特開 2024-61220 カーボンナノチューブ撹拌装置及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024061220

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ撹拌装置及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/174 20170101AFI20240425BHJP

   B01F 23/50 20220101ALI20240425BHJP

   B01F 29/10 20220101ALI20240425BHJP

   B01F 35/45 20220101ALI20240425BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

C01B32/174

B01F23/50

B01F29/10

B01F35/45

H05H1/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169023

(22)【出願日】2022-10-21

(71)【出願人】

【識別番号】000145286

【氏名又は名称】株式会社写真化学

(71)【出願人】

【識別番号】000003506

【氏名又は名称】第一工業製薬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】高岡 文彦

(72)【発明者】

【氏名】中村 友紀

(72)【発明者】

【氏名】中山 真志

(72)【発明者】

【氏名】西川 明良

【テーマコード（参考）】

2G084

4G035

4G036

4G037

4G146

【Ｆターム（参考）】

2G084AA07

2G084BB21

2G084CC32

2G084DD01

2G084FF02

2G084FF07

4G035AB43

4G036AA26

4G037DA30

4G037EA05

4G146AA11

4G146AB06

4G146CB10

4G146CB16

4G146CB22

4G146DA07

4G146DA47

(57)【要約】

【課題】使い勝手が良好で、且つ、撹拌性能の高いカーボンナノチューブ撹拌装置を提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブ撹拌装置１００が、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物５を内部に収容する容器１と、容器１が搭載される容器ホルダー１０６と、容器ホルダー１０６を自転軸心周りに自転させ且つ自転軸心を公転させる駆動機構Ｄと、プラズマを含むガスを容器１の内部に導くプラズマ誘導部１０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容可能な容器と、前記容器が搭載される容器ホルダーと、前記容器ホルダーを自転軸心周りに自転させ且つ前記自転軸心を公転させる駆動機構と、プラズマを含むガスを前記容器の内部に導くプラズマ誘導部とを備えるカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項2】

前記容器の外部に設けられ、プラズマを発生させるプラズマ発生部を備え、
前記プラズマ誘導部は、前記プラズマ発生部で発生されたプラズマを含むガスを前記容器の内部に導く請求項１に記載のカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項3】

前記プラズマ誘導部は、前記容器に装着されて当該容器ホルダーの自転と同期して回転可能な自転部と、前記容器ホルダーの公転と同期して回転可能な公転部と、前記自転部及び前記公転部を連結する回転コネクタと、を備え、
前記プラズマ発生部で発生されたプラズマを含むガスが前記公転部と前記回転コネクタと前記自転部とを経由して前記容器の内部に導かれる請求項２に記載のカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項4】

前記容器は、上端に開口部を有する有底筒状の本体部と、前記本体部の開口部に着脱可能に設けられる蓋体とを備え、
前記プラズマ誘導部の一部は、前記蓋体の中央部を貫通して前記容器の内部に挿入され、
前記蓋体には当該蓋体の端部よりも前記中央部に近い位置に排気用の通気孔が形成されている請求項１～３の何れか一項に記載のカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項5】

前記プラズマ誘導部は、前記容器の内部に挿入される、プラズマを含むガスを放出するノズルを有する請求項１～３の何れか一項に記載のカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項6】

前記ノズルは、前記被処理物と接触しない位置に設置される請求項５に記載のカーボンナノチューブ撹拌装置。

【請求項7】

カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容可能な容器と、前記容器が搭載される容器ホルダーと、前記容器ホルダーを自転軸心周りに自転させ且つ前記自転軸心を公転させる駆動機構と、プラズマを含むガスを前記容器の内部に導くプラズマ誘導部とを備えるカーボンナノチューブ撹拌装置を用いて、
前記カーボンナノチューブ及び前記液体を収容した前記容器を公転回転及び自転回転させ、前記公転回転及び前記自転回転中の少なくとも一部の時間に前記プラズマを含むガスを前記容器内に供給して、カーボンナノチューブの分散液を生産する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容可能な容器と、容器が搭載される容器ホルダーと、容器ホルダーを自転軸心周りに自転させ且つ自転軸心を公転させる駆動機構とを備えるカーボンナノチューブ撹拌装置、並びにカーボンナノチューブの分散液を生産する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ナノ粒子を含む様々な微細な粒子等を用いて物品を製造することが行われている。このような微細な粒子は、粒子の表面エネルギーが大きいために、細かな一次粒子が凝集して大きな二次粒子となっていることが多く、物品を製造する際には、凝集した状態の二次粒子のうち少なくともある程度の割合は一次粒子の状態にすることが求められる。

【0003】

特許文献１（特開２０１５－１５３７１４号公報）には、リチウムイオン二次電池の電極を製造する場合に、電極活物質にカーボンナノチューブ及びバインダーを添加することが記載されている。具体的には、溶媒である水に活物質粒子を添加してミキサーで撹拌し、更にカーボンナノチューブ分散液を添加して撹拌混合することで電極用スラリーを作製する手法が記載されている。この場合、活物質粒子同士がカーボンナノチューブ及びバインダーの複合体を介して接触し、それにより活物質粒子間の結着性と電極の導電性とが向上することが期待されている。

【0004】

その他の技術として、特許文献２（特許第６５１０９０３号公報）には、分散媒中に粉体を分散させる方法が記載されている。この方法では、プラズマを発生させることで、表面にアルミナが存在する粉体周りのゼータ電位を上昇させ、粉体間の静電的反発力により分散媒中にその粉体を良好に分散させようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－１５３７１４号公報

【特許文献2】特許第６５１０９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に記載の方法では、分散媒中にプラズマを発生させるための電極を浸しているため、幾つかの問題がある。例えば、電極が放電により損傷して、分散媒へ混入する可能性がある。また、電極で発生する高熱により、分散媒が意図しない変質をするという問題がある。更に、電極が分散媒に直接触れるため、分散媒と化学反応を起こさない電極材質を選定する必要がある。また更に、プラズマを発生させるために、分散媒に電解質を添加する必要がある。

【0007】

以上のように、従来の処理装置は、使い勝手が良好とは言えなかった。

【0008】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使い勝手が良好で、且つ、撹拌性能の高いカーボンナノチューブ撹拌装置及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブ撹拌装置の構成は、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容可能な容器と、前記容器が搭載される容器ホルダーと、前記容器ホルダーを自転軸心周りに自転させ且つ前記自転軸心を公転させる駆動機構と、プラズマを含むガスを前記容器の内部に導くプラズマ誘導部とを備える。
ここで、前記容器の外部に設けられ、プラズマを発生させるプラズマ発生部を備え、前記プラズマ誘導部は、前記プラズマ発生部で発生されたプラズマを含むガスを前記容器の内部に導くように構成してもよい。
また、前記プラズマ誘導部は、前記容器に装着されて当該容器ホルダーの自転と同期して回転可能な自転部と、前記容器ホルダーの公転と同期して回転可能な公転部と、前記自転部及び前記公転部を連結する回転コネクタと、を備え、前記プラズマ発生部で発生されたプラズマを含むガスが前記公転部と前記回転コネクタと前記自転部とを経由して前記容器の内部に導かれるように構成してもよい。

【0010】

上記構成によれば、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容した容器を容器ホルダーに搭載して、プラズマ誘導部によってプラズマを含むガスを容器の内部に導きながら、駆動機構を動作させることができる。つまり、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物の撹拌処理を行いながら、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物に対してプラズマ照射を行うことで、プラズマ作用で発生するラジカル等の活性種により被処理物に含まれるカーボンナノチューブの分散効果の増強が期待できる。そのため、カーボンナノチューブが凝集していたとしても、それらが解繊されることや、それらの再凝集の抑制が期待できる。加えて、容器を自転及び公転させることで被処理物を流動させながらプラズマ照射を行うため、プラズマの作用が被処理物に対して均等に加わるという利点がある。更に、容器を自転及び公転させることで被処理物で生じる適度な熱によりプラズマの作用が強まることで、被処理物に含まれるカーボンナノチューブの分散効果が高まることが期待される。

【0011】

また、被処理物にはプラズマを発生させるための電極を接触させる必要はないため、電極材料が被処理物に混入することもなく、電極で発生する熱により被処理物が加熱されることもなく、電極が被処理物と化学反応を起こすこともない等、使い勝手がよいカーボンナノチューブ撹拌装置が実現される。

【0012】

本開示に係るカーボンナノチューブ撹拌装置の別の構成は、前記容器は、上端に開口部を有する有底筒状の本体部と、前記本体部の開口部に着脱可能に設けられる蓋体とを備え、
前記プラズマ誘導部の一部は、前記蓋体の中央部を貫通して前記容器の内部に挿入され、
前記蓋体には当該蓋体の端部よりも前記中央部に近い位置に排気用の通気孔が形成されている。

【0013】

上記構成によれば、容器の内部に流入したプラズマを含むガスは、蓋体の中央部から被処理物に向けて流れ、被処理物の表面で広がり、本体部の内壁に沿って上昇し、蓋体の端部付近で方向を変えながら容器の内部を循環する。そして、そのような経路で循環した後のガスの一部が通気孔を通って容器の外部に排出される。つまり、通気孔は、容器の内部に供給されて循環した後のガスが到達する部分に設けられている。その結果、容器の内部に供給されたプラズマを含むガスの容器外への排出を遅らせることが期待できる。そして、容器の内部に流入したプラズマが容器の内部で被処理物に接触する時間が十分に確保され得る。

【0014】

本開示に係るカーボンナノチューブ撹拌装置の更に別の構成は、前記プラズマ誘導部は、前記容器の内部に挿入される、プラズマを含むガスを放出するノズルを有する。

【0015】

上記構成によれば、ノズルの形状を変更することで、被処理物に対するプラズマを含むガスの照射方向等を自在に変更できる。

【0016】

本開示に係るカーボンナノチューブ撹拌装置の更に別の構成は、前記ノズルは、前記被処理物と接触しない位置に設置される。

【0017】

上記構成によれば、ノズルは被処理物に接触しないため、被処理物がノズルの材料と化学反応すること、ノズルに付着している異物が被処理物に混入することなどを防止できる。

【0018】

本開示の一実施形態に係るカーボンナノチューブの分散液を生産する方法は、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を内部に収容可能な容器と、前記容器が搭載される容器ホルダーと、前記容器ホルダーを自転軸心周りに自転させ且つ前記自転軸心を公転させる駆動機構と、プラズマを含むガスを前記容器の内部に導くプラズマ誘導部とを備えるカーボンナノチューブ撹拌装置を用いて、前記カーボンナノチューブ及び前記液体を収容した前記容器を公転回転及び自転回転させ、前記公転回転及び前記自転回転中の少なくとも一部の時間に前記プラズマを含むガスを前記容器内に供給して、カーボンナノチューブの分散液を生産する。

【0019】

上記構成によれば、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を収容した容器を容器ホルダーに搭載して、プラズマ誘導部によってプラズマを含むガスを容器の内部に導きながら、駆動機構を動作させることができる。つまり、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物の撹拌処理を行いながら、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物に対してプラズマ照射を行うことで、プラズマ作用で発生するラジカル等の活性種により被処理物に含まれるカーボンナノチューブの分散効果の増強が期待できる。そのため、カーボンナノチューブが凝集していたとしても、それらが解繊されることや、それらの再凝集の抑制が期待できる。加えて、容器を自転及び公転させることで被処理物を流動させながらプラズマ照射を行うため、プラズマの作用が被処理物に対して均等に加わるという利点がある。更に、容器を自転及び公転させることで被処理物で生じる適度な熱によりプラズマの作用が強まることで、被処理物に含まれるカーボンナノチューブの分散効果が高まることが期待される。従って、良好なカーボンナノチューブの分散液を生産する方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】カーボンナノチューブ撹拌装置の例を示す構成図である。

【図2】プラズマ発生部及びプラズマ誘導部の例を概略的に描いた図である。

【図3】容器の内部での被処理物へのプラズマ照射の様子を示す図である。

【図4】容器の蓋体の例を示す図である。

【図5】ノズルの構成例を説明する図である。

【図6】撹拌処理の結果を示す図である。

【図7】撹拌処理の結果を示す図である。

【図8】撹拌処理の結果を示す図である。

【図9】撹拌処理の結果を示す図である。

【図10】撹拌処理の結果を示す図である。

【図11】撹拌処理の結果を示す図である。

【図12】撹拌処理の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜本開示に至る経緯＞
特許文献１に記載されるような目的でカーボンナノチューブを用いる場合、予め、凝集した状態のカーボンナノチューブを解繊して、液体中に分散させておくことが求められる。

【0022】

カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物を撹拌して、液体へのカーボンナノチューブの分散性を高めるための装置として、例えば、マグネチックスターラー、超音波ホモジナイザー、高速ホモミキサー、ビーズミル、プラネタリーミキサーなどがある。

【0023】

但し、従来の装置では、凝集した状態のカーボンナノチューブを十分に解繊できない場合がある。或いは、撹拌処理を行っている間はカーボンナノチューブが解繊されて液体中に分散していたとしても、処理後にカーボンナノチューブが再凝集する場合もある。また、超音波ホモジナイザーのように、超音波を用いてカーボンナノチューブを液体中に分散させようとした場合、高出力のキャビテーションによりカーボンナノチューブが損傷する可能性、局所的なキャビテーションによる分散ムラが発生する可能性、極度な温度上昇によるカーボンナノチューブの熱変性が起こる可能性などがある。

【0024】

本発明者らは、上記に鑑み、鋭意検討した結果、本開示に至った。

【0025】

以下に図面を参照して実施形態に係るカーボンナノチューブ撹拌装置１００について説明する。
図１は、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の例を示す構成図である。図２は、プラズマ発生部（plasma generator）２及びプラズマ誘導部１０の例を概略的に描いた図である。図示するように、カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、カーボンナノチューブ及び液体を含む被処理物５を内部に収容する容器１と、容器１が搭載される容器ホルダー１０６と、容器ホルダー１０６を自転軸心Ｘ１周りに自転させ且つ自転軸心Ｘ１を公転させる駆動機構Ｄとを備える。加えて、カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、プラズマを含むガスを容器１の内部に導くガス通路であるプラズマ誘導部１０を備える。図１には、カーボンナノチューブ撹拌装置１００に二つの容器ホルダー１０６が設けられる例を示しているが、容器ホルダー１０６の数は変更可能である。例えば、カーボンナノチューブ撹拌装置１００に一つの容器ホルダー１０６が設けられる場合、カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、回転時のバランスを取るための錘を備えてもよい。

【0026】

図１に示す本実施形態の駆動機構Ｄは、公転歯車１０１、回転ドラム１０２、公転軸１０３、駆動モータ１０４、公転テーブル１０５、自転歯車１０８、中間歯車１０９、太陽歯車１１０、歯車１１１、歯車１１２、及び、歯車１１３を備える。

【0027】

駆動機構Ｄにおいて、公転歯車１０１を有する回転ドラム１０２は、軸受を介して固定軸である公転軸１０３に対して回転自在に支持されている。駆動モータ１０４による回転運動が、公転歯車１０１を介して回転ドラム１０２に伝達され、回転ドラム１０２は、公転軸１０３の公転軸心Ｘ２を中心に回転する。公転テーブル１０５は、回転ドラム１０２に連結されて固定されており、回転ドラム１０２と共に回転する。容器ホルダー１０６は、公転テーブル１０５に対してその自転軸心Ｘ１を中心に回転自在に支持されている。そのため、容器ホルダー１０６は、公転テーブル１０５の回転により、公転軸１０３の公転軸心Ｘ２を中心に回転、即ち、公転する。

【0028】

容器ホルダー１０６は、自転歯車１０８とともに回転するように自転歯車１０８に接続されている。自転歯車１０８は、軸受を介して公転テーブル１０５に回転自在に支持されている中間歯車１０９と噛合する。中間歯車１０９は、太陽歯車１１０と噛合する。太陽歯車１１０は、回転ドラム１０２の外側に配置されており、回転ドラム１０２に対して、軸受を介して回転自在に支持されている。

【0029】

太陽歯車１１０は、歯車１１１に噛合する。歯車１１１には、互いに噛合する歯車１１２及び歯車１１３を介して、パウダーブレーキ等の制動装置１１４の制動力が伝達される。

【0030】

太陽歯車１１０は、制動装置１１４により加えられる制動力が無い場合、即ち、制動力が０の場合、回転ドラム１０２に従動して回転する。

【0031】

制動装置１１４の制動力が歯車１１１を介して太陽歯車１１０に伝達された場合、太陽歯車１１０の回転速度が回転ドラム１０２の回転速度に比べて減少し、太陽歯車１１０の回転速度と回転ドラム１０２に連結されている公転テーブル１０５の回転速度との間に差が生じる。その結果、太陽歯車１１０に対して、中間歯車１０９が相対的に回転する。中間歯車１０９は、自転歯車１０８と噛合するため、自転歯車１０８が回転し、容器ホルダー１０６は、自転軸心Ｘ１を中心に回転、即ち、自転する。

【0032】

上記カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、１つの駆動モータ１０４により容器ホルダー１０６を公転及び自転させる構成例であるが、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の構成は図１の例に限定するものではない。例えば、カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、制動装置１１４を用いる構成に代えて、公転用駆動モータと自転用駆動モータを別々に備え、容器ホルダー１０６を公転及び自転させる構成であってもよく、他の構成であってもよい。公転用駆動モータと自転用駆動モータとを別々に備える場合、公転とは独立して自転単独での駆動を行うことができる。自転用駆動モータは公転体（例えば公転テーブル１０５）に固定して設けてもよいし、公転体と分離して設けてもよい。制動装置１１４を用いる場合であっても或いは公転用駆動モータ及び自転用駆動モータを用いる場合であっても、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の容器１の自転の回転速度及び公転の回転速度は、適宜設定できる。

【0033】

カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、容器１の外部に設けられ、プラズマを発生させるプラズマ発生部２を備える。プラズマ発生部２は、一対の電極を有し、プラズマを発生させる電圧印加部２ａと、電圧印加部２ａの一対の電極間に電圧を印加する電源部２ｂとを備える。プラズマ発生部２には、ガス供給源３からガスが供給される。例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどがガス供給源３から供給される。そして、ガス供給源３から供給されるガスが電圧印加部２ａに供給されて、そのガスがプラズマ状態になる。ガス供給源３から供給されるガスは、プラズマ発生部２の電圧印加部２ａで発生したプラズマのキャリアガスとして、発生したプラズマをプラズマ誘導部１０へと送る。

【0034】

プラズマ誘導部１０は、プラズマ発生部２で発生されたプラズマを含むガスを容器１の内部に導く。図２に示す例では、プラズマ誘導部１０は、容器１に装着されて容器ホルダー１０６の自転と同期して回転可能な自転部１５と、容器ホルダー１０６の公転と同期して回転可能な公転部１３と、自転部１５及び公転部１３を連結する回転コネクタ１４とを備える。そして、プラズマ発生部２で発生させたプラズマを含むガスが公転部１３と回転コネクタ１４と自転部１５とを経由して容器１の内部に導かれる。加えて、プラズマ誘導部１０は、自転回転及び公転回転の何れも行わない固定部１１と、固定部１１及び公転部１３を連結する回転コネクタ１２とを備える。つまり、プラズマ発生部２で発生されたプラズマを含むガスは、固定部１１と回転コネクタ１２と公転部１３と回転コネクタ１４と自転部１５とを経由して容器１の内部に導かれる。

【0035】

カーボンナノチューブ撹拌装置１００は、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の各部及びガス供給源３を制御する制御部４を更に備える。カーボンナノチューブ撹拌装置１００及びガス供給源３は、制御部４の制御により、容器ホルダー１０６に装着された容器１を自転・公転させ、容器１へのガス供給を行う。制御部４は、例えば、プロセッサ回路と、プログラムを記録したハードディスク、メモリ等の記録媒体とを備え、記録媒体に格納されたプログラムに従って制御処理を実行する。

【0036】

図３は容器１の内部での被処理物５へのプラズマ照射の様子を示す図である。図４は容器１の蓋体１ｂの構成を示す図である。容器１は、上端に開口部を有する有底筒状の本体部１ａと、本体部１ａの開口部に着脱可能に設けられる蓋体１ｂとを備える。図示する例では、本体部１ａの横断面の形状は円形である。つまり、本体部１ａは、円筒の中心軸に沿った方向の一端側が閉じられて底部になり、他端側が開放されて開口部になる。本体部１ａの開口部及び蓋体１ｂも円形である。プラズマ誘導部１０の一部は、蓋体１ｂの中央部を貫通して容器１の内部に挿入される。容器１の内部に挿入されるプラズマ誘導部１０の一部は、容器１の内部に挿入される、プラズマを含むガスを放出するノズル１５ａを有する。ノズル１５ａは自転部１５の一部であり、被処理物５と接触しない位置に設置される。そして、ノズル１５ａから放出されるプラズマを含むガスが、撹拌処理中の被処理物５の表面に当たる。

【0037】

制御部４は、駆動機構Ｄ、およびプラズマ誘導部１０に設けられた弁を制御して、被処理物５を内部に収容する容器１を公転回転及び自転回転させ、その公転回転及び自転回転中の少なくとも一部の時間にプラズマを含むガスを容器１内に供給する。それにより、カーボンナノチューブ撹拌装置１００を用いて撹拌された被処理物５、即ち、カーボンナノチューブの分散液を生産する方法が実現される。詳細には、制御部４は、駆動機構Ｄに容器１を同時に自転・公転させて被処理物５の撹拌処理を行っている間の全部又は一部の時間に、アクチュエータに弁を開放させ、プラズマ発生部２から容器１に継続的にプラズマを含むガスを供給させる。制御部４は、更に、容器１を同時に自転・公転させて被処理物５の撹拌処理を行う前に及び／又はその撹拌処理を行った後にも、プラズマ発生部２から容器１にプラズマを含むガスを供給させてもよい。

【0038】

蓋体１ｂにはその蓋体１ｂの端部よりも中央部に近い位置に排気用の通気孔１ｃが形成されている。この通気孔１ｃを経由して、容器１の内側と外側との間で気体が移動できる。本実施形態の場合、プラズマを含むガスが容器１の内部に継続的に供給されている間、通気孔１ｃを経由して、容器１の内部のガスが容器１の外部に継続的に排出される。

【0039】

図３に示すように、プラズマを含むガスは、蓋体１ｂ側から本体部１ａの底に向けて放出されている。また、通気孔１ｃは、蓋体１ｂに形成されている。図示する例では、２つの通気孔１ｃは、ノズル１５ａを間に挟むように、蓋体１ｂの端部よりも中央部に近い位置に配置されている。つまり、円形の蓋体１ｂの中心部にノズル１５ａが配置され、円形の蓋体１ｂの径方向外側の端部よりも蓋体１ｂの中心部に近い位置に各通気孔１ｃが配置されている。その結果、図３に矢印で示すように、容器１の内部に供給されたプラズマを含むガスは被処理物５に当たり、本体部１ａの内壁に沿って上昇し、蓋体１ｂの端部付近で方向を変えながら容器１の内部を循環し、その後、蓋体１ｂに形成された通気孔１ｃから容器１の外部に排出される。このように、通気孔１ｃは、容器１の内部に供給されて循環した後のガスが到達する部分に設けられている。その結果、容器１の内部に供給されたプラズマを含むガスの容器１の外部への排出を遅らせることが期待できる。つまり、プラズマと被処理物５との接触時間が長くなるという利点がある。

【0040】

図５はノズル１５ａの構成例を説明する図である。図５（ａ）は、ノズル１５ａの先端から、ノズル１５ａの中心軸に沿って平行にガスが直線的に放出され、且つ、ノズル１５ａの中心軸から離れる方向に向けてガスが直線的に放出されるタイプのノズルである。図５（ｂ）は、ノズル１５ａの先端から、ノズル１５ａの中心軸に沿って平行に相対的に多くのガスが直線的に放出され、その周囲ではノズル１５ａの中心軸に沿って平行に相対的に少ない量のガスが直線的に放出されるタイプのノズルである。図５（ｃ）は、ノズル１５ａの先端から、ノズル１５ａの中心軸に沿って平行に全てのガスが直線的に放出されるタイプのノズルである。図５（ｄ）は、ノズル１５ａの先端から、ノズル１５ａの中心軸に沿って平行に、且つ、ノズル１５ａの中心軸から離れる方向に向けて、ほぼ同じ量のガスが放出されるタイプのノズルである。図５（ｄ）のノズル１５ａは、図１５（ａ）のノズル１５ａよりも広い範囲にガスが放出される。このように、ノズル１５ａから放出されるガスの方向及び量を適宜設定できる。

【0041】

次に、被処理物５にプラズマ照射を行いながら撹拌処理を行った場合の効果について説明する。撹拌処理を行った試料１～試料３は以下の通りである。

【0042】

（１）試料１：撹拌処理中のプラズマ照射なし、カーボンナノチューブの表面処理なし
カーボンナノチューブ：０．２ｇ
分散媒：Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）：４８．８ｇ
分散剤（芳香族ポリマー）：１ｇ
カーボンナノチューブ濃度：０．４ｗｔ％
分散剤濃度：２ｗｔ％

【0043】

（２）試料２：撹拌処理中のプラズマ照射あり、カーボンナノチューブの表面処理なし
カーボンナノチューブ：０．２ｇ
分散媒：Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）：４８．８ｇ
分散剤（芳香族ポリマー）：１ｇ
カーボンナノチューブ濃度：０．４ｗｔ％
分散剤濃度：２ｗｔ％

【0044】

（３）試料３：撹拌処理中のプラズマ照射なし、カーボンナノチューブの表面処理あり
カーボンナノチューブ：０．２ｇ
分散媒：Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）：４８．８ｇ
分散剤（芳香族ポリマー）：１ｇ
カーボンナノチューブ濃度：０．４ｗｔ％
分散剤濃度：２ｗｔ％

【0045】

撹拌処理の条件は以下の通りである。
被処理物５の撹拌処理は株式会社写真化学のＳＫ－４００ＴＲを用いて行った。具体的には、以下の公転回転速度及び自転回転速度でＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ５を順に行う撹拌処理を実行した。また、試料２の場合は、ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ４でプラズマ照射を行った。
［ＳＴＥＰ１］公転回転速度：１４００ｒｐｍ、自転回転速度：２０００ｒｐｍ、時間：６００秒
［ＳＴＥＰ２］公転回転速度：１２００ｒｐｍ、自転回転速度：１２００ｒｐｍ、時間：６００秒
［ＳＴＥＰ３］公転回転速度：１４００ｒｐｍ、自転回転速度：２０００ｒｐｍ、時間：６００秒
［ＳＴＥＰ４］公転回転速度：１２００ｒｐｍ、自転回転速度：１２００ｒｐｍ、時間：６００秒
［ＳＴＥＰ５］公転回転速度：１４００ｒｐｍ、自転回転速度：２０００ｒｐｍ、時間：６００秒

【0046】

ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ４で行ったプラズマ照射の条件は以下の通りである。
プラズマ発生部２は、株式会社魁半導体のチューブ内壁大気圧プラズマ装置Ｓ５０００－Ｔを用いた。電源は単相１００Ｖ（６０Ｈｚ）、１０Ａである。ガス供給源３からプラズマ発生部２へは、窒素ガスをガス圧力：０．３ＭＰａ、ガス流量：３０Ｌ／ｍｉｎで供給した。チューブ内壁大気圧プラズマ装置Ｓ５０００－Ｔにおいて、「ＨＶ ＴＩＭＥＲ」の操作部は９９９９秒に設定し、「電力調整」の操作部は１００に設定した。ノズル１５ａは、図５（ａ）に示すタイプを用いた。

【0047】

試料３のカーボンナノチューブの表面処理は、回転式卓上真空プラズマ装置 YHS-DφS（株式会社魁半導体製）を用いて、カーボンナノチューブ粉体に対し真空中でプラズマ照射を行ったものである。

【0048】

次に、撹拌処理中のプラズマ照射がカーボンナノチューブにどのような影響を与えているのかを、マイクロ領域及びナノ領域で観察した結果を説明する。

【0049】

図６及び図７は、マイクロ領域での観察結果である。具体的には、図６は、撹拌処理を行った後に得られた試料１、即ち、プラズマ照射を行わずにカーボンナノチューブ撹拌装置１００で撹拌処理を行った後に得られた試料１の液体をマイクロスコープで観察した画像（倍率は５００倍）である。図７は、撹拌処理を行った後に得られた試料２、即ち、プラズマ照射を行いながらカーボンナノチューブ撹拌装置１００で撹拌処理を行った後に得られた試料２の液体をマイクロスコープで観察した画像（倍率は５００倍）である。

【0050】

図６及び図７からは、撹拌処理中にプラズマを照射したものは、明らかにカーボンナノチューブの凝集体が少ないことが分かる。これは、プラズマの照射によりカーボンナノチューブの親水性が向上したため、撹拌処理中に受けたせん断力でカーボンナノチューブの解繊が促進され、その結果、凝集した状態のカーボンナノチューブが少なくなったためだと考えられる。

【0051】

図８及び図９は、ナノ領域での観察結果である。具体的には、図８は、撹拌処理を行った後の試料１、即ち、プラズマ照射を行わずにカーボンナノチューブ撹拌装置１００で撹拌処理を行った後に得られた試料１を用いて観察用サンプルを作製し、その観察用サンプルを電界放出形走査電子顕微鏡（FE-SEM）で観察した画像（倍率は２００００倍）である。図８は、撹拌処理を行った後に得られた試料２、即ち、プラズマ照射を行いながらカーボンナノチューブ撹拌装置１００で撹拌処理を行った後に得られた試料２を用いて観察用サンプルを作製し、その観察用サンプルを電界放出形走査電子顕微鏡で観察した画像（倍率は２００００倍）である。観察用サンプルは、撹拌処理を行った後に得られた試料の液体を銅シートに滴下し、スキージにより膜厚が数μｍ～数十μｍの塗膜を作製した後、オーブンで乾燥させたものである。

【0052】

図８及び図９からは、撹拌処理中におけるプラズマの照射の有無に関わらず、カーボンナノチューブの凝集体はナノ領域で解繊しており、良好な分散状態になっていることが分かる。尚、図６及び図７で観察されたような大きな凝集体は、観察用サンプルを作製する際にスキージによって剥ぎ取られたと考えられるため、図８及び図９の画像では見ることはできない。

【0053】

図８及び図９の画像において、カーボンナノチューブのナノ領域での解繊状態が撹拌処理中におけるプラズマの照射の有無に関わらず同様の結果に見受けられるのは、試料１及び試料２に分散剤を混合したことで撹拌処理が効果的に行われたためだと考えられる。尚、分散剤を混合しなかった試料の観察用サンプルを同様の手法で用意し、電界放出形走査電子顕微鏡（FE-SEM）で観察した場合、プラズマ照射を行わなかったサンプル（即ち、本実施形態の「試料１」に対応）はカールしたカーボンナノチューブが比較的多く見受けられた。それに対して、プラズマ照射を行ったサンプル（即ち、本実施形態の「試料２」に対応）はカールしたカーボンナノチューブは多く見受けられず、直線状のカーボンナノチューブが多く見受けられた。カーボンナノチューブを電気材料として用いる場合、直線状のカーボンナノチューブが解繊された状態で多く含まれる方が、導電パスが形成され易いため好ましいと考えられる。

【0054】

図１０及び図１１は、撹拌処理を行ったカーボンナノチューブを含む被処理物５をパルスＮＭＲにより測定した結果を示す図である。このパルスＮＭＲは、マジェリカ・ジャパン株式会社から販売されているMagno Meter SED VTを用いて測定した。図１０はＲｓｐ値を示し、図１１はＫａ値を示す。縦軸に示すＲｓｐ値及びＫａ値が大きいほど、多くの液体を拘束できる界面特性を有している、即ち、濡れ性が良い（分散性が良い）ことを示している。

【0055】

図１０及び図１１に示したように、撹拌処理中にプラズマを照射することで得られた試料２は、Ｒｓｐ値及びＫａ値が最も高く、カーボンナノチューブがより多くの液体を拘束できる界面特性を有していると言える。これは濡れ性が良い、言い換えれば分散性が良いと言える。図１２は、試料２のＲｓｐ値を１００％のカーボンナノチューブの分散度とした場合の、試料１及び試料３のカーボンナノチューブの分散度を示す図である。試料２でのカーボンナノチューブの分散度を100%と仮定した場合、試料３でのカーボンナノチューブの分散度は93.7%、試料１でのカーボンナノチューブの分散度は92.2%となる。つまり、撹拌処理中にプラズマ照射を行った試料２は、撹拌処理の前にカーボンナノチューブのプラズマ照射を単独で行った試料３と比べても分散度が高く分散性が良いと言える。

【0056】

このように、カーボンナノチューブの親水性の向上及びそれによる分散性の向上は、カーボンナノチューブに対するプラズマ照射のみよって得られる効果ではなく、撹拌処理によるカーボンナノチューブに対するせん断力の付与と、カーボンナノチューブに対するプラズマ照射とを同時に行うことによる相乗効果によって達成されると考えられる。

【0057】

また、プラズマ照射によってカーボンナノチューブの親水性が向上するため、分散度の高いカーボンナノチューブ分散液を生産するのに必要な分散剤の量を抑制できる。つまり、得られるカーボンナノチューブ分散液を用いて作製した製品が分散剤による影響を受けることを抑制できる。

【0058】

更に、リチウムイオン電池では、電極活物質へのリチウムイオンの出入りにより電極が膨張及び収縮することで電極活物質での導電パスが切断されるという問題が生じるが、電極活物質に添加されたカーボンナノチューブが電極活物質での導電パスとなることが期待されている。但し、添加するカーボンナノチューブの長さ、形状、柔軟性、存在密度（即ち、単位体積当たりのカーボンナノチューブの本数）などを適切に調節する必要がある。つまり、リチウムイオン電池の電極を製造する場合に用いるカーボンナノチューブ分散液に、適切なカーボンナノチューブが含まれている必要がある。

【0059】

そのため、適切に解繊された状態のカーボンナノチューブを液体中に分散させたカーボンナノチューブ分散液を生産することができれば好ましい。例えば、解繊が不十分なために大きな凝縮体のカーボンナノチューブが含まれるカーボンナノチューブ分散液や、解繊が行われ過ぎたために微細なカーボンナノチューブが含まれる過分散のカーボンナノチューブ分散液などは好ましくないと判断され得る。つまり、所望の電池特性に合った、ほどよいカーボンナノチューブ解繊状態が必要とされている。また、カーボンナノチューブの解繊技術をリチウムイオン電池の電極の量産化で利用するためには、そのカーボンナノチューブの解繊技術が、解繊効果が大きく且つカーボンナノチューブに対するダメージが少ないこと、簡便な技術であること、解繊の程度をコントロール可能であること等が好ましい条件になる。
以下に、本開示のカーボンナノチューブ撹拌装置１００及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法が、それらの条件を満たしていることを説明する。

【0060】

先ず、上述したような本開示のカーボンナノチューブ撹拌装置１００及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法の場合、マイクロ領域及びナノ領域の両方でカーボンナノチューブの適切な解繊を実現できることが分かった。加えて、本開示で説明したような撹拌処理及びプラズマ照射を同時に行う技術で得られたカーボンナノチューブ分散液は、ダメージを受けたカーボンナノチューブを多くは含まないことが分かった。

【0061】

次に、試料３のように、撹拌処理の前にカーボンナノチューブのプラズマ照射を行い、その後に撹拌処理を行う場合、プラズマ照射で用いる容器から撹拌処理で用いる容器へのカーボンナノチューブの移し替えが必要になるという問題がある。更に、プラズマ照射で用いていた容器に付着したカーボンナノチューブの一部を廃棄せざるを得なくなるという材料ロスの問題もある。ところが、本開示で説明したように撹拌処理及びプラズマ照射を同時に行う場合、カーボンナノチューブの移し替えなどは不要であるため、技術の簡便性が確保されている。更に、移し替えは不要であるため、上述したような材料ロスの問題は生じない。

【0062】

試料３のように、撹拌処理の前にカーボンナノチューブのプラズマ照射を行い、その後に撹拌処理を行う場合、例えばプラズマ照射で用いる容器から撹拌処理で用いる容器へのカーボンナノチューブの移し替えの際にカーボンナノチューブに作用するプラズマ効果が低下する可能性がある。また、カーボンナノチューブに対するプラズマ照射を行うのに要する時間と撹拌処理を行うのに要する時間とが別々に発生するため、その間にカーボンナノチューブに作用するプラズマ効果が低下する可能性がある。そのような理由から、試料３のように、撹拌処理の前にカーボンナノチューブのプラズマ照射を行い、その後に撹拌処理を行う場合、最終的にカーボンナノチューブ分散液として生産された時点でのカーボンナノチューブに作用しているプラズマ効果が、カーボンナノチューブ分散液の生産を行う毎に異なる状態になる、即ち再現性のあるプラズマ効果が得にくい可能性がある。つまり、解繊の程度をコントロールできない可能性がある。
ところが、本開示で説明したように撹拌処理及びプラズマ照射を同時に行うのであれば、撹拌処理の条件及びプラズマ照射の条件が同じであれば、最終的にカーボンナノチューブ分散液になった時点でのプラズマ効果は複数のカーボンナノチューブ分散液で均一になることが期待できる。そのため、本開示で説明したような撹拌処理及びプラズマ照射を同時に行う技術では、カーボンナノチューブの解繊の程度をコントロール可能であると言える。そして、得られるカーボンナノチューブ分散液を用いて製品を量産化することに支障はないと言える。

【0063】

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、プラズマ発生部２がカーボンナノチューブ撹拌装置１００に搭載されている例を説明したが、プラズマ発生部２は、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の外部に設けられてもよい。

【0064】

＜２＞
上記実施形態では、ガス供給源３からプラズマ発生部２に窒素ガスを供給してプラズマを発生させる例を説明したが、ガス供給源３からプラズマ発生部２に供給するガスの種類は適宜変更可能である。例えば、ガス供給源３からプラズマ発生部２に、酸素ガス、アルゴンガスなどのガスを供給してプラズマを発生させることもできる。

【0065】

＜３＞
上記実施形態では、２つの通気孔１５ｃが設けられている例を説明したが、通気孔１５ｃの数は、一つであってもよいし、又は、３つ以上であってもよく、適宜変更可能である。また、一つ又は複数の通気孔１５ｃをどのような位置関係で配置するのかも適宜変更可能である。例えば、一つ又は複数の通気孔１５ｃを蓋体１ｂの中央部よりも端部に近い位置に設けてもよい。

【0066】

＜４＞
上記実施形態では、カーボンナノチューブ撹拌装置１００の公転回転速度及び自転回転速度、被処理物５に対するプラズマ照射タイミング及び照射期間、プラズマ強度、ノズル１５ａの形状などについて具体例を挙げて説明したが、それらは適宜変更可能である。

【0067】

＜５＞
上記実施形態では、制御部４は、容器１の自転・公転中の少なくとも一部の時間に、プラズマを含むガスを容器１内に継続的に供給させた。これに代えて、制御部４は、容器１の自転・公転中の少なくとも一部の時間に、プラズマ発生部２から容器１内にプラズマを含むガスを断続的に供給させてもよい。

【0068】

＜６＞
上述実施形態では、容器１の本体部１ａは有底円筒状であったが、開口部と底部の径が異なる形状など、他の形状であってもよい。また、上述実施形態では、プラズマ誘導部１０の一部が蓋体１ｂの中央部を貫通して容器１の内部に挿入されていた。これに代えて、プラズマ誘導部１０の一部が蓋体１ｂの他の部分を貫通していてもよい。

【0069】

＜７＞
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本開示の実施形態はこれに限定されず、本開示の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本開示は、使い勝手が良好で、且つ、撹拌性能の高いカーボンナノチューブ撹拌装置及びカーボンナノチューブの分散液を生産する方法に利用できる。

【符号の説明】

【0071】

１ ：容器
１ａ ：本体部
１ｂ ：蓋体
１ｃ ：通気孔
２ ：プラズマ発生部
３ ：ガス供給源
４ ：制御部
５ ：被処理物
１０ ：プラズマ誘導部
１２ ：回転コネクタ
１３ ：公転部
１４ ：回転コネクタ
１５ ：自転部
１５ａ ：ノズル
１５ｃ ：通気孔
１００ ：カーボンナノチューブ撹拌装置
１０６ ：容器ホルダー
Ｄ ：駆動機構
Ｘ１ ：自転軸心
Ｘ２ ：公転軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】