7/15 ナノカーボン材料（カーボンナノチューブ・グラフェン）の分散技術・凝集制御における物理化学の基礎と分散評価方法

ナノカーボン材料（カーボンナノチューブ・グラフェン）の分散技術・凝集制御における物理化学の基礎と分散評価方法

～CNT、グラフェンの分散プロセスの最適化～

講師

山形大学 名誉教授　理学博士　佐野 正人　氏

セミナー趣旨

カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボン材料を液体中に分散させるには、凝集体をほぐし、個々に遊離したナノカーボンを再凝集させないように液体中で安定化させる必要がある。もし、どのくらいの力でナノカーボンが凝集しているかが見積もられれば、それ以上の力を与える事でほぐすことが可能となる。しかしながら、あまり大きな力を加えるとナノカーボン自体が損傷されるので、その影響も見積もらなくてはならない。安定化においても万全策はないので、これまで培われてきた手法の長所・短所を見極めて、目的に合った最適手法を選択する必要がある。
　ここでは、ナノカーボン材料の分散に関する物理化学の基礎をまとめて解説する。基礎を理解することで、個々のナノカーボンに対する分散法の適正性や限界が予測でき、問題解法に向けた論理的思考の基ができる。内容は、大学の物理化学入門レベルを学習した人を対象とする。また、ナノカーボンはマイクロ波により急速（数秒）で高温（数百℃）まで加熱されるという特徴がある。化学反応の効率化や局所加熱の応用例などを紹介する。

セミナー講演内容

1．ナノカーボンの基礎
　1.1 なぜナノカーボンがおもしろいか
　1.2 フラーレン
　1.3 単層および多層カーボンナノチューブ
　1.4 極細炭素繊維
　1.5 グラフェン

2．ナノカーボン分散の基本的操作
　2.1 凝集体をほぐす
　2.2 遊離したナノカーボンの分散安定化

3．どのくらい強く凝集しているのか？
　3.1 ファンデルワールス相互作用とは？
　3.2 ナノカーボンのファンデルワールス相互作用
　　3.2.1 単層カーボンナノチューブ
　　3.2.2 多層カーボンナノチューブ
　　3.2.3 グラフェン
　3.3 疎水性相互作用

4．どのくらいのエネルギーでCNTは切れるのか？
　4.1 長さ依存性
　4.2 CNTの引張り強度

5．ほぐす操作はどのくらいのエネルギーを与えているのか？
　5.1 ポリマーとの混錬（弱い力）
　5.2 超音波照射（強い力）
　5.3 超音波照射の効率化

6．グラフェンをほぐす
　6.1 超音波法
　6.2 酸化法
　6.3 インタカレーション法

7．速度論的安定化
　7.1 DLVO理論
　7.2 単層CNTのShultz-Hardy則
　7.3 高粘性媒体
　7.4 希薄化

8．エネルギー的安定化
　8.1 静電的斥力
　8.2 界面活性剤の臨界表面凝集濃度
　8.3 立体障壁
　8.4 汎用分散剤の例
　8.5 ナノカーボン特有分散剤の例

9．疎水性相互作用の最小化
　9.1 ナノカーボンの濡れ
　9.2 親水基の導入
　9.3 ポリエチレングリコール鎖の不思議

10．分散に向けたナノカーボンの化学反応
　10.1 再現性の確認された反応　
　10.2 マイクロ波応用

11．市販ナノカーボンの分散
　11.1 形状の影響
　11.2 欠陥の影響
　11.3 不純物の影響

12．汎用分散評価法
　12.1 各種顕微鏡
　12.2 パーコレーション閾値
　12.3 紫外―近赤外吸収分光
　12.4 ラマン散乱
　12.5 レイリー散乱とミー散乱

13．マイクロ波応用
　13.1 ナノカーボンの急速高温加熱と加熱原理
　13.2 カーボンナノチューブの短時間精製
　13.3 マイクロ波不加熱液体の急速加熱
　13.4 化学反応の効率化
　13.5 ナノカーボン表面でのPt微粒子生成
　13.6 ポリマーコンポジットの物性改善

質疑応答