第1部 導電性ポリマーの材料設計
第1章 各種導電性高分子の分子構造と特性
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- 第1節 π共役導電性ポリマー
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1.π共役ポリマー
2.液晶性π共役ポリマー
3.キラルπ共役ポリマー
4.異方導電性ポリマーフィルム
5.ヘリカルポリアセチレンとキラル液晶場
6.ヘリカルポリアセチレンの展開
- 第2節 シグマ共役系高分子
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1.シグマ共役系高分子の分類(構成元素から)
2.シグマ共役により現れる性質
3.直鎖状シグマ共役系高分子
4.ネットワーク状シグマ共役系高分子
5.シグマ共役系とパイ共役系を主鎖に持つ高分子
6.ドーピングと導電化
7.薄膜化と配向化
8.無機化合物への変換とパターニング
- 第3節 イオン伝導性高分子の新展開
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1.イオン液体
2.イオン液体の高分子化
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2.1 イオン液体のゲル化
2.2 高分子化イオン液体
- 第4節 導電性高分子の複合化
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1.酸性基を持つ脂肪族ポリマー/ポリアニリンの分子複合体
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1.1 分子複合化フィルムの導電性
1.2 分子複合化フィルムの分子凝集状態
1.3 まとめ
2.高分子固体電解質/ポリアニリンの複合体
~ポリアニリン電極表面への高分子固体電解質層の形成~
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2.1 プラズマグラフト重合及びグラフト層のイオン導電率
2.2 ポリアニリンフィルム/グラフト層の界面抵抗
2.3 まとめ
3.イオン交換ポリマー/ポリアニリンの複合体
~ポリアニリン電極表面へのイオン交換膜層の形成~
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3.1 プラズマグラフト重合
3.2 レドックス反応挙動
3.3 まとめ
第2章 導電性高分子の導電メカニズムと合成法
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- 第1節 導電性高分子の電気伝導メカニズム
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1.導電性高分子の電子状態
2.ソリトン
3.パイエルス転移
4.ポーラロン,バイポーラロン
5.ポリアニリンの電気伝導と分子構造
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5.1 化学酸化重合
5.2 電気伝導と分子構造
- 第2節 導電性高分子の電解合成
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1.電解重合法
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1.1 電解重合とは
1.2 導電性高分子の電解合成に用いられるモノマー
1.3 電解重合法の特長
2.導電性高分子の電解合成
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2.1 電解合成に必要なもの
2.2 電解方法
3.導電性高分子の評価
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3.1 電気化学的性質
3.2 その他の性質
3.3 電解条件の影響
4.導電性高分子の分子設計
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4.1 モノマー誘導体
4.2 機能性ドーパント
- 第3節 電荷輸送特性に及ぼすドーピング率の影響
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1.はじめに
2.化学的ドーピングと電気化学的ドーピング
3.電気化学的手法を用いた移動度評価法
4.ポリチオフェン中のポーラロンとバイポーラロンの移動度
5.高分子鎖内電荷移動と鎖間電荷移動(反磁性種としてのπダイマーの役割)
6.π電子共役長と伝導機構
7.スタック構造を有する導電性ポリマー
8.移動度評価から見たポリアニリン
9.まとめ
第3章 導電性高分子の可溶化とドーピング方法
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- 第1節 有機導電性高分子の溶媒への可溶化
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1.側鎖に置換基を導入する方法
2.有機溶媒に可溶な前駆体を用いる方法
3.ドーパントによる可溶化
4.側鎖にスルフォン酸基を導入して自己ドープ型ポリマーとする方法
5.その他
- 第2節 ドーピングのメカニズムと種類と特徴
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1.ドーピングメカニズム
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1.1 バンド構造
1.2 酸化還元反応
2.ドーピングの方法と特徴
3.ドーピングによる導電性高分子の形状変化
4.通電電荷量に応じたドーピングを行なう方法
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4.1 電気化学的な方法
4.2 化学的な方法
5.おわりに
- 第3節 化学的・電気化学的ドーピング
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1.まえがき
2.導電性高分子とその基本的性質
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2.1 ヘテロアロマティック導電性高分子
3.ドーパントの種類とドーピング方法
4.あとがき
第2部 導電性付与技術
第1章 導電性フィラー配合樹脂の導電メカニズムと特性
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- 第1節 導電性フィラー配合による導電メカニズム
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1.パーコレーション(Percolation)モデル
2.ダイナミックパーコレーション
3.カーボン系の導電機構
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3.1 カーボンブラック系
3.2 カーボンナノチューブ系
3.3 炭素繊維系
4.導電性高分子系
5.金属系複合導電材料
- 第2節 金属微粒子をフィラーとする導電性樹脂の特性
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1.金属粉の製造方法
2.導電性フィラー用銅粉
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2.1 導電塗料用銅粉
2.2 導電ペースト用銅粉
2.3 焼成ペースト用銅粉
2.4 銅超微粉
3.導電性フィラー用銀粉
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3.1 導電ペースト用銀粉
3.2 焼成ペースト用銀粉
4.導電性フィラー用ニッケル粉
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4.1 導電塗料用ニッケル粉
5.その他の導電性フィラー
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5.1 銀被覆片状銅粉
- 第3節 導電性酸化物微粒子をフィラーとする導電性樹脂の特徴
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1.金属酸化物含有樹脂塗膜の特徴
2.導電性塗膜の形成
3.導電性塗膜の物性
- 第4節 金属フレークをフィラーとする導電性樹脂の特性
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1.金属フレークの製造方法
2.プラスチック充填用導電性フィラー
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2.1 金属粒子
2.2 金属繊維
2.3 金属フレーク
3.高機能金属フレーク
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3.1 高性能銀フレーク
- 第5節 炭素繊維をフィラーとする導電性樹脂の特性
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1.炭素繊維
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1.1 PAN系炭素繊維
1.2 ピッチ系炭素繊維
1.3 炭素繊維の製造
2.炭素繊維強化樹脂
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2.1 炭素繊維強化樹脂の特徴
2.2 導電性樹脂としての炭素繊維強化樹脂
3.炭素繊維強化樹脂の導電性
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3.1 炭素繊維強化樹脂の導電機構
3.2 導電性の影響因子
4.その他の導電樹脂との比較
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4.1 カーボンブラックを用いた導電性樹脂との比較
4.2 帯電防止剤を用いた導電性樹脂との比較
4.3 金属フィラーを用いた導電性樹脂との比較
5.炭素繊維強化樹脂の材料設計
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5.1 炭素繊維の含有率
5.2 炭素繊維の長さ
5.3 導電性以外の観点からの設計
第2章 導電性フィラー配合樹脂の製造技術の応用展開
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- 第1節 導電性フィラーの表面処理と分散制御
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1.導電性フィラーの表面処理技術
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1.1 シラン系カップリング剤
1.2 チタネート系、アルミニウム系カップリング剤
1.3 その他の処理剤
1.4 フィラーへの樹脂の吸着性
1.5 炭素繊維に対する酸化処理
2.導電材料の導電性特性
3.一般的なフィラーに対する表面処理技法
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3.1 湿式加熱法
3.2 湿式濾過法
3.3 乾式撹拌法
3.4 インテグレルブレンド法
3.5 スプレードライ造粒法
3.6 酸化処理
4.フィラーと樹脂の混練分散技術
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4.1 樹脂とフィラーとの混練性
4.2 ナノフィラーの表面処理
4.3 ナノフィラーを取扱う際の留意点
- 第2節 グラフト化によるぬれ性・分散性制御
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1.表面グラフト化の方法論
2.カーボンブラック表面からのリビング重合
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2.1 リビングラジカル重合
2.2 リビングカチオン重合
3.多分岐ポリマーのグラフト化
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3.1 多分岐ポリアミドアミンのグラフト
3.2 多分岐ポリホスファゼンのグラフト
3.3 二次グラフト重合
4.カーボンブラック表面の縮合芳香族環を利用したグラフト
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4.1 縮合芳香族環への求電子置換反応
4.2 ラジカル捕捉性
4.3 配位子交換反応
5.溶媒を用いない乾式系におけるグラフト
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5.1 多分岐ポリアミドアミンのグラフト
5.2 ビニルポリマーのグラフト
6.イオン液体を用いるグラフト
7.グラフト化によるぬれ性・分散性の制御
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7.1 ポリマーグラフトカーボンブラックの分散性
7.2 pHによる分散性制御
7.3 温度による分散性制御
7.4 ぬれ性の制御
7.5 両親媒性表面
8.おわりに
- 第3節 二軸押出機によるカーボンブラックの混練・分散
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1.カーボンブラックの混練機とその特徴
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1.1 バッチ式ミキサーの特徴
1.2 最近の2軸押出機の特徴
2.混練性に及ぼす粉体特性
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2.1 イソプロピルアルコールによる表面活性評価
2.2 カーボンブラック水分率変化
3.二軸押出機よるコンパウンド
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3.1 ポリカーボネート/ケッツェンブラック
3.2 ナイロン6/ケッツェンブラック
4.加圧ニーダーを用いたカーボンブラックマスターバッチ
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4.1 導電性カーボンブラックマスターバッチ/ポリカーボネート
4.2 カーボンマスターバッチの溶融ろ過試験と成形品表面状態
5.カーボンブラック表面処理
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5.1 表面処理
5.2 シリコン処理ケッツェンブラック/ポリカーボネート
5.3 ポリエーテル変性シラン処理カーボンブラック/ナイロン6
- 第4節 カーボンブラック分散系におけるレオロジー挙動
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1.定常流粘度挙動
2.3種類の動的粘弾性挙動
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2.1 歪み振幅依存性
2.2 3種類の動的粘弾性挙動
3.CBの分散構造と導電性
第3部 導電性付与材料の種類と特徴
第1章 カーボン系材料の種類と特徴
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- 第1節 カーボンブラックの種類と特徴
【1】ケッチェンブラックの特性とその用途
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1.ケッチェンブラックの特徴
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1.1 製造方法
1.2 粒子形状
1.3 粒子の表面構造
2.ケッチェンブラックの導電性フィラーとしての性質
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2.1 導電性付与効果
2.2 カーボンコンパウンドの樹脂物性への影響
2.3 カーボンコンパウンドのリサイクル耐性
3.応用事例
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3.1 導電性高分子材料分野
3.2 パワーソース分野
4.今後の課題
- 【2】ファーネスブラックの構造と諸特性の測定ならびに表し方
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1.はじめに
2.CBの製法
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2.1 製法の分類
2.2 オイルファーネスブラックの製法
3.CBの基本的性質
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3.1 一次粒子の微細構造
3.2 基本粒子径(一次粒子)と粒度分布
3.3 比表面積および表面多孔度
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3.3.1 全比表面積
3.3.2 表面多孔度
3.4 凝集体の構造
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3.4.1 ストラクチャー
3.4.2 アグリゲート(凝集体)
3.5 化学組成と表面官能基
4.CBの品種分類と代表的特性
- 【3】アセチレンブラックの特性とその用途
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1.アセチレンブラックの製造方法
2.アセチレンブラックの特徴
3.粉体特性
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3.1 嵩比重
3.2 灰分
3.3 水分、揮発分
3.4 グリット(粗粒分)
3.5 金属不純物
4.熱伝導性と電気伝導性
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4.1 熱伝導性
4.2 電気伝導性
5.アセチレンブラックの用途
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5.1 樹脂、ゴムとの複合材料
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5.1.1 高圧ケーブル
5.1.2 シリコーン樹脂
5.1.3 導電性樹脂、ゴム
5.1.4 タイヤブラダー
5.2 電池材料(エネルギー変換機器)
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5.2.1 食塩電解ガス拡散電極
5.2.2 エネルギー返還機器
6.新規アセチレンブラックへの試み
- 第2節 導電材としてのグラファイト系炭素
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1.グラファイトの物性と応用
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1.1 グラファイトの結晶構造
1.2 グラファイトの電気・熱伝導
1.3 グラファイトの応用
2.各種グラファイト系炭素の特性
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2.1 一次元グラファイト(ポリアセン型高分子)
2.2 グラフェン
2.3 グラファイト層間化合物
3.高分子から得られるグラファイト
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3.1 PIの炭素化・グラファイト化反応
3.2 PIより得られるグラファイトフィルム
3.3 PIより得られるグラファイトブロック
- 第3節 ガラス状カーボン/カーボンナノチューブ複合材料の特性と応用
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1.はじめに
2.カーボンナノチューブの特性と複合材料の製造法
3.GC/CNT材料の電気抵抗
4.GC/CNT材料の熱伝導率
5.GC/CNT複合材料の線膨張係数
6.GC/CNT材料の機械的性質
7.応用例とまとめ
第2章 アドバンストカーボン系材料の種類と特徴
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- 第1節 カーボンナノチューブ
【1】カーボンナノチューブ分散と評価
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1.カーボンナノチューブ
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1.1 歴史
1.2 CNTとは
1.3 CNTアプリケーションの現況と今後
2.カーボンナノチューブ凝集破壊のモデル
3.押出機を使ったCNTの分散
4.コンポジット中のCNT分散と分散評価
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4.1 押出機の分散に関わるパラメータ
4.2 面積率Arと物性との相関性
4.3 最適な分散とその手法
5.パーコレーション
6.CNT樹脂複合材料の展開
7.まとめ
- 【2】カーボンナノチューブの溶媒への可溶化と機能化-化学的なアプローチ-
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1.はじめにーなぜカーボンナノチューブを溶媒に溶かすのか?
2.共有結合によるナノチューブの可溶化・機能化
3.非共有結合によるナノチューブの可溶化・機能化
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3.1 界面活性剤による可溶化・機能化
3.2 多核芳香族化合物の物理吸着による可溶化・機能化
3.3 DNAおよびRNAによる可溶化・機能化
4.孤立溶解カーボンナノチューブの分光スペクトル
5.ナノチューブのカイラリティ分離と認識
6.反応性カーボンナノチューブ可溶化剤
7.SWNTへの近赤外レーザー照射
8.カーボンナノチューブ超構造体
9.おわりに
- 第2節 カーボンマイクロコイル(CMC)の電気的特性
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1.まえがき
2.カーボンマイクロコイルの合成法・モルフォロジー・微細構造
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2.1 合成法・ モルフォロジー
2.2 組成・微細構造
3.電磁気的特性
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3.1 バルクコイルの電気抵抗
3.2 単コイルの電気抵抗
3.3 CMCの伸長に伴う電気抵抗変化
3.4 磁気抵抗
3.5 誘導起電力の発生
3.6 電磁波(マイクロ波)の吸収
3.7 電磁波吸収による発熱
3.8 電子線放射
4.CMCの応用
- 第3節 カーボンナノファイバーの特性と応用
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1.はじめに
2.CNFの室温大量合成
3.電界電子放射(FE)源への応用
4.走査プローブ顕微鏡(SPM)探針への応用
5.おわりに
- 第4節 カーボンアロイの特性と応用
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1.ヘテロ原子置換型カーボンアロイの可能性と期待される特性
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1.1 炭素原子に対するヘテロ原子置換の可能性
1.2 B/C/N材料とC/N材料に期待される特性
2.カーボンアロイの作製と特性
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2.1 B/C/N材料とC/N材料の作製
2.2 B/C/N材料の構造と導電性
3.カーボンアロイの応用
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3.1 Liイオン二次電池負極への応用
3.2 電気化学キャパシタへの応用
3.3 静電チャックへの応用
3.4 その他の応用
第4部 導電率・物性・分散度の測定と評価
第1章 電気抵抗測定
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- 第1節 電気抵抗の基礎
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- 第2節 電気抵抗計測法
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1.2端子法(2探針法)
2.端子法(4探針法)
3.van der Pauw法
4.渦電流法
- 第3節 微細構造、微小材料の電気抵抗計測
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1.走査トンネル顕微鏡
2.ナノテスター
3.走査型マルチプローブ顕微鏡
- 第4節 これからの電気抵抗計測
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第2章 キャリア移動度の測定
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1.高分子のキャリア移動度
2.ポリアニリン導電性高分子のキャリア移動度
第3章 樹脂/フィラー複合材料の導電率の測定とその評価
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1.短冊状試料(低抵抗)
2.無限大平面板試料(低抵抗)
3.平面板試料(高抵抗)
第4章 導電フィラーの混練・分散の評価
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1.分散状態の評価
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1.1 森下指数による評価
1.2 動的粘弾性による評価
1.3 CB粒子/高分子の界面積のX線小角散乱解析
1.4 パルスNMRによる評価
2.導電測定による導電フィラー分散状態の評価
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2.1 超音波分散法により作製した導電性複合材料のフィラー分散の評価
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2.1.1 樹脂中への分散時間と抵抗値のばらつき
2.1.2 分散時間とブロック抵抗体の導電特性
2.2 導電性ゴムの特性
3.分散状態と電流雑音の関係
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3.1 熱雑音
3.2 電流雑音
3.3 周波数特性
第5章 導電性高分子の磁性・電子状態・ダイナミクス
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1.実験方法
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1.1 電子スピン磁化率
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1.1.1 導電性高分子における磁化率の温度依存性
1.2 ESR線幅
2.実験結果と考察
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2.1 スピン磁化率
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2.1.1 ポリピロール(PPy)、ポリチオフェン(PT)、ポリパラフェニレン(PPP)
2.1.2 ポリアセチレン(PA)、ポリアニリン(PANI)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)
2.1.3 スピン磁化率の解釈
2.1.4 状態密度N(EF)と濃度依存性
2.2 ESR線幅
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2.2.1 エリオット機構
2.2.2 スピン拡散
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(1) PANI-HCl
(2) PANI-CSA
(3) ポリパラフェニレンビニレン
(4) ポリアセチレン 等
2.2.3 酸素の効果:オーゼ・ネットシェン(Houze-Nechtschein)機構
2.2.4 分子配向分布を見る -高磁場ESR-
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