JP2007231127A - Liquid crystalline compound-carbon nanotube composite material and method for producing the same composite material - Google Patents

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Hirobumi Yajima
博文 矢島
Katsumi Uchida
勝美 内田
Akina Tanemura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystalline compound-carbon nano tube composite material excellent in electric conductivity and mechanical properties and capable of controlling orientation state of a carbon nanotube in a desired direction and to provide a method for producing the composite material. <P>SOLUTION: In the liquid crystalline compound-carbon nanotube composite material in which a carbon nanotube is dispersed into a crystalline compound having a lyotropic liquid crystallinity and used as a matrix, peak of fluorescence intensity appears in 1,110-1,150 nm fluorescence wavelength in near infrared fluorescence measurement. The composite material can be produced by mixing a dispersion in which carbon nanotube is dispersed with a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity in a weight ratio of the dispersion/liquid crystalline compound of (50/50) to (30/70) and then allowing the mixture to stand for a prescribed period. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料、及び当該複合材料の製造方法に関する。更に詳しくは、リオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散されている液晶−カーボンナノチューブ複合材料、及び当該複合材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material and a method for producing the composite material. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal-carbon nanotube composite material in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity, and a method for producing the composite material.

カーボンナノチューブは、六角網目状の炭素原子配列のグラファイトシート(グラフェン層ともいわれる)が円筒状ないしチューブ状に巻かれた構造を有する炭素同素体の1つで、その直径がナノメートルスケールであり、壁構造が黒鉛構造を有している。また、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNTs:Single−Walled Carbon Nanotubes)及び多層カーボンナノチューブ(MWNTs:Multi−walled Carbon Nanotubes)の2種類が知られており、単層カーボンナノチューブは、グラファイトシートが1枚だけ円筒状に巻かれたものであるのに対して、多層カーボンナノチューブは、当該グラファイトシートが同心円状に略等間隔に何重にも重なったものである。カーボンナノチューブは、直径及び炭素の巻き方(カイラリティー)により金属にも半導体にもなり得るため電気的特性に優れ、かつ、鋼よりも軽くて強いという高い力学的特性を備えている。   A carbon nanotube is a carbon allotrope having a structure in which a graphite sheet (also called a graphene layer) having a hexagonal network of carbon atoms arranged in a cylindrical shape or a tube shape, and its diameter is on a nanometer scale. The structure has a graphite structure. In addition, there are two known types of carbon nanotubes: single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs). Single-walled carbon nanotubes are made of graphite sheets. Whereas only one sheet is wound in a cylindrical shape, the multi-walled carbon nanotube is a graphite sheet in which the graphite sheets are concentrically stacked and overlapped at substantially equal intervals. Carbon nanotubes can be either a metal or a semiconductor depending on the diameter and how the carbon is wound (chirality), and thus have excellent electrical characteristics and high mechanical properties that are lighter and stronger than steel.

カーボンナノチューブは、このようにこれまでの物質にない幾何学的及び物理的な特性を有することから、ナノテクノロジー分野を代表し、最大電流密度、帯電防止性、電気伝導度、熱伝導性、電磁波シールド性、ヤング率及び引張強度等の優れた諸機能を備えた新素材として、電子材料、医療、エネルギー等の各分野での適用が期待されている。特に、高分子材料や無機材料等の種々の材料をマトリックスとして用いて、これらのマトリックス中にカーボンナノチューブをフィラーとして分散させて、前記の諸特性を有した機能性複合材料とすることについての検討がなされている(例えば、特許文献1〜特許文献4を参照。)。   Since carbon nanotubes have geometrical and physical properties not found in conventional materials, they represent the nanotechnology field, and have the highest current density, antistatic properties, electrical conductivity, thermal conductivity, electromagnetic waves. As a new material having excellent functions such as shielding properties, Young's modulus, and tensile strength, it is expected to be applied in various fields such as electronic materials, medical care, and energy. In particular, various materials such as polymer materials and inorganic materials are used as matrices, and carbon nanotubes are dispersed as fillers in these matrices to obtain functional composite materials having the above-mentioned characteristics. (For example, see Patent Documents 1 to 4).

特開2005−14332号公報JP 2005-14332 A 特開2005−122930号公報JP 2005-122930 A 特開2005−326825号公報JP 2005-326825 A 特許第3665969号公報Japanese Patent No. 3665969

ところで、アスペクト比が大きく、直径が細いというカーボンナノチューブの構造上の特性を生かすためには、カーボンナノチューブをマトリックス中に均一に分散させる必要があり、これによりマトリックス中への添加量が極めて少ない場合でも、カーボンナノチューブの有する高い機能を効率よく発揮させることができる。一方、カーボンナノチューブは、炭素のπ電子が非常に長い距離にわたり共役した表面を有しているため極めて安定であり、また、このπ電子の表面は濡れにくく、他の物質とは混ざりにくい性質を有している。そして、カーボンナノチューブの相互間にはファンデルワールス(van der Waals)力がはたらくため凝集力が非常に強く、マトリックス内で数十本のカーボンナノチューブが無秩序に凝集した束(バンドル)となってしまうため、マトリックス中にカーボンナノチューブが均一に分散された複合材料の製造は困難であり、改善が望まれていた。   By the way, in order to take advantage of the structural characteristics of carbon nanotubes, which have a large aspect ratio and a small diameter, it is necessary to disperse carbon nanotubes uniformly in the matrix. However, the high functions of the carbon nanotube can be exhibited efficiently. On the other hand, carbon nanotubes are extremely stable because they have a surface in which carbon π-electrons are conjugated for a very long distance, and the surface of the π-electrons is difficult to wet and difficult to mix with other substances. Have. And since van der Waals force works between the carbon nanotubes, the cohesive force is very strong, resulting in a bundle in which dozens of carbon nanotubes are randomly aggregated in the matrix. For this reason, it is difficult to produce a composite material in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in a matrix, and improvement has been desired.

本発明は前記の課題に鑑みてなされたものであり、マトリックスとなる液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散されているため、電気伝導性や力学的特性に優れるとともに、カーボンナノチューブの配向状態を所望の方向に制御可能な液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料、及び当該複合材料の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and since carbon nanotubes are uniformly dispersed in a liquid crystal compound serving as a matrix, the electrical conductivity and mechanical properties are excellent, and the orientation state of the carbon nanotubes Is to provide a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material that can be controlled in a desired direction, and a method for producing the composite material.

前記の課題を解決するために、本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、リオトロピック液晶性を有する液晶性化合物をマトリックスとしてカーボンナノチューブを分散させた液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料であって、近赤外蛍光測定における蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention is a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material in which carbon nanotubes are dispersed using a lyotropic liquid crystal compound as a matrix. Thus, a fluorescence intensity peak appears when the fluorescence wavelength in the near infrared fluorescence measurement is 1110 to 1150 nm.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、前記液晶性化合物がヒドロキシプロピルセルロースであることが好ましい。   In the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, the liquid crystal compound is preferably hydroxypropyl cellulose.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、前記液晶性化合物の粘度が2.0〜10.0mPa・sであることが好ましい。   In the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, the viscosity of the liquid crystal compound is preferably 2.0 to 10.0 mPa · s.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法は、カーボンナノチューブを分散させた分散液とリオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物を重量比で分散液/液晶性化合物=50/50〜30/70で混合し、その後所定の期間放置することを特徴とする。   In the method for producing a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, a dispersion liquid in which carbon nanotubes are dispersed and a liquid crystal compound having lyotropic liquid crystallinity are dispersed in a weight ratio / liquid crystal compound = 50 / 50-30. The mixture is mixed at / 70 and then left for a predetermined period.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法は、前記分散液がカルボキシメチルセルロース、キトサン、ジェランガム、ヒアルロン酸、ドデシル硫酸ナトリウム及びドデシルトリメチルアンモニウムブロミドよりなる群より選ばれた一種以上を含有することが好ましい。   In the method for producing a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, the dispersion contains one or more selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, chitosan, gellan gum, hyaluronic acid, sodium dodecyl sulfate, and dodecyl trimethyl ammonium bromide. It is preferable to do.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、リオトロピック液晶性を有する液晶性化合物をマトリックスとしてカーボンナノチューブを分散させ、近赤外蛍光測定における蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れるので、液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散されており、カーボンナノチューブの備える電気的特性及び力学的特性を備えた複合材料となる。また、リオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散しているので、液晶性化合物の配向に伴ってカーボンナノチューブも配向させることができ、カーボンナノチューブの配向状態を所望の方向に制御することができる。   In the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, carbon nanotubes are dispersed using a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystal properties as a matrix, and a fluorescence intensity peak appears at a fluorescence wavelength of 1110 to 1150 nm in near infrared fluorescence measurement. Therefore, the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystal compound, and a composite material having the electrical characteristics and mechanical characteristics of the carbon nanotubes is obtained. In addition, since the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity, the carbon nanotubes can be aligned with the alignment of the liquid crystalline compound, and the alignment state of the carbon nanotubes can be set in a desired direction. Can be controlled.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、複合材料を構成する前記液晶性化合物をヒドロキシプロピルセルロースとすることにより、リオトロピック液晶性を効果的に発現することができる。また、ヒドロキシプロピルセルロースは、常温で溶媒に溶解し、また、pH域が幅広く安定した物質であり、更には、カーボンナノチューブの分散剤として多糖類を採用した場合にあっては、当該多糖類との相性もよい。   The liquid crystalline compound-carbon nanotube composite material according to the present invention can effectively exhibit lyotropic liquid crystallinity by using hydroxypropyl cellulose as the liquid crystalline compound constituting the composite material. In addition, hydroxypropylcellulose is a substance that is soluble in a solvent at room temperature and has a wide pH range, and when a polysaccharide is used as a carbon nanotube dispersant, Good compatibility.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、複合材料を構成する前記液晶性化合物の粘度を2.0〜10.0mPa・sとすることにより、カーボンナノチューブの分散性を向上させることができ、また、得られた複合材料も、カーボンナノチューブの蛍光強度ピークを確実に確認することができる。   The liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention can improve the dispersibility of carbon nanotubes by setting the viscosity of the liquid crystal compound constituting the composite material to 2.0 to 10.0 mPa · s. Moreover, the obtained composite material can also confirm the fluorescence intensity peak of a carbon nanotube reliably.

本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法は、カーボンナノチューブを分散させた分散液を調製し、この分散液と液晶性化合物を重量比で分散液/液晶性化合物=50/50〜30/70で混合して、その後所定の期間放置する構成を採用しているので、マトリックスである液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散された液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料を簡便かつ効率よく調製することができる。   In the method for producing a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed is prepared, and the dispersion and the liquid crystal compound are dispersed in a weight ratio of dispersion / liquid crystal compound = 50/50. Since the composition is mixed at ˜30 / 70 and then allowed to stand for a predetermined period, a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in a liquid crystal compound as a matrix can be easily and It can be prepared efficiently.

また、本発明に係る液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法は、前記分散液がカルボキシメチルセルロース等から選ばれる少なくとも一種とすることにより、
複合材料を形成する際にカルボキシメチルセルロース等がカーボンナノチューブにらせん状に巻きつき、CH−π相互作用を生ずることで、安定に分散、孤立化したカーボンナノチューブを分散させた液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料を得ることができる。
Further, in the method for producing a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to the present invention, the dispersion is at least one selected from carboxymethyl cellulose and the like.
A liquid crystal compound-carbon nanotube composite in which carboxymethylcellulose and the like are spirally wound around carbon nanotubes when forming a composite material, and CH-π interaction is generated, thereby stably dispersing and isolating carbon nanotubes. Material can be obtained.

以下、本発明の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料(以下、単に「複合材料」とすることもある。)は、リオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物をマトリックスとしてカーボンナノチューブを分散させることにより形成される。   Hereinafter, the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “composite material”) is formed by dispersing carbon nanotubes using a liquid crystal compound having lyotropic liquid crystallinity as a matrix. The

本発明の複合材料を構成するカーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ(SWNTs:Single−Walled Carbon Nanotubes)及び多層カーボンナノチューブ(MWNTs:Multi−walled Carbon Nanotubes)のいずれも使用できる。ここで、カーボンナノチューブとは、前記したように、グラファイトシートが円筒状ないしチューブ状に巻かれた構造を有し、直径がナノメートルのオーダーを有する炭素同素体の1つである。   As the carbon nanotubes constituting the composite material of the present invention, both single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) can be used. Here, as described above, the carbon nanotube is one of carbon allotropes having a structure in which a graphite sheet is wound in a cylindrical shape or a tube shape and having a diameter of the order of nanometers.

本発明で使用できる単層カーボンナノチューブとしては、例えば、繊維直径が1〜1000nm程度、繊維長さが0.1〜1000μm程度、アスペクト比が10〜10000のものが好ましい。   As the single-walled carbon nanotube that can be used in the present invention, for example, those having a fiber diameter of about 1 to 1000 nm, a fiber length of about 0.1 to 1000 μm, and an aspect ratio of 10 to 10,000 are preferable.

一方、本発明で使用できる多層カーボンナノチューブも、例えば、繊維直径が1〜1000nm程度、繊維長さが0.1〜1000μm程度、アスペクト比が10〜10000のものが好ましい。   On the other hand, the multi-walled carbon nanotubes that can be used in the present invention are preferably those having a fiber diameter of about 1 to 1000 nm, a fiber length of about 0.1 to 1000 μm, and an aspect ratio of 10 to 10,000.

カーボンナノチューブの製造方法としては、アーク放電法、レーザー蒸着法及び触媒化学気相(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などが知られており、例えば、非特許文献(「カーボンナノチューブの基礎」、(株)コロナ社発行、斎藤弥八、板東俊治共著)などに詳細が記載されている。特に限定されないが、その中でも、CVD法、特に熱CVD法が気相で連続生産できるため工程がスムーズに進むので好ましい製法である。その場合、600℃〜1200℃の高温で触媒と炭素源を接触させる方法で触媒を連続的に供給すれば、連続的にカーボンナノチューブを回収することが出来る。また、一酸化炭素の熱分解法、微細な空孔中に有機分子を挿入して熱分解するテンプレート法、フラーレン・金属共蒸着法等、他の手段によって作製されたカーボンナノチューブを使用しても問題ない。   Known methods for producing carbon nanotubes include arc discharge methods, laser vapor deposition methods, and catalytic chemical vapor deposition (CVD) methods. For example, non-patent literature (“Basics of Carbon Nanotubes”, ) Corona Publishing, co-authored by Saihachi Hachihachi and Itato Toshiharu). Although not particularly limited, among these, the CVD method, particularly the thermal CVD method can be continuously produced in the gas phase, and therefore the process proceeds smoothly. In that case, if the catalyst is continuously supplied by a method in which the catalyst and the carbon source are brought into contact at a high temperature of 600 ° C. to 1200 ° C., the carbon nanotubes can be continuously recovered. Also, carbon nanotubes produced by other means such as carbon monoxide thermal decomposition method, template method in which organic molecules are inserted into fine pores for thermal decomposition, and fullerene / metal co-evaporation method can be used. no problem.

具体的なカーボンナノチューブとしては、グラファイト フィブリル(Graphite fibril)(登録商標)(ハイペリオン(Hyperion)社製)、ベイパー
グロウン カーボン ファイバー(VaporGrown Carbon Fiber)(登録商標)(昭和電工(株)製)、更には、ピログラフ III(Pyrograf III)(商品名)(ASISH社製)等が挙げられる。
Specific carbon nanotubes include graphite fibril (registered trademark) (manufactured by Hyperion), vapor grown carbon fiber (registered trademark) (manufactured by Showa Denko KK), and more. Examples include Pyrograph III (trade name) (manufactured by ASIS).

なお、カーボンナノチューブは、液晶性化合物中での分散性を向上させるために、カーボンナノチューブの表面を修飾するようにしてもよい。カーボンナノチューブの表面を修飾する手段としては、特に制限はないが、例えば、特開2005−14332号公報に開示される方法等を用いることができる。   The carbon nanotubes may be modified on the surface of the carbon nanotubes in order to improve the dispersibility in the liquid crystal compound. The means for modifying the surface of the carbon nanotube is not particularly limited, and for example, a method disclosed in JP-A-2005-14332 can be used.

次に、本発明の複合材料においてマトリックスとなる液晶性化合物としては、リオトロピック液晶性を持つ材料を使用することができ、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース等を使用することが好ましい。かかるヒドロキシプロピルセルロースは、常温で溶媒に溶解し、また、pH域が幅広く安定した物質であり、更には、カーボンナノチューブの分散剤として多糖類を採用した場合にあっては、当該多糖類との相性もよい。なお、リオトロピック液晶性とは、溶媒との相互作用(一般に溶液の濃度変化)により液晶相となる性質を有することをいう。   Next, as the liquid crystalline compound that becomes a matrix in the composite material of the present invention, a material having lyotropic liquid crystallinity can be used, and for example, hydroxypropyl cellulose or the like is preferably used. Such hydroxypropyl cellulose is a substance that is soluble in a solvent at room temperature and has a wide and stable pH range. Furthermore, when a polysaccharide is used as a carbon nanotube dispersant, Compatibility is also good. The lyotropic liquid crystallinity means that the liquid crystal phase is obtained by interaction with a solvent (generally a change in the concentration of the solution).

液晶性化合物の粘度は、2.0〜10.0mPa・sとすることが好ましい。液晶性化合物の粘度をかかる範囲とすることにより、カーボンナノチューブの分散性を向上でき、得られた複合材料は、カーボンナノチューブの蛍光強度ピークを確実に確認できる。一方、粘度が10.0mPa・sを超えると、リオトロピック液晶性を確実に発現できない場合もある。なお、液晶性化合物の粘度は3.0〜6.0mPa・sとすることが特に好ましい。   The viscosity of the liquid crystal compound is preferably 2.0 to 10.0 mPa · s. By setting the viscosity of the liquid crystal compound in such a range, the dispersibility of the carbon nanotube can be improved, and the obtained composite material can surely confirm the fluorescence intensity peak of the carbon nanotube. On the other hand, if the viscosity exceeds 10.0 mPa · s, the lyotropic liquid crystallinity may not be exhibited with certainty. The viscosity of the liquid crystal compound is particularly preferably 3.0 to 6.0 mPa · s.

また、複合材料中におけるカーボンナノチューブの含有量は、複合材料全体に対して
0.001〜50質量%とすることが好ましく、0.01〜30質量%とすることが特に好ましい。カーボンナノチューブの含有量をかかる範囲にすることにより、カーボンナノチューブの有する諸特性を最大限に発揮することができるとともに、マトリックスである液晶性化合物に対する分散も効率よく行われる。
Further, the content of carbon nanotubes in the composite material is preferably 0.001 to 50% by mass, and particularly preferably 0.01 to 30% by mass with respect to the entire composite material. By setting the content of the carbon nanotubes within such a range, various characteristics of the carbon nanotubes can be exhibited to the maximum, and the dispersion with respect to the liquid crystal compound as the matrix is efficiently performed.

本発明の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料を製造するには、カーボンナノチューブを分散させた分散液を調製し、この分散液と液晶性化合物を重量比で分散液/液晶性化合物=50/50〜30〜70で混合して、その後所定の期間放置するようにすればよく、この方法を採用して複合材料を製造することにより、マトリックスである液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散された液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料を簡便かつ効率よく調製することができる。   In order to produce the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material of the present invention, a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed is prepared, and the dispersion and the liquid crystal compound are dispersed in a weight ratio of dispersion / liquid crystal compound = 50/50. It is sufficient to mix at ~ 30 ~ 70 and then leave it for a predetermined period of time. By using this method to produce a composite material, carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystalline compound as a matrix. The liquid crystal compound-carbon nanotube composite material can be easily and efficiently prepared.

カーボンナノチューブを分散させた分散液を調製するには、例えば、純水、酢酸溶液、重水等の溶媒にカーボンナノチューブ及び所定の分散剤を入れ、これらを混合して、溶媒中にカーボンナノチューブを分散させればよい。分散剤の量は、カーボンナノチューブに対して、例えば、重量比で5倍以上とすることが好ましく、10倍以上とすることが特に好ましい。また、分散液を調製する場合にあっては、カーボンナノチューブの分散状態を良好にするために超音波容器、超音波洗浄機、超音波ホモジナイザー等の超音波装置を用いて、超音波処理を施して均一に分散させるのが好ましい。かかる超音波処理における電圧の大きさ、処理時間等の諸条件は、カーボンナノチューブの含有量や、分散剤及び溶媒の種類等に応じて適宜決定すればよい。   In order to prepare a dispersion liquid in which carbon nanotubes are dispersed, for example, carbon nanotubes and a predetermined dispersant are put in a solvent such as pure water, acetic acid solution, and heavy water, and these are mixed to disperse the carbon nanotubes in the solvent. You can do it. The amount of the dispersant is, for example, preferably 5 times or more, and particularly preferably 10 times or more, by weight ratio with respect to the carbon nanotube. When preparing a dispersion, in order to improve the dispersion state of carbon nanotubes, ultrasonic treatment is performed using an ultrasonic device such as an ultrasonic container, an ultrasonic cleaner, or an ultrasonic homogenizer. And uniformly dispersed. Various conditions such as the magnitude of the voltage and the treatment time in the ultrasonic treatment may be appropriately determined according to the content of the carbon nanotubes, the types of the dispersant and the solvent, and the like.

更には、超音波処理後の分散液に対して遠心処理ないしは超遠心処理を施すことにより、カーボンナノチューブが水溶液中により効率よく分散される。遠心処理は、遠心分離機、遠心機、超遠心機等の公知の遠心処理装置等を用いることにより実施することができる。かかる遠心処理における回転数、処理時間等の諸条件も、カーボンナノチューブの含有量や、分散剤及び溶媒の種類等に応じて適宜決定すればよい。   Furthermore, the carbon nanotubes are more efficiently dispersed in the aqueous solution by subjecting the dispersion after ultrasonic treatment to centrifugation or ultracentrifugation. Centrifugation can be carried out by using a known centrifuge such as a centrifuge, a centrifuge, or an ultracentrifuge. Various conditions such as the number of rotations and processing time in the centrifugal treatment may be appropriately determined according to the content of the carbon nanotubes, the types of the dispersant and the solvent, and the like.

分散剤としては、多糖類であるカルボキシメチルセルロース、キトサン、ジェランガム、ヒアルロン酸や界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(Sodium Dodecyl Sulfate:SDS)、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(Dodecyl Trimethylammounium Bromide:DTAB)等を使用することができる。分散剤はこれらの一種を単独で、あるいはこれらの二種以上を組み合わせて使用することができる。これらの分散剤を使用すれば、複合材料を形成する際にカルボキシメチルセルロース等がカーボンナノチューブにらせん状に巻きつくため、CH−π相互作用を生じて、安定に分散、孤立化したカーボンナノチューブを分散させた液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料を得ることができる。分散剤は、特に、カルボキシメチルセルロース、キトサンを使用することが好ましい。   As the dispersant, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose, chitosan, gellan gum, hyaluronic acid and surfactants such as sodium dodecyl sulfate (SDS), dodecyl trimethyl ammonium bromide (DTAB) are used. be able to. As the dispersant, one of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination. When these dispersants are used, carboxymethylcellulose and the like are spirally wound around the carbon nanotubes when forming a composite material, so that a CH-π interaction is generated to stably disperse the isolated and isolated carbon nanotubes. A liquid crystal compound-carbon nanotube composite material can be obtained. In particular, it is preferable to use carboxymethylcellulose or chitosan as the dispersant.

そして、この分散液と液晶性化合物を、重量比で分散液/液晶性化合物=50/50〜30/70となるようにして混合する。液晶性化合物を分散液と前記の重量比で混合することにより、リオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物が溶媒を含んで液晶状態となるとともに、マトリックス中にカーボンナノチューブを良好に分散させることになる。かかる分散液と液晶性化合物の重量比は、分散液/液晶性化合物=45/55〜35/65とすることが特に好ましい。   And this dispersion liquid and a liquid crystalline compound are mixed so that it may become a dispersion liquid / liquid crystalline compound = 50 / 50-30 / 70 by weight ratio. By mixing the liquid crystalline compound with the dispersion in the above weight ratio, the liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity contains a solvent to be in a liquid crystal state, and the carbon nanotubes are well dispersed in the matrix. The weight ratio of the dispersion to the liquid crystal compound is particularly preferably dispersion / liquid crystal compound = 45/55 to 35/65.

また、混合液は、所定の期間、例えば1日以上、好ましくは3日以上、更に好ましくは5日以上、特に好ましくは7日以上放置することにより、マトリックスに対するカーボンナノチューブの分散が確実になされ、また、液晶性化合物も確実に液晶性を発現する。かかる放置は、室温環境下で行うことが好ましい。   The mixed liquid is allowed to stand for a predetermined period, for example, 1 day or more, preferably 3 days or more, more preferably 5 days or more, particularly preferably 7 days or more, so that the dispersion of the carbon nanotubes in the matrix is ensured. In addition, liquid crystal compounds also exhibit liquid crystal properties with certainty. Such standing is preferably performed in a room temperature environment.

なお、本発明の複合材料には、前記の必須成分であるカーボンナノチューブ及びリオトロピック性を持つ液晶性化合物のほか、発明の目的及び効果を妨げない範囲内で、前記した以外の分散剤、難燃剤、熱安定剤、導電性付与材、難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、結晶核剤、可塑剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、帯電防止剤等の添加剤を必要に応じて適宜添加することができる。   The composite material of the present invention includes, in addition to the carbon nanotubes and lyotropic liquid crystalline compounds as essential components described above, dispersants and flame retardants other than those described above within a range not hindering the object and effect of the invention. , Heat stabilizers, conductivity enhancers, flame retardant aids, pigments, dyes, lubricants, mold release agents, compatibilizers, crystal nucleating agents, plasticizers, antioxidants, anti-coloring agents, UV absorbers, fluidity Additives such as a modifier, a foaming agent, an antibacterial agent, a vibration damping agent, a deodorant, a slidability modifier, and an antistatic agent can be added as necessary.

以上のようにして得られる本発明の複合材料は、マトリックスとなる液晶性化合物中に
カーボンナノチューブが均一に分散されることになり、その結果、近赤外蛍光測定における蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れることになる。
In the composite material of the present invention obtained as described above, the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystal compound as a matrix. As a result, the fluorescence wavelength in the near infrared fluorescence measurement is 1110 to 1150 nm. A peak of fluorescence intensity will appear.

図1は、本発明の複合材料について、近赤外蛍光測定を行った場合における蛍光波長が1124nm付近の蛍光強度を模式的に示した図である。マトリックス中にカーボンナノチューブが均一に分散されている場合にあっては、図1の実線に示すように、蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れ、例えば、1124nm±14nm、特に1124nm±10nmでピークが現れることとなる。すなわち、当該蛍光波長の範囲で蛍光強度のピークが現れることは、マトリックス中でカーボンナノチューブが均一に分散されたことを示す指標の一つとなり、かかるピークにおける蛍光強度は、カーボンナノチューブの含有量が複合材料全体の0.5〜1.0質量の場合にあっては、概ね6000〜14000a.u.程度となる。一方、マトリックス中のカーボンナノチューブがバンドル構造となり、当該カーボンナノチューブの分散が均一になされていなければ、蛍光強度は小さくなり、図1の点線に示すように、蛍光強度の明確なピークは現れないことになる。また、図1に示すように、分散したカーボンナノチューブの蛍光強度のピークは、1180〜1220nm、及び1270〜1300nmにおいても観察される場合が多い。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the fluorescence intensity of the composite material of the present invention when the near infrared fluorescence measurement is performed and the fluorescence wavelength is around 1124 nm. When the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the matrix, as shown by the solid line in FIG. 1, a fluorescence intensity peak appears at a fluorescence wavelength of 1110 to 1150 nm, for example, 1124 nm ± 14 nm, particularly 1124 nm ± A peak appears at 10 nm. That is, the appearance of a fluorescence intensity peak in the range of the fluorescence wavelength is one of the indicators that the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the matrix, and the fluorescence intensity at the peak is determined by the content of the carbon nanotubes. In the case of 0.5 to 1.0 mass of the entire composite material, approximately 6000 to 14000 a. u. It will be about. On the other hand, if the carbon nanotubes in the matrix have a bundle structure and the carbon nanotubes are not uniformly dispersed, the fluorescence intensity will be small, and no clear peak of fluorescence intensity will appear as shown by the dotted line in FIG. become. Moreover, as shown in FIG. 1, the peak of the fluorescence intensity of the dispersed carbon nanotube is often observed also at 1180-1220 nm and 1270-1300 nm.

なお、近赤外蛍光測定は、例えば、近赤外分光蛍光光度計 FP−6600(日本分光(株)製)等の装置を用いて行うことができる。また、カーボンナノチューブは直径が細く、アスペクト比が大きい構造をとるため、偏向方向(光の振動方向)によって光学特性が大きく異なり、カーボンナノチューブの直径方向(軸方向)よりも長さ方向の方が光吸収や発光が起こりやすいとされている。   In addition, near-infrared fluorescence measurement can be performed using apparatuses, such as a near-infrared spectrofluorometer FP-6600 (made by JASCO Corporation), for example. In addition, since carbon nanotubes have a structure with a small diameter and a large aspect ratio, the optical characteristics vary greatly depending on the deflection direction (light vibration direction), and the length direction is longer than the diameter direction (axial direction) of carbon nanotubes. It is said that light absorption and light emission are likely to occur.

カーボンナノチューブをマトリックス中に分散させた複合材料にあっては、カーボンナノチューブの異方性が大きいためにカーボンナノチューブの特性が配向状態によって変化することが考えられるが、本発明の複合材料のように、液体的な流動性を持ちながら、一定の分子配向性を有するリオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散している場合にあっては、電圧の印加によって液晶性化合物の分子配列が整列して配向し、当該液晶性化合物中に均一に分散されるカーボンナノチューブもそれに応答して配向することになる。よって、電圧を印加することによってカーボンナノチューブの配向を制御することができる。   In a composite material in which carbon nanotubes are dispersed in a matrix, it is considered that the characteristics of the carbon nanotubes change depending on the orientation state due to the large anisotropy of the carbon nanotubes. In the case where carbon nanotubes are uniformly dispersed in a lyotropic liquid crystal compound having a certain molecular orientation while having liquid fluidity, the application of voltage causes the liquid crystal compound to be dispersed. The carbon nanotubes that are aligned in the molecular arrangement and uniformly dispersed in the liquid crystal compound are also aligned in response thereto. Therefore, the orientation of the carbon nanotubes can be controlled by applying a voltage.

なお、電圧の印加と液晶性化合物及びカーボンナノチューブの配向との関係を確認するに際して、図2ないし図4に示す液晶セルを用いて電圧を印加するようにすればよい。図2は液晶セル1の斜視図、図3は図2のIII−III断面図であり、図4は図2のIV−IV断面図であり、この液晶セル1は、2枚のITO(Indium Tin Oxide:インジウムスズ酸化物)電極基板11に被検対象となる本発明の複合材料12を挟むようにして、ITO電極基板11に対して垂直(図2及び図3における縦方向に)に直流電圧を印加した場合における蛍光強度の経時変化を確認すればよい。なお、図2ないし図4に示すように、被検対象である複合材料12の周囲はガラス基板13で囲まれる。また、前記したように、カーボンナノチューブの直径方向(軸方向)よりも長さ方向の方が光吸収や発光が起こりやすいということを考慮して、電極基板11に対して垂直に(同様に、図2及び図3における縦方向に)光を当てて蛍光測定を行うようにすればよい。   In confirming the relationship between the voltage application and the alignment of the liquid crystal compound and the carbon nanotube, the voltage may be applied using the liquid crystal cell shown in FIGS. 2 is a perspective view of the liquid crystal cell 1, FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG. (Tin Oxide: Indium Tin Oxide) A DC voltage is applied vertically (in the vertical direction in FIGS. 2 and 3) to the ITO electrode substrate 11 with the composite material 12 of the present invention to be tested sandwiched between the electrode substrate 11. What is necessary is just to confirm the time-dependent change of the fluorescence intensity in the case of applying. 2 to 4, the periphery of the composite material 12 to be examined is surrounded by a glass substrate 13. Further, as described above, in consideration of the fact that light absorption and light emission are more likely to occur in the length direction than the diameter direction (axial direction) of the carbon nanotubes, The fluorescence measurement may be performed by applying light (in the vertical direction in FIGS. 2 and 3).

電圧の印加と液晶性化合物及びカーボンナノチューブの配向状態の関係は、複合材料に対して直流電圧を印加した場合における蛍光強度の経時変化を測定することで確認することができる。すなわち、本発明の複合材料のように、液晶性化合物をマトリックスとして、当該マトリックス中にカーボンナノチューブが均一に分散している場合で、電圧をかけない状態にあっては、近赤外蛍光測定において所定の波長(例えば、1110〜1150nm等)で蛍光強度のピークが現れることになるが、電圧を印加すると、時間が経過するとともに、蛍光強度が小さくなり、その後ほぼ一定の値となる傾向を示す。   The relationship between the voltage application and the alignment state of the liquid crystalline compound and the carbon nanotube can be confirmed by measuring the change in fluorescence intensity with time when a DC voltage is applied to the composite material. That is, when the liquid crystal compound is used as a matrix and the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the matrix as in the composite material of the present invention and no voltage is applied, near infrared fluorescence measurement A peak of fluorescence intensity appears at a predetermined wavelength (for example, 1110 to 1150 nm, etc.), but when a voltage is applied, the fluorescence intensity decreases with time and tends to become a substantially constant value thereafter. .

これは、カーボンナノチューブが電極基板に対して垂直に配向したことを意味する。電極基板に対して垂直に光を当てて蛍光測定を行った場合に、電圧の印加によって、時間の経過とともに蛍光強度が小さくなり、しばらくしてほぼ一定の値に落ち着くということは、電圧をかけることによって、液晶性化合物が基板に対して垂直に配向し、それに伴ってカーボンナノチューブも垂直に配向し、直径方向(軸方向)に光が当たるカーボンナノチューブの数が増えるため、蛍光強度が減少すると考えられる。そして、複合材料中のカーボンナノチューブの配向のほとんどが基板に対して垂直方向に揃うことにより、蛍光強度の低下も収まり、ほぼ一定の値に落ち着くことになる。このように、電圧の印加によって液晶性化合物の分子配列が整列して配向することを利用して、当該液晶性化合物中に均一に分散されるカーボンナノチューブもそれに応答して配向させることができる。従って、本発明の複合材料にあっては、電圧を印加することによってカーボンナノチューブの配向を所望の方向に制御することができる。   This means that the carbon nanotubes are oriented perpendicular to the electrode substrate. When light is applied perpendicularly to the electrode substrate and the fluorescence measurement is performed, the fluorescence intensity decreases with the lapse of time due to the application of a voltage, and after a while, settles to a substantially constant value. As a result, the liquid crystal compound is aligned perpendicularly to the substrate, and the carbon nanotubes are also aligned vertically, and the number of carbon nanotubes that are exposed to light in the diameter direction (axial direction) increases. Conceivable. Then, since most of the orientations of the carbon nanotubes in the composite material are aligned in the direction perpendicular to the substrate, the decrease in the fluorescence intensity is settled and settled to a substantially constant value. Thus, utilizing the fact that the molecular arrangement of the liquid crystal compound is aligned and aligned by applying a voltage, the carbon nanotubes uniformly dispersed in the liquid crystal compound can be aligned in response thereto. Therefore, in the composite material of the present invention, the orientation of the carbon nanotubes can be controlled in a desired direction by applying a voltage.

また、本発明の複合材料のように液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散されている場合にあっては、所定の蛍光波長でピークが確認できる蛍光強度が、所定の電圧をかけることにより蛍光強度が小さくなるが、その後、電圧をかけず開放することにより蛍光強度が再び大きくなる傾向を示す。   In the case where carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystalline compound as in the composite material of the present invention, the fluorescence intensity at which a peak can be confirmed at a predetermined fluorescence wavelength is applied by applying a predetermined voltage. Although the fluorescence intensity decreases, the fluorescence intensity tends to increase again by opening without applying a voltage thereafter.

これは、複合材料に所定の電圧をかけることによって、マトリックスである液晶性化合物が電極に対して垂直方向に配向して、それに伴ってカーボンナノチューブも垂直方向に配向して蛍光強度が小さくなった後、電圧をかけず開放した状態でしばらく放置することによって、液晶の配向状態が崩れる。また、それに伴ってカーボンナノチューブの配向性が崩れて再びランダムな分散状態となり、配向状態と比べて複合材料中において長さ方向に光が当たるカーボンナノチューブの数が増えるため、蛍光強度が再び大きくなることに起因するものと考えられる。なお、マトリックス中でカーボンナノチューブがバンドルを形成し、分散性が悪ければ、蛍光強度は減少することからも、電圧をかけた後に再びカーボンナノチューブの蛍光強度が増加したということは、カーボンナノチューブはバンドルにはなっておらず、マトリックス中にランダムに分散されていることがわかる。   This is because by applying a predetermined voltage to the composite material, the liquid crystalline compound as a matrix was aligned in the vertical direction with respect to the electrodes, and the carbon nanotubes were also aligned in the vertical direction accordingly, and the fluorescence intensity was reduced. Thereafter, the alignment state of the liquid crystal is broken by leaving it open for a while without applying voltage. As a result, the orientation of the carbon nanotubes collapses and becomes a random dispersion state again, and the number of carbon nanotubes that are exposed to light in the length direction in the composite material increases compared to the orientation state, so that the fluorescence intensity increases again. This is thought to be caused by this. Note that if the carbon nanotubes form a bundle in the matrix and the dispersibility is poor, the fluorescence intensity will decrease, so the fluorescence intensity of the carbon nanotubes will increase again after voltage is applied. It can be seen that it is randomly distributed in the matrix.

かかる本発明の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、リオトロピック液晶性を有する液晶性化合物をマトリックスとしてカーボンナノチューブを分散させ、近赤外蛍光測定における蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れるので、液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散されていることになり、カーボンナノチューブの備える、最大電流密度、帯電防止性、電気伝導度、熱伝導性、電磁波シールド性、ヤング率及び引張強度等の電気的特性及び力学的特性を備えた高性能の複合材料となる。   In the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material of the present invention, carbon nanotubes are dispersed using a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystal properties as a matrix, and a peak of fluorescence intensity appears at a fluorescence wavelength of 1110 to 1150 nm in near infrared fluorescence measurement. Therefore, the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the liquid crystalline compound, and the maximum current density, antistatic property, electrical conductivity, thermal conductivity, electromagnetic wave shielding property, Young's modulus and tensile strength of the carbon nanotubes are provided. It becomes a high-performance composite material having electrical and mechanical properties such as

また、液体的な流動性を持ちながら、一定の分子配向性を有するリオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物中にカーボンナノチューブが均一に分散している構成を採用することにより、液晶性化合物の配向に伴ってカーボンナノチューブも配向させることができ、例えば、電圧を印加することによってカーボンナノチューブの配向状態を所望の方向に制御することができる。このように、カーボンナノチューブの配向状態が所定方向に揃うことにより、任意の方向からの振動エネルギーを効率的に圧電変換できるため圧電性に優れるようになることや、配向方向に偏光発光、偏光吸収及び復屈折するといった光学的異方性を示す挙動を利用して、種々の分野への応用が可能となる。   In addition, by adopting a configuration in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in a lyotropic liquid crystalline compound having a certain molecular orientation while having liquid flowability, the orientation of the liquid crystalline compound is improved. Accordingly, the carbon nanotubes can also be oriented. For example, the orientation of the carbon nanotubes can be controlled in a desired direction by applying a voltage. As described above, when the alignment state of the carbon nanotubes is aligned in a predetermined direction, vibration energy from an arbitrary direction can be efficiently piezoelectrically converted, resulting in excellent piezoelectricity, polarized light emission and polarization absorption in the alignment direction. Further, it is possible to apply to various fields by utilizing the behavior showing optical anisotropy such as birefringence.

そして、電気伝導性等の電気的特性や力学的特性に優れ、また、電圧の印加等によりカーボンナノチューブの配向状態を所望の方向に制御することができるといった前記の効果を奏する本発明の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、カーボンナノチューブを使用した材料の様々な分野への応用が可能となり、例えば、電気デバイスや液晶デバイス等、エネルギー材料(二次電池、燃料電池、水素貯蔵材料、太陽電池等)、光学材料(フォトリソグラフィー、電子写真、非線形光学材料、表示装置、液晶素子、蛍光表示管、光記録媒体、電界放出ディスプレイ、フォトリフラクティブ材料、光伝導体等)、電気材料(電気・磁気・超伝導材料、伝導性材料、誘電体、トランジスタ、エミッタ、磁気記録媒体等)、機能性材料やセンサ等(熱伝導体、潤滑材、高分子複合体、無機複合体、インク、電界センサ、圧力センサ、バイオセンサ、ガスセンサ等のセンサ)、及びカーボンナノチューブを利用したポリマー系ナノコンポジット等に有利に使用することができる。   Further, the liquid crystal properties of the present invention exhibiting the above-mentioned effects such as excellent electrical characteristics such as electrical conductivity and mechanical characteristics, and the ability to control the orientation state of the carbon nanotubes in a desired direction by applying voltage or the like. Compound-carbon nanotube composite materials can be applied to various fields of materials using carbon nanotubes. For example, energy materials (secondary cells, fuel cells, hydrogen storage materials, solar cells) such as electric devices and liquid crystal devices. Etc.), optical materials (photolithography, electrophotography, nonlinear optical materials, display devices, liquid crystal elements, fluorescent display tubes, optical recording media, field emission displays, photorefractive materials, photoconductors, etc.), electrical materials (electrical / magnetic)・ Superconductive materials, conductive materials, dielectrics, transistors, emitters, magnetic recording media, etc.), functional materials and sensors Etc. (thermal conductors, lubricants, polymer composites, inorganic composites, inks, electric field sensors, pressure sensors, biosensors, gas sensors, etc.) and polymer nanocomposites using carbon nanotubes can do.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制約されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not restrict | limited at all by these Examples.

[実施例1]
ヒドロキシプロピルセルロース−カーボンナノチューブ複合材料の製造:
下記(1)及び(2)の方法を用いて、液晶性化合物であるヒドロキシプロピルセルロースとカーボンナノチューブの複合材料を製造した。
[Example 1]
Production of hydroxypropylcellulose-carbon nanotube composite:
Using the following methods (1) and (2), a composite material of hydroxypropyl cellulose, which is a liquid crystal compound, and carbon nanotubes was produced.

(1)カーボンナノチューブ分散水溶液の製造:
純水10ml中に分子量が約60000のカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製)を100mg、下記仕様の単層カーボンナノチューブ(Hipco(商品名):Carbon Nanotechnologies Inc.社製)を10mg入れ、超音波洗浄機(超音波ホモジナイザー US−300T:(株)日本精機製作所製)を用いて3.2Vの条件で超音波処理を60分行い、カーボンナノチューブを水溶液中に分散させた。次に、この分散液を25℃、60分間、163000g、回転数60000rpmの条件で超遠心処理(分離用小型超遠心機 V−570:JASCO社製)を行い、上澄み液を4ml搾取した。この上澄み液をカーボンナノチューブ分散液とした。
(1) Production of carbon nanotube-dispersed aqueous solution:
100 mg of carboxymethylcellulose having a molecular weight of about 60,000 (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) and 10 mg of single-walled carbon nanotubes (Hipco (trade name): Carbon Nanotechnologies Inc.) having the following specifications in 10 ml of pure water, Using a sonic cleaner (ultrasonic homogenizer US-300T: manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.), ultrasonic treatment was performed for 60 minutes under the condition of 3.2 V to disperse the carbon nanotubes in the aqueous solution. Next, this dispersion was subjected to ultracentrifugation (small separation ultracentrifuge V-570: manufactured by JASCO) under the conditions of 25 ° C., 60 minutes, 163000 g, and a rotational speed of 60000 rpm, and 4 ml of the supernatant was extracted. This supernatant was used as a carbon nanotube dispersion.

(カーボンナノチューブの仕様)
純度 : 約85質量%
直径 : 0.4〜1.5nm(平均直径 約1.0nm)
長さ : 0.1μm〜1000μm
アスペクト比: 1000以上
(Specifications of carbon nanotube)
Purity: about 85% by mass
Diameter: 0.4 to 1.5 nm (average diameter about 1.0 nm)
Length: 0.1 μm to 1000 μm
Aspect ratio: 1000 or more

(2)ヒドロキシプロピルセルロース−カーボンナノチューブ複合材料の製造:
(1)で調製したカーボンナノチューブ分散液4ml(3.6mg)を、ヒドロキシプロピルセルロース(製品名 Hydroxypropyl Cellulose:東京化成(株)製、粘度3〜6mPa・s)6mgに入れ、ゆっくり混ぜ合わせた後1週間放置することにより、本発明のヒドロキシプロピルセルロース−カーボンナノチューブ複合材料を得た。
(2) Production of hydroxypropylcellulose-carbon nanotube composite material:
After putting 4 ml (3.6 mg) of the carbon nanotube dispersion prepared in (1) into 6 mg of hydroxypropylcellulose (product name Hydropropylpropyl Cellulose: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., viscosity: 3-6 mPa · s) The hydroxypropyl cellulose-carbon nanotube composite material of the present invention was obtained by leaving it to stand for 1 week.

[試験例1]
近赤外蛍光測定によるカーボンナノチューブの配向挙動の確認(1):
実施例1で得られたヒドロキシプロピルセルロース−カーボンナノチューブ複合材料を、図2ないし図4に示すITO電極基板11の間に挟み、膜厚を約1mmにした液晶セル1を作製した。そして、この液晶セル1に対して、ITO電極基板11に対して垂直方向に、下記の条件で直流電圧を印加した場合における蛍光強度(蛍光強度のピーク)の経時変化を測定した。直流電圧を印加した場合の、蛍光波長が1124nmにおける蛍光強度の経時変化の測定結果を図5に示す。なお、蛍光測定は、電極基板11に対して垂直に光を当てて、下記の条件で測定を実施した。
[Test Example 1]
Confirmation of orientation behavior of carbon nanotubes by near infrared fluorescence measurement (1):
The hydroxypropyl cellulose-carbon nanotube composite material obtained in Example 1 was sandwiched between ITO electrode substrates 11 shown in FIGS. 2 to 4 to produce a liquid crystal cell 1 having a thickness of about 1 mm. Then, with respect to the liquid crystal cell 1, the change with time in fluorescence intensity (fluorescence intensity peak) was measured when a DC voltage was applied in the direction perpendicular to the ITO electrode substrate 11 under the following conditions. FIG. 5 shows the measurement results of changes with time in fluorescence intensity when a DC voltage is applied and the fluorescence wavelength is 1124 nm. The fluorescence measurement was carried out under the following conditions by applying light perpendicular to the electrode substrate 11.

(直流電圧印加の条件)
電圧の大きさ : 10V
時間 : 15分
装置 : HIOKI7015 Signal source
(日置電機(株)製)
(Conditions for applying DC voltage)
Voltage magnitude: 10V
Time: 15 minutes Device: HIOKI 7015 Signal source
(Manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.)

(近赤外蛍光測定の条件)
装置 :Ti/サファイアレーザーを励起光源とした近赤外蛍光分光シ
ステム(InGaAs検出器)
励起波長 :690〜830nm
蛍光検出波長(蛍光波長) :950〜1450nm
露光時間 :20秒
積算回数 :1回
(Near-infrared fluorescence measurement conditions)
Apparatus: Near-infrared fluorescence spectroscopy using Ti / sapphire laser as excitation light source
Stem (InGaAs detector)
Excitation wavelength: 690-830 nm
Fluorescence detection wavelength (fluorescence wavelength): 950-1450 nm
Exposure time: 20 seconds Integration count: 1 time

図5の結果に示すように、励起波長が720nm、蛍光波長が1124nmにおいて、実施例1の複合材料の蛍光強度は、電圧を印加しない状態では約6000a.u.程度であり発光を確認できたが、電圧を印加すると、時間が経過するとともに蛍光強度は小さくなり、その後ほぼ一定の値(約1000a.u.)に落ち着いた。このような、電圧の印加とともに蛍光強度が小さくなり、その後一定の値に落ち着くという結果からは、電極基板に対して垂直に光を当てて蛍光測定を行った場合には、マトリックスとなるヒドロキシプロピルセルロースが基板に対して垂直に配向して、それに伴ってカーボンナノチューブも垂直に配向したことがわかり、また、蛍光強度が一定の値に落ち着いたのは、複合材料中のカーボンナノチューブの配向のほとんどがほぼ一定方向(基板に対して垂直方向)に揃ったためであると考えられる。   As shown in the results of FIG. 5, when the excitation wavelength is 720 nm and the fluorescence wavelength is 1124 nm, the fluorescence intensity of the composite material of Example 1 is about 6000 a. u. However, when a voltage was applied, the fluorescence intensity decreased with time and then settled to a substantially constant value (about 1000 au). From the result that the fluorescence intensity decreases with the application of voltage and then settles down to a certain value, when fluorescence measurement is performed by irradiating light perpendicular to the electrode substrate, hydroxypropyl as a matrix It can be seen that the cellulose was oriented perpendicular to the substrate, and the carbon nanotubes were also oriented along with it, and that the fluorescence intensity settled to a certain value was mostly due to the orientation of the carbon nanotubes in the composite material. This is considered to be because they are aligned in a substantially constant direction (perpendicular to the substrate).

[試験例2]
近赤外蛍光測定によるカーボンナノチューブの配向挙動の確認(2):
試験例1と同様にして電圧を印加しながら近赤外蛍光測定を行った場合における、電圧を印加する前の実施例1の複合材料の蛍光強度(A)、電圧を15分間かけた直後のカーボンナノチューブの蛍光強度(B)、Bの後開放し、1日間放置したカーボンナノチューブの蛍光強度(C)の測定結果を図6に示す。
[Test Example 2]
Confirmation of orientation behavior of carbon nanotubes by near-infrared fluorescence measurement (2):
Fluorescence intensity (A) of the composite material of Example 1 before applying voltage in the case of performing near-infrared fluorescence measurement while applying a voltage in the same manner as in Test Example 1, immediately after applying the voltage for 15 minutes FIG. 6 shows the measurement results of the fluorescence intensity (B) of the carbon nanotubes and the fluorescence intensity (C) of the carbon nanotubes opened after B and left for one day.

図6の結果より、実施例1の複合材料は、電圧をかけることによって、電極に対してカーボンナノチューブが垂直方向に配向するために、蛍光強度が小さくなるが(図5のA→B)、その後、電圧を開放して放置することによって、蛍光強度が再び大きくなった(図5のC)。この結果は、カーボンナノチューブの配向性が崩れランダムに分散されている状態に戻り、その結果、複合材料中において長さ方向に光が当たるカーボンナノチューブの数が増えたため、再び蛍光強度が大きくなったものと考えられる。   From the result of FIG. 6, the composite material of Example 1 has a low fluorescence intensity because the carbon nanotubes are oriented in the vertical direction with respect to the electrodes by applying a voltage (A → B in FIG. 5). Thereafter, the fluorescence intensity increased again by releasing the voltage and leaving it to stand (C in FIG. 5). As a result, the orientation of the carbon nanotubes collapsed and returned to a randomly dispersed state, and as a result, the number of carbon nanotubes that were exposed to light in the length direction in the composite material increased, and the fluorescence intensity increased again. It is considered a thing.

本発明の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料は、電気的特性及び力学的特性に優れるので、例えば、電子材料分野、医療分野、エネルギー分野等の各分野で有利に使用することができる。   Since the liquid crystal compound-carbon nanotube composite material of the present invention is excellent in electrical characteristics and mechanical characteristics, it can be advantageously used in various fields such as the electronic material field, the medical field, and the energy field.

近赤外蛍光測定を行った場合における蛍光波長が1124nm付近の蛍光強度を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the fluorescence intensity in case the fluorescence wavelength near 1124nm at the time of performing near-infrared fluorescence measurement. 液晶セルの斜視図である。It is a perspective view of a liquid crystal cell. 図2のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図2のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 試験例1における測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result in Test Example 1. 試験例2における測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result in Test Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 液晶セル
11 ITO電極基板
12 複合材料(被検対象)
13 ガラス基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal cell 11 ITO electrode substrate 12 Composite material (test object)
13 Glass substrate

Claims (5)

リオトロピック液晶性を有する液晶性化合物をマトリックスとしてカーボンナノチューブを分散させた液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料であって、
近赤外蛍光測定における蛍光波長が1110〜1150nmで蛍光強度のピークが現れることを特徴とする液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料。
A liquid crystal compound-carbon nanotube composite material in which carbon nanotubes are dispersed using a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity as a matrix,
A liquid crystal compound-carbon nanotube composite material, wherein a fluorescence intensity peak appears at a fluorescence wavelength of 1110 to 1150 nm in near infrared fluorescence measurement.
前記液晶性化合物がヒドロキシプロピルセルロースであることを特徴とする請求項1に記載の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料。   The liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to claim 1, wherein the liquid crystal compound is hydroxypropyl cellulose. 前記液晶性化合物の粘度が2.0〜10.0mPa・sであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料。   The liquid crystal compound-carbon nanotube composite material according to claim 1 or 2, wherein the liquid crystal compound has a viscosity of 2.0 to 10.0 mPa · s. カーボンナノチューブを分散させた分散液とリオトロピック液晶性を持つ液晶性化合物を重量比で分散液/液晶性化合物=50/50〜30/70で混合し、
その後所定の期間放置することを特徴とする液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法。
A dispersion in which carbon nanotubes are dispersed and a liquid crystalline compound having lyotropic liquid crystallinity are mixed at a weight ratio of dispersion / liquid crystalline compound = 50/50 to 30/70,
A method for producing a liquid crystal compound-carbon nanotube composite material, which is then allowed to stand for a predetermined period.
前記分散液が、カルボキシメチルセルロース、キトサン、ジェランガム、ヒアルロン酸、ドデシル硫酸ナトリウム及びドデシルトリメチルアンモニウムブロミドよりなる群より選ばれた一種以上を含有することを特徴とする請求項4に記載の液晶性化合物−カーボンナノチューブ複合材料の製造方法。

5. The liquid crystalline compound according to claim 4, wherein the dispersion contains one or more selected from the group consisting of carboxymethylcellulose, chitosan, gellan gum, hyaluronic acid, sodium dodecyl sulfate and dodecyltrimethylammonium bromide. A method for producing a carbon nanotube composite material.

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101806766A (en) * 2010-04-09 2010-08-18 济南大学 Hydroxypropyl /carbon nanotube decoration electrochemical sensor and preparation method and application thereof
JP2011213501A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Cci Corp Multilayered carbon nanotube and method for producing the same
CN102645777A (en) * 2011-12-13 2012-08-22 北京京东方光电科技有限公司 Liquid crystal panel manufacturing method, liquid crystal panel and display
JP2013199419A (en) * 2012-02-23 2013-10-03 Toray Ind Inc Carbon nanotube dispersion
KR20190019818A (en) * 2017-08-18 2019-02-27 한국과학기술원 Method for Preparing Coating Layer Having Highly Aligned Nano Material in Lyotropic Liquid Crystal Matrix
WO2021033482A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Jsr株式会社 Dispersion composition, dispersant, anisotropic film and method for producing same, and apparatus for forming anisotropic film
US11112546B2 (en) 2017-08-18 2021-09-07 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for preparing coating layer having highly aligned nanomaterial in lyotropic liquid crystal matrix

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011213501A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Cci Corp Multilayered carbon nanotube and method for producing the same
CN101806766A (en) * 2010-04-09 2010-08-18 济南大学 Hydroxypropyl /carbon nanotube decoration electrochemical sensor and preparation method and application thereof
CN102645777A (en) * 2011-12-13 2012-08-22 北京京东方光电科技有限公司 Liquid crystal panel manufacturing method, liquid crystal panel and display
JP2013199419A (en) * 2012-02-23 2013-10-03 Toray Ind Inc Carbon nanotube dispersion
KR20190019818A (en) * 2017-08-18 2019-02-27 한국과학기술원 Method for Preparing Coating Layer Having Highly Aligned Nano Material in Lyotropic Liquid Crystal Matrix
KR102096470B1 (en) * 2017-08-18 2020-04-02 한국과학기술원 Method for Preparing Coating Layer Having Highly Aligned Nano Material in Lyotropic Liquid Crystal Matrix
US11112546B2 (en) 2017-08-18 2021-09-07 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for preparing coating layer having highly aligned nanomaterial in lyotropic liquid crystal matrix
WO2021033482A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Jsr株式会社 Dispersion composition, dispersant, anisotropic film and method for producing same, and apparatus for forming anisotropic film
CN114026178A (en) * 2019-08-19 2022-02-08 Jsr株式会社 Dispersion composition, dispersant, anisotropic film and method for producing same, and anisotropic film forming apparatus
CN114026178B (en) * 2019-08-19 2024-01-30 Jsr株式会社 Dispersing composition, dispersing agent, anisotropic film, method for producing the same, and anisotropic film forming apparatus

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