成果報告書詳細
管理番号20090000000038
タイトル平成20年度成果報告書 「カーボンナノチューブの電線材等への適合性調査」
公開日2009/12/9
報告書年度2008 - 2008
委託先名古河テクノリサーチ株式会社
プロジェクト番号Q05012
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約カーボンナノチューブ(以下CNT)による伝導性能の飛躍的な向上が期待できる製品として電線がある。電線分野におけるニーズを把握し、電気伝導性能を活用した製品の開発状況を調査することにより、CNT電線実用化への課題を明確化し、産業界へのインパクトの大きな製品の創出・実用化に結びつけることを目的として調査した。文献調査、展示会情報、企業の報告書、業界情報を入手し、分析するとともに、CNTの長尺化等技術開発で先行する国内外の研究機関や企業を訪問して、最新の情報を入手した。
(1)輸送機器分野における大きな動きとして、地球温暖化防止の観点から、日米欧で2015年-2020年を目標に厳しい燃費規制やCO2排出規制が制定されている。これをクリアするための種々の対策が自動車メーカを中心に開発されている。車両の軽量化は重要な対策のひとつである。ハイブリッド車や電気自動車等クリーンエネルギー車の普及もその一環であるが、電気制御や駆動モータが増えることから電線の使用量が増加する。このような状況からワイヤハーネス軽量化の要求は強く、現在銅導体からアルミ導体にすることによる軽量化が推進されているが、カーボンナノチューブ等による超軽量化が望まれる。
(2)エレクトロニクス分野においては、半導体デバイスや情報機器には、信号の高速化・大容量,部品の小
型化・軽量化が求められ、ケーブルや導体材料には、高導電率化と細径化の両立が求められている。
(3)国内外のCNTの電気伝導性能を活用した開発の代表例はビア配線、代表的な製品はLiイオン電池負極材料と半導体用トレーである。ビア配線はNEDO事業であるMIRAIプロジェクトで富士通を中心に進められ、多層CNT(MWCNT)配線の形成に成功しており、開発が継続されている。MWCNTについては昭和電工が年間100トン出荷しており、その大部分はリチウムイオン2次電池負極導電補助剤に使用されている。半導体ウェハ搬送トレイは数%のCNTの添加で機能を発現することができることから、将来的にも大きな市場の一つである。
(4)安定したCNT製品を供給している会社は、昭和電工、バイエル(独)、Arkema(仏)、
Hyperion Catalysis(米)、Nanocyl等である。2008年のCNTの世界市場は3
40トン、72億円規模と推定されている。1300トン/年 @ 2010年が決定しており、2010年
以降で2000トン/年の市場予測されている。市場価格は、MWCNTの場合、現状数百$/kgから20
10年以降はさらに低価格になると予測される。
(5)CNT電線実用化のために、第一にクリアすべき課題は長尺化の実現である。CNTそのものの長さは
公表値で、産総研が数mm、その後シンシナティ大学が十数mmまで可能となっているが、電線に実用化する
ためには少なくともkmオーダーの長さが必要である。この点に関しては、CNRSやテキサス大学による凝
固紡糸法で数十m、大阪大学やテキサス大学による基板紡糸法で数十m、ケンブリッジ大学やNanoCom
p社(米)、MITによる浮遊紡糸法で数kmのCNT長尺化が実現されつつある。
(6)さらに、CNT電線実用化のためには、CNTの純度、品質(結晶性)の向上、電気伝導性発現のための組織・構造制御、複合化・紡糸により製造した長尺CNTは個々のCNT間の接触抵抗を低減のための表面処理技術が必要である。純度や品質に関してはCNTメーカでグレード分けされているが、電線用には一層のレベルアップが必要と考える。
(7)CNT電線実用化のために、解決すべき技術課題はCNT自体の品質向上・安定化技術、CNTの長尺化技術、CNT電線製造技術である。これらは非常に難度の高い技術であることから、それぞれの技術でポテンシャルを有している企業、研究機関がアライアンスを組んで進めることが必要と考える。
英文要約One of products that can be expected to dramatically improve performance of conduction by utilizing carbon nanotubes (CNT) is electrical wire. In order to clarify the tasks to put CNT wire to practical use, and in order to put the product that has significant impact on industry to practical use, the needs in the field of electrical wire were determined, and the situation of developing products that leverage the performance of electrical conductivity were investigated. Literature research, exhibitions, corporate reports, industry information,and analysis, CNT will visit companies and research institutions and a leading technology development and the long, current information did.(1)As a major movement in the field of transportation, from the viewpoint of preventing global warming in Europe and the United States in 2015 to 2020,with the goal of stricter fuel economy regulations have been enacted CO2 emissions. To clear this kind of development that is centered on measures of automobile manufacturers.Vehicle weight reduction is one of the most important measures.It is part of the spread of clean energy vehicles such as hybrids and electric vehicles,increasing the amount of wire from the increase in motor control and electric drive.Lighter wire harness from the demands of this situation is strong, has been promoted by the lightweight aluminum conductor to copper conductor,ultra-lightweight desirable by carbon nanotubes.(2)In the electronics, semiconductor devices and information appliances, large high-speed signals require smaller and lighter parts, cable and conductor materials,and fine diameter high conductivity balancing is required. (3)The development of cases using the performance of the wire is via electrical conduction,a typical product of Li and chip trays ion battery anode material.Wiring is via NEDO project is underway in Fujitsu MIRAI project, multilayer CNT (MWCNT) has been successful in the formation of the wiring is under continuous development.MWCNT SDK for a year and ship 100 tons, most of the lithium ion are used to aid in conducting the negative battery. Tray transfer semiconductor wafers from a few percent of the CNT can be expressed in function of the additive, which is one of the major markets in the future.(4) Stable CNT are produced by Showa Denko,Bayer (Germany),Arkema (France),Hyperion Catalysis (U.S.), Nanocyl and others.2008 CNT is the global market of 340 tons has been estimated at 72 billion yen. 1300 tons / year@2010 and decided,since 2010 in 2000 t / market is projected. Market price, MWCNT, the current number of 100 $ / kg from 2010 and is expected to be low cost.(5) CNT wires for practical application, issues to be cleared is the realization of a second long. The length of the CNT value is disclosed,AIST few mm, the number of 10 mm and then the University of Cincinnati is possible,in order to be practical in the wire must be at least km length of the order.This regard, CNRS dozens of spinning and coagulation of the University of Texas, spinning dozens of Osaka University and the University of Texas board of m,and the University of Cambridge NanoComp Company (USA), MIT suspended by spinning a few km of CNT has been realized and long.(6) In addition,CNT is a conductor for practical applications,CNT purity and quality (crystallinity) improved control structure for the expression of electrical conductivity,and long CNT complex produced by spinning the individual the CNT surface treatment technology is needed to reduce the contact resistance between. CNT purity and quality for the grades are divided by the manufacturer, the wire is considered necessary for the further improvement.
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