成果報告書詳細
管理番号20140000000769
タイトル平成22年度-平成26年度成果報告書 低炭素社会を実現するナノ炭素材料実用化プロジェクト
公開日2014/10/29
報告書年度2010 - 2014
委託先名技術研究組合単層CNT融合新材料研究開発機構
プロジェクト番号P10024
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約培養細胞を用いたインビトロ試験によるカーボンナノチューブ(CNT)の簡易で迅速な有害性評価手法の開発を行った。培養細胞を用いたインビトロ試験および動物試験のためのCNT分散調製手法を新たに開発した他、CNTの安全性試験のための試料調製と計測、および細胞を用いたインビトロ試験の手順をとりまとめた「安全性試験手順書」(日本語および英語版)を公開し、CNTの適切な安全管理の支援を行った。気中に飛散したCNTの計測方法の最適な条件を検討した。気中CNTの計測法とその事例をとりまとめた「CNTの作業環境計測の手引き」(日本語版および英語版)を公開した。また、CNT粉体や複合材料の加工時等の粒子飛散性を評価する模擬試験を実施した。本プロジェクトで開発した自主安全評価技術の適用を推進するため、ISO/TC229総会やOECD/WPMN会合に参加し、技術情報の提供や新規プロジェクト提案を実施した。欧米諸国の動向等については、Nanosafetyウェブサイトとtwitterを使って情報提供を行った。CNT等ナノ材料を生産または加工する事業者が実施すべき自主安全管理項目を設定した。 また、スーパーグロース法CNT(SGCNT)および改良直噴熱分解合成法CNT(eDIPSCNT)に対するケーススタディ報告書を作成し、限定配布した。
eDIPSCNTやSGCNTの工業利用を促進するために、単層CNTの直径や形状制御合成技術や連続合成技術などを開発した。また、良質な試料提供も積極的に行った。さらに得られたポテンシャリティを評価することにより、透明導電用途や軽量導線等用途に適する形状の探索を行った。品質管理の評価手法として、アンテナ効果の利用で簡便・迅速な長さ評価法と広範な直径領域の単層CNT評価を可能にする多波長励起広帯域分光評価システムを構築し、CNTの金属・半導体特性と吸着分子および空孔を検出する方法を確立した。ゲルカラムクロマトグラフィー法を用いて、高純度で大量・安価に分離する分離技術の開発を行った。スループット10g/日の最終目標を達成した。
SGCNTを用いた複合材料の開発を実施した。水を用いた低環境負荷分散プロセスを提案し、大量生産が可能なプロセスを確立した。併せて、高性能複合材料を得るための基盤技術開発を実施した。安価な材料と併用することで、低コストで高導電性を示す複合材料配合を見出した。SGCNTに関して、ゴムと複合化することにより、導電性および熱伝導性に優れた複合材料の開発を行った。また、複合材料以外にも、分散技術を生かしてCNT膜の作製やCNT分散液評価技術の開発を行った。さらにこれらの技術を技術移転、試料提供により早期の実用化を図った。CNTおよびカーボンフィラーをネットワークさせたフィラーとアルミニウムの高熱伝導複合材料を試作・評価した。複合材は、放電プラズマ焼結装置(SPS)を用いて、CNT、カーボンフィラーおよびアルミニウム粉末を複合化した。SGCNTフォレストや板状単層CNTを、電界めっきにより複合化する技術を開発し、銅よりも40%軽量で同等の導電性を持ちながら、100倍以上の電流容量とシリコン並みの低線膨張係数を有し、温度上昇に伴う体積抵抗率の上昇が銅よりも小さい単層CNT銅複合材料を開発した。また単層CNTのリソグラフィによる微細加工技術と組わせることで、配線幅500nm以上の単層CNT微細配線化技術も開発した。更に量産化を目指した電界めっきプロセスのスケールアップのため、複数試料の並列処理と最大A4サイズの試料作製が可能な大型めっき装置を設計・発注した。
英文要約Two guides were published for voluntary nanomaterial safety management in the workplace: A safety examination procedure based on the standardized sample preparation and characterization of carbon nanotubes (CNTs) for in vitro cell-based assays, and A guide for measuring airborne CNTs from the handling CNT powders. Research partnerships were advanced with international organizations for the standardization of nanomaterial safety. Methods of information dissemination were examined, such as nanosafety website, twitter account, and through a new project approved in the ISO/TC229 by the OECD/WPMN. Finally, to establish self-regulation in the occupational safety in the manufacture and usage of nanomaterials, including CNTs, two case study reports examining the toxicity and exposure for Super-Growth (SG)-single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) and enhanced direct injection pyrolytic synthesis (eDIPS)-SWCNTs were created and distributed.

Mass production technologies based on the eDIPS and Super-Growth methods were advanced. Structural control of the SWCNTs, such as diameter, length, purity, etc was also developed for property optimization. Furthermore, material transfer of high quality eDIPS SWCNTs was carried out. Application of SWCNTs was evaluated for transparent thin films, conducting wires, and composite materials. Quality control methods for SWCNTs were developed, such as characterization of SWCNT length, the metal-semiconducting quantity, the presence of adsorbed species, and openings in the walls. Synthetic and post-synthetic methods were developed to improve the properties of the CNTs. A new separation method of metallic/semiconducting SWCNT as developed to achieve 10g/day. Fabrication processes were established for making thin film transistors by painting or printing on plastic films and showed good performance.

Several high performance composite materials using SG-SWCNTs and elastomers or metals were developed. For this purpose, dispersion technologies with minimal environmental impact using water as the solvent and techniques for the processing and evaluation of dispersion and buckypapers using SG-SWCNTs were developed. Highly electrically and thermally conductive rubber composites were developed, and industrial SG-SWCNT application was advanced through technical and material transfer. Through the use of spark plasma sintering (SPS) method of CNTs, carbon filler, and aluminum powder, a high thermally conducting aluminum composite was developed. In addition, a Cu-CNT composite which possesses 60% the density of Cu, 100-times the ampacity of Cu, and the coefficient of thermal expansion comparable to Si was developed. Establishment of methods to micro-pattern the Cu-CNT composite was achieved. Finally, for scale-up and sample transfer, a large processing machine was designed and built.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る