擴大相片。

圖6A係使用於比較例之CNT(碳奈米管)之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片，圖6B係圖6A之擴大相片。

圖7A係使用於比較例之CNT(碳奈米管)之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片，圖7B係圖7A之擴大相片。

圖8A係使用於比較例之CNT(碳奈米管)之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片，圖8B係圖8A之擴大相片。

圖9係顯示CNT(碳奈米管)濃度(體積%)和觸變性指數之間之關係之圖。

圖10係顯示實施例之機能性膜之膜厚和表面電阻率之間之關係之圖。

圖11係實施例之機能性膜之表面之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片。

圖12係習知之CNT(碳奈米管)分散液之概念構造圖(1)。

圖13係習知之CNT(碳奈米管)分散液之概念構造圖(2)。

圖14係習知之CNT(碳奈米管)分散液之概念構造圖(3)。

圖15係使用習知之CNT(碳奈米管)分散液而得到之機能性膜之概念構造圖。

在以下，參考圖式，就本發明之實施形態而詳細地進行說明。

[構造]

正如圖1所示，複合素材10係包括：母材12以及設置於該母材12表面之機能性膜20。

母材12係並無特別限定，可以使用要求導電性、熱傳導性或機械強度之任意形狀者。母材12之材質係可以由例如PET薄膜等之高分子材料和不銹鋼箔等之金屬材料、其他之玻璃板和陶瓷等之無機材料等而進行選擇。

機能性膜20係正如圖2A所示而具有膜厚t，正如圖2B之擴大圖所示，在塗膜22中，CNT34係進行均勻分散而相互地纏繞，形成網絡構造24。因此，即使是在變薄為0.1~100μm程度、最好是30μm以下之膜厚之狀態下，並且，即使是含有之CNT34為低濃度，也使得所謂導電性、熱傳導性或機械強度之來自CNT所造成之特性，賦予至機能性膜20。

即使是在機能性膜20之膜厚變薄之狀態下，CNT34之凝集體係也無出現在表面，CNT34之形狀係無反映在機能性膜20之表面，得到平坦面。本實施形態之機能性膜20係抑制起因於CNT34之強度降低，如果CNT34為低濃度的話，則也可以維持塗膜22本來之特性。

正如圖2A所示，可以彎曲機能性膜20，因此，設置於機能性膜20之母材12之表面係並非限定於平面，也可以是曲面。機能性膜20係可以藉由變薄之膜厚而形成，因此，母材12之表面係可以是曲面，也可以良好地追隨其曲面而覆蓋母材12之表面。此外，可以在母材12為規定形狀之容器之狀態下，在容器之內面，形成機能性膜20。機能性膜20係可以藉由變薄之膜厚而形成，因此，即使是形成於容器之內面，也使得對於容器容積所造成之影響係變小。

[製造方法]

本實施形態之複合素材10係可以使用圖3所示之CNT分散液30而進行製造。CNT分散液30係包括：分散媒體32以及分散於該分散媒體32中之CNT34。

分散媒體32係作為塗膜形成物之樹脂來溶解於溶媒之溶液，藉由規定之組合而使用樹脂和溶媒。例如在使用聚醯亞胺(PI)來作為樹脂之狀態下，作為溶媒係使用例如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)。分散媒體32整體之PI濃度係最好是0.5~15體積%程度，更加理想是2~10體積%程度。此外，在使用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)來作為樹脂之狀態下，作為溶媒係使用例如水。在該狀態下，分散媒體32整體之PVP濃度係最好是9~70體積%程度，更加理想是20~60體積%程度。

作為樹脂係也可以使用聚醯胺醯亞胺(PAI)，作為PAI之溶媒係使用例如NMP、二甲基乙醯胺。在該狀態下，分散媒體32整體之PAI濃度係最好是0.5~24體積%程度，更加理想是3~15體積%程度。

此外，作為樹脂係可以使用環氧或胺基甲酸乙酯。在該狀態下，作為溶媒係可以分別使用MEK(甲基乙基甲酮)或丙酮。

包含於CNT分散液30之分散媒體32中之樹脂係構成機能性膜20之塗膜22。

CNT34係最好是具有長度為1~100μm程度之高度之深寬度比。正如追加之說明，本實施形態之CNT分散液30係使用更加長尺狀之CNT34，來作為原料而進行調製。包含於圖3之CNT分散液30中之CNT34係藉由分散處理而對於更加長尺狀之原料CNT，來進行短尺化。在CNT分散液30中之CNT34之長度為1μm以上時，在機能性膜20，CNT34間係可以相互地纏繞而直接地連接，形成良好之網絡構造24(參考圖2B)。此外，CNT34係在長度超過100μm時，容易進行凝集。另一方面，CNT34係在長度未滿1μm時，在機能性膜20，不容易形成網絡構造24。

此外，CNT34係最好是直徑大約30nm以下。CNT34係在直徑為30nm以下時，具有豐富之柔軟性而容易變形，因此，可以無限制地存在於CNT分散液30中。另一方面，CNT34係在直徑超過30nm時，變得無柔軟性，因此，不容易形成網絡構造24。CNT34係更加理想是直徑20nm以下。

CNT34之長度及直徑係使用穿透型電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)相片而測定之平均值。

關係到導電性等之來自CNT所造成之特性之降低，因此，希望在CNT34表面之缺損變少。CNT34表面之缺損係起因於羧基(-COOH)、碸基(-SO₃H)、硝基(-NO₂)、醛基(-CHO)、胺基(-NH₂)和羥基(-OH)等之官能基，藉由表面處理而賦予官能基。在向來習知之CNT，由於提高在CNT分散液中之分散性之目的而在表面，存在許多之官能基。包含在本實施形態之CNT分散液30之CNT34係無施行表面處理，因此，起因於官能基之缺損係變少。

本發明人們係就CNT分散液30之黏度η而進行檢討，結果發現：藉由在剪切速度100(1/sec)之黏度η100(mPa˙s)和在剪切速度400(1/sec)之黏度η400(mPa˙s)之比值(η100/η400)而表示之觸變性指數(TI值)以及CNT分散液30中之CNT濃度(體積%)之間之相對關係。

在本實施形態之CNT分散液30，在CNT濃度x(體積%)和TI值y之間，成立以下之公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)之關係。

y>5x+1 (1)

y≦9.5x+1.3 (2)

y≦17.4x+0.93 (3)

0.01≦x≦0.15 (4)

由前述之公式(1)而得知：本實施形態之CNT分散液30之TI值y係位處在藉由y=5x+1所表示之直線之更加上方。本實施形態之CNT34係藉由成為長尺狀，深寬度比變大而相互地進行纏繞，容易形成網絡構造24，因此，可以提高CNT分散液30之黏度。在本實施形態之狀態下，前述之網絡構造係由於承受剪切應力而容易解體，進行奈米分散。因此，CNT分散液30係在藉由高旋轉來進行攪拌等而在CNT34來加入剪切應力之時，降低黏度。像這樣，CNT分散液30係由於承受之剪切應力而改變黏度，因此，可以得到大TI值。此外，在本說明書，所謂「奈米分散」係指CNT34每一條呈物理性地進行分離而以無纏繞之狀態來進行分散之狀態，表示 2條以上之CNT34呈束狀地集合之集合物之比例為10%以下之狀態。

本實施形態之CNT分散液30係可以藉由規定之CNT34，分散於分散媒體32中，而進行調製。

使用於CNT分散液30之調製之原料CNT係可以藉由使用例如記載於日本特開2007-126311號公報之熱CVD法，在矽基板上，形成由鋁、鐵所組成之觸媒膜之薄膜，對於CNT之成長用之觸媒金屬，來進行微粒子化，在加熱氛圍中，使得烴氣體，接觸到觸媒金屬，而進行製造。

也可以使用藉由電弧放電法、雷射蒸發法等之其他之製造方法而得到之CNT，但是，最好是使用極力無包含CNT以外之不純物者。關於該不純物而言，在製造CNT之後，可以藉由在惰性氣體中之高溫退火而除去不純物。在該製造例來製造之CNT34係直徑為30nm以下且長度為數100μm開始至數mm之所謂高度之深寬度比而因此成為呈直線地配向之長尺狀。CNT34係不論是單層、多層，但是，最好是多層。

分散媒體32係能夠以規定之濃度，使得樹脂溶解於規定之溶媒，來進行調製。

CNT分散液30係可以粉碎正如前面之敘述而製造之CNT34，加入至分散媒體32，使用濕式分散機、勻化器、超音波分散機等，在分散媒體32中，對於CNT34，進行奈米分散而進行調製。

CNT34係如果是得到希望之長度而成為無損害表面之官能基之程度的話，則可以施行前處理。

在本實施形態，最好是使用黏性液體中之濕式分散。可以藉由使用濕式分散而防止CNT間之相互纏繞或者是由於摩擦所造成之CNT之切斷或損傷。

在本實施形態之CNT分散液30之調製，不一定需要分散劑、界面活性劑、觸變賦予劑(黏彈性調整劑)等之添加劑，但是，如果是對於本發明之效果無造成不良影響之範圍的話，則也可以使用此種添加劑。

在規定之母材12上，藉由桿條塗佈、噴射、旋轉塗佈、刮刀塗佈、浸漬塗佈等而塗佈前述之本實施形態之CNT分散液30。在塗佈之際，CNT分散液30中之CNT34係藉由承受剪切應力而進行奈米分散。塗佈之CNT分散液30之量係可以進行調整而得到作為目的之膜厚之機能性膜20。

在塗佈後，在剪切應力變小時，CNT分散液30中之CNT34係可以逐漸地纏繞而形成網絡構造24。可以藉由乾燥塗佈之CNT分散液30而形成機能性膜20。在該機能性膜20，CNT34係藉由形成網絡構造24之狀態而進行固定。乾燥條件係可以配合包含於CNT分散液30中之分散媒體32之樹脂和溶媒之種類而適度地進行設定。像這樣而得到本實施形態之複合素材10。

[作用及效果]

在本實施形態之CNT分散液30，在剪切速度100(1/sec)之黏度η100(mPa˙s)和在剪切速度400(1/sec)之黏度η400(mPa˙s)之比值(η100/η400)以及CNT濃度(體積%)之間，成立規定之相對關係。本實施形態之CNT 分散液30係在規定之CNT濃度，具有超過規定值之TI值y。

像這樣，本實施形態之CNT分散液30係具有高度之TI值y，因此，可以形成呈充分地維持樹脂本來之特性並且充分地發揮來自CNT34所造成之特性之機能性膜20。

本實施形態之CNT分散液30係在承受剪切應力之狀態下，使得CNT34，進行奈米分散。因此，CNT34係可以藉由在塗佈CNT分散液30之際，承受剪切應力，而進行奈米分散，即使是低濃度，也可以均勻地塗佈於母材12之表面。

接著，在塗佈後，藉由降低剪切應力而逐漸相互地纏繞CNT34，形成網絡構造24。藉此而使得CNT分散液30，提高黏度，因此，可以防止液體下垂等之發生。此外，可以藉由乾燥CNT分散液30，而得到以CNT34形成網絡構造24之狀態來固定之機能性膜20。機能性膜20係包括CNT34呈相互地纏繞之網絡構造24，因此，即使是0.1~100μm程度之膜厚，也得到來自CNT所造成之良好之導電性、機械強度。

CNT分散液30係可以藉由在任意之母材12之表面，設置機能性膜20，而形成具有來自CNT34所造成之特性、也就是導電性、機械強度之複合素材10。

[變化例]

本發明係並非僅限定於前述之實施形態，可以在本發明之主旨之範圍內，適度地進行變更。例如前述之本實施形態之機能性膜20係也可以在規定之支持體上，呈可自由剝離地進行製作。也可以藉由相同於複合素材10之狀態之同樣之手法，而在支持體上，形成機能性膜20，在由支持體來剝離之狀態下，得到作為機能性膜20呈獨立之單體。

在前述之本實施形態，就塗膜形成物為樹脂之狀態而進行說明，但是，本發明係並非限定於此，也可以適用在一般之黏性體。

[實施例]

在以下，列舉實施例而詳細地說明本發明之CNT分散液、機能性膜及複合素材，但是，本發明係並非僅限定於以下之實施例。

<CNT分散液>

在包含樹脂和溶媒之分散媒體，以規定之濃度，來分散CNT，調製實施例1~7之CNT分散液。使用於此之CNT係藉由熱CVD法而成長於矽基板上之MW-CNT(multi-walled Carbon Nanotubes：多層碳奈米管)，成為長度350μm、直徑13nm。在圖4，顯示使用於實施例之CNT分散處理前之SEM相片。得知：使用於實施例之CNT分散液之調製之CNT係每一條呈物理性地進行分離，無相互地纏繞而存在。

CNT係無進行表面處理而混合於分散媒體，使用濕式分散機而分散於分散媒體。分散劑及觸變性賦予劑(黏彈性調整劑)係皆無進行練合，進行15次之濕式分散處理而得到實施例之CNT分散液。

此外，以規定之濃度，來使用市面販賣之CNT，調製比較例1~8之CNT分散液。在比較例1~3，使用Nanocyl公司製之CNT(製造編號NC7000、長度1.5μm、直徑9.5nm)，在比較例4~6，使用SWeNT公司製之CNT(製造編號SMW200、長度3.5μm、直徑10nm)，在比較例7，使用Cnano公司製之CNT(製造編號FFloTube9011、長度10μm、直徑11nm)，在比較例8，使用JEIO公司製之CNT(製造編號JC-400、長度1μm、直徑20nm)。前述之比較例之CNT之長度和直徑之數值係皆為型錄值。

藉由TEM觀察而求出得到之CNT分散液中之CNT之長度和直徑。此外，推測實施例1~7之CNT分散液中之CNT係無施行表面處理，因此，表面之官能基係變少，表面之缺損變少。

就實施例及比較例之CNT分散液而言，測定23℃之黏度。在黏度之測定，使用瓦爾茲.布魯克(Waelz Brucke)場效圓錐/平板型黏度計，改變剪切速度，求出在100/sec時之黏度(η100)和在400/sec時之黏度(η400)。以(η100/η400)，來作為觸變性指數(TI值)。

將包含於實施例及比較例之CNT分散液之CNT和分散媒體、以及CNT分散液之黏度和TI值，一起整理於下列之表1。在表1中，NMP係N-甲基-2-吡咯烷酮之縮寫，PVP及PI係分別為聚乙烯基吡咯烷酮和聚醯亞胺之縮寫。此外，樹脂之(體積%)係分散媒體整體之濃度。

【表1】

正如前述之表1所示，包含於實施例1~7之CNT(碳奈米管)分散液之CNT(碳奈米管)係變長為1~100μm程度。在此，長度為20μm程度之CNT(碳奈米管)係具有超過1000之大深寬度比。

另一方面，包含於比較例1~8之CNT(碳奈米管)分散液者係長度為0.1~1μm程度，成為深寬度比即使最大也小至100程度之CNT(碳奈米管)。關於使用在比較例1~3之CNT(碳奈米管)、使用在比較例4~6之CNT(碳奈米管)、使用在比較例7之CNT(碳奈米管)以及使用在比較例8之CNT(碳奈米管)而言，在圖5~圖8，分別在分散處理前之SEM相片。在使用於比較例之CNT(碳奈米管)，確認有各個之CNT(碳奈米管)相互纏繞而形成之島狀凝集體140~143。

實施例之CNT(碳奈米管)分散液係使用高度之深寬度比之CNT(碳奈米管)而進行調製。藉由施行分散處理而對於CNT，進行短尺化，但是，即使是這樣，也在實施例之CNT(碳奈米管)分散液，含有變長為20μm程度而超過1000之非常大之深寬度比之CNT(碳奈米管)。

比較例之CNT分散液係使用包含呈相互地纏繞而凝集之凝集體之CNT，來進行調製。

分別將記載於前述表1之CNT濃度(體積%)和TI值，作為x軸和y軸，將其關係，顯示於圖9之圖形。

就圖9之圖形中之比較例1~8而言，CNT濃度x(體積%)和TI值y之間之關係可以藉由下列之公式(11)而表示。

y=5.0x+1 (11)

CNT濃度x(體積%)和TI值y之間之關係，就實施例1、2而言，可以藉由下列之公式(12)而表示，就實施例3~7而言，可以藉由下列之公式(13)而表示。

y=9.5x+1.3 (12)

y=17.4x+0.93 (13)

就實施例3~7而言，也可以藉由下列之公式(17)而表示。

y=14x+0.95 (17)

正如圖9所示，在就相同之CNT濃度而進行比較時，實施例之CNT分散液係TI值y更加大於比較例之CNT 分散液。

正如前面之敘述，在實施例之CNT分散液，含有長度為20μm程度且具有高度之深寬度比之CNT。實施例之CNT分散液係藉由CNT為長尺狀，具有大的深寬度比，而在剪切應力變小之狀態下，相互地進行纏繞，容易形成網絡構造24，因此，可以提高黏度。此外，實施例之CNT分散液係由於承受剪切應力而使得網絡構造，容易解體，CNT進行奈米分散，因此，降低黏度。像這樣，實施例之CNT分散液係藉由承受之剪切應力而改變黏度，所以，可以得到大的TI值y。因此，在實施例之CNT分散液，在CNT濃度(體積%)和TI值y之間，得到圖9所示之相對關係。藉由施行分散處理而對於CNT，來進行短尺化，因此，在調製實施例之CNT分散液之際，也可以縮小CNT之深寬度比。在縮小CNT之深寬度比之時，可以降低在剪切應力變小之狀態下之黏度，因此，也縮小CNT分散液之TI值y。換句話說，前述之公式(12)和公式(13)係相當於實施例之CNT分散液之TI值y之上限。此外，實施例之CNT分散液係可以藉由調整CNT之長度和深寬度比而得到更加小之TI值y。

在根據以上之時而得知：在實施例之CNT分散液，在CNT濃度x(體積%)和觸變性指數(TI值y)之間，成立以下之關係。

y>5x+1 (1)

y≦9.5x+1.3 (2)

y≦17.4x+0.93 (3)

0.01≦x≦0.15 (4)

也就是說，實施例之CNT分散液係滿足前述之公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)之關係。此外，在本實施例，確認至少直到CNT濃度成為0.15(體積%)為止，可以提高TI值y，同時，分散長尺狀之CNT。如果CNT分散液中之CNT濃度x為0.01(體積%)以上的話，則成立此種關係。

相對於此，比較例之CNT分散液係正如圖9所示，TI值y降低成為1.1~1.39程度(y≦5x+1)。正如圖5~圖8所示，使用於比較例之CNT係相互地纏繞而形成凝集體140~143。像這樣，在比較例之CNT分散液中，有許多之凝集體，原本有效於得到網絡構造之CNT係變少。假設即使是承受剪切應力，也使得成為該凝集體之CNT，進行短尺化，成為深寬度比變小之CNT。即使是分散此種CNT，也不容易得到網絡構造。因此，認為比較例之CNT分散液係由於承受之剪切應力而減小黏度之變化，降低TI值y。

此外，CNT分散液之TI值y係也依附於CNT之表面和分散媒體中之溶媒之間之親和性。例如在CNT表面之親水性變高之狀態下，在含有水來作為溶媒之際，提高TI值y，在CNT表面之親油性變高之狀態下，在包含有機溶劑來作為溶媒之際，提高TI值y。

在使用PVP來作為樹脂之實施例1、2，作為溶媒係使用水。在使用PI來作為樹脂之實施例3~7，使用有機溶劑。在實施例之CNT分散液，即使是在使用水和有機溶劑之任何一種之狀態下，得到高度之TI值y係顯示於圖9，TI值y係無關於CNT表面和溶媒之間之親和性。本實施形態之CNT分散液係在承受大的剪切應力之時，藉由包含可以容易解體網絡構造之CNT而得到高度之TI值y。

在以上，就使用2種類之分散媒體(含有PVP來作為樹脂之分散媒體和含有PI來作為樹脂之分散媒體)之CNT分散液而進行說明，但是，本實施形態之CNT分散液係並非限定於這些。如果是含有長度1~100μm之CNT的話，則CNT濃度(體積%)和TI值y之間之相對關係，也在使用包含其他樹脂之分散媒體之CNT分散液之狀態下，有相同之傾向發生。

<機能性膜之表面電阻率>

藉由K型手塗佈器而在母材上，塗佈實施例3之CNT分散液，型呈塗膜。作為在此之母材係使用玻璃基板。使用加熱板，在90℃來乾燥30分鐘之後，在250℃，進行30分鐘之燒成，形成規定膜厚之機能性膜。藉由四探針電阻率計而測定得到之機能性膜之表面電阻率，將其結果，描繪於圖10之圖形。

正如圖10所示，得知：使用實施例3之分散液而形成之機能性膜係以10μm程度之膜厚而得到(1.0E+3.5)Ω/sq程度之表面電阻率。在此形成之機能性膜係來自CNT所造成之導電性來賦予至塗膜(聚醯亞胺層)之導電膜。

使用比較例1~8之CNT分散液而形成相同厚度之機能性膜，在測定表面電阻率之時，皆成為(6.0E+3)Ω/sq 以上。為了得到(1.0E+3.5)Ω/sq程度之表面電阻率，因此，使用比較例之CNT分散液之機能性膜係必須藉由實施例3之5倍程度以上之厚度而形成。

比較例之CNT分散液係即使是承受剪切應力，也無解體CNT之凝集體，因此，在以相同之CNT濃度來進行比較之狀態下，TI值y係比較小於實施例之CNT分散液。在藉由比較例之CNT分散液而形成之機能性膜，CNT係無法形成網絡構造，因此，無法形成以薄的膜厚來充分地發揮CNT特性(導電性)之機能性膜。

圖11係藉由前述之手法而形成於母材上之機能性膜之表面之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片。如果是藉由圖11之SEM(掃描型電子顯微鏡)相片的話，則得知：存在多量之長度為2.5μm以上之CNT，CNT呈束狀地集合之集合物或凝集體之存在係變少。在此提到之所謂CNT長度係存在於膜表面附近之CNT之一部分之長度，並非整體之長度，因此，推測在實際上，成為更加之長尺狀。推測起因於CNT成為長尺狀以及CNT表面之缺損變少，因此，提高機能性膜之導電性。

由以上之結果而得知：藉由使用實施例3之CNT分散液，而即使是所謂膜厚為10μm程度之薄的機能性膜，也得到高度之導電性。

<膜之拉刮強度>

藉由噴射塗佈而將實施例3之CNT分散液，來塗佈於母材上。作為在此之母材係使用不銹鋼。使用乾燥機，在 200℃，進行30分鐘之乾燥，在300℃，進行30分鐘之醯亞胺化。形成膜厚17~18μm之機能性膜。此外，作為比較係無練合CNT，僅使用分散媒體，以相同之厚度，來形成薄膜(聚醯亞胺膜)。

對於得到之機能性膜和薄膜，藉由施加任意荷重之拉刮針而進行強度之測定。比較在由母材來剝離各個膜時之強度。此外，使用之試驗機係海頓摩擦測定機，拉刮針係藍寶石製(0.05mm、R60°)，拉刮速度為20mm/min。

確認使用實施例3之CNT分散液之機能性膜係以0.98N，來產生刮削，直到2.45N為止，並無產生破裂，提高拉刮強度。另一方面，作為比較之聚醯亞胺膜係以0.98N，來產生刮削，在1.47N，產生破裂。

由以上之結果而得知：可以藉由使用實施例3之CNT分散液而形成高度之拉刮強度之機能性膜。此外，使用本實施形態之CNT分散液而得到之機能性膜係形成CNT呈均勻地分散之網絡構造24，因此，推測也提高韌性。

30‧‧‧碳奈米管(CNT)分散液

32‧‧‧分散液

34‧‧‧碳奈米管(CNT)

Claims

一種碳奈米管分散液，係包含分散媒體和碳奈米管的CNT分散液，分散媒體係包含塗膜形成物和溶媒，碳奈米管係分散於前述之分散媒體，其特徵為：前述碳奈米管之濃度x(體積%)和觸變性指數y(η100/η400)係滿足下列之公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)之關係：y>5x+1 (1) y≦9.5x+1.3 (2) y≦17.4x+0.93 (3) 0.01≦x≦0.15 (4)(前述之η100為剪切速度100(1/sec)之黏度(mPa˙s)，η400為剪切速度400(1/sec)之黏度(mPa˙s))。
如申請專利範圍第1項之碳奈米管分散液，其中，前述之碳奈米管係長度為1~100μm。
一種機能性膜，其特徵為：使用申請專利範圍第1或2項所記載之碳奈米管分散液而形成。
一種複合素材，其特徵為包括：母材以及被覆前述母材表面之申請專利範圍第3項所記載之機能性膜。