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1 ( 有 ) スミタ化学技術研究所の取組み ~ 過去 現在 そして未来 ~ 1

2 カーボンナノチューブとの出会い Hyperion社 1996年 10μm 10μm 1μm 1μm 単繊維径 10nm 2

3 続々と登場してきたカーボンナノチューブ ( 第 0 世代 ~ 第 3 世代の CNT) 第 0 世代 : 太くて剛直な CNT 第 1 世代 : 細くて絡み合った MW-CNT 昭和電工 :VGCF ー H GSI クレオス :Carbere 24PS ナノシル :NC-7000 CNano:FloTube 9000 第 2 世代 : バンドル状態の極細 SW-CNT 第 3 世代 : 長尺な CNT 名城 NC:e ー DIPS 法 SW-CNT 名城 NC: アーク放電 SW-CNT 産総研 : スーハ ーク ロース法 SW-CNT 日立造船 :VA ー CNT 3

4 カーボンナノチューブの特性と広い応用分野 センサー 医療機器 電子放出性 半導体 土木建築 熱電変換特性 半導体特性 生体材料 柔軟性 耐熱性 宇宙 航空機 マイクロマシン 生体適合性 触媒作用 高強度 高弾性 潤滑性 自動車 ロボット 吸着性 高表面積 電池 熱伝導性 導電性 エネルギー 表示デバイス 化学的機能 機械的機能 光学的機能 生理学的機能 電気的機能 形態的機能 熱的機能 4

5 弊社の企業ポリシー : 実用化支援 用途開発支援 CNT 実用化の環境整備 CNT 分散技術の開発 液相分散 ( 水 / 有機溶剤 ) 固相分散 ( 樹脂 / ゴム ) プロトタイプの開発 CNT データベースの構築 用途に合った CNT の選択 CNT 実用書の出版 毒性 / 安全性 リスク情報の提供 その他 技術情報 カーボンナノチューブ分散液と関連技術を広く産官学に提供することで CNT に関心のある技術者 研究者の実用化研究を支援することを使命とする 各社の CNT 粉の提供 分散液 / コンパウンドの提供 プロトタイプと関連技術の提供 量産体制の構築 ( 企業間ネットワーク ) CNT データベースの紹介 最新の CNT 開発動向の紹介 CNT メーカー情報の提供 毒性 / 安全性に関する情報の提供 講演 / 執筆活動を通じた啓蒙活動 CNT 全般の技術コンサルティング 産官学の CNT ネットワーク網の構築 5

6 弊社の事業戦略 : 川上と川下を繋ぐ ( 分散液からプロトタイプ開発 / データベース化 産官学のネットワーク網の構築 ) CNT メーカー 川上 A B C D E F CNT 分散体 プロトタイプ開発 川中 CNT インク CNT ヘ ーハ ー / CNT 繊維 透明導電フィルム CNT データ集 透明 ESD 塗料 CNT/ 樹脂複合材料 CNT/ 金属複合材料 高熱伝導性材料 電磁波シールト 材 FET 透明電極 ( タッチハ ネル ) 高性能塗料 ハ ックライト 軽量高強度材料 高性能触媒 川下 家電 情報 ユーザーニーズ 自動車 宇宙航空 エネルギー ( 電池 ) 産業界 / ユーザー 6

7 弊社の活動実績 1996 年ハイペリオン社 CNT グラファイトフィブリル に出会い 25kg 購入 2000 年花王退社 液相分散の基礎研究を開始 分散液 2002 年スミタ化学技術研究所立上げ特許出願 導電性樹脂材料及びその製造方法 ( 特許第 号 ) 2004 年 ~ CNT 分散液を中心としたと各種プロトタイプ開発と技術支援 ( 特許化 ) 超微細導電性繊維の導電性評価方法 ( 特許第 号 ) 導電性クリヤー用水性組成物およびその製造方法 ( 特許第 号 ) 紫外線硬化型導電性塗料 紫外線硬化型透明塗膜及び該塗膜の製造方法( 特許第 号 ) シート状物 ( 特許第 号 ) シート状物及びその製造方法 ( 特許第 号 ) カーボンナノチューブ含有導電体の製造方法 ( 特許第 号 ) 2005 年 ~ CNT 実用化に向けての普及活動 講演 執筆活動 産官学のネットワーク網構築 2010 年 ~ MW-CNTのデータ集 作製 (25 種類のMW-CNT) 2014 年 6 月 カーボンナノチューブ応用最前線 監修( 産業界を中心とした専門家 64 名が執筆した実用書 ) 7

8 カーボンナノチューブの液相分散と固相分散 粘度領域 分散機 分散媒 ( マトリックス ) 低粘度 : 水, 有機溶剤, モノマー中粘度 : オリゴマー熱硬化性樹脂高粘度 : ゴム / エラストマー熱可塑性樹脂 CNT 形状 サイズ 解繊分散 表面特性低粘度 : 超音波ホモジナイザービーズミルジェットミル中粘度 : 三本ロールプラネタリウム OBミキサー PDミキサー高粘度 : ニーダー二軸混練機 バンドル構造 濃度 溶解 濡れ吸着分散凝集防止ケミカルス ( 湿潤剤 / 分散剤 / 安定剤 ) CNT への吸着基 分散媒との親和基 イオン性 分子量 添加量 ( 対 CNT) 液相 固相いずれも実用レベルの分散は可能です量産化も可能です 但し 制約はあります 分散剤レスでは分散は困難です 高濃度分散には限界がある バンドルの孤立分散は難しい 分散剤は後工程に支障ないものを選択しなければならない 分散終点の見極めが難しい 8

9 弊社の実用化事例 原料 CNT 分散液 / 塗料 プロトタイプ 製 品 太くて剛直な CNT 太くて絡み合った MW-CNT バンドル状の SW-CNT 分散液および塗料 量産化技術の開発 透明 静電防止フィルム 透明導電フイルム CNT ペーパー 市場と一緒に開発の谷を乗り越える キャリアテープ / カバーテープ スマホ タブレット 細胞改質用具 ヘッドホーン 9

10 MW-CNT データ集の作成 : 最適 CNT 選択のために 10

11 カーボンナノチューブ応用最前線 出版 監修 (2014/6) 総論広がるカーボンナノチューブの応用と技術課題 基礎編 第 1 章 CNTの種類 第 2 章 分散 可溶化技術 第 3 章 湿潤剤 分散剤 第 4 章 分散機 応用編第 5 章複合材料 1.CNT 複合樹脂による静電気対策製品 2.CNTを用いた導電性プラスチックナノコンポジット 3.CNT 充填エポキシ樹脂繊維強化複合材料 4. スーパーグロース法 SW-CNTの工業化に向けた技術開発 5. プリプレグ法によって成形した配向 CNT/ エポキシ複合材料の力学特性 6.CNT/ 複合製品 7.CNTを用いた透明 静電防止塗料 8. キャリアテープへの応用 9. 弾性混練法によるCNTセルレーション複合材料設計と実用化 10. 多層 CNTの分散構造制御による絶縁樹脂の高熱伝導化 11.CNT 分散金属基複合材料の作製方法おと諸特性 12.CNT 複合銀めっきの開発 13.CNTコーティングによる導電繊維 CNTEC の開発と実用化 14.CNTペーパーの開発と応用第 6 章エネルギー分野 1.VGCFの電池用とへの応用 2. リチウムイオン二次電池への適用 3.CNTキャパシタ 4. 垂直配向 CNTの燃料電池への応用 5.CNTの太陽電池応用 6. カーボンナノチューブと酸化チタンの複合による太陽光吸収率 98% の集熱板第 7 章エレクトロニクス & フォトニクス 1.CNTを用いた透明導電膜の開発 2. 長尺 CNTを用いた透明導電膜, 帯電防止膜向け分散液の開発 3.CNT 薄膜による柔軟で透明な集積デバイスの開発 4. 高結晶性 SWCNTを用いた超低消費電力フィールドエミッション型平面照明 5. エレクトロクロミック材料としての単層カーボンナノチューブ第 8 章超感度センサ 1. ストレッチャブルCNT 動歪センサ第 9 章超高性能デバイス 1. 原子間力顕微鏡用カーボンナノチューブ 2. キャピラリーインジェクションへの応用 3. ナノチューブ加速器によるプロトンビーム生成第 10 章生体材料関連 1.CNTで表面改変したバイオマテリアルの生体応用 2.CNTのDDSへの応用第 11 章長尺 CNTのドライプロセス技術 1.CNT 紡績糸 2. 長尺 CNTの応用展開 安全編第 12 章 CNT の毒性, 安全性, 作業環境 1. カーボンナノチューブの有害性評価の動向 2.CNT の安全な取り扱い 3. 作業環境における CNT 飛散量の側 k 低方法と事例 11

12 それでも何故 今まで革新的な製品が生まれてこないのか カ ボンナノチュ ブ 形態特性 : 高アスペクト 機械特性 : 究極の炭素繊維 電気 電子特性 : 高導電性 半導体特性 電子放出性 熱特性 : 高熱伝導性 化学特性 : 環境安定性 表面特性 : 低摩擦性 摺動性 光学特性 : 特異な光応答性 生体親和性 :DDS 細胞培養 CNT の価格が高い 実用レベルの価格帯となった CNT の分散が難しい 実用レベルの分散は可能 P/C に優れたカーボンナノチューブが少ない SG ー CNTやeDIPSの登場でブレークできるか? 超安価なSW-CNTも登場してきた 開発ターゲットは妥当か : 原料 CNT の視点から捉えていないか 最終ターゲットは市場と Value/Cost を共有できるか CNT はナノ粒子である Value Cost Volume 分散 加工中での激しいブラウン運動をしているブラウン運動を制御できるか製品化のために分散工程は不可欠か組織化 秩序化を制御できるか 12

13 進化してきたカーボンナノチューブ 紡績可能な長尺 CNT の登場 第 0 世代 (VGCF) 第 1 世代 ( 多層 CNT) 第 2 世代 ( 単層 CNT) 第 3 世代 ( 長尺 CNT) バンドル構造

14 長尺 CNT による組織化 秩序化への挑戦 長尺 CNT ドライプロセスによる CNT 改質技術の一例 ( 通電による高結晶化 高導電化 高熱伝導化 高強度化 ) CNT を活用した超高性能部品 デバイス 均一化 配列化組織化 秩序化技術 ( ドライプロセス ) ナノ材料 可視化技術 実用化技術 ( 長尺 CNT) ( ナノ材料をバルク材料として取扱え 既存の可触化技術が活用できる ) ( 超高性能電子顕微鏡 ) 高結晶化 高強度化 不均一膜を均一化 14

15 分散工程の必要のない紡績可能な長尺 CNT の活用 長尺 CNT のドライプロセスにより分散工程を経ずに 既存材料との複合化が容易となる 有機材料 ( 樹脂 / ゴム ) 樹脂フィルム, 金属箔, セラミックス箔,CF 織布との複合 炭素材料 金属材料 カーボンブラック活性炭 炭素繊維カーボンナノチューブ 無機材料 ( セラミックス ) 炭素繊維 金属線材との複合 超微粒子との複合 複合めっき

16 CNT 実用化促進のための提案 川下製品を見据えた革新的基幹部品創出のための協創体制の構築 川上 川中 川下 短尺 CNT 長尺 CNT 一次加工 革新的基幹部品 新時代を牽引する産業界 VGCF 短尺 MW-CNT 短尺 SW-CNT SG-CNT 長尺 MW-CNT 長尺 DW-CNT 炭素繊維 分散技術 配合技術 半金分離技術 対象複合材 樹脂 セラミックス 金属 炭素繊維 イオン液体 ( 塩 ) 加工技術 塗工 / 製膜 押出 / 射出 積層 / ラミネート 薄膜 / 紡糸 めっき 紡績技術 シート化 糸 撚糸 CNT 改質 実務経験豊富な技術仲介者の育成 構造材 (Body) 高強度 軽量化 高耐久性 EMI 耐性 リサイクル性 発電 蓄電 (Energy) 燃料電池 太陽電池 キャパシタ LIB 機能材 (Blood/Muscle) 高電気容量 高導電材 ( 金属代替 ) 高熱伝導材 ( 金属代替 ) 透明導電膜 (ITO 代替 ) アクチュエータ ( 筋肉 ) 半導体 (Brain) 薄膜トランジスタ 高速 高容量 耐熱性 ロボット 発電機 自動車 IT 化電子化利便性軽量化環境 宇宙 航空機携帯端末介護社会 16

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