JP2001011344A - 塗料とそれを用いて形成された膜及びそれらの製造方法 - Google Patents
塗料とそれを用いて形成された膜及びそれらの製造方法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大面積の表面や、非平坦な表面に、単層ナノ
チューブを含む物質層を均一に形成することができ、し
かも低コスト化が可能な塗料とそれを用いて形成された
膜及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の塗料は、有機高分子材料を含む
溶液中に単層ナノチューブを分散させてなることを特徴
とする。
チューブを含む物質層を均一に形成することができ、し
かも低コスト化が可能な塗料とそれを用いて形成された
膜及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の塗料は、有機高分子材料を含む
溶液中に単層ナノチューブを分散させてなることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基体上に単層ナノ
チューブを含有する物質層を形成する際に用いて好適な
塗料とそれを用いて形成された膜及びそれらの製造方法
に関するものである。
チューブを含有する物質層を形成する際に用いて好適な
塗料とそれを用いて形成された膜及びそれらの製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ナノメートル級の微細構造を有する単層
カーボンナノチューブが飯島等により発見されて以来、
この単層カーボンナノチューブの物性が解明されつつあ
るとともに、その応用に向けての研究開発も盛んに行わ
れている。この単層カーボンナノチューブは、平面状の
グラファイト六角網を丸めて筒状としたものであり、チ
ューブ径及びカイラル角度により電子構造が大きく変わ
るために、電気伝導度が金属〜半導体間の値を有し、一
次元電気伝導に近い性質を示すといわれている。
カーボンナノチューブが飯島等により発見されて以来、
この単層カーボンナノチューブの物性が解明されつつあ
るとともに、その応用に向けての研究開発も盛んに行わ
れている。この単層カーボンナノチューブは、平面状の
グラファイト六角網を丸めて筒状としたものであり、チ
ューブ径及びカイラル角度により電子構造が大きく変わ
るために、電気伝導度が金属〜半導体間の値を有し、一
次元電気伝導に近い性質を示すといわれている。
【０００３】近年、基体上にカーボンナノチューブを含
む物質層を形成する技術が提案されている（例え、Ｓｃ
ｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．２８２，ｐ．１１０５，（１９９
８）、Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．２８３，ｐ．５１２，
（１９９９）等を参照されたい）。この技術は、化学気
相堆積法（ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）により、基板上にカーボンナ
ノチューブを堆積することにより、基板の表面にカーボ
ンナノチューブを含む物質層を形成している。
む物質層を形成する技術が提案されている（例え、Ｓｃ
ｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．２８２，ｐ．１１０５，（１９９
８）、Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．２８３，ｐ．５１２，
（１９９９）等を参照されたい）。この技術は、化学気
相堆積法（ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）により、基板上にカーボンナ
ノチューブを堆積することにより、基板の表面にカーボ
ンナノチューブを含む物質層を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＶＤ法を
用いた技術では、大面積の表面や、非平坦な表面に、カ
ーボンナノチューブを含む物質層を均一に形成すること
が困難であるという問題点があった。また、この技術で
は、プロセス温度や条件、装置などに対する制限が厳し
く、得られたカーボンナノチューブを含む物質層は高価
なものとなってしまうため、カーボンナノチューブを含
む物質層を低コストで形成することができる技術の開発
が望まれていた。
用いた技術では、大面積の表面や、非平坦な表面に、カ
ーボンナノチューブを含む物質層を均一に形成すること
が困難であるという問題点があった。また、この技術で
は、プロセス温度や条件、装置などに対する制限が厳し
く、得られたカーボンナノチューブを含む物質層は高価
なものとなってしまうため、カーボンナノチューブを含
む物質層を低コストで形成することができる技術の開発
が望まれていた。
【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、大面積の表面や、非平坦な表面に、単層ナ
ノチューブを含む物質層を均一に形成することができ、
しかも低コスト化が可能な塗料とそれを用いて形成され
た膜及びそれらの製造方法を提供することを目的とす
る。
のであって、大面積の表面や、非平坦な表面に、単層ナ
ノチューブを含む物質層を均一に形成することができ、
しかも低コスト化が可能な塗料とそれを用いて形成され
た膜及びそれらの製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な塗料とそれを用いて形成された膜
及びそれらの製造方法を提供した。すなわち、請求項１
記載の塗料は、有機高分子材料を含む溶液中に単層ナノ
チューブを分散させてなることを特徴としている。
に、本発明は次の様な塗料とそれを用いて形成された膜
及びそれらの製造方法を提供した。すなわち、請求項１
記載の塗料は、有機高分子材料を含む溶液中に単層ナノ
チューブを分散させてなることを特徴としている。
【０００７】請求項２記載の塗料は、請求項１記載の塗
料において、前記単層ナノチューブは単層カーボンナノ
チューブであることを特徴としている。
料において、前記単層ナノチューブは単層カーボンナノ
チューブであることを特徴としている。
【０００８】請求項３記載の塗料は、請求項１または２
記載の塗料において、前記溶液は、溶媒に対して前記有
機高分子材料を１〜５０ｖ／ｖ％含有し、該溶液に対し
て前記単層ナノチューブを０．１〜１０ｗ／ｗ％含有す
ることを特徴としている。
記載の塗料において、前記溶液は、溶媒に対して前記有
機高分子材料を１〜５０ｖ／ｖ％含有し、該溶液に対し
て前記単層ナノチューブを０．１〜１０ｗ／ｗ％含有す
ることを特徴としている。
【０００９】請求項４記載の塗料は、請求項１、２また
は３記載の塗料において、前記有機高分子材料はポリメ
チルメタクリレートであることを特徴としている。
は３記載の塗料において、前記有機高分子材料はポリメ
チルメタクリレートであることを特徴としている。
【００１０】請求項５記載の膜は、基体上に請求項１、
２、３または４記載の塗料を用いて形成された膜であっ
て、当該膜の主面に前記単層ナノチューブの端部が露出
していることを特徴としている。
２、３または４記載の塗料を用いて形成された膜であっ
て、当該膜の主面に前記単層ナノチューブの端部が露出
していることを特徴としている。
【００１１】請求項６記載の塗料の製造方法は、有機高
分子材料を含む溶液中に、超音波を用いて単層ナノチュ
ーブを分散させる工程を備えたことを特徴としている。
分子材料を含む溶液中に、超音波を用いて単層ナノチュ
ーブを分散させる工程を備えたことを特徴としている。
【００１２】請求項７記載の膜の製造方法は、基体上に
請求項１、２、３または４記載の塗料を用いて膜を形成
する膜の製造方法であって、前記塗料をスプレー法によ
り前記基体上に塗布する工程を備えたことを特徴として
いる。
請求項１、２、３または４記載の塗料を用いて膜を形成
する膜の製造方法であって、前記塗料をスプレー法によ
り前記基体上に塗布する工程を備えたことを特徴として
いる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の塗料とそれを用いて形成
された膜及びそれらの製造方法の一実施形態について説
明する。この塗料は、有機高分子材料を含む溶液中に、
単層ナノチューブを均一に分散させたものである。
された膜及びそれらの製造方法の一実施形態について説
明する。この塗料は、有機高分子材料を含む溶液中に、
単層ナノチューブを均一に分散させたものである。
【００１４】単層ナノチューブとしては、以下の方法で
合成された単層カーボンナノチューブが好適に用いられ
る。この単層カーボンナノチューブを合成するには、ま
ず、ターゲットとしてニッケル（Ｎｉ）およびコバルト
（Ｃｏ）を０．３ａｔｍｉｃ％づつ含有する炭素棒を用
意し、このターゲットを電気炉内で、例えば１２００℃
の高温で加熱し、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを
流しながら、このターゲットにパルスレーザーを照射す
る。これにより、単層カーボンナノチューブを得ること
ができる。
合成された単層カーボンナノチューブが好適に用いられ
る。この単層カーボンナノチューブを合成するには、ま
ず、ターゲットとしてニッケル（Ｎｉ）およびコバルト
（Ｃｏ）を０．３ａｔｍｉｃ％づつ含有する炭素棒を用
意し、このターゲットを電気炉内で、例えば１２００℃
の高温で加熱し、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを
流しながら、このターゲットにパルスレーザーを照射す
る。これにより、単層カーボンナノチューブを得ること
ができる。
【００１５】この単層カーボンナノチューブは、上記の
合成法の他、アーク放電法やＣＶＤ法など、他の合成法
により合成したものを用いてもよい。前記溶液として
は、モノクロロベンゼン等の溶媒に対して、ポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ）等の有機高分子材料を１〜
５０ｖ／ｖ％含有したものを用い、単層カーボンナノチ
ューブを該溶液に対して０．１〜１０ｗ／ｗ％添加させ
ている。
合成法の他、アーク放電法やＣＶＤ法など、他の合成法
により合成したものを用いてもよい。前記溶液として
は、モノクロロベンゼン等の溶媒に対して、ポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ）等の有機高分子材料を１〜
５０ｖ／ｖ％含有したものを用い、単層カーボンナノチ
ューブを該溶液に対して０．１〜１０ｗ／ｗ％添加させ
ている。
【００１６】この塗料をスプレー法を用いて基板上に塗
布することにより、凝集の無い均一な膜を得ることがで
きる。このスプレー法を用いることにより、塗料は微粒
子の状態で基板上に付着し、凝集を最小限に抑制するこ
とが可能になる。図１は、本実施形態の塗料を用いて基
板上に形成した膜を示す走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ
像）であり、同図中、白色の線状の部分が単層カーボン
ナノチューブであり、黒色部分がポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）である。この図１によれば、ポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）中に単層カーボンナノチ
ューブが分散していることが明かである。
布することにより、凝集の無い均一な膜を得ることがで
きる。このスプレー法を用いることにより、塗料は微粒
子の状態で基板上に付着し、凝集を最小限に抑制するこ
とが可能になる。図１は、本実施形態の塗料を用いて基
板上に形成した膜を示す走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ
像）であり、同図中、白色の線状の部分が単層カーボン
ナノチューブであり、黒色部分がポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）である。この図１によれば、ポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）中に単層カーボンナノチ
ューブが分散していることが明かである。
【００１７】次に、本実施形態の塗料の製造方法につい
て説明する。まず、ナノチューブを合成し、得られたナ
ノチューブをポリメチルメタクリレート溶液に加え撹拌
する。ここでは、上述した合成法により合成した単層カ
ーボンナノチューブを用い、得られた単層カーボンナノ
チューブをポリメチルメタクリレート溶液に加え撹拌し
た。
て説明する。まず、ナノチューブを合成し、得られたナ
ノチューブをポリメチルメタクリレート溶液に加え撹拌
する。ここでは、上述した合成法により合成した単層カ
ーボンナノチューブを用い、得られた単層カーボンナノ
チューブをポリメチルメタクリレート溶液に加え撹拌し
た。
【００１８】具体的には、ポリメチルメタクリレート液
１０ｍｌに対し、単層カーボンナノチューブを６０ｍｇ
加えた。ポリメチルメタクリレート溶液の溶媒として
は、例えばモノクロロベンゼン等が好適である。このモ
ノクロロベンゼンは、ナノチューブ生成時に発生する炭
素不純物を溶解する性質を有するので、塗料の溶媒とし
て有効に作用する。
１０ｍｌに対し、単層カーボンナノチューブを６０ｍｇ
加えた。ポリメチルメタクリレート溶液の溶媒として
は、例えばモノクロロベンゼン等が好適である。このモ
ノクロロベンゼンは、ナノチューブ生成時に発生する炭
素不純物を溶解する性質を有するので、塗料の溶媒とし
て有効に作用する。
【００１９】ここでは、ポリメチルメタクリレートの濃
度を１％とした。なお、粘性の増加、あるいは成膜後の
ナノチューブの密度の低下などを考慮して、ポリメチル
メタクリレートの比率を５０％を限度として増加させて
も良い。この撹拌工程においては、ナノチューブを溶液
中に均一に分散させるためには超音波処理を施すことが
有効である。この超音波処理を用いることによって、絡
まっていたナノチューブが解れ、またナノチューブ生成
時に発生する炭素不純物が溶媒中に溶解し分離する。
度を１％とした。なお、粘性の増加、あるいは成膜後の
ナノチューブの密度の低下などを考慮して、ポリメチル
メタクリレートの比率を５０％を限度として増加させて
も良い。この撹拌工程においては、ナノチューブを溶液
中に均一に分散させるためには超音波処理を施すことが
有効である。この超音波処理を用いることによって、絡
まっていたナノチューブが解れ、またナノチューブ生成
時に発生する炭素不純物が溶媒中に溶解し分離する。
【００２０】超音波処理の条件に特に制限は無いが、ナ
ノチューブを溶液中に均一に分散させるだけの十分な超
音波の強度と処理時間があればよい。超音波処理の条件
の一例として、出力電圧２００Ｗで２時間の処理時間を
挙げることができる。
ノチューブを溶液中に均一に分散させるだけの十分な超
音波の強度と処理時間があればよい。超音波処理の条件
の一例として、出力電圧２００Ｗで２時間の処理時間を
挙げることができる。
【００２１】本実施形態の塗料によれば、基板等の基体
との密着性に優れたものとなり、大面積の表面や、非平
坦な表面に対しても、単層ナノチューブを含む物質層を
均一に形成することができ、しかも低コスト化を図るこ
とができる。本実施形態の膜によれば、基板等の基体上
に、均一化された単層ナノチューブを含む物質層を形成
することができる。
との密着性に優れたものとなり、大面積の表面や、非平
坦な表面に対しても、単層ナノチューブを含む物質層を
均一に形成することができ、しかも低コスト化を図るこ
とができる。本実施形態の膜によれば、基板等の基体上
に、均一化された単層ナノチューブを含む物質層を形成
することができる。
【００２２】本実施形態の塗料の製造方法によれば、有
機高分子材料を含む溶液中に、単層ナノチューブを均一
に分散させることができ、高均一性の塗料を製造するこ
とができる。本実施形態の膜の製造方法によれば、スプ
レー法を用いて塗料を基板上に塗布するので、塗料が微
粒子の状態で基板上に付着することにより凝集を最小限
に抑制することができ、凝集の無い均一な膜を得ること
ができる。
機高分子材料を含む溶液中に、単層ナノチューブを均一
に分散させることができ、高均一性の塗料を製造するこ
とができる。本実施形態の膜の製造方法によれば、スプ
レー法を用いて塗料を基板上に塗布するので、塗料が微
粒子の状態で基板上に付着することにより凝集を最小限
に抑制することができ、凝集の無い均一な膜を得ること
ができる。
【００２３】以上、本発明の塗料とそれを用いて形成さ
れた膜及びそれらの製造方法の一実施形態について図面
に基づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で設計の変更等が可能である。例えば、上記実施形態
では、溶媒としてモノクロロベンゼンを、有機高分子材
料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用い
たが、溶媒及び有機高分子材料は単層ナノチューブを均
一に分散させるもので、かつ基板等の基体に対して密着
性に優れたものであればよく、上記材料に限定されな
い。
れた膜及びそれらの製造方法の一実施形態について図面
に基づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で設計の変更等が可能である。例えば、上記実施形態
では、溶媒としてモノクロロベンゼンを、有機高分子材
料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用い
たが、溶媒及び有機高分子材料は単層ナノチューブを均
一に分散させるもので、かつ基板等の基体に対して密着
性に優れたものであればよく、上記材料に限定されな
い。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の塗料によれ
ば、有機高分子材料を含む溶液中に単層ナノチューブを
分散させてなることとしたので、凝集に対する立体障害
を起こさせることにより、凝集を阻止することができ、
基板等の基体に対して密着性を高めることができる。し
たがって、大面積の表面や、非平坦な表面に対しても、
単層ナノチューブを含む物質層を均一に形成することが
でき、しかも低コスト化を図ることができる。
ば、有機高分子材料を含む溶液中に単層ナノチューブを
分散させてなることとしたので、凝集に対する立体障害
を起こさせることにより、凝集を阻止することができ、
基板等の基体に対して密着性を高めることができる。し
たがって、大面積の表面や、非平坦な表面に対しても、
単層ナノチューブを含む物質層を均一に形成することが
でき、しかも低コスト化を図ることができる。
【００２５】本発明の膜によれば、当該膜の主面に前記
単層ナノチューブの端部が露出しているので、基板等の
基体上に、均一化された単層ナノチューブを含む物質層
を形成することができる。
単層ナノチューブの端部が露出しているので、基板等の
基体上に、均一化された単層ナノチューブを含む物質層
を形成することができる。
【００２６】本発明の塗料の製造方法によれば、有機高
分子材料を含む溶液中に、超音波を用いて単層ナノチュ
ーブを分散させる工程を備えたので、有機高分子材料を
含む溶液中に、単層ナノチューブを均一に分散させるこ
とができ、高均一性の塗料を製造することができる。
分子材料を含む溶液中に、超音波を用いて単層ナノチュ
ーブを分散させる工程を備えたので、有機高分子材料を
含む溶液中に、単層ナノチューブを均一に分散させるこ
とができ、高均一性の塗料を製造することができる。
【００２７】本発明の膜の製造方法によれば、前記塗料
をスプレー法により前記基体上に塗布する工程を備えた
ので、塗料が微粒子の状態で基板上に付着することによ
り凝集を最小限に抑制することができ、凝集の無い均一
な膜を得ることができる。
をスプレー法により前記基体上に塗布する工程を備えた
ので、塗料が微粒子の状態で基板上に付着することによ
り凝集を最小限に抑制することができ、凝集の無い均一
な膜を得ることができる。
【図１】 本発明の一実施形態の塗料を用いて基板上に
形成した膜を示す走査型電子微鏡像である。
形成した膜を示す走査型電子微鏡像である。
Claims (7)
- 【請求項１】 有機高分子材料を含む溶液中に単層ナノ
チューブを分散させてなることを特徴とする塗料。 - 【請求項２】 前記単層ナノチューブは単層カーボンナ
ノチューブであることを特徴とする請求項１記載の塗
料。 - 【請求項３】 前記溶液は、溶媒に対して前記有機高分
子材料を１〜５０ｖ／ｖ％含有し、該溶液に対して前記
単層ナノチューブを０．１〜１０ｗ／ｗ％含有すること
を特徴とする請求項１または２記載の塗料。 - 【請求項４】 前記有機高分子材料はポリメチルメタク
リレートであることを特徴とする請求項１、２または３
記載の塗料。 - 【請求項５】 基体上に請求項１、２、３または４記載
の塗料を用いて形成された膜であって、当該膜の主面に
前記単層ナノチューブの端部が露出していることを特徴
とする膜。 - 【請求項６】 有機高分子材料を含む溶液中に、超音波
を用いて単層ナノチューブを分散させる工程を備えたこ
とを特徴とする塗料の製造方法。 - 【請求項７】 基体上に請求項１、２、３または４記載
の塗料を用いて膜を形成する膜の製造方法であって、前
記塗料をスプレー法により前記基体上に塗布する工程を
備えたことを特徴とする膜の製造方法。
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