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導電性高分子の応用展開

(2004年『導電性高分子の最新応用技術』普及版)

商品コード: B0874

  • 監修: 小林征男
  • 発行日: 2009年5月
  • 価格(税込): 4,968 円
  • 体裁: A5判,334ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0082-5

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刊行にあたって

 【推薦文】
筑波大学名誉教授 白川英樹

 1986年10月号の『化学』の特集“化学の流れをつくった物質たちの物語”のなかで「ポリアセチレンフィルムの発見物語」の記事を書いたが,その最後に“ポリアセチレンそのものがプラスチックバッテリーやその他の実用に供される見込みはあまりなさそうであるが,いずれ他の導電性高分子がこれを実現する可能性は充分にある”と記した。
 この記事を書いてから既に17年が経過した現在,導電性高分子の応用分野は,導電性ポリアセチレンの発見当初には予想もしなかったは拡がりをみせている。例えば,導電性高分子を用いたトランジスタは,1980年代の半ばにその基本性能が確認されてはいたものの,実用化には程遠いものであったが,現在では比較的近い将来に実用化されるレベルにまで性能が向上してきている。トランジスタ以外にもアクチュエータ,熱電変換素子,レーザなど導電性高分子の応用に関する話題には事欠かない状況にある。
 このような時期に,導電性高分子の研究・開発の第一線で活躍をされている方々により最新の情報が発信されることは大変意義深いものと考える。

【刊行のねらい】
1977年に白川英樹筑波大名誉教授,マックダーミッド教授およびヒーガー教授の三人によって見出された導電性高分子は今や,機能性高分子材料の一角を占めるまでになっております。導電性高分子の発明から四半世紀が経過した現在,発見当時の熱気はないものの,研究および開発の両面で着実な成果を挙げつつあります。
 開発面での成果の代表例である高分子固体電解質コンデンサは,その市場規模が1000億円にまで拡大しており,導電性高分子を用いた高分子型ELの開発も着実に進んでおります。一方,研究面ではインクジェット技術を用いた高分子トランジスタに代表されるように,新しい技術の活用により導電性高分子のフロンティアも一層拡大する傾向にあります。
 本書はこのような背景のもとに出版を企画し,その特徴は,導電性高分子の最新の応用展開に的を絞った内容としたことで,導電性高分子の研究・開発の第一線でご活躍されている先生方に執筆をお願いいたしました。また,海外での開発状況や日本公開特許から見た動向なども加え,類書には見られない,導電性高分子の最新の開発動向を幅広く把握するのに最適な構成となっております。本書は導電性高分子に関心を持たれる方々に必ずお役に立つものと確信しております。
(「刊行のねらい」より)

2004年4月  小林技術士事務所 小林征男

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『導電性高分子の最新応用技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2009年5月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

小林征男   小林技術士事務所 所長
中川善嗣   (株)東レリサーチセンター 表面科学研究部 表面解析研究室 室長
大森 裕   (現)大阪大学 先端科学イノベーションセンター 教授
深海 隆   NECトーキン(株) エネルギーデバイス事業本部 ソリューション技術部 マネージャー
遠矢弘和   日本電気(株) 中央研究所 生産技術研究所 研究部長
         (現)(株)アイキャスト 代表取締役社長
武内正隆   (現)昭和電工(株) 無機事業部門 ファインカーボン部 副部長(企画管理統括)
倉本憲幸   (現)山形大学 理工学研究科 生体センシング機能工学 教授
谷口彬雄   (現)信州大学 繊維学部 機能高分子学課程 教授
大野尚典   山口東京理科大学 基礎工学部 講師
厳  虎   (現)山梨大学大学院 医学工学総合研究部 特任准教授
戸嶋直樹   (現)山口東京理科大学 先進材料研究所 所長
奥崎秀典   (現)山梨大学大学院 医学工学総合研究部 准教授
金藤敬一   (現)九州工業大学大学院 生命体工学研究科 教授
前田重義   (現)(株)日鉄技術情報センター 調査研究事業部 客員研究員
大西保志   愛知県産業技術研究所 技術支援部 機械電子室長
         (現)大西技術士事務所 所長
久保貴哉   (現)東京大学 先端科学技術研究センター 准教授;新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 エネルギーデバイスグループ チーフスタッフ
小長谷重次   東洋紡績(株) 研究企画部 主幹
         (現)名古屋大学 工学研究科 教授
川瀬健夫   (現)セイコーエプソン(株) 応用商品開発部 グループリーダー
小野田光宣   (現)兵庫県立大学大学院 工学研究科 教授
大川祐司   (現)(独)物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 MANA研究者
木下洋一   木下技術士事務所 所長

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

第I章 導電性高分子の開発
1. 導電性高分子の電気伝導
1.1 はじめに
1.2 導電性高分子の電気伝導パス
1.3 導電性高分子の電気伝導度
1.4 大きい移動度を持つ導電性高分子
1.5 ドーパントの役割の見直し
1.6 おわりに

2. 導電性高分子の合成
2.1 はじめに
2.2 酸化カチオン重合と電解酸化重合の比較
2.3 イオン性液体中での導電性高分子の合成
2.4 超臨界流体中での導電性高分子の合成
2.5 ナノファイバー状ポリアニリンの合成
2.6 おわりに

3. 導電性高分子:各論(I)
3.1 はじめに
3.2 ポリ(3、4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)
3.2.1 開発経過
3.2.2 透明導電体としてのPEDOT
3.2.3 PEDOTの最近のトピックス
(1) PEDOTの加工性の改良
(2) PEDOTのアルキル置換体の電気伝導度
3.3 ポリアニリン
3.4 おわりに

4. 導電性高分子:各論(II)
4.1 はじめに
4.2 自己ドープ型導電性高分子
4.3  n-型導電性高分子
4.4 狭いバンドギャップの導電性高分子
4.4.1 ポリイソチアナフテンとポリイソナフトチオフェン
4.4.2 PEDOTの共重合体
4.4.3 アルキルジオキシチオフェン誘導体ポリマー
4.5 液晶性導電性高分子
4.6 おわりに

5. 導電性高分子のパターン形成法
5.1 はじめに
5.2 導電性高分子のパターン形成法
5.3 生産性の高いパターン形成法
5.3.1 マイクロコンタクトプリント法(μCP)
5.3.2 キャピラリー法
5.3.3 転写法
5.3.4 インクジェット法
5.3.5 ラインパターニング法
5.4 印刷法による有機トランジスタの製造
5.5 おわりに

6. 有機ELデバイスの最新の分析・評価
6.1 はじめに
6.2 有機ELデバイスの分析・評価の実際
6.2.1 非破壊分析
6.2.2 TEMによる断面観察および元素分析
6.2.3 深さ方向分析
6.2.4 有機組成分析
6.3 おわりに

第II章 導電性高分子の応用の可能性
1. 高分子系有機EL材料
1.1 発光原理と素子構造
1.2 高分子系材料の特徴
1.3 今後の展開

2. 高分子固体電解コンデンサ
2.1 コンデンサ
2.2 コンデンサへの市場要求
2.3 導電性高分子とコンデンサ
2.4 導電性高分子コンデンサと競合製品との比較
2.5 導電性高分子コンデンサの電子機器への応用
2.6 導電性高分子コンデンサの課題と今後の動向

3. 導電性高分子を用いた線路形素子
3.1 はじめに
3.2 電源分配回路への要求性能
3.2.1 デカップリングを強化すべき理由
3.2.2 デカップリング強化例
3.3 電源分配回路設計上の問題点
3.4 コンデンサのインピーダンス特性の再考
3.4.1 インピーダンス特性の測定法
3.4.2 コンデンサの周波数特性がV字形になる理由
3.5 低インピーダンス線路素子(low impedance line structure componen::LILC)の開発
3.5.1 コンデンサとLILCの基本機能・性能の比較
3.5.2 試作したミニバス形LILCの性能
3.6 ミニバス形LILCのボード搭載評価例
3.7 LILC技術の開発計画と解決すべき電極の構造、材料に関する技術課題
3.7.1 LILC技術の開発計画
3.7.2 電極の構造、材料に関する技術課題
(1) エッチング処理における技術課題
(2) 電解質材料の改良
(3) 電極間絶縁膜の厚さを薄くするための技術課題
(4) 電極間絶縁膜の誘電率を大きくするための技術課題
3.8 おわりに

4. 二次電池
4.1 導電性高分子の二次電池への適用検討経過
4.1.1 電子伝導性導電性高分子
4.1.2 イオン伝導性導電性高分子
4.1.3 導電性高分子二次電池開発経過
4.2 導電性高分子を用いた電池の今後の展開
4.2.1 Liイオン電池への応用
(1) 有機イオウポリマー正極材料
(2) イオン伝導性高分子(ポリマー電解質)
4.2.2 エレクトロケミカルキャパシタへの応用
(1) エレクトロケミカルキャパシタ
(2) プロトンポリマー電池
4.3 おわりに

5. 導電性高分子を対電極に用いた湿式太陽電池
5.1 はじめに
5.2 色素増感型湿式太陽電池の誕生
5.3 導電性高分子ポリアニリンを対極にした湿式太陽電池
5.4 ポリアニリンの応用と二酸化チタンの光触媒効果
5.5 ポリアニリンを対極にした湿式太陽電池の光電変換特性
5.6 将来の展望

6. 有機半導体
6.1 20世紀の有機半導体概念の芽生え
6.1.1 有機半導体材料をめぐる社会的背景
6.1.2 有機半導体概念の芽生え
6.1.3 有機半導体材料の実用化
6.2 21世紀のカーボンテクノロジーへの飛躍
6.3 分子の個性から組み上げる半導体
6.4 有機半導体の多様性を活かそう

7. 熱電変換機能
7.1 はじめに
7.2 導電性ポリアニリン膜の熱電特性
7.2.1 測定装置と熱電変換性能の評価
7.2.2 ポリアニリン多層膜の熱電特性
7.2.3 ポリアニリン延伸膜の熱電特性
7.2.4 ポリアニリン薄膜の熱電特性
7.2.5 導電性ポリアニリン膜の熱伝導率
7.3 今後の展望

8. アクチュエータ
8.1 はじめに
8.2 液中から空気中へ
8.3 空気中で作動する導電性高分子アクチュエータ
8.4 空気中で電場駆動する導電性高分子アクチュエータ
8.5 おわりに

9. 導電性高分子によるセンサー
9.1 はじめに
9.2 導電性高分子の酸化・還元とセンシング
9.3 光センサー
9.4 バイオセンサー
9.5 ガスセンサー
9.6 放射線センサー
9.7 ウラニルセンサー
9.8 おわりに

10. 導電性高分子のER流体への応用
10.1 はじめに
10.2 高分散性ポリアニリン被覆粒子の合成とそのER効果
10.3 実験方法と測定
10.3.1 各種ポリアニリン誘導体の作製と懸濁液の調製とER効果(エレクトロレオロジー効果)の測定
10.3.2 各種ポリアニリン誘導体粒子のER効果の応答速度の測定
10.3.3 分散安定性の評価
10.4 結果と考察
10.4.1 分散性
10.4.2 ポリアニリン誘導体粒子のER効果の測定
10.5 結論
10.6 今後の展望

11. 防食被覆
11.1 はじめに
11.2 導電性ポリマーの特性とその製造
11.3 導電性ポリマーの合成と可溶化
11.4 金属防食への応用
11.4.1 ポリアニリンの防食機能
11.4.2 塗料とのブレンド及び塗装下地(プライマー)としての応用
11.5 電子材料の防食
11.6 導電性高分子による防食メカニズム
11.7 おわりに

12. 実装技術への応用
12.1 はじめに
12.2 酸化重合剤の光反応を利用した導電性高分子のパターン化
12.2.1 パターン化方法
12.2.2 導電性高分子パターンの特徴と応用
12.2.3 神経刺激電極への応用
12.3 導電性高分子パターンの性質を利用した金属との接合方法への展開
12.3.1 電気めっきによる金属との複合化
12.3.2 選択的無電解めっきによる金属パターン化
12.4 おわりに

13. 調光ガラス
13.1 はじめに
13.2 ECWの作動原理
13.3 電子伝導性高分子―共役系導電性高分子―
13.4 イオン伝導性高分子
13.5 おわりに

14. 帯電防止材料
14.1 はじめに
14.2 導電性高分子の帯電防止剤への応用
14.2.1 導電性高分子の種類および合成法
14.2.2 導電性高分子の加工性改良
(1) 可溶化
(2) 複合化
14.3 導電性高分子の帯電防止剤への応用例
14.3.1 帯電防止コーティング剤
14.3.2 導電性高分子を用いた帯電防止フィルム・シート
(1) STポリ
(2) SC-NEO
(3) PETMAX
14.4 導電性高分子を用いた高制電PETシート(PETMAX)
14.4.1 PETMAXの製法
14.4.2 PETMAXの基本特性
(1) 光学特性および表面特性
(2) 制電特性
(3) 耐延伸性
(4) 耐熱性・熱分解性
(5) 耐温水性
(6) 耐環境安定性
14.4.3 PETMAXの高制電性発現機構
14.5 まとめ

15. インクジェット印刷法によるポリマー薄膜トランジスタの作製
15.1 はじめに
15.2 インクジェット技術
15.3 ポリマーTFTのインクジェット印刷
15.3.1 デバイス作製方法
15.3.2 デバイスの特性
15.3.3 半導体のパターニング
15.4 ポリマーTFTを用いたデバイス
15.4.1 論理インバータ回路
15.4.2 アクティブマトリックス素子
15.5 おわりに

16. “超”分子エレクトロニクス
16.1 はじめに
16.2 導電性高分子の基本的性質と有機エレクトロニクス応用
16.3 電解重合法
16.4 電解重合反応の機構
16.5 界面電気化学現象と分子エレクトロニクス
16.5.1 人工筋肉、分子機械
16.5.2 分子ワイヤ、超格子構造素子
16.5.3 未来エレクトロニクス素子
16.6 おわりに

17. ナノワイヤ細線
17.1 ナノデバイスとナノワイヤ
17.2 導電性オリゴマーの電気伝導測定
17.3 連鎖重合反応制御によるナノワイヤ作製
17.4 分子被覆導線
17.5 ナノワイヤの展望

18. 超伝導
18.1 はじめに
18.2 Littleの高温超伝導体モデル
18.3 フラーレン
18.4 導電性高分子-フラーレン複合体の光誘起電荷移動と超伝導
18.4.1 光誘起電荷移動
18.4.2 超伝導
18.5 おわりに

19. 導電性高分子の応用の展望
19.1 はじめに
19.2 導電性高分子の応用分野
19.3 導電性高分子ならではの用途
19.3.1 固体電解コンデンサ
19.3.2 タッチパネル
19.3.3 人工皮膚
19.4 市販の導電性高分子
19.5 導電性高分子の我が国の産業に対するインパクト
19.6 おわりに
(1) 導電性高分子の精密構造制御
(2) 新技術、新材料の活用

第III章 特許より見た導電性高分子の開発動向
1. はじめに
2. 2000年以前の特許出願動向
3. 2000年以前の導電性高分子の開発動向
4. 特許の検索について
5. 2000年~2003年の4年間の公開特許件数の推移
6. 大学での導電性高分子の開発動向
6.1 山本隆一(東工大)
6.2 赤木和夫(筑波大・物質工学系)
6.3 淵上寿雄(東工大)
6.4 小山昇(東京農工大)
6.5 戸嶋直樹(山口東京理科大)
6.6 柳田祥三(大阪大)
6.7 その他の大学発明の公開特許
7. 用途別にみた導電性高分子の開発動向
7.1 高分子コンデンサ
7.2 EL
7.3 トランジスタ
7.4 二次電池
7.5 キャパシタ
7.6 センサ
7.7 アクチュエータ
7.8 太陽電池
7.9 熱電変換素子
8. 出願人別に見た導電性高分子の開発動向
8.1 エレクトロニクス3社(I)(松下電器、三洋電機、日本電気)の開発動向
8.2 エレクトロニクス3社(II)(ソニー、富士通、シャープ)の開発動向
8.3 コンデンサ専業3社(日本ケミコン、ニチコン、マルコン電子)の開発動向
8.4 化学会社3社(三菱化学、住友化学、三井化学)の開発動向
8.5 情報関連企業2社(大日本印刷、セイコーエプソン)の開発動向
8.6 公開特許件数を伸ばしている3社(コニカ、三菱レイヨン、日東電工)の開発動向
8.7 バイエル社の開発動向
8.8 その他の企業の開発動向
9. PEDOTの公開特許
10. おわりに

第IV章 欧米における導電性高分子の開発動向
1. 白川英樹博士と導電性高分子の開発
2. 導電性高分子の応用開発のハイライト
2.1 有機電子材料
2.2 トランジスタと製造技術
2.3 ペーパーライク・ディスプレイ・システム
3. 導電性高分子の開発
3.1 リソグラフィ
3.2 電子ビーム・リソグラフィの荷電拡散
3.3 走査型電子顕微鏡の荷電拡散
3.4 導電レジスト
3.5 金属被覆
3.6 電子部品の静電放電保護
3.7 導電性高分子の将来
3.8 導電性ポリマーを用いたFTE素子の開発
3.8.1 ポリチオフェンによる電界効果型素子技術の背景
3.9 導電性高分子の液晶による規則性フィルム
4. ELデバイス・スイッチ
5. ポリフルオレン誘導体を基板としたポリマー薄膜フィルムトランジスタ
5.1 概要
5.2 材料
5.3 トランジスタ特性
5.4 結論
5.5 ポリマー/半導体ライトワンス記録読み取り装置
6. 新世代太陽電池の開発
6.1 薄膜太陽電池
6.2 ハイブリッド・ナノロッドポリマー太陽電池
7. 多層高分子電解質のポリマー薄膜フィルムのマイクロパターンニング
7.1 高分子電解質
7.2 半導体フィルムへの応用
7.3 ナノカプセルの製造
8. 欧米各社の導電性ポリマーの応用開発
8.1 IBM社(米国)
8.2 ダウ・ケミカル社(米国)
8.3 デュポン社(米国)
8.4 BASF社(ドイツ)
8.5 ヘキスト社(ドイツ)
8.6 フィリップ・エレクトロニクス(オランダ)
8.7 バイエル社(ドイツ)
8.8 タイコ エレクトロニクス社(米国)
8.9 3M社(米国)
8.10 レイケム社(米国)
8.11 チバ スペシャリティ ケミカルズ(スイス)
8.12 GE社(米国)
8.13 モンサント社(米国)
8.14 イーストマン コダック社(米国)
8.15 その他
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