JP2011185613A - Method and device for evaluating monodispersibility of carbon nanotube - Google Patents

Method and device for evaluating monodispersibility of carbon nanotube Download PDF

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Fumiyuki Nihei
史行 二瓶
Kazuki Ihara
和紀 井原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein there is no evaluation method for efficiently evaluating the monodispersibility of a CNT suspension or CNT membrane and enabling quantitative evaluation. <P>SOLUTION: The CNT suspension wherein CNT (carbon nanotube) is dispersed in a dispersing medium or a CNT dispersed membrane formed by applying the CNT suspension to the surface of a substrate is irradiated with ultraviolet rays as incident light and absorbance is calculated from the transmitted light from the CNT suspension or the reflected light from the CNT dispersed membrane to evaluate the monodispersibility of CNT of the CNT suspension or CNT dispersed membrane. This evaluation method includes processes of: calculating a light absorption curve from the absorbance; respectively extracting the intensities of the absorption peaks of two places centering around two specific energy levels in the light absorption curve; and calculating the intensity ratio of the absorption peaks in two places. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、分散液中あるいは基板表面などに分散しているカーボンナノチューブの単分散性を評価する方法及び評価装置、またこの評価方法又は評価装置を用いて選別されたカーボンナノチューブ懸濁液又はカーボンナノチューブ薄膜に関するものである。   The present invention relates to a method and an evaluation apparatus for evaluating the monodispersity of carbon nanotubes dispersed in a dispersion or on the surface of a substrate, and a carbon nanotube suspension or carbon selected by using this evaluation method or evaluation apparatus. The present invention relates to a nanotube thin film.

カーボンナノチューブ(以下、「CNT」とも称する。)は直径がナノメートルオーダーであり、長さがミクロンオーダーの円筒構造をなすグラファイト物質である。その特異な機械的あるいは電気的な特長により、薄膜トランジスタ材料や電子放出源材料など様々な応用が検討されている。   A carbon nanotube (hereinafter also referred to as “CNT”) is a graphite material having a cylindrical structure with a diameter on the order of nanometers and a length on the order of microns. Due to its unique mechanical or electrical features, various applications such as thin film transistor materials and electron emission source materials are being studied.

薄膜トランジスタや電子放出源などにCNTを用いる場合、しばしばCNTを基板上に堆積させ薄膜として用いることが多い。薄膜作製のための堆積方法としては、基板上に形成した触媒から直接CNTを成長する方法、成長炉内で生成したCNTを基板に物理的に堆積させる方法などがあるが、より一般的には分散媒にCNTを分散させたCNT懸濁液を作製し、これを基板上に塗布・印刷することによりCNT分散薄膜を形成する方法がとられる。この際の分散媒としてはN、N−ジメチルホルムアミドやN−メチル−2−ピロリドンといった有機溶媒などが用いられる。また、ドデシル硫酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースなどの界面活性剤を併用することにより水や重水などを分散媒として用いられる。   When CNT is used for a thin film transistor or an electron emission source, the CNT is often deposited on a substrate and used as a thin film. As deposition methods for thin film production, there are a method of directly growing CNTs from a catalyst formed on a substrate, a method of physically depositing CNTs generated in a growth furnace on a substrate, etc., but more generally A method of forming a CNT-dispersed thin film by preparing a CNT suspension in which CNTs are dispersed in a dispersion medium and applying and printing the suspension on a substrate is employed. In this case, an organic solvent such as N, N-dimethylformamide or N-methyl-2-pyrrolidone is used as the dispersion medium. Moreover, water, heavy water, etc. are used as a dispersion medium by using together surfactants, such as sodium dodecyl sulfate and carboxymethylcellulose.

CNT懸濁液においては、CNT間に引力として働くファン・デル・ワールス力やπ軌道間相互作用が存在するためCNTの分散性を良好に保つ必要がある。薄膜トランジスタ材料としてCNTを用いる場合、特に単分散性の確保が重要である。また、この応用に対しては半導体性のCNTを使用する必要がある。CNTはその直径や巻き方(カイラリティ)に依存して金属性や半導体性を示す。理論的には全体の3分の1が金属性を示し、残り3分の2が半導体性を示すと考えられている。現在、半導体性のCNTを抽出する技術が進展しているが、これらの技術を適用する前提として、単分散性が確保されたCNT懸濁液を準備する必要がある。なぜなら、金属性CNTや半導体性CNTが互いに凝集すれば、これを分離することが困難になるからである。現在、CNT分離技術として密度勾配遠心平衡沈降法やアガロースゲル電気泳動法などが提案されているが、いずれの方式においても単分散性の高いCNT懸濁液を準備する必要がある。   In the CNT suspension, the van der Waals force acting as an attractive force between the CNTs and the interaction between π orbitals exist, so that the CNT dispersibility needs to be kept good. When CNT is used as a thin film transistor material, it is particularly important to ensure monodispersity. Moreover, it is necessary to use semiconducting CNT for this application. CNT shows metallicity and semiconductivity depending on its diameter and winding method (chirality). Theoretically, it is considered that one-third of the whole exhibits metallic properties and the remaining two-thirds exhibit semiconducting properties. Currently, technologies for extracting semiconducting CNTs are progressing. However, as a premise for applying these technologies, it is necessary to prepare a CNT suspension ensuring monodispersity. This is because it becomes difficult to separate metallic CNTs and semiconducting CNTs if they aggregate together. Currently, density gradient centrifugal equilibrium sedimentation, agarose gel electrophoresis, and the like have been proposed as CNT separation techniques, but it is necessary to prepare a CNT suspension with high monodispersity in any method.

CNTを分散媒に分散する方法として超音波処理と超遠心分離処理の組み合わせが一般的に用いられる。超音波処理により凝集したCNTを分散媒に分散させ、超遠心分離処理により残留する凝集CNTを沈降させる。超遠心分離処理後の懸濁液のうち上澄み液を分取することにより単分散性の高いCNT懸濁液が得られる。   As a method of dispersing CNTs in a dispersion medium, a combination of ultrasonic treatment and ultracentrifugation treatment is generally used. The CNTs aggregated by the ultrasonic treatment are dispersed in a dispersion medium, and the remaining aggregated CNTs are precipitated by the ultracentrifugation treatment. A CNT suspension with high monodispersity can be obtained by separating the supernatant from the suspension after ultracentrifugation.

CNTの単分散性を定量的に評価あるいは検査することはCNT分離処理やCNT分散薄膜の諸特性を制御するために必要不可欠である。繰り返しになるが、半導体・金属分離の分離率は準備したCNT懸濁液の単分散性に大きく影響され、また薄膜にした場合の電気伝導特性も同様に大きく影響されるためである。   It is indispensable to quantitatively evaluate or inspect the monodispersibility of CNT in order to control various properties of the CNT separation process and the CNT-dispersed thin film. Again, this is because the semiconductor / metal separation rate is greatly influenced by the monodispersity of the prepared CNT suspension, and the electrical conduction characteristics in the case of a thin film are also greatly affected.

一般的な懸濁液における分散質の単分散性の評価には一般的に粒度分布測定装置が用いられる。この装置は懸濁液にレーザーなどを入射光として照射し、分散体からの散乱光あるいは回折光を詳細に測定することにより分散体の粒子径分布を計測するものである。本測定装置による評価方法は懸濁液の状態のまま評価できるため効率的に評価できる特長があり、球形に近い分散体に対しては粒子径分布について高い定量性が得られる。   A particle size distribution measuring device is generally used for evaluating the monodispersity of a dispersoid in a general suspension. This apparatus measures the particle size distribution of a dispersion by irradiating a suspension with laser or the like as incident light and measuring in detail the scattered light or diffracted light from the dispersion. Since the evaluation method using this measuring apparatus can be evaluated as it is in the state of a suspension, it has an advantage that it can be evaluated efficiently. For a dispersion having a nearly spherical shape, a high quantitative property can be obtained for the particle size distribution.

CNTの単分散性を評価する手法として透過型電子顕微鏡あるいは走査プローブ顕微鏡による観察手法がある。透過型電子顕微鏡による場合、CNT懸濁液を透過型電子顕微鏡用マイクログリッドなどに滴下、乾燥させ、これを電子顕微鏡下で観察する。透過型電子顕微鏡は非常に高解像度のCNT像が得られるため、凝集状態を詳細に評価することができる。また、走査プローブ顕微鏡による場合、CNT懸濁液をシリコン基板などの表面に滴下、乾燥させ、これを走査プローブ顕微鏡により観察する。走査プローブ顕微鏡により得られた画像からCNTの凝集状態を評価し、その画像解析からCNTの直径に関する統計的な分布を得ることができる。   As a method for evaluating the monodispersity of CNT, there is an observation method using a transmission electron microscope or a scanning probe microscope. In the case of using a transmission electron microscope, the CNT suspension is dropped on a transmission electron microscope microgrid or the like, dried, and observed under an electron microscope. Since the transmission electron microscope can obtain a very high resolution CNT image, the aggregation state can be evaluated in detail. In the case of using a scanning probe microscope, the CNT suspension is dropped on the surface of a silicon substrate or the like, dried, and observed with a scanning probe microscope. The aggregation state of CNTs can be evaluated from an image obtained by a scanning probe microscope, and a statistical distribution regarding the diameter of the CNTs can be obtained from the image analysis.

CNTの単分散性を評価する別の手法として紫外可視近赤外分光光度計による方法がある。紫外可視近赤外分光においては吸光度あるいはCNT特有の吸収ピークの半値幅で分散性を評価する手法がとられる。分散性が低い場合、分散状態に応じて吸光度が変化するので、この変化をもって単分散性を評価する。また、単分散性が高い場合は、十分な吸光度変化が得られないため、CNT特有の吸収ピークの先鋭性を評価する。ここでの吸収ピークはエネルギー領域として1電子ボルトから4電子ボルトにかけて観測されるもので、CNTの価電子帯から伝導電子帯への電子励起(バンド間遷移)に伴う光吸収に起因する。この分光光度計による方法は懸濁液のまま評価できるため効率的である。   As another method for evaluating the monodispersity of CNT, there is a method using an ultraviolet visible near infrared spectrophotometer. In UV-visible-near-infrared spectroscopy, a method for evaluating dispersibility by the absorbance or the half-value width of an absorption peak peculiar to CNT is taken. When the dispersibility is low, the absorbance changes according to the dispersion state. Therefore, the monodispersity is evaluated based on this change. Further, when the monodispersity is high, a sufficient change in absorbance cannot be obtained, and therefore the sharpness of the absorption peak peculiar to CNT is evaluated. The absorption peak here is observed from 1 electron volt to 4 electron volt as an energy region, and is caused by light absorption accompanying electron excitation (interband transition) from the valence band to the conduction electron band of CNT. This spectrophotometer method is efficient because it can be evaluated as a suspension.

特許文献1には、励起光の照射によって励起された試料からのフォトルミネッセンス強度からCNTの分散性を測定する装置及び方法が開示されている。特許文献2には、インク中のトナーの分散性を高精度で測定する装置が開示されている。特許文献3には、溶剤中に分散した粒体分散材の分散性の評価方法、製造方法等が開示されている。   Patent Document 1 discloses an apparatus and method for measuring the dispersibility of CNT from the photoluminescence intensity from a sample excited by irradiation of excitation light. Patent Document 2 discloses an apparatus for measuring the dispersibility of toner in ink with high accuracy. Patent Document 3 discloses a method for evaluating the dispersibility of a granular material dispersed in a solvent, a production method, and the like.

特開2009−31114号公報JP 2009-31114 A 特開平7−140071号公報JP-A-7-140071 特開平11−201927号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-201927

以下の分析は、本願発明の観点からなされたものである。
粒度分布測定装置を用いる単分散性の評価方法では、球形に近い分散体に対しては粒子径分布について高い定量性が得られる。しかしながらCNTは直径がナノメートルオーダーで長さがマイクロメートルオーダーと非常にアスペクト比が高いため、球状粒子を仮定している粒度分布測定装置では定量評価ができない。
The following analysis has been made from the viewpoint of the present invention.
In the monodispersity evaluation method using the particle size distribution measuring device, high quantitativeness can be obtained for the particle size distribution for a dispersion having a nearly spherical shape. However, since the CNT has a very high aspect ratio with a diameter on the order of nanometers and a length on the order of micrometers, it cannot be quantitatively evaluated with a particle size distribution measuring apparatus assuming spherical particles.

また、透過型電子顕微鏡あるいは走査プローブ顕微鏡を用いる手法においては、CNT懸濁液を滴下、乾燥させるため、その処理中で凝集する恐れがあるため、試料準備には細心の注意が必要となる。   Further, in the method using a transmission electron microscope or a scanning probe microscope, since the CNT suspension is dropped and dried, there is a possibility that the CNT suspension is aggregated during the processing.

また紫外可視近赤外分光法において、吸光度あるいはCNT特有の吸収ピークの半値幅で分散性を評価する手法は、バンド間遷移による吸収ピークの先鋭性評価はアモルファスなどの不純物やCNTの欠陥などの影響を大きく受けるため、この方法による定量評価は難しい。   In addition, in UV-Vis near-infrared spectroscopy, the method of evaluating dispersibility by the absorbance or the half-value width of the absorption peak peculiar to CNT is used to evaluate the sharpness of the absorption peak due to transition between bands such as impurities such as amorphous or CNT defects. Quantitative evaluation by this method is difficult because it is greatly affected.

これらの課題を解決するため、CNT懸濁液のまま効率的に評価でき、また、定量評価が可能な評価方法が望まれる。また、その評価方法を機械的に実行する評価装置が望まれる。また、その評価方法により選別されたCNT懸濁液は非常に単分散性が高いため薄膜トランジスタや電子放出源への応用が可能であり、また、半導体・金属CNT抽出の準備試料として必要な材料である。また、評価方法、評価装置がCNT懸濁液のみならず基板上に形成したCNT分散薄膜に対しても有効であれば、より応用製品に近い状態での定量評価が可能であり、かつこの評価方法、評価装置により選別されたCNT分散薄膜は各種用途に有効に使用される。   In order to solve these problems, there is a demand for an evaluation method that can be efficiently evaluated as a CNT suspension and can be quantitatively evaluated. Moreover, an evaluation apparatus that mechanically executes the evaluation method is desired. In addition, the CNT suspension selected by the evaluation method is very monodisperse, so it can be applied to thin film transistors and electron emission sources, and it is a necessary material as a preparation sample for semiconductor / metal CNT extraction. is there. In addition, if the evaluation method and the evaluation device are effective not only for the CNT suspension but also for the CNT-dispersed thin film formed on the substrate, quantitative evaluation in a state closer to the applied product is possible. The CNT-dispersed thin film selected by the method and the evaluation apparatus is effectively used for various applications.

本発明の第1の視点において、分散媒にCNT(カーボンナノチューブ)を分散させたCNT懸濁液又は該CNT懸濁液を基板表面に施して形成したCNT分散薄膜に対して、入射光として紫外線を照射し、該CNT懸濁液からの透過光又は該CNT分散薄膜からの反射光から吸光度を計算して、該CNT懸濁液又は該CNT分散薄膜のCNTの単分散性を評価する方法であって、吸光度から吸光曲線を求める工程と、該吸光曲線において2つの特定のエネルギーレベルを中心とした2箇所の吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する工程と、該2箇所の吸収ピークの強度比を計算する工程と、を含むことを特徴とする、CNTの単分散性を評価する評価方法が提供される。   In the first aspect of the present invention, ultraviolet light is incident as incident light on a CNT suspension in which CNT (carbon nanotube) is dispersed in a dispersion medium or a CNT dispersion thin film formed by applying the CNT suspension to a substrate surface. And calculating the absorbance from the transmitted light from the CNT suspension or the reflected light from the CNT-dispersed thin film, and evaluating the CNT monodispersity of the CNT suspension or the CNT-dispersed thin film. A step of obtaining an absorption curve from absorbance, a step of extracting intensities of two absorption peaks centered at two specific energy levels in the absorption curve, and an intensity ratio of the absorption peaks of the two locations. An evaluation method for evaluating the monodispersity of the CNT, characterized by comprising the step of:

本発明の第2の視点において、分散媒にCNT(カーボンナノチューブ)を分散させたCNT懸濁液又は該CNT懸濁液を基板表面に施して形成したCNT分散薄膜に対して、入射光として紫外線を照射し、該CNT懸濁液からの透過光又は該CNT分散薄膜からの反射光を測定し、該測定された透過光又は反射光から吸光度を計算する、CNTの単分散性評価装置であって、該吸光度から吸光曲線を求める計算部と、該吸光曲線において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する抽出部と、抽出された該吸収ピークの強度比からCNTの単分散性を評価する評価部と、を含むことを特徴とする、評価装置が提供される。   In the second aspect of the present invention, ultraviolet light is incident as incident light on a CNT suspension in which CNTs (carbon nanotubes) are dispersed in a dispersion medium or a CNT dispersion thin film formed by applying the CNT suspension to a substrate surface. Is a CNT monodispersity evaluation apparatus that measures transmitted light from the CNT suspension or reflected light from the CNT-dispersed thin film, and calculates absorbance from the measured transmitted light or reflected light. And calculating the absorption curve from the absorbance, and extracting the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV and the intensity of the absorption peak centered around 5.0 eV in the absorbance curve, respectively. An evaluation apparatus is provided, comprising: an extraction unit; and an evaluation unit that evaluates monodispersity of CNTs from the intensity ratio of the extracted absorption peaks.

本発明の第3の視点において、上記の方法を用いて評価選別することを特徴とする、CNT懸濁液又はCNT分散薄膜の製造方法が提供される。   In a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a CNT suspension or a CNT-dispersed thin film, characterized by performing evaluation and selection using the above method.

本発明の第1の視点によれば、CNT懸濁液又はCNT分散薄膜の単分散性を懸濁液のまま効率的に評価することが可能であり、また第2の視点によればその評価方法を機械的に実行する評価装置を得ることができる。第3の視点によれば、所定の単分散状態を有するCNT懸濁液又はCNT分散薄膜を得ることができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to efficiently evaluate the monodispersity of a CNT suspension or a CNT-dispersed thin film as it is in suspension, and according to the second aspect, the evaluation An evaluation device can be obtained that mechanically executes the method. According to the third aspect, a CNT suspension or a CNT-dispersed thin film having a predetermined monodispersed state can be obtained.

この評価方法あるいは評価装置により選別されたCNT懸濁液は非常に単分散性が高く、薄膜トランジスタや電子放出源への適用が可能であり、また、半導体・金属CNT抽出の準備試料として最適な材料を提供する。この評価方法、評価装置はCNT懸濁液のみならず基板上に形成したCNT分散薄膜に対しても有効であり、より応用製品に近い状態での評価も可能となる。この評価方法、評価装置により選別して得られたCNT分散薄膜は各種用途に有効に使用することができる。   The CNT suspension selected by this evaluation method or evaluation device has a very high monodispersity, can be applied to thin film transistors and electron emission sources, and is an optimal material as a preparation sample for semiconductor / metal CNT extraction. I will provide a. This evaluation method and evaluation apparatus are effective not only for the CNT suspension but also for the CNT-dispersed thin film formed on the substrate, and can be evaluated in a state closer to the applied product. The CNT-dispersed thin film obtained by screening with this evaluation method and evaluation device can be used effectively for various applications.

本発明の一実施例に係る評価装置のブロック図である。It is a block diagram of the evaluation apparatus which concerns on one Example of this invention.

第1の視点において、前記二つの特定のエネルギーレベルは、該吸光曲線においてそれぞれ5.9電子ボルト付近および5.0電子ボルト付近のエネルギーレベルであることが好ましい。   In the first aspect, the two specific energy levels are preferably energy levels around 5.9 eV and 5.0 eV in the absorption curve, respectively.

前記吸収ピークの強度の抽出は、それぞれの吸収ピークがローレンツ曲線に従うとしてフィッティングを行い、その積分値をピーク強度とすることが好ましい。   The extraction of the intensity of the absorption peak is preferably performed by fitting each absorption peak according to the Lorentz curve, and the integrated value is used as the peak intensity.

前記5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.9eV)、前記5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.0eV)とすると、下記式で計算されるCP値によりCNTの単分散性を評価することが好ましい。
(式)CP=40×A(5.0eV)/A(5.9eV)
これにより、定量的な評価が可能となる。
When the intensity of the absorption peak centered around the 5.9 electron volt is A (5.9 eV) and the intensity of the absorption peak centered around the 5.0 electron volt is A (5.0 eV), It is preferable to evaluate the monodispersity of CNT by the CP value calculated by
(Formula) CP = 40 × A (5.0 eV) / A (5.9 eV)
Thereby, quantitative evaluation becomes possible.

前記CP値が20以下であるか否かによって、CNTの単分散性に基づく選別を行うことが特に好ましい。これにより、具体的な評価基準が与えられる。   Depending on whether the CP value is 20 or less, it is particularly preferable to perform selection based on the monodispersity of CNTs. This gives specific evaluation criteria.

前記2箇所の吸収ピークは、完全に単分散したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する紫外線の吸収ピークと、凝集したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する紫外線の吸収ピークを用いることができる。   As the two absorption peaks, an ultraviolet absorption peak derived from π plasmon absorption in completely monodispersed CNT and an ultraviolet absorption peak derived from π plasmon absorption in aggregated CNT can be used.

(実施例1)
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。本発明の第1の実施例は、分散媒にCNTを分散させたCNT懸濁液あるいは基板表面にCNTを分散させたCNT分散薄膜を準備する。対象となるCNTは単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブである。使用するCNTに対してカルボキシル基などにより化学修飾されていても本評価方法の定量性は影響を受けない。
Example 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as necessary. In the first embodiment of the present invention, a CNT suspension in which CNTs are dispersed in a dispersion medium or a CNT-dispersed thin film in which CNTs are dispersed on a substrate surface is prepared. The target CNTs are single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes. Even if the CNT used is chemically modified with a carboxyl group or the like, the quantitativeness of this evaluation method is not affected.

次にCNTをN、N−ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒を分散媒として分散させる。分散媒としてN−メチル−2−ピロリドンといった有機溶媒などCNTを分散させるために一般的に用いられる分散媒が使用できる。また、ドデシル硫酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロースなどの界面活性剤を併用することによって水や重水などを分散媒として使用できる。CNTはホーン型超音波破砕機などを用いて超音波処理を行う。処理条件として例えば出力300W、処理時間1時間とすればよい。次に単分散化CNTを分取するために超遠心分離機により超遠心分離処理を行い、凝集CNTを沈降させる。処理条件として例えば回転数60,000rpm、処理時間1時間とすればよい。超遠心分離処理後の懸濁液の上澄みを分取し、これを単分散CNT懸濁液とする。   Next, CNT is dispersed using an organic solvent such as N, N-dimethylformamide as a dispersion medium. A dispersion medium generally used for dispersing CNTs such as an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the dispersion medium. Moreover, water, heavy water, etc. can be used as a dispersion medium by using together surfactants, such as sodium dodecyl sulfate and carboxymethylcellulose. The CNT is subjected to ultrasonic treatment using a horn type ultrasonic crusher or the like. For example, the processing condition may be an output of 300 W and a processing time of 1 hour. Next, in order to fractionate the monodispersed CNTs, ultracentrifugation is performed with an ultracentrifuge to precipitate the aggregated CNTs. The processing conditions may be, for example, a rotation speed of 60,000 rpm and a processing time of 1 hour. The supernatant of the suspension after ultracentrifugation is collected and used as a monodispersed CNT suspension.

このCNT懸濁液を基板表面に滴下、乾燥することによりCNT分散薄膜を形成してもよい。基板としてシリコン、サファイア、マイカなどを用いる。また、基板表面に化学修飾を施し単分散性を高めてもよい。例えばAPTESなどを使用することができる。   The CNT-dispersed thin film may be formed by dropping and drying this CNT suspension on the substrate surface. Silicon, sapphire, mica, or the like is used as the substrate. In addition, the substrate surface may be chemically modified to improve monodispersity. For example, APTES can be used.

このCNT懸濁液に対し、入射光として紫外線を照射し、CNT懸濁液あるいはCNT分散薄膜からの透過光あるいは反射光から吸光度を計算する。ここで既存の紫外可視近赤外分光光度計を用いてもよい。ただしエネルギー領域として4.5電子ボルトから6.5電子ボルトの領域を測定できる光度計である必要がある。   The CNT suspension is irradiated with ultraviolet rays as incident light, and the absorbance is calculated from the transmitted light or reflected light from the CNT suspension or CNT dispersed thin film. Here, an existing ultraviolet visible near infrared spectrophotometer may be used. However, it is necessary to be a photometer capable of measuring a region from 4.5 electron volts to 6.5 electron volts as an energy region.

紫外可視近赤外分光光度計などにより得られた吸光曲線において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する。抽出においてはそれぞれの吸収ピークがローレンツ曲線に従うとしてフィッティングを行い、その積分値をピーク強度とする。   In the absorption curve obtained by an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer or the like, the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV and the intensity of the absorption peak centered around 5.0 eV are extracted. In extraction, fitting is performed assuming that each absorption peak follows the Lorentz curve, and the integrated value is used as the peak intensity.

この処理においてそれらの強度比からCNTの単分散性を評価できる。CNTの分散性を定量化する指標として次の値を定義する。
CP=100×CNT直径の標準偏差/CNT直径の平均値 ・・・(1)
In this treatment, the monodispersity of CNT can be evaluated from their strength ratio. The following values are defined as indicators for quantifying the dispersibility of CNTs.
CP = 100 × standard deviation of CNT diameter / average value of CNT diameter (1)

ここでのCNT直径とは、CNTが凝集体となり、いわゆるバンドル(束)になったときの見かけ上の直径である。CNTが十分に単分散している場合はこの直径は単一CNTの直径に一致する。このときCP値はゼロに漸近する。   The CNT diameter here is an apparent diameter when the CNT becomes an aggregate and forms a so-called bundle. If the CNTs are sufficiently monodispersed, this diameter matches the diameter of the single CNT. At this time, the CP value gradually approaches zero.

前出の5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.9eV)、5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.0eV)とする。走査プローブ顕微鏡などにより注意深くCNT直径の分布を評価することによりCP値を評価し、別途光度計により吸収ピークの強度比を計算した。発明者らは、多くの実験を重ねることにより、CP値とピーク強度比との間に次の関係が存在することを発見した。
CP=40×A(5.0eV)/A(5.9eV) ・・・(2)
この式を用いることにより単分散性を定量的に評価することができる。
The above-described absorption peak intensity centered around 5.9 eV is A (5.9 eV), and the absorption peak intensity centered around 5.0 eV is A (5.0 eV). The CP value was evaluated by carefully evaluating the CNT diameter distribution with a scanning probe microscope or the like, and the intensity ratio of the absorption peak was calculated separately with a photometer. The inventors discovered that the following relationship exists between the CP value and the peak intensity ratio by repeating many experiments.
CP = 40 × A (5.0 eV) / A (5.9 eV) (2)
By using this formula, monodispersity can be quantitatively evaluated.

ここで5.9電子ボルトにおけるピークは完全に単分散したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する。また、5.0電子ボルトにおけるピークは凝集したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する。   Here, the peak at 5.9 eV is derived from π plasmon absorption in completely monodispersed CNT. The peak at 5.0 eV is derived from π plasmon absorption in the agglomerated CNT.

(実施例2)
本発明の第2の実施例は第1の実施例による評価方法を機械化したものであり、これのブロック図を図1に示す。CNT懸濁液1(あるいはCNT分散薄膜でもよい)に対して入射光として紫外線を照射する照射部2と、CNT懸濁液1(あるいはCNT分散薄膜)からの透過光(あるいは反射光)を測定する測定部3と、透過光(あるいは反射光)から吸光度を計算する計算部4と、その吸光曲線において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する抽出部5と、それらの強度比からCNTの単分散性を評価する評価部6からなる。
(Example 2)
The second embodiment of the present invention is a mechanized evaluation method according to the first embodiment, and a block diagram thereof is shown in FIG. Measuring the transmitted light (or reflected light) from the CNT suspension 1 (or CNT-dispersed thin film) and the irradiation unit 2 that irradiates ultraviolet rays as incident light and the CNT suspension 1 (or CNT-dispersed thin film) Measuring unit 3 for calculating the absorbance from the transmitted light (or reflected light), the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV in the absorption curve, and about 5.0 eV The extraction unit 5 extracts the absorption peak intensity, and the evaluation unit 6 evaluates the CNT monodispersity from the intensity ratio.

CNT懸濁液1(あるいはCNT分散薄膜)に対し、照射部2から入射光として紫外線を照射する。紫外線は分光器により分光する。光のエネルギー領域としては4.5電子ボルトから6.5電子ボルトの領域を照射できることが望ましい。CNT懸濁液1(あるいはCNT分散薄膜)からの透過光(あるいは反射光)は測定部3により測定する。測定部は受光素子を主な部品として持ち、入射光のエネルギーに対して変化する透過光(あるいは反射光)を測定する。計算部4において透過光(あるいは反射光)から吸光度を得る。吸光度は入射光のエネルギー変化に対してそれぞれ計算し、結果的に吸光曲線を得る。抽出部5において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する。抽出においてはそれぞれの吸収ピークがローレンツ曲線に従うとしてフィッティングを行う。評価部6において、抽出部5において得られた強度比からCNTの単分散性を評価する。   The CNT suspension 1 (or CNT-dispersed thin film) is irradiated with ultraviolet rays as incident light from the irradiation unit 2. Ultraviolet rays are separated by a spectroscope. As the light energy region, it is desirable to be able to irradiate the region of 4.5 to 6.5 electron volts. Transmitted light (or reflected light) from the CNT suspension 1 (or CNT-dispersed thin film) is measured by the measuring unit 3. The measurement unit has a light receiving element as a main component, and measures transmitted light (or reflected light) that varies with the energy of incident light. The calculation unit 4 obtains the absorbance from the transmitted light (or reflected light). Absorbance is calculated for each change in the energy of the incident light, resulting in an absorption curve. The extraction unit 5 extracts the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV and the intensity of the absorption peak centered around 5.0 eV. In extraction, fitting is performed on the assumption that each absorption peak follows a Lorentz curve. In the evaluation unit 6, the CNT monodispersity is evaluated from the intensity ratio obtained in the extraction unit 5.

前述のとおりCNTの分散性を定量化する指標として先の(1)式により計算されるCP値が定義される。5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.9eV)、5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.0eV)とし、CP値を先の(2)式により計算する。この式の計算結果は各種表示機や通信により情報として表示される。   As described above, the CP value calculated by the above equation (1) is defined as an index for quantifying the dispersibility of CNTs. The intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV is A (5.9 eV), the intensity of the absorption peak centered around 5.0 eV is A (5.0 eV), and the CP value is (2) Calculate by the formula. The calculation result of this formula is displayed as information by various displays and communications.

本発明の第3の実施例は入射光として紫外線を照射し、その透過光(あるいは反射光)から吸光度を計算し、その吸光曲線において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出し、それらの強度比からCNTの単分散性を評価することにより選別されたCNT懸濁液あるいはCNT分散薄膜である。この評価手法で得られたCP値として、20以下のCNT材料を選別すれば、十分な単分散性を有する材料が得られる。   In the third embodiment of the present invention, ultraviolet light is irradiated as incident light, the absorbance is calculated from the transmitted light (or reflected light), the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV in the absorption curve, and It is a CNT suspension or a CNT-dispersed thin film selected by extracting the intensity of absorption peaks centered around 5.0 electron volts and evaluating the monodispersity of CNTs from their intensity ratios. If a CNT material of 20 or less is selected as the CP value obtained by this evaluation method, a material having sufficient monodispersity can be obtained.

以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and various modifications that can be made by those skilled in the art within the scope of the present invention. Of course, including modifications.

1:CNT懸濁液
2:照射部
3:測定部
4:計算部
5:抽出部
6:評価部
1: CNT suspension 2: Irradiation unit 3: Measurement unit 4: Calculation unit 5: Extraction unit 6: Evaluation unit

Claims (8)

分散媒にCNT(カーボンナノチューブ)を分散させたCNT懸濁液又は該CNT懸濁液を基板表面に施して形成したCNT分散薄膜に対して、入射光として紫外線を照射し、該CNT懸濁液からの透過光又は該CNT分散薄膜からの反射光から吸光度を計算して、該CNT懸濁液又は該CNT分散薄膜のCNTの単分散性を評価する方法であって、
吸光度から吸光曲線を求める工程と、
該吸光曲線において2つの特定のエネルギーレベルを中心とした2箇所の吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する工程と、
該2箇所の吸収ピークの強度比を計算する工程と、
を含むことを特徴とする、CNTの単分散性を評価する評価方法。
A CNT suspension in which CNT (carbon nanotubes) are dispersed in a dispersion medium or a CNT dispersion thin film formed by applying the CNT suspension to a substrate surface is irradiated with ultraviolet rays as incident light, and the CNT suspension Calculating the absorbance from the transmitted light from or reflected light from the CNT-dispersed thin film, and evaluating the CNT monodispersity of the CNT suspension or the CNT-dispersed thin film,
Obtaining an absorption curve from the absorbance;
Extracting the intensity of two absorption peaks centered around two specific energy levels in the absorption curve, respectively;
Calculating the intensity ratio of the two absorption peaks;
An evaluation method for evaluating monodispersity of CNTs, comprising:
前記二つの特定のエネルギーレベルは、該吸光曲線においてそれぞれ5.9電子ボルト付近および5.0電子ボルト付近のエネルギーレベルであることを特徴とする、請求項1に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 1, wherein the two specific energy levels are energy levels near 5.9 eV and 5.0 eV, respectively, in the absorption curve. 前記吸収ピークの強度の抽出は、それぞれの吸収ピークがローレンツ曲線に従うとしてフィッティングを行い、その積分値をピーク強度とすることを特徴とする、請求項1又は2に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the extraction of the intensity of the absorption peak is performed by fitting each absorption peak according to a Lorentz curve, and using the integrated value as the peak intensity. 前記5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.9eV)、前記5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をA(5.0eV)とすると、下記式で計算されるCP値によりCNTの単分散性を評価することを特徴とする、請求項2又は3に記載の評価方法:
(式)CP=40×A(5.0eV)/A(5.9eV)。
When the intensity of the absorption peak centered around the 5.9 electron volt is A (5.9 eV) and the intensity of the absorption peak centered around the 5.0 electron volt is A (5.0 eV), The evaluation method according to claim 2 or 3, wherein the monodispersity of the CNT is evaluated by the CP value calculated by:
(Formula) CP = 40 × A (5.0 eV) / A (5.9 eV).
前記CP値が20以下であるか否かによって、CNTの単分散性に基づく選別を行うことを特徴とする、請求項4に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 4, wherein sorting based on monodispersity of CNTs is performed depending on whether the CP value is 20 or less. 前記2箇所の吸収ピークは、完全に単分散したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する紫外線の吸収ピークと、凝集したCNTにおけるπプラズモン吸収に由来する紫外線の吸収ピークであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の評価方法。   The two absorption peaks are an ultraviolet absorption peak derived from π plasmon absorption in completely monodispersed CNT and an ultraviolet absorption peak derived from π plasmon absorption in aggregated CNT, The evaluation method according to any one of Items 1 to 5. 分散媒にCNT(カーボンナノチューブ)を分散させたCNT懸濁液又は該CNT懸濁液を基板表面に施して形成したCNT分散薄膜に対して、入射光として紫外線を照射し、該CNT懸濁液からの透過光又は該CNT分散薄膜からの反射光を測定し、該測定された透過光又は反射光から吸光度を計算する、CNTの単分散性評価装置であって、
該吸光度から吸光曲線を求める計算部と、
該吸光曲線において5.9電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度および5.0電子ボルト付近を中心とした吸収ピークの強度をそれぞれ抽出する抽出部と、
抽出された該吸収ピークの強度比からCNTの単分散性を評価する評価部と、
を含むことを特徴とする、評価装置。
A CNT suspension in which CNT (carbon nanotubes) are dispersed in a dispersion medium or a CNT dispersion thin film formed by applying the CNT suspension to a substrate surface is irradiated with ultraviolet rays as incident light, and the CNT suspension A CNT monodispersity evaluation apparatus for measuring transmitted light from or reflected light from the CNT-dispersed thin film, and calculating absorbance from the measured transmitted light or reflected light,
A calculation unit for obtaining an absorption curve from the absorbance;
An extraction unit for extracting the intensity of the absorption peak centered around 5.9 eV and the intensity of the absorption peak centered around 5.0 eV in the absorption curve,
An evaluation unit for evaluating the monodispersity of CNT from the intensity ratio of the extracted absorption peak;
The evaluation apparatus characterized by including.
請求項1〜6のいずれか一に記載の評価方法を用いて評価選別することを特徴とする、CNT懸濁液又はCNT分散薄膜の製造方法。   A method for producing a CNT suspension or a CNT-dispersed thin film, characterized by performing evaluation and selection using the evaluation method according to any one of claims 1 to 6.
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