(57)【要約】【課題】導電性に優れる導電性ガラスを提供する。【解決手段】ガラス中にカーボンナノチューブを含有させることにより、良好な成形性、耐久性、リサイクル性を有し、導電性に優れる導電性ガラスを提供することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブを含むことを特徴とする導電性ガラス。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性ガラスであって、
前記カーボンナノチューブの含有量は、前記導電性ガラス中、０．０１質量％以上５．０質量％未満の範囲であることを特徴とする導電性ガラス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の導電性ガラスであって、
前記カーボンナノチューブの平均直径は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする導電性ガラス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ガラスであって、
前記導電性ガラスの表面抵抗値は、１０１０Ω／ｓｑ以下であることを特徴とする導電性ガラス。
【請求項５】
カーボンナノチューブとガラス原料との混合物を加熱して、ガラス原料を溶融させる溶融工程と、
前記溶融させた溶融物を冷却して固化させる固化工程と、
を含むことを特徴とする導電性ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ガラス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは、高い硬度と優れた成形性を有しているため、磁気ディスク基板の保持部材、薄膜太陽電池の電極など様々な分野での利用が検討されている。しかし、ガラスは一般的に絶縁性材料であるため、ガラス表面等における帯電などの問題により、その使用が困難となっている。そのため、導電性を有するガラスが望まれている。
【０００３】
そこで、ガラス表面に導電性の薄膜をコーティングしたり、導電性のフィルムを貼り付けたりすることにより、ガラス表面での帯電を防止することが検討されている。例えば、特許文献１には、金属銀微粒子、ガラスフリット微粒子及び遷移金属酸化物の微粒子を有機媒体中に分散させた組成物をガラス表面にスクリーン印刷して、自動車窓ガラスの曇り防止用導電性パターンを形成することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、石炭灰または石炭灰とガラスカレットとの混合物に酸化鉄を添加したものを加熱、溶融した後、急冷することにより導電性ガラスを得ることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５８２５１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２７７１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ガラス表面に導電性の薄膜をコーティングしたり、導電性のフィルムを貼り付けたりする方法では、ガラス表面が被覆されているため、成形性に劣る。また、特許文献１のような方法では、ガラスの表面部分のみを被覆しているため、被膜が剥がれ易く、耐久性に問題がある。さらに、ガラスを再度溶解して再利用する場合、異種物質が被覆されているため、リサイクルに手間がかかる。
【０００７】
また、特許文献２の方法では、高い導電性を得るために、多量の石炭灰を添加しなければならず、透明性の低下、靭性の低下、リサイクル性の低下という問題があった。
【０００８】
本発明は、良好な成形性、耐久性、リサイクル性を有し、導電性に優れる導電性ガラス及びその製造方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、カーボンナノチューブを含む導電性ガラスである。
【００１０】
また、前記導電性ガラスにおいて、前記カーボンナノチューブの含有量は、前記導電性ガラス中、０．０１質量％以上５．０質量％未満の範囲であることが好ましい。
【００１１】
また、前記導電性ガラスにおいて、前記カーボンナノチューブの平均直径は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
また、前記導電性ガラスにおいて、前記導電性ガラスの表面抵抗値は、１０１０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、カーボンナノチューブとガラス原料との混合物を加熱して、ガラス原料を溶融させる溶融工程と、前記溶融させた溶融物を冷却して固化させる固化工程と、を含む導電性ガラスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ガラス中にカーボンナノチューブを含有させることにより、良好な成形性、耐久性、リサイクル性を有し、導電性に優れる導電性ガラス及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１６】
＜導電性ガラス＞
本発明の実施形態に係る導電性ガラスは、カーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブは、主に炭素６員環が連なったグラファイトの層を円筒状にした非常に細長い繊維状物質で、高い電気伝導性を有する。本実施形態では、このカーボンナノチューブをガラス中に含有させることにより、高い導電性を得ることができる。
【００１７】
また、本実施形態では、カーボンナノチューブがガラス中に分散されていることが好ましい。カーボンナノチューブをガラス中に分散させることにより、カーボンナノチューブ同士がネットワークを形成し、高い導電性を得ることができる。この場合、分散されているカーボンナノチューブの直径の平均は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、３０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。ガラス中のカーボンナノチューブの平均直径が１００ｎｍを越えると、十分な導電性を得るためには添加量が増えるため硬度等のガラス本来の機能が低下する場合がある。カーボンナノチューブの平均直径の下限は１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
本実施形態において、カーボンナノチューブの含有量は、導電性ガラス中、０．０１質量％以上５．０質量％未満の範囲であることが好ましく、０．１質量％〜１．０質量％の範囲であることがより好ましい。カーボンナノチューブは少ない添加量でも高い導電性が得られるため、上記範囲の含有量にて添加することにより、硬度等のガラス本来の機能を低下させることがほとんどない。導電性ガラス中のカーボンナノチューブの含有量が０．０１質量％未満であると、導電性が十分に得られない場合があり、５．０質量％以上であると、硬度等のガラス本来の機能が低下する場合がある。
【００１９】
本実施形態に係る導電性ガラスの表面抵抗値は、１０１０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。導電性ガラス中のカーボンナノチューブの含有量を変えることにより、目的に応じた導電性を得ることができる。また、カーボンナノチューブを導電性ガラス中に均一に分散させることにより、ガラス全面において均一な導電性を得ることができる。
【００２０】
本実施形態によれば、ガラス表面に導電性の薄膜をコーティングしたり、導電性のフィルムを貼り付けたりする方法に比べて、ガラス中にカーボンナノチューブを添加しているため、成形性に優れ、耐久性にも優れる。また、ガラスを再利用する場合、カーボンナノチューブは炭素原子から構成される物質であるため、ガラスを大気中で再度溶解（例えば、５００℃以上で）してカーボンナノチューブを燃焼させることにより再利用することができる。よって、ガラスからカーボンナノチューブを取り除く工程は別途必要なく、リサイクル性にも優れる。さらに、カーボンナノチューブが補強剤としての役割を果たすことにより、カーボンナノチューブの分散の程度、長さ、量、導電性ガラスの製造方法等によっても大きく変わるが、ガラスの強度が数十％程度向上することが期待できる。このように、透明なガラス中にカーボンナノチューブを低添加量で均一に分散させることにより、硬度等のガラス本来の機能を保持したまま、良好な成形性、耐久性、リサイクル性を有し、導電性を持たせた導電性ガラスを得ることができる。
【００２１】
本実施形態において、導電性ガラスを構成するガラスとしては、特に制限はなく、例えば、ソーダ石灰ガラス（ソーダガラス）、鉛ガラス、硼珪酸ガラス等が挙げられる。
【００２２】
また、本実施形態に係る導電性ガラスは、通電して加熱することにより、ガラスの曇りを防止、解消する防曇ガラスとして使用することができる。すなわち、導電性ガラスに通電して加熱し、ガラス表面に付着した水滴、氷等を蒸発除去することにより、ガラス表面を曇りにくくして、ガラスを通しての視界を確保することができる。
【００２３】
これによれば、従来のようにガラス表面に電熱線をプリントして、その電熱線を通電加熱してガラス表面に付着した水滴、氷等を蒸発除去する方法に比べて、視界不良が発生する、外観が損なわれる等の問題なしに、良好な視界を確保することができ、透明性の高い防曇ガラスを得ることができる。
【００２４】
＜導電性ガラスの製造方法＞
本実施形態に係る導電性ガラスの製造方法は、カーボンナノチューブとガラス原料との混合物を加熱して、ガラス原料を溶融させる溶融工程と、溶融させた溶融物を冷却して固化させる固化工程と、を含む。本実施形態に係る導電性ガラスの製造方法の一例を以下に示すが、これに限定するものではない。
【００２５】
（１）カーボンナノチューブ及びガラス原料を含む混合液の作製
まず、溶媒中にカーボンナノチューブとガラス原料とを添加、混合して、混合液を作製する。
【００２６】
ガラス原料としては、珪酸、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、石灰、炭酸カリウム、酸化鉛、硼酸、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸バリウム、炭酸リチウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００２７】
用いるカーボンナノチューブの平均直径は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、３０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２８】
混合液におけるカーボンナノチューブの含有量は、ガラス原料に対して０．０１質量％以上５．０質量％未満の範囲であることが好ましく、０．１質量％〜１．０質量％の範囲であることがより好ましい。ガラス原料に対するカーボンナノチューブの含有量を変えることにより、目的に応じた導電性を有する導電性ガラスを得ることができる。
【００２９】
溶媒としては、ガラス原料及びカーボンナノチューブを分散させることができ、ガラス原料及びカーボンナノチューブに対して不活性であればよく特に制限はないが、水、有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としてはメタノール、エタノール等のアルコール類等が挙げられ、ガラス原料及びカーボンナノチューブの分散性が良好である、溶媒の除去が容易である等の点からメタノール、エタノール等のアルコール類等の揮発性有機溶媒が好ましい。
【００３０】
混合液を調整するときの混合温度は特に制限はなく、通常、１５℃〜３０℃の室温付近で行えばよい。
【００３１】
（２）混合液の分散処理
次に、分散装置等を使用して、上記カーボンナノチューブ及びガラス原料を含む混合液について分散処理を行い、カーボンナノチューブ及びガラス原料の分散液を得る。
【００３２】
分散装置としては、カーボンナノチューブ及びガラス原料を分散できるものであればよく特に制限はないが、ミキサ、超音波分散機等が挙げられる。分散温度は特に制限はなく、通常、１５℃〜６０℃の範囲で行えばよい。また、分散時間は、使用する分散装置等に応じて決めればよく特に制限はない。
【００３３】
（３）分散液からの溶媒除去
次に、分散液から溶媒を除去し、必要に応じて乾燥して、カーボンナノチューブ及びガラス原料の混合粉末を得る。
【００３４】
溶媒の除去方法としては、溶媒を自然に揮発させる方法、減圧下溶媒を留去する方法、減圧ろ過、加圧ろ過等のろ過法、遠心分離法等が挙げられる。乾燥は、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥等、またはそれらの組み合わせによって行うことができる。
【００３５】
（４）混合粉末の溶融
次に、カーボンナノチューブ及びガラス原料の混合物（混合粉末）を加熱して、ガラス原料を溶融させる（溶融工程）。
【００３６】
加熱温度は、ガラス原料が溶融する温度であればよく時に制限はないが、通常、４００〜１４００℃の範囲で行われる。また、加熱、溶融は通常、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気にて行われる。
【００３７】
（５）溶融物の冷却
最後に、溶融させた溶融物を冷却して固化させる（固化工程）。この固化工程により、カーボンナノチューブがガラス中に均一に分散され、カーボンナノチューブがネットワークを形成した状態で固化する。
【００３８】
溶融物の冷却は、自然冷却でも強制冷却でもよい。また、固化時に、所望の形状に成形することができる。
【００３９】
以上のように、ガラス中にカーボンナノチューブを含有させることにより、良好な成形性、耐久性、リサイクル性を有し、導電性に優れる導電性ガラスを得ることができる。また、この導電性ガラスは、防曇ガラスとしても使用することができる。本実施形態に係る導電性ガラスは、高い導電性、硬度、優れた成形性を有しているため、磁気ディスク基板の保持部材、薄膜太陽電池の電極、サーミスタ等のセンサ、二次電池用カソードの材料など様々な分野で使用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４１】
＜実施例１＞
（導電性ガラスの作製）
ガラスフリット（組成ＰｂＯ・Ｂ２Ｏ３）１００質量部と、カーボンナノチューブ（平均直径２０ｎｍ）０．５質量部（ガラスフリットに対して０．５質量％）とを、５００質量部の溶媒エタノールに２０℃で添加、混合して、混合液を作製した。次に、ミキサ（ＷＡＲＩＮＧ製）を使用して、処理回転数１８０００ｒｐｍ、処理時間５分間、処理温度２０℃の条件で混合液の分散処理を行い、カーボンナノチューブ及びガラス原料の分散液を得た。分散液から吸引ろ過の方法により溶媒を除去し、８０℃で乾燥して、カーボンナノチューブ及びガラス原料の混合粉末を得た。次に、ベーキング炉装置を使用して混合粉末を、窒素雰囲気下、最高到達温度５００℃、昇温・降温速度１０℃／ｍｉｎ、５００℃保持時間１０分間の条件で加熱して、ガラス原料を溶融させた（溶融工程）。その後、溶融させた溶融物を常温まで冷却して、固化させた（固化工程）。これにより、カーボンナノチューブ（平均直径２０ｎｍ）がガラス中に均一に分散された、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのガラスサンプル１を得た。
【００４２】
なお、使用したカーボンナノチューブの平均直径は、走査型電子顕微鏡（日立製、Ｓ−４３００型）を使用して測定した。１００個測定の平均値を、使用したカーボンナノチューブの平均直径とした。また、ガラスサンプルにおけるカーボンナノチューブの平均直径は、走査型電子顕微鏡（日立製、Ｓ−４３００型）を使用して測定した。１００個測定の平均値を導電性ガラス中のカーボンナノチューブの平均直径とした。
【００４３】
ガラスサンプルにおけるカーボンナノチューブの含有量は、電子分析天秤（Ｓｅｆｉ製、ＩＢＡ−２００型）を使用して測定したところ、０．５質量％であった。
【００４４】
（評価）
ガラスサンプル１の表面抵抗値を、表面抵抗計（三菱油化製、ＭＣＰ−Ｔ６００型）を使用して測定した。また、ガラスサンプル１に電圧（直流）１５Ｖ、電圧印加時間１，２，３分間として、電圧印加前と電圧印加後のガラスサンプルの表面温度をサーミスタ温度計（ＣＵＳＴＯＭ社製、ＣＴ−２８０ＷＲ型）を用いて測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
＜実施例２＞
カーボンナノチューブの添加量を１．０質量部（ガラスフリットに対して１．０質量％）とした以外は、実施例１と同様にしてガラスサンプル２を作製した。実施例１と同様にして、表面抵抗値及び電圧印加前と電圧印加後の表面温度を測定した。結果を表１に示す。
【００４６】
＜実施例３＞
カーボンナノチューブの添加量を５．０質量部（ガラスフリットに対して５．０質量％）とした以外は、実施例１と同様にしてガラスサンプル３を作製した。実施例１と同様にして、表面抵抗値及び電圧印加前と電圧印加後の表面温度を測定した。結果を表１に示す。
【００４７】
＜比較例１＞
カーボンナノチューブ（直径２０ｎｍ）を添加しなかった以外は、実施例１と同様にしてガラスサンプル４を作製した。実施例１と同様にして、表面抵抗値及び電圧印加前と電圧印加後の表面温度を測定した。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2008024540.tif 000002
【００４９】
表１からわかるように、実施例１〜３のガラスサンプルは、良好な導電性を示した。これに対して、比較例１のガラスサンプルは導電性を示さなかった。また、実施例１，２のガラスサンプルは、電圧印加後にサンプル表面の温度上昇を確認することができた。これに対して、比較例１のガラスサンプルはサンプル表面の温度上昇を確認することができなかった。なお、実施例３のガラスサンプルは、サンプル状態が悪く、表面温度の測定をすることができなかった。実施例１〜３のガラスサンプル、特に実施例１，２のガラスサンプルは、良好な成形性を有し、耐久性、リサイクル性にも優れるものである。