独立行政机构产业技术综合研究所[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米管应用研究中心[研究中心主任Sumio Iijima] Kenji Hatake，CNT应用开发团队首席研究员 Takeo Yamada，研究团队组长，Takako Sekiguchi，AIST特别研究员网络结构的单壁碳纳米管 (CNT)在橡胶方面，我们开发了一种技术，可以以数百纳米或微米的精度处理橡胶表面，这是传统橡胶无法实现的。
以橡胶为代表弹性体模具成型工艺8625_8695蠕变使得纳米和微米单位的高精度加工几乎不可能。这次，通过将具有网络结构的长单壁碳纳米管分散到橡胶中，碳纳米管作为支撑材料，可以在橡胶中自由变形，实现了橡胶的柔韧性和保持高精度形状的能力。
利用此次开发的技术，可以自由加工微米尺寸的橡胶表面，精度可达数百纳米或微米。例如，通过表面精加工润湿性，有望应用于具有受控粘合性和光学性能的高性能橡胶。这项研究和开发是日本科学技术振兴机构（JST）战略创意研究促进项目（CREST）的一部分。该技术的详细信息将于 2013 年 8 月 29 日至 30 日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的 Innovation Japan 2013 上公布。
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| 新开发的单壁碳纳米管/橡胶复合材料表面压制成型技术 |
橡胶材料因其绝缘性和柔韧性而被广泛用作电子元件、汽车、建筑等的防护材料、密封材料、防振材料。为了扩大橡胶制品的用途、提高其功能性，发展精密的表面加工技术非常重要。然而，由于橡胶较软，由于加工过程中的弹性应变和加工后的蠕变，不可能进行纳米或微米级的高精度表面加工。因此，它可以应用于多种橡胶材料，如果能够对橡胶表面进行加工，使其适合大规模生产，就可以在橡胶中添加结构所表达的功能，如粘合性、防水性、光学性能等，新的橡胶市场的开发可期。
AIST 是超级成长法合成的单壁碳纳米管与其他单壁碳纳米管相比具有较大的比表面积且较长纵横比财产，我们一直在开发它的各种用途。例如，单壁碳纳米管（AIST 新闻稿，2010 年 12 月 3 日) 和单壁 CNT/碳纤维/橡胶复合材料，其导热率与钛相当 (2011 年 10 月 6 日 AIST 新闻公告等)的发展。
由于其高长径比，通过超生长方法生产的单壁碳纳米管在分散在溶液中时形成广泛的网络。当使用这种分散体将单壁碳纳米管与橡胶复合时，就会产生一种在橡胶内含有单壁碳纳米管网络的复合材料。单壁碳纳米管的网络结构表现出类似橡胶的柔韧性，因此预计当这种复合材料模压成型时，不仅橡胶而且单壁碳纳米管都会自由变形以适应模具形状。人们还认为单壁碳纳米管网络可以保持形状，因此我们利用这种单壁碳纳米管/橡胶复合材料开发了一种具有高尺寸精度的橡胶加工技术。
这项研究和开发是日本科学技术振兴机构（JST）战略创意研究促进项目团队型研究（CREST）“通过工艺集成创建功能性纳米系统”研究领域“使用通过自组装工艺创建的功能性复合CNT元件的软纳米MEMS设备”（2009-2013财年研究代表Kenji Hatake）研究项目的一部分进行的。
这次，使用氟橡胶作为橡胶材料。图1显示了单壁CNT/橡胶复合材料的生产和压制成型加工的流程。首先，通过将分散在有机溶剂中的单壁CNT和也溶解在有机溶剂中的氟橡胶混合来制备CNT橡胶浆料，并将溶剂干燥以制造用于压制成型的膜状单壁CNT/橡胶复合材料。为了进行高精度的表面处理，在复合材料制造过程中尽可能多地去除碳纳米管上吸附的水非常重要。因此，我们使用预先通过真空干燥除去表面吸附的水的CNT，并在惰性气体气氛下将其分散在有机溶剂中。这可以防止由于成型过程中的加热而产生气泡。
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| 图1单壁CNT/橡胶复合材料生产及压制成型工艺流程 |
在压制成型过程中，将膜状单壁CNT/橡胶复合材料夹在平坦的基材和模具之间，加热至橡胶软化的温度，施加压力，冷却至室温后取出模具。图2显示了压制成型的单壁CNT/橡胶复合材料和不含CNT的传统橡胶的表面。扫描电子显微镜 (SEM)展示雕像。模具的精细金字塔形状被精确地转印到单壁碳纳米管/橡胶复合材料的表面，而对于传统的橡胶，金字塔形状的尖端和边缘是圆形的并且不能精确地转印。这是因为传统橡胶由于其柔韧性，成型后会受到蠕变的影响，无法保持数百纳米或微米量级的精确形状和结构。
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单壁碳纳米管/橡胶复合材料
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常规橡胶
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| 图2 模压单壁CNT/橡胶复合材料与传统橡胶表面的比较 |
图3显示了加工零件的表面和横截面的SEM图像。呈现白色的线状部分是单壁碳纳米管，它们形成相互交织的网状网络结构。该网络结构均匀分布在整个样本中。据认为，高精度加工是可能的，因为CNT充当支撑材料并抑制成型后的蠕变。碳纳米管通过形成网络结构而表现出类似橡胶的柔性，因此它们可以与橡胶一起变形为模具形状，并且在成型后可以保持其形状。利用新开发的技术，可以将模具的凹凸结构以数百纳米或微米的尺寸精度转移到橡胶表面，从而可以制造各种形状的橡胶结构，如图4所示。这种表面处理使得可以制造基于表面结构控制性能的高功能橡胶，并有望开辟新的橡胶市场，例如可以自由粘贴和拆卸的高粘合性橡胶片、可以控制流体流动的微通道以及可以控制流体流动的应变传感器等。非破坏性地评估和可视化弹性和塑性应变的分布。
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| 图3加工后的单壁CNT/橡胶复合材料的表面SEM图像（左）和截面SEM图像（右） |
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| 图4 各种形状的模压单壁CNT/橡胶复合结构 |
此次开发的方法除了氟橡胶之外，对于丁腈橡胶、丙烯酸橡胶等比氟橡胶软的橡胶材料也有类似的效果。
例如，通过使用该技术，可以通过对橡胶表面进行精密加工来控制表面结构所表现的性能，例如粘合性、润湿性和光学性能，从而提高橡胶的功能性。
此次开发的技术已经申请了专利（专利申请2013-085982）。
今后，我们将进行行业特别是橡胶制造商的需求调查，并与感兴趣的公司合作，开发高精度加工橡胶的新用途，通过基于其表面结构的性能控制来实现高功能性。