(57)【要約】【課題】本発明は、カーボンナノチューブ構造体を含む液晶表示装置に関する。【解決手段】本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料は、複数のカーボンナノチューブと、複数の導電ポリマーファイバーと、を含む。前記複数のカーボンナノチューブは複数の導電ポリマーファイバーと接続されている。前記導電ポリマーファイバー及び前記カーボンナノチューブは、それぞれ均一に前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料内に分散されている。【選択図】図１
2009275225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンナノチューブと、複数の導電ポリマーファイバーと、を含むＣＮＴ／導電ポリマー複合材料において、
前記複数のカーボンナノチューブが複数の導電ポリマーファイバーと接続されていることを特徴とするＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【請求項２】
前記導電ポリマーファイバー及び前記カーボンナノチューブは、それぞれ均一に前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料内に分散されていることを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは相互に接続されて、カーボンナノチューブネットを形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブネットにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、絡み合い、等方的に配列されていることを特徴とする、請求項３に記載のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブネットにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、同じ方向又は複数の方向に沿って配列されていることを特徴とする、請求項３に記載のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブネットが、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが分子間力で接続されていることを特徴とする、請求項３に記載のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）／ポリマー複合材料に関し、特にＣＮＴ／導電ポリマー複合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、ナノテクノロジー分野で注目されている材料のひとつであり、２１世紀における重要な新素材の１つとなることが期待されている。ＣＮＴは、グラフェンシートを丸めた直径がナノメートルサイズの円筒状構造を持ち、炭素原子の６員環と５員環により構成されている。また、ＣＮＴは、機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。
【０００３】
１９９１年に発見されて以来、ＣＮＴをフィラーとした高分子基複合材料（ＣＮＴ／Ｐｏｌｙｍｅｒ複合材料）の機械、熱、電気特性の向上を目的とした研究が盛んに行われている（非特許文献１及び非特許文献２を参照）。従来のＣＮＴ／ポリマー複合材料は複数のカーボンナノチューブ及びポリマー粒子を含む。該ＣＮＴ／ポリマー複合材料を超コンデンサ、太陽セル電極に利用した場合、充電放電により、前記ポリマー粒子の体積が収縮し又は拡大するという現象がある。前記現象が発生する場合、カーボンナノチューブが中空の構造を有するので、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料の体積の収縮又は拡大を緩和することができる。さらに、カーボンナノチューブは良好な導電性を有するので、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料は良好な導電性及び高い比電容量（２００ファラッド／グラム）を有する。前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法は、カーボンナノチューブを硫酸又は硝酸のような強酸及び界面活性剤に分散させた後、ポリマー材料と電気化学的に作用させ、電極に前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料を形成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｊｊａｙａｎ  Ｐ．Ｍ．，  Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｏ．，  Ｃｏｌｌｉｅｘ  Ｃ．，  Ｔｒａｎｔｈ  Ｄ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９９４年、第２６５巻、ｐ．１２１２−１２１５
【非特許文献２】Ｃａｌｖｅｒｔ  Ｐ．，  Ｎａｔｕｒｅ、１９９９年、第３９９巻、ｐ．２１０−２１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、強酸はカーボンナノチューブに損傷を与え、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料に残留した界面活性剤を除去し難いので、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料の品質が低くなるという課題がある。また、カーボンナノチューブをポリマー材料に充填する際、カーボンナノチューブは比表面積が非常に大きいことから凝集しやすく、ポリマー材料に均一分散させる事が非常に困難であるため、予測されている特性は必ずしも得られていないという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明はＣＮＴ／導電ポリマー複合材料を提供する。
【０００７】
本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料は、複数のカーボンナノチューブと、複数の導電ポリマーファイバーと、を含む。前記複数のカーボンナノチューブは複数の導電ポリマーファイバーと接続されている。
【０００８】
前記導電ポリマーファイバー及び前記カーボンナノチューブは、それぞれ均一に前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料内に分散されている。
【０００９】
前記カーボンナノチューブは相互に接続されて、カーボンナノチューブネットを形成する。
【００１０】
前記カーボンナノチューブネットにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、絡み合い、等方的に配列されている。
【００１１】
前記カーボンナノチューブネットにおいて、前記複数のカーボンナノチューブが、同じ方向又は複数の方向に沿って配列されている。
【００１２】
前記カーボンナノチューブネットが、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが分子間力で接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
従来の技術と比べて、本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料は次の優れた点がある。第一に、本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料において、カーボンナノチューブが均一に配列されているので、ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料の比電気容量を非常に高めることができる。第二に、本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料において、カーボンナノチューブネットを骨組とするので、ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料の抵抗を低減することができる。第三に、本発明のカーボンナノチューブネットは良好な柔軟性を有するので、本発明のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料を任意な形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料の模式図である。
【図２】本発明の実施例１のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料のＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施例１のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料の充電放電を示すダイアグラムである。
【図４】本発明の実施例２のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料の模式図である。
【図５】本発明の実施例２のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料１０は、複数のカーボンナノチューブ１２と、導電ポリマーファイバー１４と、を含む。前記カーボンナノチューブ１２は相互に接続されて、カーボンナノチューブネット１６を形成する。前記導電ポリマーファイバー１４は前記カーボンナノチューブ１２の表面に接着されている。前記カーボンナノチューブネット１６は前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料１０の骨組として、前記導電ポリマーファイバー１４は前記カーボンナノチューブネット１６に接着されている。前記導電ポリマーファイバー１４及び前記カーボンナノチューブ１２は、それぞれ均一に前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料１０内に分散されている。
【００１７】
本実施例において、前記カーボンナノチューブ１２は配向せずに配置され、相互に分子間力で接続され、均一な構造体を形成している。又は、前記カーボンナノチューブ１２は相互に分子間力で接続され、前記カーボンナノチューブネット１６の表面に平行するように等方的に配列されている。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ１２は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍである。前記カーボンナノチューブ１２の長さは、１００ｎｍ〜１０ｍｍである。
【００１９】
前記導電ポリマーファイバー１４は、ポリアニリン、ポリピロールアクチュエータ、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレンのいずれか一種又はその混合物からなる。前記導電ポリマーファイバー１４の長さは、１００ｎｍ〜１０ｍｍであり、前記導電ポリマーファイバー１４の直径は３０ｎｍ〜１２０ｎｍである。前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料１０において、前記導電ポリマーファイバー１４の重量パーセントは、２０ｗｔ％〜８０ｗｔ％である。前記導電ポリマーファイバー１４及び前記カーボンナノチューブ１２を同じ長さに設けることにより、前記導電ポリマーファイバー１４及び前記カーボンナノチューブ１２の分散の均一性及び接続の有効性を高めることができる。
【００２０】
次に、ポリアニリンファイバーを導電ポリマーファイバー１４として利用した前記ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料１０を例として説明する。図２は、前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０のＳＥＭ写真である。前記ポリアニリンファイバーの直径は３０ｎｍ〜１２０ｎｍであり、その長さは５００ｎｍである。前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０の比電気容量を検出するために、前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０を、直径が１３ｍｍ、厚さが５５μｍ、重量が３．９５ｍｇの円板状に加工することが好ましい。
【００２１】
例えば、ポテンシオ−ガルバノスタット（Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ）型の２７３Ａ電気化学ワークステーションを利用して、前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０を検出する場合、振動板としてのＣＥＬＧＡＲＤ膜（ポリエチレンフィルム）、電解質としての１ｍｏｌ／Ｌの硫酸、１ｍＡの定電流及び０〜０．６Ｖの電圧を提供する。この場合、図３を参照すると、前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０の放電時間は５５０秒である。
【００２２】
前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０の放電過程において、回路から流れた電荷量は前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料１０に貯蓄された電荷量と同じであるので、次の式（１）が得られる。
【００２３】
【数１】
2009275225.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｃは回路の電気容量、ΔＵは回路の電圧降下値、Ｉは回路電流、ｔは放電時間と定義されている。
【００２５】
単一の前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の電気容量がＣ’と定義される場合、次の式（２）が得られる。
【００２６】
【数２】
2009275225.tif 000004
【００２７】
単一の前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の比電気容量がＣＳと定義される場合、次の式（３）が得られる。
【００２８】
【数３】
2009275225.tif 000005
【００２９】
ここで、ｍは単一の前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の重量である。
【００３０】
前記式（１）、式（２）及び式（３）から、次の式（４）が得られる。
【００３１】
【数４】
2009275225.tif 000006
【００３２】
本実施例において、電流は１ｍＡ、放電時間は５５０ｓ、単一の前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の重量は３．９５ｍｇ、電圧は０．６Ｖと設定される場合、前記式（４）から計算される、単一の前記円板状のＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の比電気容量は４６４Ｆ／ｇである。
【００３３】
ポリアニリンの電気容量はＣＮＴ電気二重層の電気容量より非常に大きいので、前記ポリアニリンの重量を増加させると同時に、ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の比電気容量を高めることができる。特に、前記ポリアニリンの重量を２０％〜８０％程度増加させた場合、前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の比電気容量は２００〜６００Ｆ／ｇを増加させることができる。
【００３４】
前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料の比電気容量が著しく増加するので、前記ＣＮＴ／ポリアニリン複合材料はコンデンサ、太陽電池、燃料電池、リチウムイオン電池に電極として利用することができる。
【００３５】
（実施例２）
図４を参照すると、本実施例のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料２０は、複数のカーボンナノチューブ２２と、導電ポリマーファイバー２４と、を含む。前記カーボンナノチューブ２２は相互に接続されて、カーボンナノチューブネット２６を形成する。本実施例と実施例１とを比較すると、本実施例のＣＮＴ／導電ポリマー複合材料２０における複数のカーボンナノチューブ２２は、同じ方向又は複数の方向に沿って配列されているという異なる点がある。
【００３６】
さらに、前記カーボンナノチューブネット２６は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図５を参照すると、各々の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが同じに沿って平行に配列され、端と端とが接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから引き出して形成されるものである。前記カーボンナノチューブネット２６が、二枚以上のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°〜９０°で交叉するように、前記二枚以上のカーボンナノチューブフィルムを積層させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料
１２  カーボンナノチューブ
１４  導電ポリマーファイバー
１６  カーボンナノチューブネット
２０  ＣＮＴ／導電ポリマー複合材料
２２  カーボンナノチューブ
２４  導電ポリマーファイバー
２６  カーボンナノチューブネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009275225.tif 000010
【図５】
2009275225.tif 000011