(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（Ｉ）で表される繰り返し単位を有する、水またはイオン性液体をゲル化させ得、または、カーボンナノチューブを少なくとも水を含む溶媒に分散させ得るイオン性有機化合物。
【化１】
0004934797.tif 000037
（式中、Ａは窒素原子を一個以上含む複素環式化合物からなり、当該窒素原子の一つが第４級アンモニウムカチオンを形成している基を、Ｂはアミド基、ウレア基、ウレタン基及びペプチド基から選ばれた官能基を、ＣはＢと隣接する繰り返し単位のＡを連結する、置換基を有してもよい２価の炭化水素基を表し、Ｃと隣接する繰り返し単位のＡとはＡの第４級アンモニウムカチオンを形成している窒素原子を介して結合する。Ｘはアニオンを、ｎは繰り返し単位数を、ｍはアニオンの総数を表し、ｎとｍは２〜３０の同一の整数である。）
【請求項２】
前記一般式（Ｉ）のＡにおいて、窒素原子を一個以上含む複素環式化合物が、芳香族性複素環式化合物であることを特徴とする請求項１に記載のイオン性有機化合物。
【請求項３】
芳香族性複素環式化合物が、置換基を有してもよい、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、イミダゾール、チアゾール及びトリアゾールから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載のイオン性有機化合物。
【請求項４】
前記一般式（Ｉ）のＣにおいて、２価の炭化水素基が、置換基を有してもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のイオン性有機化合物。
【請求項５】
前記一般式において、Ｘがハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ4）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ6）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ3）、硫酸基（ＳＯ4）、チオ硫酸基（Ｓ2Ｏ3）、炭酸基（ＣＯ3）、炭酸水素基（ＨＣＯ3）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、含ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ4，ＸＯ3，ＸＯ2，ＸＯ：Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ3ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ3-n）ＣＯＯ，Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ4）及びその誘導体（Ｂ(Ａｒｙｌ)4：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のイオン性有機化合物。
【請求項６】
下記の一般式（Ａ６）または（Ａ７）の何れかにより表される繰り返し単位を有するイオン性有機化合物。
【化２５】
0004934797.tif 000038
【化２６】
0004934797.tif 000039
（上記各式中、Ｘはアニオンを、ｎは２〜３０の繰り返し単位数を表す。）
【請求項７】
下記の式（１）、（４）〜（１２）、（１４）、（１５）、（１７）または（１８）の何れかにより表される繰り返し単位を有するイオン性有機化合物。
【化５】
0004934797.tif 000040
【化９】
0004934797.tif 000041
【化１０】
0004934797.tif 000042
【化１１】
0004934797.tif 000043
【化１２】
0004934797.tif 000044
【化１３】
0004934797.tif 000045
【化１４】
0004934797.tif 000046
【化１５】
0004934797.tif 000047
【化１６】
0004934797.tif 000048
【化１７】
0004934797.tif 000049
【化１８】
0004934797.tif 000050
【化２０】
0004934797.tif 000051
【化２３】
0004934797.tif 000052
【化２４】
0004934797.tif 000053
（上記各式中、ｎは２〜３０の繰り返し単位数を表す。）
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載のイオン性有機化合物を製造する方法であって、アミノを有する窒素原子を一個以上含む複素環式化合物と活性メチレン基を分子内にもつハロゲノメチルカルボン酸ハライドもしくはイソシアネート化合物を縮合反応させることを特徴とするイオン性有機化合物の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７の何れかに記載のイオン性有機化合物を製造する方法であって、請求項８の方法で得られたイオン性有機化合物のアニオンをアニオン交換反応により他のアニオンに置換することを特徴とするイオン性有機化合物の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするハイドロゲル化剤。
【請求項１１】
請求項１０に記載のハイドロゲル化剤を含有するハイドロゲル。
【請求項１２】
高い高速貯蔵弾性復帰率を有する請求項１１に記載のハイドロゲル。
【請求項１３】
３０ｇ／Ｌの濃度において、２５℃で動的粘弾性測定によって得られる物性値が、周波数６ｒａｄ／ｓ、歪み０.０２％の貯蔵弾性率（Ｇ’）が１０００Ｐａ以上、５００００Ｐａ以下、損失正接（ｔａｎδ）が０.５以下の擬固体性を示す値であり、周波数６ｒａｄ／ｓ、歪み１００％適用時の貯蔵弾性率（Ｇｓ’）が１Ｐａ以上、１００Ｐａ以下、損失正接（ｔａｎδ）が２以上の擬液体性を示す値であって、さらに１分間以上の連続１００％歪負荷による擬液体化直後、歪み０.０２％に再調整時に貯蔵弾性率初期値（Ｇ0’）に対する貯蔵弾性率復帰率（Ｇ’／Ｇ0’）が１０秒以内に７５％を超え、１０分以内に９０％を超えることを特徴とする請求項１２に記載のハイドロゲル。
【請求項１４】
請求項１〜７の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするイオン性液体ゲル化剤。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイオン性液体ゲル化剤を含有するイオン性液体ゲル。
【請求項１６】
ゲル化前のイオン導電率が８５％以上保持されていることを特徴とする請求項１５に記載のイオン性液体ゲル。
【請求項１７】
請求項１〜７の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするカーボンナノチューブ分散剤。
【請求項１８】
請求項１７に記載のカーボンナノチューブ分散剤と、カーボンナノチューブと、少なくとも水を含む溶媒と、を含んでなるカーボンナノチューブ分散溶液又は分散ゲル。
【請求項１９】
請求項１８に記載のカーボンナノチューブ分散溶液またはカーボンナノチューブ分散ゲルから得られるカーボンナノチューブ含有薄膜。
【請求項２０】
カーボンナノチューブ分散溶液またはカーボンナノチューブ分散ゲルを基板上に展開して乾燥させてなることを特徴とする請求項１９に記載のカーボンナノチューブ含有薄膜。
【請求項２１】
複数のカーボンナノチューブが相互に分離した状態で分散されていることを特徴とする請求項１９または２０に記載のカーボンナノチューブ含有薄膜。
【請求項２２】
請求項１９〜２１の何れかに記載のカーボンナノチューブ含有薄膜からなる発光材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル化剤や固体分散剤等として有用な新規なイオン性有機化合物に関し、詳しくは、水あるいはイオン性液体等の媒体をゲル化し得るゲル化剤、これを含有するハイドロゲルやイオン性液体ゲル並びに水中への単層カーボンナノチューブ分散剤として有用な新規なイオン性有機化合物とその製造方法及びこれを用いたゲル化剤やゲル更には分散剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ソフトマテリアルとしての「ゲル」が、食品、化粧品、競技用靴及びクロマトグラフィー等の広範な分野における工業目的への応用が期待されている。
しかし、その多くは、寒天、ゼラチン、カラギーナンと言った天然ゲルであり、その機能には限界があり、またこのものを単に化学的修飾だけでは更なる最適な機能をもたせることは困難であった。【０００３】
こうした背景から、最近、天然ゲルの持つ機能を人工的に模倣した合成ゲルに関する基礎研究とその応用開発が活発に進められている。
このような合成ゲル化剤の一つとして、ポリアクリル酸などの高分子を用いたハイドロゲル化剤が知られているが、これらの高分子ゲル化剤から生成するハイドロゲルは、一旦形成すると元の水には戻らない不可逆な化学ゲルであり、そのゲルの固さ、熱安定性などのゲルの諸物性を制御することは不可能であった。【０００４】
また、最近、生分解性や生体適合性を有する分子構造ユニットなどを利用した幾つかの合成ハイドロゲル化剤も提案されているが（例えば、特許文献１〜３参照）、これらは、すべてが多段階の合成ステップと分離操作を必要とするために、実用化のための大量合成には大きな課題が残されている。【０００５】
また、従来の合成ハイドロゲル化剤および天然のハイドロゲル化剤（寒天）においては、分子構造内に酸性条件では不安定なアセタール結合、エステル結合を含むことから、適用できる水溶液の酸性度が中性に近いものに限定されてしまうという問題点があった。【０００６】
更に、これらのゲル化剤から作られるハイドロゲルは、機械的負荷の無い条件での擬固体状態と高歪負荷条件で生じる擬液体状態の平衡が緩慢であり、機械的刺激によって一旦擬固体構造が崩壊した場合には、その構造復帰には例えばゼラチンのように数時間から数日単位の長時間が必要となるものが一般的であり、ゲルの応用を極めて限定してきた。【０００７】
この問題を解消するために、側鎖に電荷を有する共重合体高分子ゲル化剤が提案されているが（たとえば非特許文献１）、合成や構造が複雑で未だ一般的とはいえない。【０００８】
一方、水だけでなく幅広い溶媒に適用できる人工ゲル化剤も求められている。
たとえば、イオン性液体は不揮発性で高いイオン伝導性を有することから、これをゲル化することにより、二次電池、センサーなどの固体（擬固体）電解質として電池分野への用途が期待されるほか、ゲル状態の液体中での有機合成反応への応用が期待される。【０００９】
このようなイオン性液体をゲル化することのできる低分子化合物としては、これまでに、数種類が合成開発されてきているが（例えば、特許文献４および非特許文献２参照）、いずれも複雑な分子構造を持つことから、多段階の合成ステップと分離精製操作を必要とするものであり、またゲル化後の粘度上昇によって、イオン伝導度（導電率）の低下が知られ、早急に克服されるべき課題となっている。【００１０】
また、合成高分子ゲル化剤も提案されているが（例えば、特許文献５参照）、イオン性液体をゲル化させるためのゲル化剤が比較的大量に必要であるうえに、ゲル化の際に、水やアセトンなどの他の溶媒を使用する場合が多く、純粋なイオン性液体のみのゲルを得るためには、それらの助溶媒を除くための高温乾燥を経る必要があるという問題がある。【００１１】
更に、高分子ゲル化剤として、熱的に不可逆な化学ゲルを用いる方法が開発されている（非特許文献３、４）。この方法は、イオン性液体電解質とゲル化剤および架橋剤を混ぜ合わせたゲル電解質前駆体をセルに注入したあと、加熱することによりセル中でゲル化が起こるものであるが、化学結合による三次元ネットワークの構築であるため、高温でも溶液状態に戻ることのないものであった。【００１２】
一方、カーボンナノチューブが、ナノテクノロジーの有用な素材として注目されており、特にトランジスタ、電子放出電極、燃料電池用電極、走査型顕微鏡用チップなど広い分野での応用が期待されているが、その精製や材料化の為には簡便に取り扱うことのできるカーボンナノチューブ溶液や分散液さらにはそれを含有するゲルの調製が必要とされる。
このため、疎水性カーボンナノチューブを溶媒に可溶化する手法として、分散剤（主に両親媒性界面活性剤）を添加した分散溶液（例えば、特許文献６、非特許文献３参照）が提案されているが、より最良のものへの検討が依然として進められているのが現状である。【００１３】
また、従来、カーボンナノチューブを含んだゲル材料としては、下記の特許文献７と非特許文献４が知られている。しかしこの方法では、イオン性液体という特殊な溶媒を用いる必要があり、水のような環境負荷の小さな一般的溶媒を用いて、ゲルを調製することは困難であった。【００１４】
このように、従来のゲル化剤は専らゲル化機能を持つに過ぎず、ゲル化能以外の機能である分散能を併せ持ち、たとえば、水を媒体として単層カーボンナノチューブを分散させつつ、同時にゲル形成も可能な人工ゲル化剤はこれまでに開発されていないのが現状である。【００１５】
【特許文献１】特開２００３−３２７９４９号公報
【特許文献２】特開２００３−４９１５４号公報
【特許文献３】特開２００３−５５６４２号公報
【特許文献４】特開２００２−３４７８号公報
【特許文献５】特願２００３−２５７２４０号公報
【特許文献６】特開２００３−２３８１２６号公報
【特許文献７】特開２００４−１４２９７２号公報
【非特許文献１】Nature, Vol.417, p.424 (2002).
【非特許文献２】Chem. Commun. 2002, p.374.
【非特許文献３】Science, Vol.297, p.593 (2002).
【非特許文献４】Science, Vol.300, p.2072 (2003).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような従来の技術における問題点を克服することを目的としてなされたものであって、その第１の目的は、入手容易な有機化合物から数少ない反応工程で簡易に合成できることに加え、クロマトグラフィーのような精製技術を用いないで得られ、かつごく少量で水やイオン性液体を他の助溶媒を用いることなくこれらをゲル化できる新規なイオン性有機化合物及びこのものの簡便な製造方法を提供することにある。
第２の目的は、酸性条件下で安定であり、かつ少量で多量の水を固化できるハイドロゲル化剤、および機械的歪みによる構造破壊に対して高速に弾性率が原状復帰するハイドロゲルを提供することにあり、第３の目的は、ゲル化の際に水などの他の溶媒を用いることなくイオン性液体を直接ゲル化できる良好なイオン性液体ゲル化剤およびゲル化後もイオン電導度を損なうことのない固体電解質等として有用なイオン性液体ゲルを提供することにある。
また、第４の目的は、環境負荷の小さい水にカーボンナノチューブを簡便に分散させることのできるカーボンナノチューブ分散剤、およびそれを用いた分散溶液、分散ゲル、薄膜並びに発光材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、先にナノテクノロジー分野で注目されている自己組織化現象に注目し、主に有機溶媒中でゲル化を誘起する種々の有機ゲル化剤を開発してきた。
その研究的背景を基にして、簡便な合成反応で得られ、かつごく少量で水やイオン性液体を他の助溶媒を用いることなくゲル化することができ、しかも機械的歪みによる構造破壊に対して、高速に弾性率が原状復帰するハイドロゲルやゲル化後もイオン電導度を損なうことのない固体電解質等として有用なイオン性液体ゲルを与え、更にはカーボンナノチューブの分散剤やゲル化剤としても応用可能なイオン性有機化合物が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
［１］下記一般式（Ｉ）で表される繰り返し単位を有するイオン性有機化合物。
【化１】
0004934797.tif 000002
（式中、Ａは窒素原子を一個以上含む複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含む基を、Ｂはアミド基、ウレア基、ウレタン基及びペプチド基から選ばれた置換基を有してもよい官能基を、ＣはＡとＢを連結する置換基を有してもよい２価の炭化水素基を表す。Ｘは、アニオンを、ｎは繰り返し単位数を、ｍはアニオンの総数を表し、ｎとｍは同一の整数である。）
［２］前記一般式（Ｉ）のＡにおいて、窒素原子を一個以上含む複素環式化合物が、芳香族性複素環式化合物であることを特徴とする上記［１］に記載のイオン性有機化合物。
［３］芳香族性複素環式化合物が、置換基を有してもよい、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、イミダゾール、チアゾール及びトリアゾールから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする上記［２］に記載のイオン性有機化合物。
［４］前記一般式（Ｉ）において、Ｂがアミド基、ウレア基、ウレタン基及びペプチド基から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載のイオン性有機化合物。
［５］前記一般式（Ｉ）のＣにおいて、２価の炭化水素基が、置換基を有してもよい脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れかに記載のイオン性有機化合物。
［６］前記一般式（Ｉ）において、ｎとｍが２〜３０の整数であることを特徴とする上記［１］〜［５］の何れかに記載のイオン性有機化合物。
［７］前記一般式において、Ｘがハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ４）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ３）、硫酸基（ＳＯ４）、チオ硫酸基（Ｓ２Ｏ３）、炭酸基（ＣＯ３）、炭酸水素基（ＨＣＯ３）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、各ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ４，ＸＯ３，ＸＯ２，ＸＯ：  Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ３−ｎ）ＣＯＯ，  Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ４）およびその誘導体（Ｂ（Ａｒｙｌ）４：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする上記［１］〜［６］の何れかに記載のイオン性有機化合物。
［８］上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物を製造する方法であって、アミノピリジン類と活性メチレン基を分子内にもつハロゲノメチルカルボン酸ハライドもしくはイソシアネート化合物を縮合反応させることを特徴とする上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物の製造方法。
［９］上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物を製造する方法であって、上記［８］の方法で得られたイオン性有機化合物のアニオンをアニオン交換反応により他のアニオンに置換することを特徴とするイオン性有機化合物の製造方法。
［１０］上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするハイドロゲル化剤。
［１１］上記［１０］に記載のハイドロゲル化剤を含有するハイドロゲル。
［１２］高い高速貯蔵弾性復帰率を有する上記［１１］に記載のハイドロゲル
［１３］30g/Lの濃度において、25°Cで動的粘弾性測定によって得られる物性値が、周波数6 rad/s、歪み0.02%の貯蔵弾性率（G’）が1000Pa以上、50000Pa以下、損失正接（tand）が0.5以下の擬固体性を示す値であり、周波数6 rad/s、歪み100%適用時の貯蔵弾性率（Gs’）が1Pa以上、100Pa以下、損失正接（tand）が２以上の擬液体性を示す値であって、さらに１分間以上の連続100%歪負荷による擬液体化直後、歪み0.02%に再調整時に貯蔵弾性率初期値（G0’）に対する貯蔵弾性率復帰率(G’/G0’)が10秒以内に75%を超え、10分以内に90%を超えることを特徴とする上記［１２］に記載のハイドロゲル。
［１３］上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするイオン性液体ゲル化剤。
［１４］上記［１３］に記載のイオン性液体ゲル化剤を含有するイオン性液体ゲル。
［１５］ゲル化前のイオン導電率が８５％以上保持されていることを特徴とする上記［１４］に記載のイオン性液体ゲル。
［１６］上記［１］〜［７］の何れかに記載のイオン性有機化合物を必須成分とすることを特徴とするカーボンナノチューブ分散剤。
［１７］上記［１６］に記載のカーボンナノチューブ分散剤と、カーボンナノチューブと、少なくとも水を含む溶媒と、を含んでなるカーボンナノチューブ分散溶液又は分散ゲル。
［１８］上記［１７］に記載のカーボンナノチューブ分散溶液またはカーボンナノチューブ分散ゲルから得られるカーボンナノチューブ含有薄膜。
［１９］カーボンナノチューブ分散溶液またはカーボンナノチューブ分散ゲルを基板上に展開して乾燥させてなることを特徴とする上記［１８］に記載のカーボンナノチューブ含有薄膜。
［２０］複数のカーボンナノチューブが相互に分離した状態で分散されていることを特徴とする上記［１８］または［１９］に記載のカーボンナノチューブ含有薄膜。
［２１］上記［１８］〜［２０］の何れかに記載のカーボンナノチューブ含有薄膜からなる発光材料。
【発明の効果】
【００１８】
（１）本発明のイオン性有機化合物は、入手の容易な有機化合物から一段階もしくは二段階という少ない反応工程数で簡易に合成できるうえに、特別な精製操作も必要ないため、工業的生産に好適である。
（２）本発明のイオン性有機化合物は、極少量で大量の水分を固化させるハイドロゲル化剤として有用なものであり、水の保水剤（砂漠緑化、植物栽培用土の保水剤など）、水分の吸収剤（ペット用トイレの尿吸収剤、生理用水分吸収剤など）などとして使用できる。
イオン性化合物からなるゲル化剤は、それ自体が電荷を持った電解質構造を有しているため、電子材料である電解質ゲルとして応用できる。さらには、ファインケミカル工業分野、医薬、化粧品分野などにおける水分保湿剤などとして広範な分野に利用可能である。また従来知られたハイドロゲルに比べて、機械的歪による構造破壊に対して高速に貯蔵弾性率が復帰することから、衝撃吸収剤やソフトアクチュエータの基盤材料、さらにペイント材料のたれ性制御剤として有望である。
（３）本発明のイオン性有機化合物は、極めて少量で種々のイオン性液体をゲル化させることができることから、イオン性液体のゲル化剤としても有用である。
また従来用いられてきた媒介としての助溶媒を用いることなく直接イオン性液体ゲルを低濃度で容易に得ることが可能であり、調製後のイオン性液体ゲルは、ゲル化前のイオン性液体のイオン伝導度を損なわないという利点がある。
さらに、このイオン性液体ゲルは、実際にリチウムイオン電池等への電解質としての応用に際して、漏洩等の問題を生じない擬固体として有用であり、また電極などにディップさせた様々なセンサーとしての応用や新しい固体電解質材料として利用可能である。
（４）本発明のイオン性有機化合物は、有機溶媒のような環境負荷の大きい媒体を一切用いることなく、環境負荷の小さい水にカーボンナノチューブを均一に分散させ、ゲル化させることが可能である。
そして、得られたカーボンナノチューブ分散溶液を用いることによって、その高導電性と優れた半導体特性を持つ分散体を、容易に室温で形成することができる。また、カーボンナノチューブ分散ゲル（カーボンナノチューブ含有ハイドロゲル）をも容易に合成できることから、電動アクチュエータ等のインテリジェント材料への応用展開が期待できる。さらには、上記の分散溶液や分散ゲルからカーボンナノチューブ含有薄膜を容易に形成することができ、その膜厚も容易に均一に制御・形成することができる。また、カーボンナノチューブを電子放出源とした電子放出素子やカーボンナノチューブを発光体とする発光材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のイオン性有機化合物１・Ｃｌをゲル化剤として用いて作成したサンプル管中のハイドロゲルの写真である。
【図２】本発明のイオン性有機化合物１・Ｃｌをゲル化剤として用いて作成したハイドロゲルのＩＲスペクトル図である（縦軸は透過度、横軸はcm-1）。
【図３】本発明のイオン性有機化合物１・Ｃｌをゲル化剤として用いて作成したハイドロゲルを凍結乾燥したキセロゲルのＳＥＭ写真である（右下部白色スケール長が５μｍ）。
【図４】本発明のイオン性有機化合物１５・Ｃｌをゲル化剤として用いて作成したサンプル管中のハイドロゲルの写真である。
【図５】本発明のイオン性有機化合物１５・Ｃｌをゲル化剤として用いて作成したハイドロゲルを凍結乾燥したキセロゲルのＳＥＭ写真である（右下部白色スケール長が２μｍ）。
【図６】実施例５における連続歪負荷測定における貯蔵弾性率（Ｇ‘）の経時変化（a：貯蔵弾性率絶対値表示、ｂ：復帰率（Ｇ’／Ｇ０‘）表示）
【図７】アニオン交換反応１で得られたイオン性有機化合物１・ＰＦ６の、１ＨＮＭＲスペクトル図である。
【図８】イオン性有機化合物１・ＰＦ６とイオン性液体ＥＭＩｍ−ＢＦ４からなるイオン性液体ゲルである。左から順に２０ｇ／Ｌ、３０ｇ／Ｌおよび４０ｇ／Ｌの濃度のものである。
【図９】イオン性有機化合物１・ＰＦ６とイオン性液体ＥＭＩｍ−ＢＦ４を用いて作成したイオン性液体ゲルを水で洗浄した残渣のＳＥＭ写真である。
【図１０】イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩとイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩからなるイオン性液体ゲルである。左がリチウム塩添加のもの、右がリチウム塩無添加のものである。イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩの濃度はどちらも４０ｇ／Ｌである。
【図１１】イオン性有機化合物１・ＰＦ６（１・ＰＦ６）とイオン性液体ＥＭＩｍ−ＢＦ４からなるイオン性液体ゲルの導電率とイオン性液体ＥＭＩｍ−ＢＦ４のみの導電率との比較を示すグラフである。
【図１２】イオン性有機化合物１・ＰＦ６の濃度の違いによるイオン性液体ゲルの導電率の変化を示すグラフである。
【図１３】イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）とイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩからなるイオン性液体ゲルの導電率とイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩのみの導電率との比較を示すグラフである。
【図１４】イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）とイオン性液体ＰＹ１３−ＴＦＳＩからなるイオン性液体ゲルの導電率とイオン性液体ＰＹ１３−ＴＦＳＩのみの導電率との比較を示すグラフである。
【図１５】イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）とリチウム塩を添加したイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩ（＋ＬｉＴＦＳＩ）からなるイオン性液体ゲルの導電率とリチウム塩を添加したイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩ（＋ＬｉＴＦＳＩ）のみの導電率との比較を示すグラフである。
【図１６】実施例１０における単層カーボンナノチューブ分散水溶液の超音波照射前と照射後の写真である（（ａ）照射前、（ｂ）照射後（照射時間：６０分））。
【図１７】実施例１０における単層カーボンナノチューブ分散水溶液（溶媒：重水）の近赤外ＵＶスペクトルである（横軸：波長、縦軸：吸光度）。
【図１８】実施例１１における単層カーボンナノチューブ分散ゲルの写真である（バイアルを倒立させた状態、単層カーボンナノチューブ含有量（濃度）は０．０２ｍｇ／ｍｌ）。
【図１９】実施例１２における単層カーボンナノチューブ分散薄膜（石英基板上）の蛍光スペクトルである（励起波長：６６２ｎｍ、横軸は波長、縦軸は蛍光強度）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る新規なイオン性有機化合物は、下記一般式（Ｉ）で示される。
【化１】
0004934797.tif 000003
（式中、Ａは窒素原子を一個以上含む複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含む基を、Ｂはアミド基、ウレア基、ウレタン基及びペプチド基から選ばれた置換基を有してもよい官能基を、ＣはＡとＢを連結する置換基を有してもよい２価の炭化水素基を表す。Ｘは、アニオンを、ｎは繰り返し単位数を、ｍはアニオンの総数を表し、ｎとｍは同一の整数である。）【００２１】
一般式（Ｉ）において、Ａは、そのイオン性によって水及びイオン性液体への溶解性を担い、また芳香族化合物等と親和的「カチオン／π相互作用」と呼ばれる強い親和力をもたらし、さらに高速弾性率復帰に必要な静電相互作用を誘起す部位である。
具体的には、少なくとも窒素原子を１個含む複素環式化合物から形成される第４級アンモニウムカチオンを含む基を意味する。【００２２】
少なくとも窒素原子を一個含む複素環式化合物としては、置換基を有していてもよいピリジン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、ピペリジン、ピロリジン、モルフォリン、チアゾールなどが、窒素を二個以上有する複素環式化合物としては、置換基を有していてもよいピラジン、ピリミジン、トリアジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアゾールなどが例示される。【００２３】
本発明で好ましく使用される含窒素複素環式化合物は、所謂、芳香族性を示す
含窒素複素環式化合物である。
このような芳香族性含窒素複素環式化合物としては、置換基を有してもよい、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、イミダゾール、チアゾール、トリアゾール等が例示される。
上記置換基としては、たとえば、アルキル基、アリール基、ケトン基、アルデヒド基、カルボキシル基、エーテル基、アミノ基、ハロゲン基、シリル基、ホスフィン基等が例示される。【００２４】
また少なくとも窒素原子を一個含む複素環式化合物における、ＢならびにＣへの連結位置は、各位置異性体（例えば６員環の場合は、１，２−位、１，３−位および１,４−位の３種、５員環化合物では１，２−位および１，３−位の２種）の全てが考慮される。【００２５】
前記一般式（Ｉ）において、Ｂは、イオン性有機化合物の主鎖に位置するものであり、水素結合を介在した分子間相互作用によってゲル化に必要な自己組織化現象（凝集）を促進させて、最終的に溶液が固化したゲルを形成させる機能を担う部位である。【００２６】
具体的には、アミド基、ウレア基、ウレタン基、及びペプチド基から選ばれた置換基を有してもよい官能基を意味する。
この場合、置換基としては、アルキル基、アリール基、ケトン基、アルデヒド基、カルボキシル基、エーテル基、アミノ基、ハロゲン基、シリル基、ホスフィン基等などが例示される。【００２７】
前記Ｂとしては、好ましくは、アミド基、ウレア基、ウレタン基が用いられる。【００２８】
前記一般式（Ｉ）において、ＣはＡとＢを連結多量化することによって、それらの性質を増幅および複合化し、最終的にゲルを形成させる機能を担う部位である。
具体的には、置換基を有していてもよい２価の炭化水素基である。２価の炭化水素としては、ＣｎＨ２ｎ（ｎ＝１〜１８）に相当する直鎖アルキレン基、およびＣｎＨ２（ｎ−１）（ｎ＝３〜８）に相当する環状アルキレン基、一個以上の不飽和結合を有する直鎖アルキレン基および環状アルキレン基等の脂肪族炭化水素基、ベンジレン基、フェネチレン基、ピリジルメチレン基、チエニルメチレン基、ピロリルメチレン基、フェニレン基、ピリジレン基、チエニレン基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
この場合、置換基としては、アルキル基、アリール基、ケトン基、アルデヒド基、カルボキシル基、エーテル基、アミノ基、ハロゲン基、シリル基、ホスフィン基等などが例示される。【００２９】
前記Ｃとしては、好ましくは、ベンジレン基、アルキレン基が用いられる。【００３０】
前記一般式（Ｉ）において、Ｘは、アニオンを、ｎは繰り返し単位数を、ｍはアニオンの総数を表し、ｎとｍは同一の整数である。【００３１】
Ｘとしては、たとえばハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ４）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ３）、硫酸基（ＳＯ４）、チオ硫酸基（Ｓ２Ｏ３）、炭酸基（ＣＯ３）、炭酸水素基（ＨＣＯ３）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、各ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ４，ＸＯ３，ＸＯ２，ＸＯ：  Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ３−ｎ）ＣＯＯ，  Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ４）およびその誘導体（Ｂ（Ａｒｙｌ）４：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）から選ばれた少なくとも１種が挙げられる。【００３２】
また、ｎとｍは２〜３０、好ましくは２〜１５の整数である。【００３３】
本発明に係る一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物の代表的な化合物（Ａ１）〜（Ａ５）、（Ａ８）、（Ａ９）、（Ａ１１）〜（Ａ１６）、（Ａ２０）、（Ａ２１）、（Ａ２３）〜（Ａ２５）、および、これと類似するイオン性有機化合物の代表的化合物（Ａ６）、（Ａ７）、（Ａ１７）〜（Ａ１９）、（Ａ２２）および（Ａ１０）を以下に例示する。
なお、各表において、Ｘはハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ４）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ３）、硫酸基（ＳＯ４）、チオ硫酸基（Ｓ２Ｏ３）、炭酸基（ＣＯ３）、炭酸水素基（ＨＣＯ３）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、含ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ４，ＸＯ３，ＸＯ２，ＸＯ：Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ３−ｎ）ＣＯＯ，Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ４）およびその誘導体（Ｂ（Ａｒｙｌ）４：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）から選ばれた少なくとも１種である。」
【００３４】
【表１】
0004934797.tif 000004
【００３５】
【表２】
0004934797.tif 000005
【００３６】
【表３】
0004934797.tif 000006
【００３７】
【表４】
0004934797.tif 000007
【００３８】
上記一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物は、（ａ）「イオン性自己縮合」反応による直接合成、もしくは（ｂ）「イオン性自己縮合」反応により直接合成されたイオン性有機化合物を原料とする、カウンターアニオン交換反応等により簡単に合成することができる。【００３９】
（ａ）の直接合成法により、一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物を製造するには、アミノを有する窒素原子を一個以上含む複素環式化合物と活性メチレン基を分子内にもつハロゲノメチルカルボン酸ハライドもしくはイソシアネート化合物を縮合反応させればよい。
たとえば、アミノピリジン類と活性メチレン基を分子内に持つ安息香酸クロライドとを用いてアミド化反応させる。その際、反応活性なアミド化合物が中間体として系内に生成し、次いでピリジン環と活性メチレンの４級化カップリング反応によって更に自発的な縮合が起こり、電解質構造を持った、表１の式（Ａ１）で示されるイオン性有機化合物が得られる。
この合成反応は、下記反応式で示される。【００４０】
【化２】
0004934797.tif 000008
【００４１】
上記反応は、好ましくは、トリエチルアミン存在下、溶媒に溶解させて攪拌する。溶媒としては有機溶剤が用いられる。その有機溶剤としては、エーテル類、炭化水素類、塩素原子を含む炭化水素類等が使用できるが、なかでも、クロロメチル安息香酸クロライドの分解を抑え、反応を制御する目的から、塩素原子を含む炭化水素類、特に塩化メチレンが好ましい。その反応温度としては０〜１００℃の範囲が好ましく、２０〜４０℃がより好ましい。また、反応時間は反応温度に依存するが、１２〜５０時間が好ましい。
この縮重合反応の際、反応活性なアミド化合物が中間体として系内に生成し、次いでピリジン環と活性メチレンの４級化カップリング反応によって更に自発的な縮合が起こり、上記一般式（Ａ１）で示される多量化したイオン性化合物が沈殿する。この沈殿粉末を濾過および塩化メチレン等の有機溶媒で洗浄することにより容易に所望のイオン性化合物を得ることができる。その際、特に他の精製操作を行う必要がない。【００４２】
また、（ａ）の直接合成法により、一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物の中で表１の式（Ａ２）で示される化合物を製造するには、たとえば、４位に置アミノ基（ＮＨ2）を有するピリジン類と活性メチレン基を分子内に持つクロロメチル安息香酸イソシアネート化合物とを縮合反応させればよい。その際、分子間でピリジン環と活性メチレンの４級化カップリング反応によって更に自発的な縮合が起こり、電解質構造を持った、表１の式（Ａ２）で示される化合物を沈殿物として得ることができる。
この合成反応は、下記反応式で示される。【００４３】
【化３】
0004934797.tif 000009
【００４４】
上記反応においては、ピリジン類とクロロメチル安息香酸イソシアネート化合物の反応基質の使用割合を、１：１を基準とすることができ、反応温度は溶媒の沸点もしくはその近傍とし、反応温度は１〜１０時間の範囲程度とすればよい。
上記の反応によって、化合物のユニット数を表わす係数ｎが２〜３０の範囲のもの、たとえば主としてｎ＝３〜１０のもの等を得ることができる。この係数ｎについては、反応条件の選択、特に反応温度、反応時間、反応基質の種類と使用割合等によって制御することができる。【００４５】
（ｂ）のカウンターアニオン交換反応より、一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物を製造するには、「イオン性自己縮合」反応により直接合成されたイオン性有機化合物を原料とし、この原料化合物とは異なるアニオンを含む化合物を反応させ、カウンターアニオン交換反応に付せばよい。【００４６】
たとえば、上記（Ｉ）の直接合成法で得た、イオン性有機化合物を水に溶解させて１００℃で加熱還流させ、その系中に、例えば、Ｘがハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ４）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ３）、硫酸基（ＳＯ４）、チオ硫酸基（Ｓ２Ｏ３）、炭酸基（ＣＯ３）、炭酸水素基（ＨＣＯ３）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、各ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ４，ＸＯ３，ＸＯ２，ＸＯ：  Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ３−ｎ）ＣＯＯ，  Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ４）およびその誘導体（Ｂ（Ａｒｙｌ）４：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）から選ばれる１種の原子又はイオン水溶液を加えることにより、陰イオン交換反応が起こり、新たなイオン性有機化合物が析出してくる。
その加熱還流時間は、アンモニウム塩水溶液を加えてから５〜３０分間程度である。析出してくるイオン性オリゴマー構造を持つイオン性有機化合物は、濾過することにより容易に分離できるものであり、その他の精製操作は要しない。【００４７】
本発明の一般式（Ｉ）で表されるイオン性有機化合物は、ｎが２〜３０のオリゴマーの形で得られる。また、反応条件により、構造が開いた直鎖状（非環状）化合物と構造が閉じた環状化合物の混合物として得られる。これらは、適宜、分離することができるが、特に分離することなく混合物の形でゲル化剤として使用することが可能である。また混合物として用いる場合には環状／非環状の混合比も自由に変えることができる。
本発明の一般式（Ｉ）で表されるイオン性有機化合物は、その化学構造において、ピリジニウムなどのＡ部位が、そのイオン性によって水への溶解性を担っており、また、主鎖に位置するアミド基などのＢ部位は、水素結合を介在した分子間相互作用によってゲル化に必要な自己組織化現象（凝集）を促進させて最終的にゲルを形成させ、さらに、ベンゼン環などのＣ部位も、疎水相互作用と芳香環同士の親和性により、凝集を促進させる。これらの官能基は、全てが酸性条件下において安定性を有するものである。
これらのことから、本発明のイオン性有機化合物は、水に対して優れたゲル形成能力を有するものであって、ごく微量の成分比で水を固化させるハイドロゲル化剤として有益なものであり、例えば、砂漠緑化、植物栽培用土の保水などに用いられる保水剤、ペット用トイレの尿吸収、生理用水分吸収などに用いられる水分吸収剤、ファインケミカル工業、医薬、化粧品分野などにおける水分保湿剤などとして有用なものである。また、酸性条件下でも安定であることから、酸性水溶液の固化及び有機反応の酸触媒等にも使用可能である。このゲル化剤は、電荷を持った電解質構造を有しているので、電解質ゲルとして電子材料分野にも利用可能である。【００４８】
また、本発明のイオン性有機化合物から形成されるハイドロゲルは、機械的歪み等の圧力を加えることによって、その構造が一時的に破壊されたとしても、短時間に現状復帰し、もとの機械的強度を有するゲルに復元するという、従来のハイドロゲルには見出されない特異的な挙動を示す。
たとえば、本発明のイオン性有機化合物から形成されるハイドロゲルを、動的粘弾性測定装置を用いて、せん断によってゲルに１００％歪を負荷し、機械的にゲル構造を破壊することにより強制的に擬液体状態を作り出した後に、歪を解放すると、数秒から数分のきわめて短い時間でゲルの貯蔵弾性率が原状復帰し、擬固体状態へと高速に復帰することが明らかになっている。さらにこの歪負荷実験を連続して繰り返しても、高速復帰挙動は損なわれない。
したがって、本発明のハイドロゲルは、上記のような性質を利用することにより、衝撃吸収剤やソフトアクチュエータの基盤材料、さらにペイント材料のたれ性制御剤として有望である。【００４９】
本発明のイオン性有機化合物は、これを種々のイオン性液体に媒介としての溶媒を用いることなく高温で溶解させ、そのまま室温に放置することにより、ごく少量の成分比でイオン性液体を擬固体化させることができるから、イオン性液体ゲル化剤として有用なものである。【００５０】
また、本発明のイオン性有機化合物から形成されるイオン性液体ゲルは、高い電気伝導性を有するイオン性液体の特性が実質的に保持されたまま擬固体化され（ゲル化前のイオン導電率が少なくとも８５％以上保持される）、ゲル化後の電気伝導性がゲル化前のもほとんど変化しないという、従来のイオン性液体ゲルに見られない特性を有することから、実際にイオン性液体を用いるリチウムイオン電池などには、漏洩等の問題を生じない擬固体として有用であり、また電極などにディップさせた様々なセンサーとしての応用や新しい固体電解質材料として利用可能であり、また、ゲル状態における有機合成反応などの新しい化学反応の場としての応用も期待できる。【００５１】
このようなイオン性液体は、たとえば、本発明のイオン性有機化合物をゲル化剤とし、イオン性液体に８０℃以上３００℃以下の高温、好ましくは１２０℃以上２００℃以下で溶解させ、溶解させた後そのまま室温に放置しておくことにより得ることができる。ゲル化剤のイオン性液体に対する使用量は、５ｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下であり、好ましくは１０ｇ／Ｌ以上８０ｇ／Ｌ以下である。【００５２】
本発明のイオン性液体ゲルに用いられるイオン性液体は、特に限定されるものではなく、公知の各種イオン性液体が使用可能であるが、具体的には、下記一般式（Ｂ１）〜（Ｂ４）で表わされるカチオンと陰イオン（Ｘ−）から成るものを例示できる。【００５３】
【化４】
0004934797.tif 000010
【００５４】
上記一般式（Ｂ１）〜（Ｂ４）において、Ｒは炭素数８以下のアルキル基（エーテル結合を含んでいてもよい）を表わし、特に炭素数２〜４のものが好ましい。また上記一般式（Ｂ３）および（Ｂ４）において、ｎは１から４の整数である。【００５５】
これらのイオン性液体の陰イオン（Ｘ−）としては、Ｘがハロゲン原子（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、テトラフルオロホウ酸基（ＢＦ４）、ヘキサフルオロリン酸基（ＰＦ６）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート（ＳＣＮ）、硝酸基（ＮＯ３）、硫酸基（ＳＯ４）、チオ硫酸基（Ｓ２Ｏ３）、炭酸基（ＣＯ３）、炭酸水素基（ＨＣＯ３）、リン酸基、亜リン酸基、次亜リン酸基、各ハロゲン酸化物酸基（ＸＯ４，ＸＯ３，ＸＯ２，ＸＯ：  Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸基、トリフルオロメチルスルホン酸基、ジシアンアミド基、酢酸基（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハロゲン化酢酸基（（ＣＸｎＨ３−ｎ）ＣＯＯ，  Ｘ＝Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ；ｎ＝１，２，３）、テトラフェニルホウ酸基（ＢＰｈ４）およびその誘導体（Ｂ（Ａｒｙｌ）４：Ａｒｙｌ＝置換フェニル基）より選ばれる原子又はイオンを例示できる。【００５６】
また、本発明に係る上記一般式（Ｉ）で示されるイオン性有機化合物は、その化学構造において、ピリジニウム等のＡ部位がそのイオン性によって水への溶解性を担っている。さらにピリジニウム部位上の陽電荷が、「カチオン／π相互作用」として知られる強い親和力によって、カーボンナノチューブ表面と容易に相互作用する。このため、両親媒性化合物として効率良くカーボンナノチューブを溶媒中に分散することができる。
また、このイオン性有機化合物の主鎖に位置するアミド基等のＢ部位は、水素結合を介在した分子間相互作用によってゲル化に必要な自己組織化現象（凝集）を促進させて、最終的に溶液が固化したゲルを形成させ、さらに、ベンゼン環などＣ部位も、疎水相互作用により、凝集を促進させる。
これらのことから、本発明のイオン性有機化合物は、有機溶媒のような環境負荷の大きい媒体を一切用いることなく、環境負荷の小さい水にカーボンナノチューブを均一に分散させ、ゲル化させることができるので、カーボンナノチューブの分散剤として有用なものである。
この場合、これらのイオン性有機化合物は、各々単独あるいは２種以上の混合物として使用することができる。
また、この分散剤から得られるカーボンナノチューブ分散溶液や分散ゲルは、高導電性と優れた半導体特性を持つことから、電動アクチュエータ等のインテリジェント材料への応用展開が期待できる。
さらには、上記の分散溶液や分散ゲルからカーボンナノチューブ含有薄膜を容易に形成することができ、その膜厚も容易に均一に制御・形成することができる。また、カーボンナノチューブを電子放出源とした電子放出素子やカーボンナノチューブを発光体とする発光材料を得ることができる。【００５７】
本発明のカーボンナノチューブ分散溶液は、好ましくは、前記イオン性有機化合物からなるカーボンナノチューブ分散剤と、カーボンナノチューブと、少なくとも水を含む溶媒とを含んでなり、カーボンナノチューブ分散剤を、溶媒に対して１重量％未満で添加することにより調製される。その下限値としては特に限定されるものではないが０．０１重量％以上であれば、好適的な分散効果を得ることができる。ここで、カーボンナノチューブ分散剤の添加量が溶媒に対して１重量％以上である場合には、分散溶液が固化し、後述するカーボンナノチューブ分散ゲルが生成されることになる。【００５８】
対象となるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブあるいは多層カーボンナノチューブのいずれかであってよく、その大きさも直径が数ｎｍ〜数百ｎｍ、長さが数ｎｍ〜数μｍなど一般的なものであってよい。カーボンナノチューブの分散性、あるいは電気伝導性、熱伝導性の効果を考慮すると、特に単層カーボンナノチューブを用いることが好ましい。なお、ここで用いられるカーボンナノチューブは、一般に知られているものであってよく、その製造方法も従来より知られている方法で製造される。
カーボンナノチューブの添加量としては、例えば、単層カーボンナノチューブの場合、溶媒に対して最大０．３重量％程度まで添加することで、好適に分散させることができる。特に好ましくは、溶媒に対して０．００１〜０．１重量％が望ましい。【００５９】
カーボンナノチューブ分散溶液の溶媒は、少なくとも水を含むものであるが、水以外に必要に応じて水溶性有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等の各種アルコール類、アセトン等のケトン類、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等を用いた混合溶媒であってもよく、その混合比率も特に限定されるものではない。なお、カーボンナノチューブの分散性を考慮すると、溶媒は脱イオン化された純水であることが好ましい。【００６０】
本発明のカーボンナノチューブ分散溶液は、例えば、カーボンナノチューブ分散剤を所定の濃度になるように高温の上記溶媒に溶解し、これにカーボンナノチューブを加えて超音波照射することで得ることができる。超音波は、市販の超音波洗浄器、例えば、出力：１３０Ｗ、周波数：３５ｋＨｚを用いてもよく、約１時間処理することによって良好な分散効果を得ることができる。超音波の条件はこれに限定されるものではなく、その出力、周波数及び照射時間は、分散溶液に含まれる各成分の配合比によって、適宜決めることができる。【００６１】
また、本発明のカーボンナノチューブ分散ゲルは、少なくとも水を含む溶媒と、前記いずれかのイオン性有機化合物からなるカーボンナノチューブ分散剤を含んでなる。カーボンナノチューブ分散剤の添加量は、好ましくは、溶媒に対して１重量％以上であり、その上限値としては、カーボンナノチューブの溶媒中での分散性を考慮すると１０重量％以下であることが好ましい。
このカーボンナノチューブ分散ゲルは、上記カーボンナノチューブ分散溶液から溶媒を蒸発させ、カーボンナノチューブ分散剤を溶媒に対して１重量％以上とすることで製造することもできるが、溶媒に対して添加するカーボンナノチューブ分散剤を１重量％以上として、直接合成することもできる。【００６２】
なお、本願発明のカーボンナノチューブ分散ゲルに用いられる溶媒、カーボンナノチューブおよびその添加量、超音波照射等は、上述のカーボンナノチューブ分散溶液と同様であるため説明は省略する。【００６３】
さらに、本発明のカーボンナノチューブ含有薄膜は、上記カーボンナノチューブ分散溶液もしくはゲルカーボンナノチューブ分散ゲルを基板上に展開して乾燥することにより容易に得ることができる。
基板上への展開方法としては、キャスト法もしくはスピンコート法が望ましいが、これに限定されるものではない。用いる基板としては、一般的には石英基板であるがこれに限定されるものではない。そして、このようにして得られた薄膜は、薄膜化後であっても複数のカーボンナノチューブが相互に分離した状態で分散されている。【００６４】
以上のようにして製造されたカーボンナノチューブ含有薄膜は、カーボンナノチューブを発光体とする発光材料として用いることができる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明を実施例等によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。【００６６】
実施例１（アミン類と酸クロライドからのイオン性有機化合物の合成）
４−アミノピリジン４．２７ｇ（４５．３ｍｍｏｌ）と４−（クロロメチル）安息香酸クロライド８．３４ｇ（４５．３ｍｍｏｌ）を、トリエチルアミン６．９５ｍＬ（４９．９ｍｍｏｌ）の存在下に、無水ジクロロメタン１００ｍＬ中で混合し、室温で一晩攪拌したところ白色沈殿が生成した。これを濾過することにより、下記式（１）に示されるＸが塩素イオンのイオン性有機化合物１・Ｃｌを９．５１ｇ得た。この収率は８５％であった。この生成物の構造式および合成反応は下記で示される。
【化５】
0004934797.tif 000011
【化６】
0004934797.tif 000012
【００６７】
このイオン性有機化合物においては、一般式中Aに相当するのが陽電荷を持つピリジニウム環、Bが水素結合性のアミド基、Cはピリジニウム環内の窒素上に結合したベンジル部位とみなされる。またXは塩素原子のアニオンである。また質量分析の結果、ｎ、ｍは２〜３０の整数であった。このイオン性有機化合物を、真空乾燥した後、高温の水溶液に溶解させ、そのまま室温に放置することにより、ハイドロゲルを簡便に合成できる（図１）。【００６８】
得られたイオン性有機化合物１・Ｃｌの化学構造は、希薄溶液（重水）の１H NMRより、ゲル化剤の部分構造であるベンジルピリジニウム塩に特徴的な低磁場シフトしたメチレンのピーク（約6 ppm）が観測されたことから、その化学構造を確認した。また、重水を用いて作成したハイドロゲルのIRでは、図２に見られるように、フリーのカルボニルと水素結合にかかわる２つの伸縮振動がそれぞれ、1691cm-1、1635cm-1に観測された。
イオン性有機化合物１・ＣｌのNMRデータ（300MHz, D2O）：δ5.83 (Ph-CH2-N+, 2H), 7.66 (2H), 8.05, (2H), 8.31 (2H), 8.77 (2H)。 【００６９】
イオン性有機化合物１・Ｃｌは、始めに反応系内に中間体として生成する、下記式（２）で示される安息香酸アミド化合物が、さらに４級化自己縮合することにより生成しているものと考えられる。
【化７】
0004934797.tif 000013
この式（２）の化合物は、極めて反応活性のため単離することは困難であるが、塩化水素トラップ剤であるトリエチルアミンを含まない条件で合成した場合に、下記構造式で示されるピリジニウム塩（３）の生成が確認されたことによって、アミド化反応による一段階目のカップリング反応（アミド化反応）が確認された。
【化８】
0004934797.tif 000014
上記式（３）のピリジニウム塩のNMRデータ (300MHz, MeOH-d4)：δ4.64 (Ph-CH2-Cl, 2H), 6,87 (d, 2H), 7.46, (d, 2H), 7.91 (d, 2H), 8.00 (d, 2H)。【００７０】
またＸが臭素アニオンの誘導体は、酸ハライドとして４−（ブロモメチル）安息香酸ブロマイドを用いる同様の反応により合成した。【００７１】
また、上記と同様のアミド化反応およびそれに続く４級化自己縮合反応を利用して、対応するアミン類、および酸クロリド化合物から下記式（４）〜（１４）のイオン性有機化合物群を合成した。その結果を以下に示す。
【化９】
0004934797.tif 000015
イオン性有機化合物４・ＣｌのNMRデータ（300MHz, D2O）：δ6.00 (brs, 2H), 7.76 (m, 2H), 8.16 (m, 3H), 8.73 (m, 1H), 8.88 (m, 1H), 9.71 (brs, 1H)。
【化１０】
0004934797.tif 000016
イオン性有機化合物５・ＣｌのNMRデータ（300MHz, MeOH-d4）：δ4.63 (m, 2H), 5.90 (brs, 2H), 7.60 (m, 2H), 8.10 (m, 4H), 9.00 (m, 2H)。
【化１１】
0004934797.tif 000017
イオン性有機化合物６・ＣｌのNMRデータ（300MHz, DMSO-d6）：δ5.54 (brs, 2H), 7.60 (m, 2H), 8.05 (m, 2H), 8.90 (m, 2H), 9.06 (m, 2H)。
【化１２】
0004934797.tif 000018
イオン性有機化合物７・BrのNMRデータ（300MHz, MeOH-d4）：δ1.47 (m, 2H), 1.78 (m, 2H), 2.02 (m, 2H), 2.57 (m, 2H), 4.48 (t, N(+)-CH2-, 2H), 8.17 (m, 2H), 8.73 (m, 2H)。
【化１３】
0004934797.tif 000019
【化１４】
0004934797.tif 000020
【化１５】
0004934797.tif 000021
【化１６】
0004934797.tif 000022
【化１７】
0004934797.tif 000023
【化１８】
0004934797.tif 000024
【化１９】
0004934797.tif 000025
【００７２】
実施例２（アミン類とイソシアネート化合物からのイオン性有機化合物の合成）
４−アミノピリジン（０．５６２ｇ、５．９７ｍｍｏｌ）と４−クロロメチル安息香酸イソシアネート（１．００ｇ、５．９７ｍｍｏｌ）を、無水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１００ｍｌ中で混合し、一晩加熱攪拌した。反応後白色沈殿が生成し、ろ過によってイオン性有機化合物（生成物１５）を白色粉末として、１．５６ｇ得た。このＸが塩素であるイオン性有機化合物（１５）（イオン性有機化合物１５・Ｃｌ）の収率は定量的（１００％）であった。この生成物の構造式および合成反応は下記に示される。
【化２０】
0004934797.tif 000026
【化２１】
0004934797.tif 000027
【００７３】
このイオン性有機化合物１５・Ｃｌにおいては、一般式中Aに相当するのが陽電荷を持つピリジニウム環、Bが水素結合性のウレア（尿素）基、Cはピリジニウム環内の窒素上に結合したベンジル部とみなされる。またXは塩素原子である。また質量分析より、ｎ、ｍは２〜３０の整数であった。このイオン性有機化合物を真空乾燥した後、高温の水溶液に溶解させ、そのまま室温に放置することにより、ハイドロゲルを簡便に合成できる。
また、このイオン性有機化合物１５・Ｃｌの化学構造は、重水中の１Ｈ ＮＭＲより、ゲル化剤の部分構造であるベンジルピリジニウム塩に特徴的な低磁場シフトしたメチレンのピーク（約5.4 ppm）が観測されたことから、その化学構造を確認した。
イオン性有機化合物１５・ＣｌのＮＭＲデータ（300MHz，D2O）：δ5.3 (Ph-CH2-N+，2H)，6.9(2H)，7.5，(2H)，8.0(2H)，8.5(2H)。【００７４】
イオン性有機化合物１５・Ｃｌは、始めに反応系内に中間体として生成する下記構造式（１６）で示される安息香酸ウレア（尿素）化合物が、分子間で４級化反応を起こしてさらにイオン性自己縮合することにより生成しているものと考えられる。
【化２２】
0004934797.tif 000028
【００７５】
またＸが臭素アニオンの誘導体は、酸ハライドとして４−ブロモメチル安息香酸ブロマイドを用いる同様の反応により合成した。【００７６】
また、同様に、対応するアミン類とイソシアネートとの４級化自己縮合反応を利用して、下記式（１７）の誘導体を合成した。
【化２３】
0004934797.tif 000029
イオン性有機化合物１７・ＣｌのNMRデータ（300MHz, DMSO-d6）：δ5.81 (brs, 2H), 7.55 (m, 4H), 8.05 (m, 1H), 8.30 (m, 1H), 8.73 (m, 1H), 9.40 (m, 1H), 10.10 (br, 1H), 10.80 (br, 1H)。【００７７】
さらに４−ヒドロキシピリジンとイソシアネートの反応で、ウレタン結合部位を持つ下記イオン性有機化合物（１８）も同様に合成された。
【化２４】
0004934797.tif 000030
【００７８】
実施例３（ハイドロゲルの作成１）
上記式（１）に示されるイオン性有機化合物１・Ｃｌが１重量％程度の濃度になるように、中性の水と混合し加熱すると、８０℃付近で溶液が透明になり無色均一溶液となった。これを室温に放冷し５分間程度経過すると、図１に見られるように、安定な半透明のハイドロゲルが生成した。このゲル化の過程は、ガラスサンプル管を用いて簡便に判定することができる。すなわち、サンプル管中で１重量％程度となるように水とゲル化剤を混合し、均一溶液になるまで加熱した後に室温で冷却し、これを倒立させた際に溶液の落下が見られない場合を、ゲル化した状態として判定した。中性の水の室温における限界ゲル化濃度は、7.5ｇ/Lであり、それ以上の濃度でゲル化が可能である。【００７９】
上記と同様の手法を用いて、酸性溶液のゲル化も可能であることを確認した。具体的には、表５に示すように、０．１Ｎの塩酸溶液や４５重量％のリン酸溶液においても、ゲル化することが観測された。調製したハイドロゲル（中性）を、凍結乾燥させたキセロゲルのＳＥＭ写真（図３参照）からは、微細なシート状構造が観測された。このことから、ゲル化はイオン性有機化合物１・Ｃｌ（ゲル化剤）のラメラ的な凝集によって誘起されていることが示唆される。なお、表１は、このゲル化剤を１重量％濃度で用いた際の、種々のゲル化条件をまとめたものである。
【表５】
0004934797.tif 000031
実施例４（ハイドロゲルの作成２）【００８０】
同様のゲル化機能は、異なるイオン性有機化合物１５・Ｃｌを用いても観測された。すなわち上記ウレア基を分子内に有する、イオン性有機化合物１５・Ｃｌが１重量％程度の濃度になるように、中性の水と混合し加熱すると、８０℃付近で溶液が透明になり黄色の均一溶液となった。これを室温に放冷し５分間程度経過すると、図４に見られるように、安定なハイドロゲルが生成した。このゲル化の過程は、ガラスサンプル管を用いて簡便に判定することができる。すなわち、サンプル管中で１重量％程度となるように水とイオン性有機化合物１５・Ｃｌ（ゲル化剤）を混合し、均一溶液になるまで加熱した後に室温で冷却し、これを倒立させた際に溶液の落下が見られない場合を、ゲル化した状態として判定した。【００８１】
上記と同様の手法を用いて、酸性溶液（酸性度は約１）のゲル化も可能であることを確認した。具体的には、０．１Ｎの塩酸溶液や４５重量％のリン酸溶液においても、溶液のゲル化が起こることが観測された。調製したハイドロゲル（中性）を、凍結乾燥させたキセロゲルのＳＥＭ写真（図５参照）からは、微細構造が観測された。このことから、ゲル化は上記ゲル化剤であるイオン性有機化合物１５・Ｃｌのラメラ的な凝集によって誘起されていることが示唆される。【００８２】
実施例５（ハイドロゲルのレオロジー評価：高速粘弾性復帰特性）
イオン性有機化合物１・Ｃｌと脱イオン処理後の純水を用いて、イオン性有機化合物１・Ｃｌの濃度が３０ｇ／Ｌとなるように分散させた分散溶液を加熱し、透明均一な溶液とした後、室温に放置して白色のヒドロゲルを調製した。２５°Cでこのヒドロゲルの動的粘弾性測定を行った。
この測定によって得られる物性値が、周波数６rad/s、歪み０．０２%の条件で貯蔵弾性率（G0’）が約８０００Paであり、さらに損失正接（tand）が約０．１である擬固体性を示す値であった（図６a）。このゲルに同じ周波数６rad/sを保持したまま、歪みを１００%適用した際の貯蔵弾性率（Gs’）は３０Pa程度まで減少し、損失正接（tand）が１０以上の擬液体性を示す値となった。さらに５００秒間連続で１００%歪負荷を与え続けた直後、再び歪みを０．０２%に戻して動的粘弾性を測定したところ、貯蔵弾性率（G’）は８秒後に約６２００Pa、６００秒（１０分）後には、約７５００Paとなった。これを貯蔵弾性率初期値（G0’）に対する貯蔵弾性率復帰率(G’/G0’)に換算すると、8秒後の値が78％、10分後が94%となった（図６ｂ）。この復帰速度は、ゼラチンなどの従来知られる天然ゲル化剤の場合に比べて二桁以上速い値であり、このハイドロゲルに特徴的な性質である。さらにこの高速復帰挙動には繰り返し特性があり、連続して低歪負荷（０．０２％）と高歪負荷（１００％）のサイクルを3回繰り返しても、高速弾性率復帰挙動は損なわれなかった（図６）。【００８３】
実施例６（イオン性有機化合物１・Ｃｌを用いたイオン性液体ゲルの調製）
イオン性有機化合物１・Ｃｌは、水に可溶なイオン性液体（例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム硝酸塩やＮ−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレートなど）を、水を含んだ状態において、ゲル化することができる。【００８４】
アニオンが塩素イオンであるイオン性有機化合物１・Ｃｌを、２０ｇ／Ｌの濃度になるように、水を１０％含んだ１−エチル−３−メチルイミダゾリウム硝酸塩に加え、ホットプレート上でおよそ１００℃に加熱溶解させる。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、安定な白濁のイオン性液体ゲルが生成した。なお、このサンプルを真空中９０℃で一晩乾燥させたところ、ゲル状態は保たれたままであった。【００８５】
また、同様にイオン性有機化合物１・Ｃｌを、２０ｇ／Ｌの濃度になるように、水を２０％含んだＮ−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレートに加え、ホットプレート上でおよそ１００℃に加熱溶解させる。室温で放冷し５分間程度経過すると、白濁のイオン性液体ゲルが生成した。【００８６】
実施例７（アニオン交換反応によるイオン性有機化合物の合成）
＜アニオン交換反応１：アニオンＸがヘキサフルオロリン酸イオンであるイオン性有機化合物１・ＰＦの合成＞
アニオンが塩素であるイオン性有機化合物１・Ｃｌ、８６０ｍｇに水２００ｍＬを加え、加熱することにより完全に溶解させた。この溶液に、加熱還流下、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム６２５ｍｇの水溶液２０ｍＬを加え、１０分間加熱還流を行った。加えた瞬間に溶液が白濁した。その後、この溶液の熱時濾過を行うことにより、目的物であるアニオンがヘキサフルオロリン酸イオンであるイオン性有機化合物１・ＰＦ６を１．２４ｇ得た。この収率はほぼ１００％であった。
イオン性有機化合物１・ＰＦ６のNMRデータ（600MHz, DMSO-d6）：δ11.65 (NH, 1H), 8.94 (2H), 8.33, (2H), 8.06 (2H), 7.66 (2H), 5.83 (CH2, 2H)（図７参照）。【００８７】
＜アニオン交換反応２：アニオンＸがテトラフルオロホウ酸イオンであるイオン性有機化合物１・ＢＦ４の合成＞
アニオンが塩素であるイオン性有機化合物１・Ｃｌ、１５０ｍｇに水２５ｍＬを加え、加熱することにより完全に溶解させた。この溶液に、加熱還流下、テトラフルオロホウ酸アンモニウム６．４０ｇの水溶液２０ｍＬを加え、３時間加熱還流を行った。加えた瞬間に溶液が白濁した。その後、この溶液の熱時濾過を行うことにより、目的物であるアニオンがテトラフルオロホウ酸イオンのイオン性有機化合物１・ＢＦ４を１５５ｍｇ得た。この収率は８２％であった。
得られたイオン性有機化合物１・ＢＦ４のNMRデータ（300MHz, DMSO-d6）：δ11.66 (NH, 1H), 8.96 (2H), 8.34, (2H), 8.07 (2H), 7.66 (2H), 5.84 (CH2, 2H)。【００８８】
＜アニオン交換反応３：アニオンＸがビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオンであるイオン性有機化合物１・ＴＦＳＩの合成＞
アニオンが塩素であるイオン性有機化合物１・Ｃｌ、１９０ｍｇに水２５ｍＬを加え、加熱することにより完全に溶解させた。この溶液に、加熱還流下、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド１．１１ｇの水溶液１０ｍＬを加え、３０分間加熱還流を行った。その後、反応溶液を室温まで冷却すると白色の固体が析出し、ろ過することにより目的物であるアニオンがビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオンのイオン性有機化合物１・ＴＦＳＩを３００ｍｇ得た。この収率は７９％であった。
イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩのNMRデータ（300MHz, DMSO-d6）：δ11.66 (NH, 1H), 8.96 (2H), 8.34, (2H), 8.07 (2H), 7.67 (2H), 5.84 (CH2, 2H)。【００８９】
＜アニオン交換反応４：アニオンＸがヨウ素イオンであるイオン性有機化合物１・Ｉの合成＞
アニオンが塩素であるイオン性有機化合物１・Ｃｌ、１５０ｍｇに水２０ｍＬを加え、加熱することにより完全に溶解させた。この溶液に、加熱還流下、ヨウ化アンモニウム８．８１ｇの水溶液２０ｍＬを加え、３０分間加熱還流を行った。その後、反応溶液を室温まで冷却すると黄色に着色した固体が析出し、ろ過することにより目的物であるアニオンがヨウ素イオンのイオン性有機化合物１・Ｉを１９２ｍｇ得た。この収率は９３％であった。【００９０】
＜アニオン交換反応５：アニオンＸがチオシアネートイオンであるイオン性有機化合物１・ＳＣＮの合成＞
アニオンが塩素であるイオン性有機化合物１・Ｃｌ、２００ｍｇに水３０ｍＬを加え、加熱することにより完全に溶解させた。この溶液に、加熱還流下、リチウムチオシアネート４．１０ｇの水溶液３０ｍＬを加え、１０分間加熱還流を行った。その後、反応溶液を室温まで冷却すると白色の固体が析出し、ろ過することにより目的物であるアニオンがチオシアネートイオンのイオン性有機化合物１・ＳＣＮを２１０ｍｇ得た。この収率は９６％であった。【００９１】
実施例８−１（イオン性有機化合物１・ＰＦ６を用いたイオン性液体ゲルの調製）
アニオン交換反応１で得られたアニオンがヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６）であるイオン性有機化合物１・ＰＦ６の白色粉末を、２０ｇ／Ｌの濃度になるように、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（以下、ＥＭＩｍ−ＢＦ４と略す）に加え、ホットプレート上でおよそ１２０℃に加熱溶解させた。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、図８に見られるように、安定な白濁のイオン性液体ゲルが生成した。このゲル形成の限界濃度は、室温（およそ２０℃）で１１ｇ／Ｌであった。さらに２０ｇ／Ｌの濃度で調整したイオン性液体ゲルは、８０℃に温度上昇させても壊れずにゲル状態を維持していた。【００９２】
前記反応で得られたイオン性液体ゲルを多量の水で洗浄して、イオン性液体であるＥＭＩｍ−ＢＦ４を留去し、その残渣を濾過した。得られた粉末のSEM写真から、シート構造が幾重にも重なった層（ラメラ）構造を形成していることが確認された（図９参照）。すなわち、ゲル形成の際、まずゲル化剤であるイオン性有機化合物が自己集合することによりシート状構造を形成し、それらが寄り集まって層（ラメラ）構造を構築し、媒体であるイオン性液体がそのシート状構造の間に担持されることにより、容器を逆さまにしても溶液の落下が見られなかったものと考えられる。【００９３】
また同様に、イオン性有機化合物１・ＰＦ６を、２５ｇ／Ｌの濃度になるように、Ｎ−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレートに加え、ホットプレート上でおよそ１２０℃に加熱溶解させた。室温で放冷し５分間程度経過すると、白濁のイオン性液体ゲルが生成した。このゲル形成濃度の限界点は、室温（およそ２０℃）で２０ｇ／Ｌであった。【００９４】
実施例８−２（イオン性有機化合物１・ＢＦ４を用いたハイドロゲルの調製）
アニオン交換反応２で得られたアニオンがテトラフルオロホウ酸イオンであるイオン性有機化合物１・ＢＦ４の白色粉末を、１０ｇ／Ｌの濃度になるよう純粋を加え、加熱溶解させた。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、白濁のハイドロゲルが生成した。このときのゲル生成限界濃度は１０ｇ／Ｌであった。また、水酸化ナトリウムの希薄溶液（濃度０．０１Ｎ）、塩酸の希薄溶液（濃度０．５Ｎ）およびリン酸水溶液（濃度４５重量％）においても同様に、１・ＢＦ４を用いてゲル化できることがわかった。このときのゲル生成限界濃度は１０ｇ／Ｌであった。【００９５】
実施例８−３（イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩを用いたイオン性液体ゲルの調製）
アニオン交換反応３で得られたアニオンがビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドであるイオン性有機化合物１・ＴＦＳＩの白色粉末を、４０ｇ／Ｌの濃度になるように、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（以下、ＰＰ１３−ＴＦＳＩと略す）に加え、ホットプレート上でおよそ１２０℃に加熱溶解させる。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、安定な白濁のイオン性液体ゲルが生成した（図１０参照）。【００９６】
また、ＰＰ１３−ＴＦＳＩに１０重量％の濃度でリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド塩を添加したイオン性液体を用いても、本発明のゲル化剤はこれをゲル化することができる。【００９７】
イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩを、４０ｇ／Ｌの濃度になるように、１０重量％の濃度でリチウム塩を添加したイオン性液体ＰＰ１３−ＴＦＳＩに加え、ホットプレート上でおよそ１２０℃に加熱溶解させる。完全に溶解させた後、室温で放冷し１時間程度経過すると、安定な白濁のイオン性液体ゲルが生成した（図１０参照）。【００９８】
同様に、イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩの白色粉末を、４０ｇ／Ｌの濃度になるように、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（以下、ＰＹ１３−ＴＦＳＩと略す）に加え、ホットプレート上でおよそ１２０℃に加熱溶解させる。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、安定な白濁のイオン性液体ゲルが生成した。【００９９】
実施例８−４（イオン性有機化合物１・Ｉを用いた有機ゲルおよびイオン性液体ゲルの調製）
アニオン交換反応４で得られたアニオンがヨウ素イオンであるイオン性有機化合物１・Ｉを、２０ｇ／Ｌの濃度になるように、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯと略す）に加え、加熱溶解させる。完全に溶解させた後、室温で放冷し５分間程度経過すると、黄濁な有機ゲルが生成した。このときのゲル生成限界濃度は１０ｇ／Ｌであった。【０１００】
アニオン交換反応４で得られたアニオンがヨウ素イオンであるイオン性有機化合物１・Ｉを、２０ｇ／Ｌの濃度になるように、水もしくはＤＭＳＯを１０％含んだイオン性液体、１−エチル−３−プロピルイミダゾリウムヨウ化物に加え、ヒートガンにより加熱し、完全に溶解させる。室温で放冷し５分間程度経過すると、黄濁なイオン性液体ゲルが生成した。またこのとき、ヨウ素やヨウ化リチウム、４−ｔ−ブチルピリジン等の添加物をある程度の濃度で添加してもゲル化することを確認している。【０１０１】
実施例９（イオン性液体ゲルの導電率測定）
上記実施例８−１に示した、２０ｇ／Ｌの濃度で調製したイオン性液体ゲル（イオン性有機化合物１・ＰＦ６（１・ＰＦ６）＋ＥＭＩｍ−ＢＦ４）の導電率を、複素インピーダンス法により測定し、イオン性液体であるＥＭＩｍ−ＢＦ４そのものの導電率と比較した。その結果を表６および図１１に示す。その結果、ゲル状態における導電率は、測定温度範囲（５−４５℃）においてゲル化前と比べて最大でも数％の減少しか見られず、ゲル化後もほぼ変化しないことが判明した。
【０１０２】
【表６】
0004934797.tif 000032
【０１０３】
また、ゲル化剤の濃度を３０ｇ／Ｌ、４０ｇ／Ｌと変化させて調製したイオン性液体ゲルの導電率についても、同様の複素インピーダンス法により測定した。得られた結果を下記の表７および図１２に示す。その結果、ゲル化剤の量を増加させた場合に導電率が僅かに減少する傾向が見られたが、減少率は最大でも１０％程度であり、擬固体状態のゲルを形成した後においても十分にイオン伝導性が保たれていることを示唆している。
【０１０４】
【表７】
0004934797.tif 000033
【０１０５】
また、上記実施例８−３に示した、４０ｇ／Ｌの濃度で調製したイオン性液体ゲル（イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）＋ＰＰ１３−ＴＦＳＩ）の導電率を複素インピーダンス法により測定し、母体のイオン性液体であるＰＰ１３−ＴＦＳＩそのものの導電率と比較した。得られた結果を下記の表８および図１３に示す。その結果、イオン性液体そのものの導電率と比較した低下率は最大でも１２％程度であり、擬固体状態の広い温度範囲で導電率を十分に保っていることがわかった。
【０１０６】
【表８】
0004934797.tif 000034
【０１０７】
さらに、上記実施例８−３に示した、４０ｇ／Ｌの濃度で調製したイオン性液体ゲル（イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）＋ＰＹ１３−ＴＦＳＩ）の導電率を複素インピーダンス法により測定し、母体のイオン性液体であるＰＹ１３−ＴＦＳＩそのものの導電率と比較した。得られた結果を下記の表９および図１４に示す。この場合も同様に、イオン性液体そのものの導電率と比較した低下率は最大でも１１％程度であり、擬固体状態の広い温度範囲で導電率を十分に保持していることがわかった。
【０１０８】
【表９】
0004934797.tif 000035
【０１０９】
続いてリチウム塩添加条件でのイオン性液体ゲル（イオン性有機化合物１・ＴＦＳＩ（１・ＴＦＳＩ）＋ＰＰ１３−ＴＦＳＩ（Ｌｉ））の導電率を、複素インピーダンス法により測定し、ゲル化剤を入れていない状態の導電率と比較した。得られた結果を下記の表１０および図１５に示す。その結果、イオン性液体そのものの導電率と比較した低下率は最大でも１４％程度であり、添加剤のリチウム塩存在下の擬固体状態においても、広い温度範囲で導電率を十分に保持していることがわかった。
【０１１０】
【表１０】
0004934797.tif 000036
【０１１１】
実施例１０（イオン性有機化合物を用いた単層カーボンナノチューブ分散溶液の作成）
イオン性有機化合物１・Ｃｌ（２５ｍｇ）をサンプル管中で脱イオン処理後の純水（５ｍｌ）と混合し、加熱して均一な溶液を得た。この溶液にＨｉＰｃｏ法（高圧一酸化炭素法）により作製された単層カーボンナノチューブ（０．５ｍｇ）を混合し、洗浄用超音波照射装置（１３０Ｗ，３５ｋＨｚ）を用いて１時間超音波照射することにより、黒色のカーボンナノチューブ分散溶液となり、沈殿は生じなかった。この結果を図１６に示す。（ａ）は超音波照射前で、（ｂ）は超音波照射後である。【０１１２】
この溶液は半年以上放置しても全く沈殿は見られず、イオン性有機化合物１・Ｃｌを加えない場合とは明確な違いが観測された。また単層カーボンナノチューブが可溶化していることは、溶媒に重水を用いた分散溶液の近赤外ＵＶスペクトルを測定すると、４００−１６００ｎｍの波長範囲で、孤立分散した単層カーボンナノチューブに特徴的なシャープな吸収が連続する鋸型の吸収スペクトルが明瞭に観測されたことからも確認できた。この結果を図１７に示す。【０１１３】
上記分散溶液調製の際の各成分の配合比は目的に応じて適宜決定することができ、溶媒に対して生成物１の重量比率が０．００１〜０．９５重量％、単層カーボンナノチューブの重量比率が０．００１〜０．３重量％の範囲において、カーボンナノチューブ分散溶液を容易に調製することができることを確認した。
また、アニオンＸがＣｌ以外のＢｒ、ＢＦ４であるときにも、カーボンナノチューブ分散溶液を容易に調製することができることを確認した。さらに基本骨格「Ｂ」の部位がウレア基であるイオン性有機化合物１５・Ｃｌを用いても同様の手法でカーボンナノチューブ分散溶液が得られることを確認した。【０１１４】
実施例１１（イオン性有機化合物を用いた単層カーボンナノチューブ分散ゲルの作成）
実施例１０で調製した分散溶液を、開放したサンプル管中で室温に放置して、徐々に溶媒を蒸発させることにより、黒色の単層カーボンナノチューブ分散ゲルを得た。この写真を図１８に示す。【０１１５】
また、溶媒に対して添加するイオン性有機化合物１・Ｃｌの重量比率を１重量％以上として、直接合成することができることも確認した。すなわち、イオン性有機化合物１・Ｃｌ（６０ｍｇ）をサンプル管中で脱イオン水（５ｍｌ）と混合し、さらにＨｉＰｃｏ法（高圧一酸化炭素法）により作製された単層カーボンナノチューブ（０．１ｍｇ）を加え、加熱して生成物１を溶解後に洗浄用の超音波照射装置（１３０Ｗ，３５ｋＨｚ）を用いて１時間超音波照射し、室温に静置することによっても、同様のカーボンナノチューブ分散ゲルが得られた。なおゲルの生成は、分散体の入ったサンプル管を倒立させた際に溶液の落下が見られない場合を、ゲル化した状態として判定した。【０１１６】
ゲル調製の際の各成分の配合比は目的に応じて適宜決定することができ、溶媒に対してイオン性有機化合物１・Ｃｌの重量比率が１〜１０重量％、単層カーボンナノチューブの重量比率が０．００１〜０．３重量％の範囲において、カーボンナノチューブ分散ゲルを容易に調製することができることを確認した。【０１１７】
実施例１２（イオン性有機化合物を用いた単層カーボンナノチューブ分散薄膜の作成）
先の実施例１０で調製した単層カーボンナノチューブ分散溶液（２ｍｌ）を石英基板上に展開し、室温、空気中で１２時間乾燥させて、カーボンナノチューブ含有薄膜を得た。基板上への展開方法としては上記のキャスト法としたが、スピンコート法でも作製することができることを確認した。
図１９は、作製したカーボンナノチューブ含有薄膜の蛍光スペクトルである。この図から、薄膜の蛍光スペクトル（励起波長：６６２ｎｍ）により、９００−１４００ｎｍの波長範囲に、孤立分散した単層カーボンナノチューブの場合にのみ観測される、特徴的な発光ピークが観察できた。したがって、薄膜化後も単層カーボンナノチューブが分子レベルで相互に分散していることが確認できた。
【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１６】
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【図１８】
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