産総研ら、単層CNTの量産技術を開発。従来比100倍の製造スピード

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産業技術総合研究所(産総研)ナノチューブ応用研究センター 流動気相成長CNTチーム 研究チーム長の斎藤毅氏らが、名城ナノカーボンと共同で単層カーボンナノチューブ(CNT)の工業生産プラントを開発し、量産性を実証した。これまで名城ナノカーボンで製造販売してきた高品質CNTに比べて、100倍のスピードで製造できるという。

左:開発した工業生産プラントで合成した単層CNTの塊(比較はスマートフォン)、右:シート状(直径15cm)に加工した高純度(99%以上)の単層CNT (出所:産総研)

この成果に基づき、名城ナノカーボンは、国産として初めて化学気相成長(CVD)法で合成された単層CNTを2014年に上市する予定。高品質、高純度の試料を大量に研究開発用途市場に投入できるようになるため、単層CNTの実用化研究が加速されると期待される。

単層CNTは、鋼の20倍の強度、銅の10倍の熱伝導性、アルミニウムの半分の密度、シリコンの10倍のキャリア移動度など優れた特性を持っており、幅広い分野への応用が期待されるナノ材料。高品質の単層CNTは量産が困難であることが実用化における阻害要因となっていた。

レーザー波長532nmでのラマン分光 (出所:産総研)

透過型電子顕微鏡(TEM)の画像 (出所:産総研)

乾燥空気中での熱重量測定 (出所:産総研)

産総研が開発した改良直噴熱分解合成法(eDIPS法:enhanced Direct Injection Pyrolytic Synthesis method)による実験室規模の製造装置や各種ノウハウなどの技術情報を基にして、名城ナノカーボン尾張瀬戸工場内に工業生産プラントを新たに設置した。このプラントの種々の反応条件を最適化した結果、これまでの名城ナノカーボンの単層CNTの100倍の製造スピードを達成した。また、同プラントによって、産総研の実験室規模の装置によって合成したものと同程度の高純度単層CNTが高効率で生産できることも確認した。

ラマン分光法による品質評価基準であるG/D比(数字が高い程、品質の良さを示す)を調べたところ、市販品で10~20程度なのに対し、今回の単層CNTでは100以上だった。これは不純物カーボンや欠陥が少なく、結晶性が高いことを示している。透過型電子顕微鏡による観察からも不純物が少ないことが確認できた。

また、今回の単層CNTを乾燥空気中で加熱すると500~600℃で燃焼が始まり重量が減少していった。燃え残った不純物の触媒などの残渣が1%未満であり、熱重量測定による評価としては純度99%以上を実現した。

ラマン分光法によりラディアルブリージングモード(RBM:radial breathing mode)と呼ばれるCNT固有の振動も測定した。その振動数から直径2nm程度(RBM:110~120nm)の単層CNTであることが確認できた。

研究チームは今後、生産規模拡大や各種の応用製品開発で連携を希望する企業を募り、名城ナノカーボンの単層CNTの分散技術や塗布技術、半導体型・金属型単層CNTの分離技術とも組み合わせて、CNTの工業化へ向けた産官連携を進めていく予定。


発表資料

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「産総研ら、単層CNTの量産技術を開発。従来比100倍の製造スピード」への2件のフィードバック

  1. それは正式にはSLD-MAGICといって、確か日立金属さんが開発した工具鋼ではなかったでしょうか。機械工学上の大成果だと言えますね。

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