当日配布資料(1.70MB)

ヨウ素ドープカーボンナノチューブ
を用いた透明導電膜の開発
名古屋工業大学大学院工学研究科
教授 川崎 晋司
透明導電膜の従来技術とその問題点
ITO(インジウム・スズ酸化物)
問題点:(1)高価
(2)柔軟性に欠ける
安価で柔軟性に富む
カーボンナノチューブ導電膜が期待されたが
CNT導電膜
問題点:(1)電気伝導度
(2)透明性
ITOに及ばない
なぜダメか。
その原因は?
カーボンナノチューブ透明導電膜の問題(1)
ナノチューブの凝集をどう解くか?
カーボンナノチューブ透明導電膜の問題(2)
光の透過率
1本1本の電気伝導性を良くできないか?
電気抵抗
問題解決策
ナノチューブにヨウ素をドープする
と2つの問題が解決
(1)少量のドープで電気抵抗1桁下がる
(2)ヨウ素ドープで凝集が解ける
簡単なヨウ素ドープ法を開発
新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった、ナノチューブの
凝集を解くことに成功した。
• 本技術の適用により、ナノチューブの電気伝
導度が1.5桁以上改善できるため、少量(すな
わち高い透過度)で透明導電膜を作製できる。
簡単なヨウ素ドープ法
Intensity / Aub. units
I5-
ヨウ化物イオンが溶けた水の中で
ナノチューブに正電位をかけるだけ!
I3-
SWCNTs
ACF
0
Ag/AgCl
C W
200Raman 400
600
Shift / cm
−1
R
aq. electrolyte
Intensity / Arb. units
NaI
NaCl
NaBr
未処理
0
1000
2000
−1
Raman Shift / cm
3000
800
ナノチューブにヨウ素をドープすると水に分散する
どうして分散するのか?
ファンデルワールス力で凝集
静電反発
δ+
δ+
Pristine tubes
I-doped tubes
ヨウ素ドープで電気伝導性UP!
ヨウ素ドープ
I@SWCNT
1×10-7 Ω・m
−1
Intensity / a.u.
1594.57 cm
TSURUGA
4 probe Ω
−1
1587.21 cm
中空のチューブ
5×10-6 Ω・m
empty
0
I-doped SWCNT
Glass Substrate
1000
Raman shift / cm
2000
−1
現状と課題
スプレーコートで作成したヨウ素
ドープナノチューブ透明導電膜
問題点:ナノチューブ保持力
グラフェンとのπ-πを入れる
想定される用途
1. フレキシブル透明導電膜
2. 環境汚染除去フィルター
3. 高容量電気化学キャパシタ
(電解質型疑似容量キャパシタ)
想定される用途(2) 環境汚染イオンの除去
汚染水処理の流れ図
ヨウ素
回収機
浄水
汚染水
ヨウ素
回収機
ヨウ素排出時は切り離す
2経路有るので連続運転可
133Xe
1100京Bq
131I
16京Bq
134Cs
1.8京Bq
137Cs
1.5京Bq
土壌汚染:
水溶性Cs, Sr, I
など
日刊工業新聞社
保坂義男ほか著
「土壌汚染の本」
外部電源
排水管
ペーパー状に加工した
カーボンナノチューブ
今できていること
(1)CNTフィルター作成法
(2)CNTの特異・高速イオン吸着
(3)元素選択性
(4)ヨウ素吸脱着可逆性
(5)検知方法(静的、動的)
金属対極
今後やるべきこと
(1)CNTフィルター最適化
選択性向上
吸着効率向上
繰り返し利用
吸着検知方法開発
(2)動的環境下での回収
(3)他元素吸着方法
高速性
可逆性
正電位をかけるとヨウ素が吸着し、負電位
をかけると脱着する(ラマンスペクトル)
Intensity / Arb. units
負電位
ヨウ素のピーク
{
正電位
0
1000
2000
Raman Shift / cm
3000
−1
最適な電位サイクルの決定
繰り返し性
能向上
想定される用途(3)
高容量キャパシタ
電気二重層キャパシタ(原理、特徴)
Discharge !
e-
Charge !
電極
陰イオン
陽イオン
長所
・長寿命
・安定性
・ハイパワー
・環境負荷が小さい
電解液
電気二重層キャパシタ(課題)
パワー密度 / W / kg
10000
Al電解
コンデンサ
電気二重層
キャパシタ
1000
課題
2次電池
100
・低容量
10
0.01
0.1
1
10
100
エネルギー密度 / Wh / kg
1000
飛躍的な高容量キャパシタ
電解質レドックスキャパシタ
= 二重層容量 + 電解質の酸化還元反応
キャパシタ + 二次電池
ナノチューブの高比表面積
ヨウ素の酸化還元反応
実用化に向けた課題
• 現在、フレキシブル基板に塗布が可能なとこ
ろまで確認済み。しかし、耐久性試験が不十
分である。
• 今後、耐久性について実験データを取得し、
保護膜の必要性について検討する。
企業への期待
• 未解決の保護膜の付与については、高分子
技術により克服できると考えている。高分子
メーカーの方などからアドバイスをいただけ
れば幸いです。
• また、キャパシタやイオン選択吸着フィルタに
関しては開発初期段階であるのでターゲット
の選定などから一緒に開発していただける
パートナーが見つかるとうれしく思います。
本技術に関する知的財産権
•
•
•
•
発明の名称 :導電材料及びその製造方法
出願番号 :特願2012-190409
出願人
:名古屋工業大学ほか
発明者
:川崎晋司ほか
お問い合わせ先
名古屋工業大学
産学連携コーディネーター
伊藤
TEL 052-735-5627
e-mail ito.shoko@nitech.ac.jp
承子