米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任北本大]智能材料组研究员上德博国、首席研究员松泽洋子、研究组组长木原英元等单壁碳纳米管（单壁CNT）等等纳米碳材料的分散体上，我们开发了一种可以轻松形成纳米碳薄层（膜厚：20至30纳米）的技术。
具体来说，是一种特殊材料，可以选择性地吸附纳米碳材料，并在暴露于紫外线时解吸分散剂当这种分散剂和纳米碳材料在有机溶剂中混合时，可以获得均匀的分散体。当将分散液涂覆到基板上并用紫外线照射约20秒时，分散剂仅在照射区域解吸，形成纳米碳材料的薄膜。此外，未照射区域中的纳米碳材料和解吸的分散剂可以通过清洗容易地去除。
传统上，需要多个复杂的步骤才能获得高纯度的纳米碳材料薄膜，且没有任何残留分散剂会导致导电性能下降，这是纳米碳材料薄膜应用于电子器件的瓶颈。采用新开发的技术，不残留任何分散剂，大大缩短了减薄和图案化的过程，使其灵活且轻量化，充分利用了纳米碳材料的特性。二次电池是啊电容器将得到晋升。
该技术的详细内容将于2017年2月10日在筑波国际会议中心（茨城县筑波市）举办的“材料与化学研讨会”、以及2017年2月15日至17日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举办的“nano tech 2017第16届国际纳米技术综合展览及技术大会”上进行展示。
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| 新开发技术概述以及与传统技术的比较 |
以单壁碳纳米管为代表的纳米碳材料具有优异的电学和机械性能、轻质、高柔性等特点，有望在广泛的领域得到应用。为了将纳米碳材料应用于二次电池、电容器等电子器件，首先需要在高纯度的基板上形成纳米碳材料薄膜，而这需要使用高真空设备。干法使用分散剂将材料分散在水或有机溶剂中进行处理湿法总的来说，后者被认为在大面积生产和批量生产方面具有优势，并且有关湿法工艺的各种开发正在进行中。
然而，湿法工艺中使用的现有分散剂由于对纳米碳材料的高吸附性而往往保留在薄膜中，这是降低电导率的一个因素。传统技术需要多个复杂步骤，包括减薄后去除分散剂（强酸清洗和热处理），因此需要一种能够更容易且对环境影响更小的技术来生产高纯度纳米碳薄膜。
AIST 开发了用于各种纳米碳材料的水性分散剂。这些分散剂的特点是其结构在光照射下发生变化，并吸附和解吸到纳米碳材料上。例如，如果将这些分散剂与单壁碳纳米管在水中混合，则它们将被吸附到单壁碳纳米管上，并且将获得均匀的分散液。另外，当对该分散液照射光时，分散剂从单层CNT脱离，仅单层CNT凝集。利用这种现象，我们开发了一种纯化市售单壁碳纳米管的方法（2011 年 7 月 26 日 AIST 新闻稿、2014 年 5 月 15 日 AIST 主要研究成果）。
此次，通过将该色散控制技术与新的光学加工技术相结合，我们致力于开发一种形成不含分散剂的高纯度纳米碳材料薄膜的技术。
使用有机溶剂的湿法工艺主要用于形成纳米碳材料的薄膜。首先，纳米碳材料甚至可以分散在有机溶剂中，此外，可以响应于光来控制纳米碳材料的分散状态。光敏分散剂当这种分散剂和纳米碳材料（例如单壁碳纳米管）在有机溶剂（例如碳酸亚丙酯）中混合时，获得均匀的分散体。这种分散PET树脂光照射后，从基板除去分散液，并用有机溶剂清洗基板。结果，单壁CNT仅在暴露于光的区域中沉淀并形成薄膜（厚度：20至30纳米）。X 射线光电光谱 (XPS)证实这种单壁碳纳米管薄膜几乎不含分散剂。在光照射之前，单壁碳纳米管是均匀分散的，但当通过光掩模局部照射紫外光时，分散剂优先从基板附近的单壁碳纳米管解吸，并且单壁碳纳米管可能同时沉淀在基板上（图1）。此外，通过改变分散液的浓度和光照射时间，可以将膜厚度控制在几十纳米至几十微米的范围内。
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| 图1 使用该技术将纳米碳材料直接从分散体形成薄膜的机理 |
使用传统的湿法工艺，很难在弯曲或不平坦的表面上形成薄膜，但利用新开发的技术，可以在各种材料和形状的基板上形成单层CNT薄膜，包括无机和有机材料（图2）。原子力显微镜 (AFM)的观察结果表明，纤维状单壁碳纳米管清晰可见，并且单壁碳纳米管在保持其原始形状的同时已变成薄膜。该技术有望促进利用纳米碳材料特性的柔性、轻量的下一代电子设备（例如二次电池和电容器）的开发。
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| 图2 在各种基底上制造的单壁碳纳米管图案化薄膜（左）及其原子力显微镜图像（右） |
未来，我们的目标是制造更均匀的薄膜，提高对基材的附着力，并增加面积。我们还将继续应用于其他纳米碳材料（多壁碳纳米管、石墨烯、炭黑）。我们的目标是与企业合作开发基于纳米碳材料的产品，例如二次电池电极、电容器和布线，以及医疗材料和机械工具等新应用。