カーボンナノチューブ充填系の高性能高分子複合材料の開発

碳纳米管填充高性能聚合物复合材料的研制

• 批准号: 14750564
• 负责人: 賓 月珍
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Nara Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750564/
• 关键词: カーボンナノチューブ; ポリエチレン; ポリアクリロニトリル; ヨウ素ドーピング; 複合材料; 高性能導電性材料; ポリイミド; ポリアクリルニトリル; 表面修飾

本研究の目的としては、高分子のマトリクスの中にカーボンナノチューブ(CNT)が最適な量比で均一に分散させ、高分子鎖が配向すると共にCNTも延伸方向に配向させることにより、高強度高弾性率を有する導電性材料を開発する。平成14年度にゲルー結晶法を用いて、CNTを超高分子量ポリエチレンに複合することにより、高強度高弾性率を有する導電性材料の開発に成功した。平成15年度の研究成果は、以下の三つがある。1、CNTを超高分子量ポリエチレンの複合ゲルフィルムにヨウ素ドーピングを施すことにより、電気伝導度は10^1〜10^4S/cmの上昇がみられ、CNTが低含有量で高い電気伝導度を示し、材料の力学特性と熱的な安定性も低下しないことを見出した。この研究結果を平成15年12月昆明で開催された「第5回中日高分子ABC科学技術交流セミナー-高分子ナノテクノロジーの展開-」で招待講演を行った。2.CNTとポリアクリロニトリル(PAN)とブレンドし、さらにブレンドゲルフィルムを先駆体として、熱処理による安定化と炭素化、黒鉛化を行い、熱処理段階での構造と物性を検討した。CNTの含有量が増加するにつれて貯蔵弾性率は上昇し、CNTが試料の補強材の役目を果たした。電気伝導度はCNTの含有率が5%を越えると急激に増加した。そこで10倍延伸した複合フィルムを用いて炭素化と黒鉛化を行った。熱伝導性のよいCNTを混入したため、(002)面の成長はより早く進んでいることが確認できた。この研究結果はAdvanced Functinal Materialsに掲載決定である。3.ポリイミドの合成段階でCNTを混入し、高強度、耐熱性の強い複合フィルムができた。CNTの種類と形態が得られた複合フィルムの電気伝導度に大きく影響していることが確認できた。Hyperion社の多層カーボンナノチューブを用いた場合、1wt%のMWNTを含有した試料の電気伝導度はポリイミドのみのものより10^<10>S/mの上昇がみられ、10^<-1>S/mとなった。この研究結果は平成16年5月、第53回高分子年次大会で発表する予定である。

这项研究的目的是将碳纳米管（CNT）以最佳比例均匀分散在聚合物基体中，并通过使聚合物链和CNT沿拉伸方向取向来实现高强度和高强度，从而开发出具有弹性模量的导电材料。 。 2002年，我们利用凝胶结晶法将碳纳米管与超高分子量聚乙烯复合，成功开发出高强度、高模量的导电材料。 2003年度取得了以下三项研究成果。 1.通过对CNT和超高分子量聚乙烯的复合凝胶膜进行碘掺杂，电导率提高了10^1至10^4S/cm，表明CNT在低含量的情况下具有高电导率。还发现材料的机械性能和热稳定性没有恶化。该研究成果于2003年12月在昆明举行的“第五届中日高分子ABC科技交流研讨会——高分子纳米技术的发展”上作为特邀报告发表。 2.将CNT与聚丙烯腈(PAN)共混，以共混凝胶膜为前驱体，通过热处理进行稳定化、碳化、石墨化，研究热处理阶段的结构和物理性能。随着碳纳米管含量的增加，储能模量增加，碳纳米管对样品起到了增强作用。当CNT含量超过5%时，电导率迅速增加。因此，使用拉伸10倍的复合膜进行碳化和石墨化。证实由于包含具有良好导热性的CNT，(002)面的生长进展得更快。这项研究的结果将发表在《先进功能材料》上。 3.在合成阶段将碳纳米管混入聚酰亚胺中，形成具有高强度和耐热性的复合薄膜。事实证明，碳纳米管的类型和形貌极大地影响了所得复合膜的导电性。当使用Hyperion的多壁碳纳米管时，含有1wt％MWNT的样品的电导率比单独聚酰亚胺的电导率高10^ -1 S/m，变成10^ -1 S/m。这项研究的结果将在 2004 年 5 月举行的第 53 届聚合物年会上公布。

项目成果

Y.Bin, R.Adachi, T.Xu, M.Matsuo: "Small Angle Hv light Scattering from Deformed spherulites with Orientational Fluctuation of Optical Axes"Cilloid & Polym. Sci.. 282. 844-854 (2004)

Y.Bin、R.Adachi、T.Xu、M.Matsuo：“光轴方向波动的变形球晶的小角度 Hv 光散射”

T.Xu, Y.Bin, Y.Nakagaki, M.Matsuo: "Density Fluctuation of Amorphous Region of Poly(ethylene terephthalate) film by Quasi-spinodal Decomposition"Macromolecules. (in press).

T.Xu，Y.Bin，Y.Nakagaki，M.Matsuo：“通过准旋节线分解实现聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜非晶区的密度波动”大分子。