導電性ナノファイバーシートの開発
生活資材開発課 丹保浩行、吉田 巧
1. 緒言

し、カバーガラス上に 4 次構造(凝集体)の PEDOT:PSS 膜

スポーツやリハビリテーションの支援において、生体を形成した。②カバーガラスを置いた結晶皿に CNF 水懸信号(心電や筋電など)と運動動作をシンクロナイズさせ濁液を 8 mL キャストし、90C で加熱した。カバーガラる研究が進められている。心電図測定は、導電性ゲルを屈スから剥離することにより、CNF シートを形成した。こ曲・伸展の変化が少ない皮膚に貼り、安静にして行われの CNF シート上に PEDOT:PSS 溶液をバーコーターで塗る。長時間の動作を測定するとき、電極と皮膚の接触抵抗布し、190C で加熱し、PEDOT:PSS 薄膜を形成した。塗は、汗など皮膚の状態により変化するため、透湿性を有布膜の最大厚みが 30 µm/wet になるバーコーターを用いし、皮膚への追従性が高いフレキシブル材料が求められた。③PVDF NF 不織布を置いた結晶皿に PEDOT:PSS 水ている。

分散液を 5 mL キャストし、90C で加熱した。不織布のセルロースナノファイバー(CNF)は、木材を構成する主成分の天然高分子のセルロースをナノ化した素材である。

基材から剥離することにより、PVDF NF シート上にPEDOT:PSS 膜を形成した。

生体適合性を有する CNF から形成される紙(シート)は、
表 1 PEDOT:PSS 膜の形成

軽量で折り畳め、ガラス並みに低熱膨張率・高透過率である。ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリ(3,4-エチ

結晶皿内に置いた材料

レンジオキシチオフェン)(PEDOT:PSS)は、生体適合性・透明性を有する導電性高分子である。PEDOT:PSS 水分散

コール(EG)などの高沸点溶媒を添加し、成膜するとPEDOT の結晶化とコロイド表面の絶縁性の PSS 減少により、キャリア輸送が促進され、導電率は 100 倍以上に上昇することが報告されている 1)。
我々は、これまでキャスト法を用いて CNF シートを形成し、この上にバーコート法を用いて PEDOT:PSS の堆積を行ってきた 2)。バーコーター溝高さが増加するにつれて、PEDOT:PSS/CNF シートの透過率は減少するが、電気抵抗は低下した。さらに、空隙が大きく、優れた皮膚追従性と高い透湿性を有する NF 不織布の研究が行われてき

CNF

PEDOT:PSS( － )PEDOT:PSS(EG 1%)
PEDOT:PSS(EG 5%)

PVDF NF
不織布

PEDOT:PSS( － )－3. 実験結果および考察
3.1 PEDOT の結晶構造
カバーガラスと PEDOT:PSS 溶液を真空加熱して形成した膜の X 線回折を θ-2θ スキャンで行った結果を図 1 に示す。X 線回折パターンより、2θ = 26に PEDOT(020)が観察され、ガラス上に PEDOT が堆積していることを確認した。EG 添加量が増加するにつれて、PEDOT(020)の回折ピーク強度が増加する傾向を示した。

を有する圧電性高分子である。

2. 実験方法
CNF と PEDOT:PSS の水分散液、PVDF NF 不織布を用（EG 6%）

Intensity [a.u.]

目的として、PEDOT:PSS 溶液の塗布について検討した。

PEDOT(020)

た 3,4)。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、高強度で耐熱性
本研究では、NF シート上への導電性高分子膜の形成を－カバーガラス

液は、PEDOT コアを親水性の PSS シェルが覆う 3 次構造(コロイド)として存在している。水分散液にエチレングリ

CNFシート上にバーコートした液体

結晶皿内にキャストした液体
PEDOT:PSS(EG 5%)
PEDOT:PSS(EG 6%)（EG 5%）PEDOT:PSS/Glass

い た 。 CNF は 純 水 を 加 え 0.7% に 希 釈 し た 。 1% のGlass

PEDOT:PSS 水分散液に 0 ~ 6%の EG を加え PEDOT:PSS溶液を形成した。本実験では、3 種類の材料上 に1020304050PEDOT:PSS 膜を作製した(表 1)。①カバーガラスを置い2θ [degree]

た結晶皿に PEDOT:PSS 溶液を 3 mL キャストし、ホット

図 1 EG 添加 PEDOT:PSS 溶液を真空加熱して形成プレートを用いて 100C で加熱後、真空中 150 C で加熱した膜の X 線回折パターン

富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.37 (2023)

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PVDF NF シートと PEDOT:PSS 水分散液を加熱して形ける面内方向への電気抵抗を測定することができた。

成した膜に対する X 線回折を θ-2θ スキャンで行った

CNF シート上にコーティングバー掃引した PEDOT:PSS(図 2)。PVDF は複数の結晶構造を有する高分子である。

溶液は、厚み 30 µm 程度のウェット状の塗膜となる。こ空隙のある PVDF NF シートの回折ピークは、2θ = 20、の塗膜を加熱して形成した PEDOT:PSS 薄膜の電気抵抗

2θ = 18付近で観察 された。NF シート上の膜は、2θ = 26

は、EG 添加により、低下する傾向を示した。PEDOT:PSSに回折ピークが観察され、PVDF 上に PEDOT が堆積してコロイドが、凝集により形成された CNF ネットワークのいることを確認した。

凹凸や CNF 間の小さい空隙を覆うように堆積し、

5)

PEDOT:PSS 薄膜が CNF シート上に形成されたと考えら

Intensity [a.u.]

PEDOT(020)

れ る 。 一 方 、 PVDF NF シ ー ト 上 に キ ャ ス ト し た
PEDOT:PSS 水分散液のコロイドは、空隙のある PVDF NF
ネットワークに堆積し、PVDF NF シート表面に凝集した
PEDOT:PSS 膜が形成されたと考えられる。

PEDOT:PSS/PVDF

4. 結言
キャスト法を用いて CNF シートを形成し、この上にバ

PVDF

1020302θ [degree]

40ーコート法を用いて PEDOT:PSS 薄膜を作製した。EG 添50

図 2 PVDF NF シート上に形成した PEDOT:PSS 膜の X 線回折パターン

加により、CNF シート上 PEDOT:PSS 薄膜の導電性は向上する傾向を示した。また、キャスト法を用いて PVDF
NF 不織布上にPEDOT:PSS 膜を形成した。
X 線回折より、
PVDF NF シート上に導電性高分子である PEDOT が堆積していることを確認した。

3.2 PEDOT:PSS 膜の導電性カバーガラス上に、EG を添加した PEDOT:PSS 溶液を

参考文献

キャストし真空加熱することにより、PEDOT:PSS 膜の電1) 奥崎 他:応用物理, 83 (2014) 834

気抵抗は低下した(導電性は向上した)。

2) 丹保 他:富山県産業技術研究開発センター研究報告,

電気絶縁性の高分子で作製された空隙のあるCNF シート、PVDF NF シート上に導電性の高分子 PEDOT:PSS を塗布して形成したシートは、いずれも PEDOT:PSS 膜表面

35 (2021) 11
3) 成瀬 他:富山県産業技術研究開発センター研究報告,
33 (2019) 3と NF シート表面との面直方向への界面を介した電気抵

4) 金丸 他: 特許第 7281120 号公報

抗(導通)を測定できなかったが、PEDOT:PSS 膜表面にお5) X. Cai et al.:RSC Adv., 7 (2017) 15382

キーワード：CNF、PVDF、PEDOT:PSS、導電性、ナノファイバーシート

Development of Conductive Nanofiber Sheet
Life Materials Development Section; Hiroyuki TAMBO and Takumi YOSHIDA
Preparation of PEDOT:PSS on nanofiber sheets have been investigated to apply for flexible electrode. PEDOT:PSS solution
was formed by the addition to PEDOT:PSS water dispersion of ethylene glycol. Glass was placed in crystallizing dish. The CNF
water suspension was cast in the dish and heated at 90C using hot plate. The CNF sheet was peeled off from the glass. Then,the PEDOT:PSS solution was bar coated on the CNF sheet and heated at 190C using oven. On the other hand, PVDF NF
nonwoven fabric was placed in the dish. The PEDOT:PSS water dispersion was cast in the dish and heated at 90C. The PVDF
NF sheet with the PEDOT:PSS film was peeled off from the nonwoven fabric substrate. The XRD peaks showed the depositionof PEDOT on the PVDF NF sheet.

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Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.37 (2023)