カーボンナノチューブ塊を良好にほぐして性能最大化する技術、車載用スピーカーに採用

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は2021年7月1日、NEDOのプロジェクトにおいてGSIクレオスが開発したカーボンナノチューブ(CNT)の性能を最大限に発現させる技術が、三菱電機に採用されたと発表した。車載用スピーカーの振動板に採り入れられたという。

CNTは一般的に、凝集塊の状態で存在する。CNTが本来持っている性能を発現させるには、強く固まった塊を解砕して「ほぐす」ことで母材内に高分散させる必要がある。

「ほぐす」には強く固まった塊に高いエネルギーを加え、文字どおり「粉砕」しながらほぐしていく方法が一般的だ。しかし、この方法はCNTの破壊や短化現象が生じ、CNT自体に欠陥が生じてしまうなど、CNTを良好な状態で高分散させることが技術的に極めて困難であり、CNTの機能を発現させる上で、大きな妨げになっていた。

そこでGSIクレオスはNEDOの「低炭素社会を実現するナノ炭素材料実用化プロジェクト」において、CNTの構造を壊さずに凝集塊を良好に「ほぐす」ことにより、次工程でCNTを分散しやすくし、複合材料など工業製品へ応用できる技術を開発した。分散工程でCNTの短化現象を抑えられ、CNTの長さや結晶構造を保ったまま高分散させることができるという。

プロジェクト終了後も同社は、独自開発品のカップ積層型カーボンナノチューブ(CSCNT)を用いてCNTを「ほぐす」技術の改良を続け、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、塗液への分散、ほぐしたCSCNTが分散した複合材料の設計/最適化を進めた。さまざまな工業製品への適用を試みた結果、同技術を活用したCSCNTを用いた振動板が新製品の車載用スピーカーに採用。実用化を達成した。

さらに、さまざまな母材樹脂にほぐされたCNTを添加したところ、各種機械的性能の向上を確認した。一例として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)の母材樹脂内に従来の解砕法によるCNTと、今回開発したほぐしCNTを分散し、筒状試験体を成形。この筒状試験体に動的荷重(衝撃)を所定の角度から与える耐衝撃試験を実施したところ、従来の解砕法に比べ、ほぐしCNT充填CFRPは2倍以上の耐衝撃性能を示した。

CFRPの耐衝撃評価結果(単位:J)

同技術が振動板に採用されたことで、音を伝える速度の向上につながり、スピーカーに必要なクリアな高音、低音の分解能、ゆがみ感、臨場感など、各種特性を向上させたと説明している。

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