アンカー型機能性分散剤によるカーボンナノチューブの分散，配向制御

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本年度は，アンカー型分散剤の分子構造と単層カーボンナノチューブ (SWCNT) の直径選択性との相関関係と，分散剤の構造がナノチューブの分散安定性に及ぼす影響を明らかにした。分散剤の分子構造とナノチューブの選択性については，フォトルミネッセンス励起スペクトル測定より，分散によって選別した SWCNT のキラリティ (n,m) を同定した。その結果，(9,4)，(7,6) SWCNT が選別したナノチューブの 90 % を占め，これらのナノチューブの直径はおよそ 0.9 nm であった。また SWCNT の直径と roll-up angle との関係を調べたところ，アンカー型分散剤はナノチューブの直径を認識し分散に寄与することがわかった。分散剤の構造がナノチューブの分散安定性に及ぼす影響については，分子動力学シミュレーションを用いて考察した。分散剤と SWCNT 間の自由エネルギーの最小値は0.65 nm付近で，2.0 nm 以上の距離ではほぼ一定となった。つまり，分散剤は 0.65 nm付近で最も強く SWCNT と結合し，2.0 nm 以上では空間的に分離していることがわかった。また，2.0 nmでの自由エネルギー値と 0.65 nmでの自由エネルギー値との差を結合自由エネルギー(ΔG) とし，アンカー型分散剤と異なるキラリティの SWCNT との ΔG を比較した。良好な認識を示す (9,4) SWCNT (直径: 0.92 nm) のΔG 値は 171 kJ/mol であるのに対し，ほぼ認識しない (8,6) SWCNT (直径: 0.97 nm) のΔG値は 84 kJ/mol であった。以上の結果より，大きな ΔG の差をもたらしたのは，アンカー型分散剤が SWCNT の直径に対して鋭敏な認識を示すためと考えた。