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三洋電機と東工大、「電気を通すプラスチック」導電性高分子膜の新製法を開発
“電気を通すプラスチック”導電性高分子膜の新製法を開発

高い導電率の実現で、新規用途開発に道


 三洋電機株式会社(大阪府守口市、代表取締役社長 佐野精一郎)と東京工業大学 資源化学研究所(横浜市緑区、すずかけ台キャンパス、山本隆一教授)は、導電性高分子の高性能化に関する共同研究を行っております。この度、三洋電機は導電性高分子膜の高導電率化技術の開発を行い、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)(図1)という高分子(ポリマー)材料において、1,200S/cm(※1)以上というこれまでで最高の導電率を再現良く得ることのできる製法の開発に成功しました。

※1 S(ジーメンス)/cm:導電率の単位。大きいほど電気がよく流れる

 ※ 図1は関連資料をご参照下さい。


1.研究成果の概要

 “導電性高分子”は“電気を通すプラスチック”とも言われ、帯電防止膜、コンデンサなど幅広い用途に使われていますが、更なる用途拡大・性能向上のため高い導電率を簡便に実現できるような材料及び製法の開発が求められていました。
 導電性高分子の製法には、「化学重合」や「電解重合」などの方法が知られており、化学重合の中でも複数の合成法が知られています。数ある製法の中で、比較的簡単かつ安価にできるのは、1ステップで完了する「化学酸化重合法」であり、ディップやスピンコートなどの簡易な方法を用いて基材上に塗膜を形成することもできます(図2)。

 しかし従来の化学酸化重合では反応の制御性が不十分であり、十分に高い導電率を示す高分子材料を合成できませんでした。
 導電性高分子の一種、「ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)」は、安定な分子構造を持ち、導電性や耐熱性において高いポテンシャルを有することから、導電性高分子材料の中でも多くの研究が行われておりますが、導電率は作り方によって大きく変わり、一般的な製法では数百 S/cmが上限でした。
 今回、導電性高分子材料ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)の化学酸化重合において、重合時に加える添加剤の新規開発を行い、1,200 S/cm(最高1,490 S/cm)以上という高い導電率を再現良く得ることのできる製法を見出しました(図3)。


2.技術の応用及び実用化

 今回得られた1,200 S/cmという導電率は、実用できる材料としては、非常に高いレベルのものであり、従来、帯電防止膜と一部の電子部品に限られていた導電性高分子材料の応用範囲を、電極材料としての応用へ拡げることができる可能性があります。
 現在、タッチパネルや液晶テレビ等には、導電率が数千S/cmのITO(インジウム錫酸化物)という金属酸化物系の透明電極材料が用いられています。しかし、インジウムは価格高騰、資源枯渇等の問題を持つ希少金属であり、代替材料の検討が行われています。また良質な透明導電膜を得るため、通常、成膜時にスパッタリングもしくは電子ビーム蒸着といった真空プロセスが用いられています。今後、低コストの塗布プロセスで形成できる導電性高分子の性能が向上し、ITO並みの導電率と透明性が確保できれば、ITOの代替として用いることも候補として考えられます。 
 さらに、導電性高分子膜は柔軟性に優れているため、曲げに強く、低温形成も可能であることから、従来製品と異なり、プラスチックフィルムを基材とした超軽量・薄型のデバイスにも適用することが可能です。
 また、導電性高分子膜の信頼性・耐久性に関しては、実用化されている既存のデバイスで、高い信頼性が実証されています。導電膜としての新しい応用では、空気中の水分や酸素、あるいは、紫外線などが、有機物の劣化原因となるため、用途に応じた耐久性の確保に向け、さらなる技術開発を進めます。


3.環境に配慮した技術の実現に向けて

 今回開発した要素技術は、固体電解コンデンサ、タッチパネル等への応用が考えられますが、実用に向けての課題を克服し、有機導電膜ならではの特性を生かした応用、環境に配慮した技術としても実用化が図れるよう今後の技術開発に努めて参ります。
 東京工業大学では、独自の合成技術を活かし、過去に非常に多くの種類の導電性高分子材料の開発を手がけています。今回の共同研究では、PEDOT以外の材料でも、導電性高分子の耐熱性向上に結びつく研究成果が創出されており、それらの材料要素技術についても実用化を目指した改良を今後行って参ります。

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テーマ:環境問題 - ジャンル:ニュース

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