日本ゼオンとNEDO、単層カーボンナノチューブ含有の熱輸送シート開発
サーバーなどのＣＰＵ冷却用に提案
単層ＣＮＴ含有の高性能熱輸送シート
日本ゼオンと新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）は１０日、単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）とフッ化ゴムを組み合わせ、高性能熱輸送シート（ＴＩＭ）を開発したと発表した。従来品に比べ２倍近い性能を確認した。サーバーなどのＣＰＵの冷却用に提案する。日本ゼオンは１２月にパイロットラインを立ち上げ、将来は売上高２００億円程度を目指す。
フッ化ゴムの中で単層ＣＮＴにネットワーク構造を張り巡らせた。ＣＮＴは熱を伝えやすいため、熱抵抗が１ワット当たり０・０５度Ｃと低い。従来のグリース系のＴＩＭ材は約０・１０度Ｃで、均一に塗布する必要があった。
国産単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の実用化が大きな節目を迎える。日本ゼオンの量産工場が１１日に動きだす。産業技術総合研究所が製造技術を開発し、日本ゼオンと量産プロセスに仕上げた。ＣＮＴの発見から約２５年、製造技術の開発から１０年を経て工業化には成功した。これから車載用電池や構造材など各用途での本格的な実用化開発が始まる。経済産業省と新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）、産総研などＣＮＴ関係者の執念が結実する。
ＣＮＴは炭素でできた極細のチューブだ。１９９１年に名城大学の飯島澄男教授（当時ＮＥＣ主管研究員）が発見した。理想的な単層ＣＮＴは比重がアルミニウムの半分で強度は鉄鋼の２０倍、電子移動度はシリコンの約１０倍で、流せる電流量は銅の１０００倍、熱伝導性も銅の５倍以上と画期的な性質を持つ。宇宙と地球を結ぶ宇宙エレベーターのワイヤなど夢の材料として脚光を浴びた。２０００年代のナノテクブームをけん引し、現在も用途開発が続いている。
ＮＥＤＯは９８年、ＣＮＴの実用化研究に着手し、１８年目を迎えた。だがＣＮＴの特性を最大限生かした製品はまだないとされる。現在、事業化されている多層ＣＮＴはＣＮＴの中に何本ものＣＮＴが入ったものだ。昭和電工はリチウムイオン電池の負極材向けに供給しており、生産能力は年間４００トン。ベルギー・ナノシルは多層ＣＮＴを独ボッシュに供給。オイル劣化防止用に自動車用燃料チューブに使われている。「市場規模があり、採算がとれているのはこの２例だけ」と言われている。
夢の材料が普及しない理由は既存の炭素材料とのコスト競争だ。ＮＥＤＯ技術戦略研究センターの調査によるとカーボンブラックが１キログラム当たり３０００円以下で、製造しやすい多層ＣＮＴは同２万―３万円、単層ＣＮＴは同１０００万円程度とされる。樹脂や電池電極に炭素材料を混ぜて導電率を高める場合、ＣＮＴで導電性が５倍になっても、カーボンブラックを５倍加えた方が安くなる。
そこで産総研は単層ＣＮＴの生産コストを１０００分の１に抑えるスーパーグロース法（ＳＧ法）を０４年に開発。連続生産プロセスを確立するなど１０年かけて量産技術に仕上げた。産総研材料・化学領域の村山宣光領域長は「多くの時間を製造装置や反応条件の調整に費やした」という。生産規模の拡大や低コスト化は、大学の研究者には踏み込めない。基礎研究と応用研究、実用化開発では、段階が上がると費用が１ケタ、２ケタと膨らみ、論文の数は減る。
それでも経産省とＮＥＤＯは投資を続け、産総研は企業などと設立した単層ＣＮＴ融合新材料研究開発機構（ＴＡＳＣ）で工場建設の一歩手前まで技術を育てた。産総研の試験プラントでデータを積み上げ、日本ゼオンが量産工場を設計した。工場の完工は、ＣＮＴ関係者の悲願だ。飯島教授は「ようやく企業での開発に必要な規模での供給体制が整う」と喜ぶ。
（ＴＡＳＣが開発した透明導電フィルム＝ＴＡＳＣ提供）
ただ、この道は多層ＣＮＴも通ってきた道だ。一時は米国や中国でＣＮＴベンチャーが乱立し、大型投資を受けた企業もある。多層ＣＮＴの生産が始まると、既存材料が価格を下げて市場を守ってきた。そこで日本ゼオンの単層ＣＮＴは長さと表面積で差別化する。
長さは数ミリメートルで表面積は１グラム当たり１０００平方メートルに達する。つまり一握り１０グラムのＣＮＴが１ヘクタールの表面積を持つ。まずは電極面積がデバイス性能を決めるスーパーキャパシターに応用する。荒川公平ゼオンナノテクノロジー社長は「キャパシターは日本ケミコンが１６年度に実用化予定。日本ゼオンも１６年度中にＣＮＴ応用製品を発売する」と意気込む。ＴＡＳＣで進めてきた用途開発が、単層ＣＮＴ量産を支える一つ目の市場を開く。
次に期待されるのが耐熱性ゴムや耐食性ゴムなどへの添加剤だ。安価な炭素材料は添加量を増やせば性能を補えるが、増やすほど母材の性質を損なう。添加量に限界のある機能性樹脂との複合材は単層ＣＮＴの有望市場。日信工業が開発する石油掘削ドリル用の高耐久性Ｏリングは１８年に実用化予定だ。高温と高圧に耐え金属シール材の代わりになる。
日本ゼオンは１７年度には効率を高めた第二ラインの建設を構想する。１キログラム当たり１万円を下回れば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）への導電性付加など構造材用途が開ける。ＣＮＴが広範な場面で使われるようになる。
フッ化ゴムの中で単層ＣＮＴにネットワーク構造を張り巡らせた。ＣＮＴは熱を伝えやすいため、熱抵抗が１ワット当たり０・０５度Ｃと低い。従来のグリース系のＴＩＭ材は約０・１０度Ｃで、均一に塗布する必要があった。
日刊工業新聞2016年11月11日
“夢の材料”用途開拓に期待
国産単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の実用化が大きな節目を迎える。日本ゼオンの量産工場が１１日に動きだす。産業技術総合研究所が製造技術を開発し、日本ゼオンと量産プロセスに仕上げた。ＣＮＴの発見から約２５年、製造技術の開発から１０年を経て工業化には成功した。これから車載用電池や構造材など各用途での本格的な実用化開発が始まる。経済産業省と新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）、産総研などＣＮＴ関係者の執念が結実する。
大きな節目 技術者の執念結実
ＣＮＴは炭素でできた極細のチューブだ。１９９１年に名城大学の飯島澄男教授（当時ＮＥＣ主管研究員）が発見した。理想的な単層ＣＮＴは比重がアルミニウムの半分で強度は鉄鋼の２０倍、電子移動度はシリコンの約１０倍で、流せる電流量は銅の１０００倍、熱伝導性も銅の５倍以上と画期的な性質を持つ。宇宙と地球を結ぶ宇宙エレベーターのワイヤなど夢の材料として脚光を浴びた。２０００年代のナノテクブームをけん引し、現在も用途開発が続いている。
ＮＥＤＯは９８年、ＣＮＴの実用化研究に着手し、１８年目を迎えた。だがＣＮＴの特性を最大限生かした製品はまだないとされる。現在、事業化されている多層ＣＮＴはＣＮＴの中に何本ものＣＮＴが入ったものだ。昭和電工はリチウムイオン電池の負極材向けに供給しており、生産能力は年間４００トン。ベルギー・ナノシルは多層ＣＮＴを独ボッシュに供給。オイル劣化防止用に自動車用燃料チューブに使われている。「市場規模があり、採算がとれているのはこの２例だけ」と言われている。
コスト１０００分の１
夢の材料が普及しない理由は既存の炭素材料とのコスト競争だ。ＮＥＤＯ技術戦略研究センターの調査によるとカーボンブラックが１キログラム当たり３０００円以下で、製造しやすい多層ＣＮＴは同２万―３万円、単層ＣＮＴは同１０００万円程度とされる。樹脂や電池電極に炭素材料を混ぜて導電率を高める場合、ＣＮＴで導電性が５倍になっても、カーボンブラックを５倍加えた方が安くなる。
そこで産総研は単層ＣＮＴの生産コストを１０００分の１に抑えるスーパーグロース法（ＳＧ法）を０４年に開発。連続生産プロセスを確立するなど１０年かけて量産技術に仕上げた。産総研材料・化学領域の村山宣光領域長は「多くの時間を製造装置や反応条件の調整に費やした」という。生産規模の拡大や低コスト化は、大学の研究者には踏み込めない。基礎研究と応用研究、実用化開発では、段階が上がると費用が１ケタ、２ケタと膨らみ、論文の数は減る。
それでも経産省とＮＥＤＯは投資を続け、産総研は企業などと設立した単層ＣＮＴ融合新材料研究開発機構（ＴＡＳＣ）で工場建設の一歩手前まで技術を育てた。産総研の試験プラントでデータを積み上げ、日本ゼオンが量産工場を設計した。工場の完工は、ＣＮＴ関係者の悲願だ。飯島教授は「ようやく企業での開発に必要な規模での供給体制が整う」と喜ぶ。
（ＴＡＳＣが開発した透明導電フィルム＝ＴＡＳＣ提供）
キャパシター向け
ただ、この道は多層ＣＮＴも通ってきた道だ。一時は米国や中国でＣＮＴベンチャーが乱立し、大型投資を受けた企業もある。多層ＣＮＴの生産が始まると、既存材料が価格を下げて市場を守ってきた。そこで日本ゼオンの単層ＣＮＴは長さと表面積で差別化する。
長さは数ミリメートルで表面積は１グラム当たり１０００平方メートルに達する。つまり一握り１０グラムのＣＮＴが１ヘクタールの表面積を持つ。まずは電極面積がデバイス性能を決めるスーパーキャパシターに応用する。荒川公平ゼオンナノテクノロジー社長は「キャパシターは日本ケミコンが１６年度に実用化予定。日本ゼオンも１６年度中にＣＮＴ応用製品を発売する」と意気込む。ＴＡＳＣで進めてきた用途開発が、単層ＣＮＴ量産を支える一つ目の市場を開く。
ゴムの添加剤に
次に期待されるのが耐熱性ゴムや耐食性ゴムなどへの添加剤だ。安価な炭素材料は添加量を増やせば性能を補えるが、増やすほど母材の性質を損なう。添加量に限界のある機能性樹脂との複合材は単層ＣＮＴの有望市場。日信工業が開発する石油掘削ドリル用の高耐久性Ｏリングは１８年に実用化予定だ。高温と高圧に耐え金属シール材の代わりになる。
日本ゼオンは１７年度には効率を高めた第二ラインの建設を構想する。１キログラム当たり１万円を下回れば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）への導電性付加など構造材用途が開ける。ＣＮＴが広範な場面で使われるようになる。
日刊工業新聞2015年11月02日
