NEDO项目（※1）单壁碳纳米管聚变新材料研究开发中心 (TASC) 和米乐m6官方网站 (AIST) 宣布碳纳米管 (CNT)（※2）在高浓度的溶剂中，我们成功地获得了可以在基材上涂覆和印刷的单壁碳纳米管涂覆剂。我们还开发了一种在保持单壁碳纳米管厚度恒定的情况下涂覆大面积厚膜的技术，以及一种低成本印刷单壁碳纳米管精细图案的技术。
通过使用这些技术，可以在电池电极材料等各种产品中以低成本使用单壁碳纳米管。
*1：“实现低碳社会的创新碳纳米管复合材料开发项目”（2010财年-2010财年）。
*2：碳纳米管是仅由碳原子构成的一维纳米材料，直径为04～50nm，长度为1～数十微米左右。其化学结构以滚动的石墨层连接在一起为代表，只有一层的称为单壁碳纳米管，多层的称为多壁碳纳米管。
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| 单壁碳纳米管大面积涂膜及精细图案 |
碳纳米管（CNT）具有常规材料所不具备的多种功能，如高强度、高导热性、高电流容量、高比表面积等，因此其在高强度零件、高性能电子零件、光学零件等方面的应用备受关注。另一方面，为了开发这些碳纳米管的广泛应用，需要可批量生产且具有优异的厚度控制的碳纳米管成形加工技术，例如涂层和印刷方法。虽然CNT涂层技术在过去已为人所知，但其厚度控制存在局限性，其应用仅限于透明导电膜和薄膜晶体管，其膜厚薄至几纳米。为了利用涂布法形成厚度为数十微米的CNT厚膜，需要一种比现有技术更浓度、更稳定地分散CNT的技术。
AIST和TASC合作开展了NEDO委托项目“实现低碳社会的创新碳纳米管复合材料开发项目”（2010财年-2010财年，项目负责人汤村盛夫，AIST）超级成长法的CNT的基础研究以及应用的研究和开发。在此背景下，AIST和TASC一直致力于将超生长CNT成型和加工成各种零件并提供样品，并将开发的成型技术转让给企业。
此次，Kenji Hatake TASC 子项目负责人/AIST纳米管应用研究中心首席研究员，樱井俊介，TASC研究员/高级研究员，AIST纳米管应用研究中心超生长CNT团队使用该涂层剂，我们开发了一种大面积涂层超生长CNT厚膜的技术，具有优异的平整度和厚度控制，以及使用印刷方法形成具有精细图案的超生长CNT厚膜的技术。
图 1 显示了该结果的概述。单层CNT涂层剂刀片涂层方法在基材上，现在可以获得具有优异平整度的大面积单层CNT薄膜（平整度：Ra/t<10%，其中Ra为表面粗糙度，t为薄膜厚度）（图1左）。此外，通过控制涂覆剂的厚度，可以在很宽的范围内（从几百纳米到几十微米）控制这种单层CNT薄膜的厚度（图1，右上）。此外，使用单层CNT涂层剂丝网印刷方法，还可以在基板上形成单壁碳纳米管的精细图案，并且我们已经成功印刷了最小宽度为50μm的细线（图1的右下）。
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| 图1 单层CNT薄膜和单层CNT薄膜的精细图案 |
值得注意的是，超级生长碳纳米管是一种长单壁碳纳米管，与其他碳纳米管相比，表现出优异的涂层性能。图2显示了应用新开发的超生长CNT涂层剂和市售短多壁CNT分散体获得的薄膜的观察结果。虽然超生长碳纳米管薄膜具有极好的平整度（图2左），但由市售短多层碳纳米管获得的薄膜在干燥过程中却出现了许多裂纹（图2右）。众所周知，超级生长碳纳米管比其他碳纳米管更长（数百微米），但在新开发的涂层剂中，长单壁碳纳米管相互缠绕并形成无数接触点的网络结构以高浓度分散在溶剂中。我们相信，即使在薄膜干燥过程中，这种网络结构也能保持碳纳米管之间的键合，这就是为什么超级生长碳纳米管表现出优异的涂层性能。
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| 图2 超生长CNT和市售短多层CNT的涂膜照片 |
构成单壁碳纳米管涂覆剂的溶剂可以选自水和各种有机溶剂。利用这一点，还可以通过将其他物质溶解在溶剂中来涂覆由单壁碳纳米管制成的复合膜（图3）。过去有报道称，可以通过超生长碳纳米管和橡胶的复合材料来获得导电橡胶等功能材料，但在本研究中，我们利用适合批量生产的涂布方法，使得获得各种复合薄膜成为可能。此外，通过不使用表面活性剂等分散剂进行涂布，可以涂布杂质极少的CNT膜，适合电极材料。此外，待涂覆的基材无论是无机还是有机的。
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| 图3 各种单层CNT涂层剂、复合材料薄膜和基材 |
利用新开发的技术，单壁碳纳米管可以以更低的成本应用于广泛的应用。特别是，已开始研究将涂膜用于双电层电容器等电池用电极材料中。此外，它有望用于各种CNT功能部件的成型技术，例如高电流容量布线、散热部件、柔性电子部件、黑色涂膜和高强度轻量化部件（图4）。
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| 图 4 新开发技术的预期连锁反应 |
通过TASC积极提供新开发的CNT和复合膜的样品和技术转让，我们计划与企业合作继续进行CNT应用的开发。同时，我们将继续开发控制CNT膜结构（孔隙率等）的技术和与不同材料（金属等）形成复合膜的技术等基础技术。