導電性フィラーの種類、特性と配合・分散技術

セミナー趣旨

　導電性コンポジットの開発に当たって、最も重要なフィラーのポリマー中での分散性と導電性発現の関係についてパーコレーション理論をベースに詳細に解説します。
　講義の前半では、パーコレーション理論の基礎及び導電機構について紹介し次いで、フィラーの局在化による低い閾値を得る手法とフィラーの分散性評価法について紹介します。後半では、フィラーの種類別に、具体例を挙げて分散性と導電性発現の関係を詳細に解説します。取り上げるフィラーはカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンのカーボン系及び新しいフィラーとして特徴ある物性を有する液体金属、MXene及び導電性ポリマーです。最後に導電性コンポジットの新しい用途として注目されているウェアラブルデバイスへの応用について紹介します。

習得できる知識

・パーコレーション現象
・導電性フィラーの分散性と導電性発現の機構
・導電性コンポジットの閾値を最小化する手法
・導電性フィラーの種類が導電性コンポジットの導電性に及ぼす影響
・導電性コンポジットの歪センサ(strain sensor)への応用

セミナープログラム

１．パーコレーション現象と導電性コンポジット
　1-1. パーコレーション現象について
　1-2. ポリマーの種類と特性

２．導電性フィラー配合樹脂の導電機構モデル
　2-1. 統計的パーコレーションモデル
　2-2. General Effective Media (GEM) モデル
　2-3. 熱力学的パーコレーションモデル
　2-4. 動的パーコレーションモデル
　2-5. Interparticle Distance (IPD) Model
　2-6. ハイブリッドフィラーの閾値予測

３．フィラー粒子間の導電機構
　3-1. 直接接触モデル
　3-2. 被膜介在モデル（トンネル伝導モデル）　

４．導電性フィラーの表面改質法と分散性
　4-1. シランカップリング剤による改質
　4-2. ポリマーグラフトによる改質
　4-3. その他の表面改質法

５．ポリマーブレンド系での導電性フィラーの選択的局在化
　5-1. ダブルパーコレーションとYoungの式
　5-2. ２成分ポリマーブレンド系でのフィラーの偏在

６．自己組織化導電ネットワーク形成系
　6-1. PMMA/HDPE/VGCF系コンポジット
　6-2. 有機モンモリロナイト添加Nylon/CB系コンポジット

７．高アスペクト導電性フィラーのSlim-Fast機構

８．導電性フィラー配合樹脂の分散性評価法
　8-1. 画像統計解析
　8-2. 森下指数

９．カーボン系フィラーの特徴と配合樹脂の特性
　9-1. カーボンブラック
　9-2. グラファイト
　9-3. 炭素繊維
　9-4. 気相法炭素繊維 
　9-5. カーボンナノチューブ
　9-6. グラフェン

10．金属フィラーの特徴と配合樹脂の特性

11．新規導電性フィラーの特徴と配合樹脂の特性
　11-1. 液体金属
　11-2. MXene
　11-3. 導電性ポリマー

12．導電性コンポジットのウェアラデバイスへの応用

13．まとめ

　【質疑応答】

キーワード：
導電性,フィラー,カーボンブラック,金属,CNT,分散,配合,セミナー

セミナー講師

小林技術士事務所 所長 小林 征男 氏

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