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導電性ナノフィラーの開発技術と応用

  • Exploitation Technology and Application of Electroconductive Nano Filler
(2005年『導電性ナノフィラーと応用製品』普及版)

商品コード: B0955

  • 監修: 小林征男
  • 発行日: 2011年3月
  • 価格(税込): 4,968 円
  • 体裁: A5判,311ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0308-6

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  • ナノ粒子,コンポジット,炭素化合物,フィラー,ナノ金属,カーボンナノチューブ,フレーレン透明導電膜,ナノペースト,ゴム・エラストマー

刊行にあたって

 導電性ナノ材料は21世紀のキーテクノロジーといわれているナノテクノロジーの中でも重要な役割を担っており,この分野での我が国の研究・開発活動は世界の牽引役を果たしている。例えば,金属ナノ粒子とインクジェット技術の組み合わせによる微細配線の描画のように,導電性ナノ材料の使用により,従来,蒸着など高価な真空装置が必要とされていたパターン形成が,印刷で可能となってきた。この技術は,携帯電話やノートパソコンなどの小型化・高機能化に対応した高密度実装化の動きを加速するものである。
 カーボンブラック・黒鉛に代用される炭素化合物でも,フラーレンやカーボンナノチューブに加えて,ナノホーン,カーボンマイクロコイル,ナノコイルといった新しい形状のナノ材料が見出される。
 従来導電性材料というと,とかく金属や炭素化合物などの無機材料に限定されがちであるが,有機材料である導電性高分子も重要な役割を担うようになってきている。
 本書は,無機材料から有機材料の全分野にわたり,導電性ナノ材料とその応用について,最近の開発動向をそれぞれの分野の第一線で活躍しておられる方々に執筆して頂いた。本書が,導電性材料に関心を持っておられる研究者および技術者の方々にお役に立つものと確信しております。

2005年12月  小林征男


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2005年に『導電性ナノフィラーと応用製品』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。

2011年3月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

小林征男   (現)小林技術士事務所 所長
金子郁夫   (株)友玉園セラミックス 技術研究所 所長(前 武蔵工業大学)
金子 核   東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 研究員
        (現)(株)タイテックスジャパン 大岡山研究室 取締役
住田雅夫   東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 教授
        (現)(株)タイテックスジャパン 大岡山研究室 顧問
松島功明   東海カーボン(株) 知多研究所 主務研究員
吉武正義   (現)福田金属箔粉工業(株) 研究開発部 調査役
加藤ひとし  (現)関東学院大学 工学部 電気電子情報工学科 教授
荒井 豊   日本グラファイトファイバー(株) 広畑工場 取締役 工場長
友成雅則   石原産業(株) 開発企画研究本部 機能材料研究室 研究主管
髙瀬博文   (現)タキロン(株) 網干工場 製造G 製造課長・工学博士
武内正隆   昭和電工(株) 無機材料事業部門 ファインカーボン部 開発1グループ グループリーダー
徳本 圓   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 研究グループ長
        (現)防衛大学校 応用物理学科 教授
菅沼克昭   (現)大阪大学 産業科学研究所 副所長
金 槿銖   (現)大阪大学 産業科学研究所 助教
南 内嗣   (現)金沢工業大学 光電相互変換デバイスシステム研究開発センター 教授
橋本定待   スタルク(株) 電子・光学材料部 マネジャー
        (現)日本先端科学(株) 常務取締役
板倉義雄   (現)(株)タッチパネル研究所 副社長
小日向茂   住友金属鉱山(株) 技術本部 青梅研究所 主任研究員
白井恭夫   (現)ナミックス(株) 技術開発本部 導電材料技術ユニット グループマネジャー
石橋秀夫   日本ペイント(株) ファインケミカル事業本部 FP部 開発グループ 主任研究員
        (現)日本ペイント(株) R&D本部 開発研究所 係長
廣瀬明夫   (現)大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 教授
小林紘二郎  大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 教授
        (現)(財)若狭湾エネルギーセンター 所長;大阪大学名誉教授
有福征宏   (現)日立化成工業(株) 樹脂材料事業部 ディスプレイ材料開発部 専任研究員
小野朗伸   (現)(株)フジクラ 電子電装開発センター 機能部品開発部 グループ長
立上義治   (現)三光化学工業(株) 取締役 工学博士
阪本良蔵   JFEテクノリサーチ(株) 開発部 主査(部長)

 執筆者の所属表記は,注記以外は2005年当時のものを使用しております。

目次

【I 序論】
第1章 導電性ナノ材料の開発動向と将来展望
1. はじめに
2. 金属ナノ材料
2.1 はじめに
2.2 金属ナノ粒子の分散・凝集制御
2.3 微細配線技術
2.4 将来展望
3. 炭素ナノ材料
3.1 はじめに
3.2 ナノチューブの大量合成法
3.3 ナノチューブの可溶化
3.4 高熱伝導性グラファイトシート
4. 導電性セラミックス
4.1 はじめに
4.2 In2O3-ZnO系
4.3 ITOインク
4.4 エレクトライド
5. 有機導電材料
5.1 はじめに
5.2 導電性高分子の電気伝導
5.3 ナノファイバー状導電性高分子
5.4 導電性高分子のパターン形成法
5.5 透明導電膜
5.6 将来展望
6. ナノ材料の安全性
6.1 はじめに
6.2 各国の取組み
6.3 今後の課題

第2章 導電性コンポジットの導電機構
1. CBコンポジット導電性の成因
1.1 粒子の接触抵抗
1.2 導電路形成領域
1.3 粒子凝集の根源力
1.4 電界による導電路の形成
1.5 電極抵抗
2. 導電路の形成機構
2.1 導電鎖路モデル
2.2 道電路の形成特性
2.3 検討
2.4 むすび
3. 電圧特性からの導電機構の検討
3.1 試料の特徴
3.2 電圧特性の測定方法
3.3 導電機構の分析例
4. 電流雑音特性
4.1 熱雑音と電流雑音
4.2 RuO2/CB系の電流雑音
4.3 等価回路と電流雑音発生源
5. カーボン分散系高分子複合材料の抵抗率制御
5.1 サーモダイナミックパーコレーションモデル
5.2 ナノカーボン分散系樹脂のパーコレーション挙動
5.3 単一高分子マトリックスにおけるナノカーボンの自己組織化

【II 導電性フィラーと応用】
第1章 カーボンブラック(粉末・繊維・フレークなど)
1. はじめに
2. 導電機構
2.1 電気的接触説
2.2 トンネル効果説
3. カーボンブラック特性と導電性の関係
3.1 粒子径
3.2 ストラクチャー
3.3 粒子構造と多孔度
3.4 表面性状
4. カーボンブラック配合系における分散・ポリマー種の影響
4.1 カーボンブラックの分散の影響
4.2 結晶性,非晶性ポリマーへのカーボンブラック配合による導電性能
5. カーボンブラック配合系の応用
5.1 高導電性と加工性の両立
5.2 高抵抗用
5.3 その他の応用例
6. おわりに

第2章 金属系フィラー(粉末・フレーク・ファイバー)
1. はじめに
2. 金属系フィラーの種類
2.1 金属粉
2.2 金属フレーク
2.3 金属ファイバー
3. 導電塗料用金属フィラー
3.1 金属粉
3.1.1 銀粉
3.1.2 銅粉
3.1.3 ニッケル粉
3.2 金属フレーク
3.2.1 銀フレーク
4. 導電プラスチックス用金属フィラー
4.1 金属粉
4.2 金属フレーク
4.2.1 アルミニウムフレーク
4.2.2 亜鉛フレーク
4.3 金属ファイバー
4.3.1 ステンレスファイバー
4.3.2 その他

第3章 金属酸化物系(SnO2,In2O3)
1. はじめに
2. 界面拡散による金属および金属酸化物の導電性高分子への注入
3. PP/SnO2ヘテロ界面の拡散
4. 導電性高分子polythiophene膜中への界面拡散
5. おわりに

第4章 ピッチ系炭素繊維
1. はじめに
2. ピッチ系炭素繊維の構造
3. ピッチ系炭素繊維の形態
4. ピッチ炭素繊維の特性
5. おわりに

【III 新しい導電性ナノ材料の開発と応用】
第1章 金属ナノ粒子(Ag,Cuを中心に)
1. はじめに
2. 金属ナノ粒子の各種合成法
3. Ag水系コロイド(MG-101)の合成方法と基本特性
4. Ag水系コロイド(MG-101)の微細配線・電極材料への応用
5. 液相法によるCu超微粒子(MDシリーズ)の開発状況
6. Cu超微粒子(MDシリーズ)の導電性材料への応用の可能性
7. おわりに

第2章 樹脂中のカーボンナノチューブの分散
1. カーボンナノチューブ
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. コンポジットの分散と分散評価
4.1 面積率Arと物性との相関性
4.2 最大粒子面積Amax
5. パーコレーション
6. カーボンナノチューブ複合材料の展開
7. まとめ

第3章 気相法炭素繊維「VGCF(R)」
1. 緒言
2. VGCFs(R)製造法
3. VGCFs(R)物性
3.1 VGCF(R)の代表物性
3.2 各種VGCFs(R)誘導体の物性
4. VGCFs(R)のエネルギーデバイスへの応用
4.1 Liイオン電池(LIB)電極への添加
4.2 Liイオン電池(LIB)用次世代合金負極材への適用
4.3 他のエネルギーデバイスへの適用検討
4.3.1 電気二重層キャパシタ(EDLC)への応用
4.3.2 高分子電解質型燃料電池(PEFC)への適用検討
5. おわりに

第4章 フラーレン
1. フラーレンとは何か
2. フラーレン化合物
3. 導電性高分子とフラーレン
4. フラーレンの製造法
5. フラーレンの化学とフラーレン誘導体
6. フラーレンポリマー
7. フラーレンの水溶化
8. フラーレンの新しい用途

第5章 金属ナノ粒子ペーストと微細配線
1. はじめに
2. 金属ナノ粒子配線技術のメリットとデメリット
2.1 メリット
2.2 デメリット
3. 金属ナノ粒子の合成
4. 金属ナノ粒子ペースト配線技術とインクジェット印刷
5. 競合するその他の印刷による配線形成技術
6. ナノテクノロジー印刷技術による微細配線のこれから

【IV 応用製品】
第1章 無機透明導電膜
1. 酸化物透明導電膜
1.1 開発の現状
1.2 材料開発と成膜技術
1.3 透明導電性の基礎
1.3.1 電気的特性
1.3.2 光学的特性
1.4 各種TCO薄膜材料とその特性
1.4.1 二元化合物
1.4.2 三元化合物と多元系(複合)酸化物
1.5 おわりに
2. ITO透明導電膜
2.1 開発の現状
2.2 材料物性と透明導電性
2.3 成膜技術
2.4 おわりに

第2章 有機透明導電膜
1. 有機EL用導電膜
1.1 はじめに
1.2 PEDT/PSSの開発の歴史
1.3 PED/PSSの性質
1.4 有機EL用 PEDT/PSSのグレード
1.5 PEDOTのパターニング方法
1.6 PEDT/PSSのディスプレイ特性に及ぼす影響
1.7 PEDT/PSSの層構造の研究
1.8 低分子型有機ELにおけるポストCuPc
1.9 直接重合PEDTによるITO代替
1.10 おわりに

2. タッチパネル用ITOフイルムの技術動向
2.1 はじめに
2.2 ITO膜
2.2.1 透明導電材料
2.2.2 成膜法
2.3 基板(高分子フイルム)
2.4 ITOフイルムの用途
2.5 タッチパネル用ITOフイルムの技術動向
2.5.1 高透過率
2.5.2 表面の反射防止
2.5.3 干渉縞の抑制方法
2.5.4 スパークレス
2.5.5 狭額縁
2.5.6 筆記耐久性,打鍵耐久性
2.5.7 タッチパネル用ITO膜質
2.5.8 外部反射光の防止
2.5.9 基板
2.5.10 防汚対策
2.5.11 色相
2.6 期待される技術動向
2.6.1 ITO代替
2.6.2 新規タッチパネル構成
2.7 タッチパネル用ITOフイルムの評価法

第3章 導電性接着剤
1. はんだ代替導電性接着剤の特性・評価および開発の概要
1.1 緒言
1.2 導電性接着剤の組成・特性概要
1.3 導電性接着剤の現状・他
1.3.1 耐熱性の向上
1.3.2 高熱伝導性
1.3.3 高周波数・電気特性
1.4 高機能導電性接着剤の取り組み
1.4.1 ナノ金属粉末の利用
1.4.2 硬化物中に導電物を析出させる導電性接着剤
1.4.3 複合金属ボールを使用する導電性接着剤
1.4.4 リペア可能な導電性接着剤
1.5 おわりに

2. 導電性接着剤へのナノ材料の応用
2.1 導電性接着剤をとりまく環境
2.2 ナノ材料としてのMO

第4章 金属ナノ粒子ペーストの調整法と導電性ナノフィラー材料としての応用
1. はじめに
2. 濃厚貴金属ナノ粒子ペーストの調製と特徴
3. 濃厚貴金属ナノ粒子ペーストの応用
3.1 金属ナノ粒子ペーストの導電性薄膜生成材料としての応用
3.2 金属ナノ粒子ペーストを用いた導電性パターンの形成への応用
3.3 金,銀以外の貴金属ナノ粒子ペーストの特徴と応用
4. 濃厚卑金属ナノ粒子ペーストの調製と応用
5. おわりに

第5章 有機-銀複合ナノ粒子を用いた接合技術
1. はじめに
2. 有機-銀複合ナノ粒子の熱分析
3. 有機-銀複合ナノ粒子を用いた銅の接合
4. 各種金属との接合性
5. 接合強度に及ぼす接合パラメータの影響
6. 高温対応鉛フリー実装への適用の可能性
7. おわりに

第6章 異方導電フィルム
1. はじめに
2. ACFの構造と接続原理
3. ACFの材料設計
4. 金属微粒子の設計
4.1 接合電極種による最適金属微粒子の選定
4.2 狭ピッチ電極への対応
5. ACFの接着剤設計
6. おわりに

第7章 高導電メンブレン配線板
1. はじめに
2. 高導電銀ペーストとは
3. 高導電銀ペーストの原理と特性
3.1 酸化銀微粒子還元法
3.2 酸化銀微粒子還元法を適用したペースト
3.3 スクリーン印刷用ペーストとしての実用化
4. 高導電メンブレン配線板
4.1 高導電メンブレン配線板の特性
4.2 期待される用途
5. 高耐熱基板への応用
5.1 色素増感太陽電池への応用
6. おわりに

第8章 導電性ゴム・エラストマー(対策用など)
1. 制電性樹脂
1.1 技術的背景
1.2 制電性樹脂の分子設計
1.2.1 制電性材料の作用機構
1.2.2 高分子固体電解質
1.2.3 高分子型帯電防止剤
1.3 制電性樹脂の開発
1.3.1 イオン伝導性樹脂
1.4 制電性樹脂の今後の展望

2. 帯電防止剤
2.1 はじめに
2.2 永久帯電防止剤
2.3 電子伝導性帯電防止剤
2.4 最近の開発例
2.5 将来展望

第9章 静電気対策用導電性樹脂
1. 緒言
2. ステンレスμファイバー(SMF)
3. SUSTECの特徴
3.1 SUSTECの導電性
3.2 SUSTECの表面抵抗均一性
3.3 SUSTECの耐摩擦帯電
3.4 SUSTECの耐発塵性
3.5 SUSTEC成形品のそり
3.6 彩色カラー化
3.7 ステンレスμファイバー含有時の物性変化
3.8 SUSTEC成形時の金型・シリンダー磨耗
4. 静電気対策用導電性樹脂「SUSTEC(R)」
5. SUSTECの成形品例
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