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カーボンナノチューブやグラフェンなどを用いて塗布用インクやポリマー複合材料などを調製するためには、これらを液体やポリマーに分散する必要がある。他の汎用微粒子と異なり、これらの材料は炭素原子のみからなる単結晶性材料で、特徴的な形状を有する。したがって、凝集はそれらに起因する特異的な相互作用に支配され、それに応じた分散を行う必要がある。ここでは、これらの相互作用に関する物理化学の基礎をまとめて解説する。基礎を理解することで、個々のナノカーボンに対する分散法の適正性や限界が予測でき、問題解法に向けた論理的思考の基ができる。内容は、大学の物理化学入門レベルを学習した人を対象に、大学院レベルまで拡張していく。
1. ナノカーボンの種類
1-1. フラーレン
1-2. 単層および多層カーボンナノチューブ
1-3. 極細炭素繊維
1-4. グラフェン
2. どのくらい強く凝集しているのか？
2-1. ファンデルワールス相互作用とは？
2-2. ナノカーボンのファンデルワールス相互作用
2-2-1. 単層カーボンナノチューブ
2-2-2. 多層カーボンナノチューブ
2-2-3. グラフェン
2-3. 疎水性相互作用
3. どのくらいのエネルギーでCNTは切れるのか？
3-1. 長さ依存性
3-2. CNTの引張り強度
4. ほぐす操作はどのくらいのエネルギーを与えているのか？
4-1. ポリマーとの混錬
4-2. 超音波照射
4-3. 超音波照射の効率化
5. グラフェンをほぐす
5-1. 超音波法
5-2. 酸化法
5-3. インタカレーション法
6. 速度論的安定化
6-1. DLVO理論
6-2. 単層ＣＮＴのShultz-Hardy則
6-3. 高粘性媒体
6-4. 希薄化
7. エネルギー的安定化
7-1. 静電的斥力
7-2. 界面活性剤の臨界表面凝集濃度
7-3. 立体障壁
7-4. 汎用分散剤の例
7-5. ナノカーボン特有分散剤の例
8. 疎水性相互作用の最小化
8-1. 表面粗さ
8-2. 親水基の導入
9. 実用的な分散評価法
9-1. 各種顕微鏡観察と試料作製法
9-2. パーコレーション閾値
9-3. 紫外―近赤外吸収分光
9-4. レイリー散乱とミー散乱
