単層カーボンナノチューブナノフィラーとポリビニルブチラールとの複合体フィルムの構造と物性

摘要

単層カーボンナノチューブ（SWNT）は二次元網目状のグラフェンシートが円筒状に繋がった中空繊維状物質である（Fig. 1）。直径は約1nm、長さは数μm～数十μmであり、アスペクト比が大きい。また、比重は1.4～1.6g/cm~3と軽量でありながら、高弾性（1000GPa）、高熱伝導性（6600W/m·K）を有する。SWNTは優れた物性を有するため、高分子材料の力学物性、熱伝導性を向上させる添加材（フィラー）として期待されている。しかし、SWNTは凝集性が非常に強いため通常数本～数十本のSWNTが束（bundle）状になった凝集構造を形成してしまう（Fig.2）。添加効果を十分に得るためには、フィラーの母材への分散性向上、数密度と比表面積の増大が必要である。そこで本研究室ではSWNTを切断してナノフィラー化し、母材に分散させる方法が検討されてきた。SWNTを分散させるためには、長さ数百nmに切断することが有効であり、SWNTに強酸中で超音波を照射して切断する方法が報告されている。この方法によりSWNTの凝集構造を制御し、溶媒への分散性が向上したSWNTナノフィラーの作製に成功している。本研究室ではこのSWNTナノフィラーを用いて様々な高分子との複合体フィルムを作製し、物性評価が行われてきた。これまでの研究で複合体フィルムの母材としてポリビニルアルコール（PVA）を用いると物性の大きな向上が見られることがわかっている。しかし、PVAは吸湿性が非常に強く、複合体フィルムとして用いた際に、湿度により物性が大きく変化してしまう。