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カーボンナノチューブ/グラフェン複合材料およびその製造方法 コモンズ

国内特許コード P150011562
整理番号 N14006
掲載日 2015年3月24日
出願番号 特願2014-129637
公開番号 特開2016-008155
出願日 平成26年6月24日(2014.6.24)
公開日 平成28年1月18日(2016.1.18)
発明者
  • 藤森 利彦
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 カーボンナノチューブ/グラフェン複合材料およびその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】導電性が向上されたカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料を得る。
【解決手段】硫黄原子が鎖状に連なる硫黄鎖が内包されてなるカーボンナノチューブがグラフェンと複合化されてなるカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料。硫黄原子が鎖状に連なる硫黄鎖が内包されてなるカーボンナノチューブの分散液をグラフェン上に塗布し、ついで分散媒を除去することにより複合化することにより得られる。
【選択図】図11
従来技術、競合技術の概要


世界的なクリーン・エネルギー需要は今後ますます拡大していくといわれている。こうした社会情勢の中、太陽光エネルギーに代表される再生可能エネルギーを積極的に利用しながら、さらに貴重資源に依存しない社会システムを構築していくことが求められている。このような社会ニーズを背景にして、これまでに太陽電池は材料・システムの両側面から研究開発が活発に進められてきた。その結果として、大幅なコスト低減を達成し、また成形性・デザイン性を考慮した開発も進められていることから、その市場は今後も拡大していくと予想される。その一方で、太陽電池の主要な構成部品である透明電極は、依然としてレアメタルであるインジウムを含む酸化インジウムスズ(Indium Tin oxide: ITO)電極が採用されている。太陽電池の未来は、産出量の限られたインジウムに依存しているのが現状である。インジウムの枯渇が緊急の課題となる前に、余剰資源を積極的に活用した透明電極の開発を進め、ITO代替材料の選択肢を広げておく必要があるといえる。



ITO代替材料として様々な材料開発が進められているが、その有力な候補の一つがカーボンナノチューブやグラフェンに代表されるナノカーボン材料である(図12に、(a) 単層カーボンナノチューブSWCNTおよび(b)グラフェンのモデル構造を示す。)。カーボンナノチューブを用いた透明電極の作製方法は、カーボンナノチューブ分散液をガラスやPETフィルムなど透明な基板上に塗布して薄膜化する手法が広く利用されている。現在、薄膜化技術や高純度カーボンナノチューブ生長技術の向上により、ITOに匹敵する光透過率・電気伝導性をもつカーボンナノチューブ透明電極が作製されている(非特許文献1)。既存のカーボンナノチューブ薄膜化技術をベースとして、さらにハイスペックなカーボンナノチューブ透明電極を作製するには、どのような方法があるだろうか。その一つが、カーボンナノチューブに特徴的なナノスケールの空間・空隙に導電性物質を内包することで、カーボンナノチューブの導電性を向上する方法である。



カーボンナノチューブの中空空間は、新しいナノ構造体を合成することができる、特異的な空間である(非特許文献2)。特に、たとえば単層カーボンナノチューブの直径が1 nm程度の場合、その内部空間におかれた物質は空間的な制約を強く受けるため、チューブ軸に沿った一次元構造体を形成することが多い。たとえば、ピーポットとよばれるフラーレン分子の一次元配列構造やガドリウムなどの金属ナノワイヤー、ヨウ素やセレンの異常らせん構造など、バルク結晶ではみられない多くの新規ナノ構造体が見出されている。ここで重要なことは、カーボンナノチューブ内部で一次元構造化した物質は、通常のバルク構造体とは異なる、低次元化に伴う特異的な性質が現れてくることである。



そこで、本発明者らは、先般、常温・常圧で絶縁体である硫黄に着目し、カーボンナノチューブのもつ一次元空間を利用することで、導電性硫黄が合成できることを見出した。硫黄は原油の精製過程における副産物として、製油所で大量に回収されている。その生産量は中東など原油生産国をはじめとして、今後ますます増加していくといわれている。このような社会情勢の中、製油所では硫黄の処分が大きな問題として深刻化している現状がある。従来の用途は硫酸の原料、ゴムの加硫や肥料など安価な工業薬品であり、新しい機能性材料として積極的に利用されていない。

産業上の利用分野


本発明は、半導体素子の透明電極等に好適なカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
硫黄原子が鎖状に連なる硫黄鎖が内包されてなるカーボンナノチューブがグラフェンと複合化されてなるカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料。

【請求項2】
硫黄原子が鎖状に連なる硫黄鎖が内包されてなるカーボンナノチューブの分散液をグラフェン上に塗布し、ついで分散媒を除去することにより複合化することを特徴とするカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料の製造方法。

【請求項3】
分散液のカーボンナノチューブ濃度が0.0001~0.1wt%である請求項2に記載のカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料の製造方法。

【請求項4】
請求項1に記載のカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料を含む透明導電膜。

【請求項5】
請求項2または3に記載の製造方法により得られたカーボンナノチューブ/グラフェン複合材料を含む透明導電膜。

【請求項6】
透明導電膜が透明電極である請求項4または5に記載の透明導電膜。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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