2022年11月18日

CNTの実態

CNTとIPAだけを、美粒システム、HP DMR+美粒NEW015モジュール+AM DMRの仕様で、75Mpa 3パスを掛けると、それなりの分散体ができる。なぜ、できるのか、100ミクロン以上の粗大触媒粒子とそれに絡まる粗大CNT凝集体をDMRで捕獲するからである。DMRがなければ、どうなるか、そのCNT前処理分散体が通過できる最小の大きさのノズルを無理やりとおすか、ビーズミル等をつかって、CNTを壊していくかである。もちろん、触媒をつぶしていけば、それよりは柔らかいCNTは折れ、欠損が生じて、劣化するだけである。

DMRを使えば、きれいに解繊できる。分散剤がないから、溶媒を飛ばせば、純度のいいCNTの粉ができる。それを、RDCと呼ぶことにしている。Re-dispersible Carbonの略である。 その最大の特徴は、他の溶媒を添加しても、再分散性がきくということである。溶媒が飛ぶ前と同じような分散が生まれることである。まるで、ディザイナブルコーヒーと同じ感覚である。

下記の顕微鏡写真は、MWCNTとSWCNTのRDC化したものに、IPAをいれて、軽く超音波洗浄機で分散したもの写真である。そうすると、ほとんど、20-30μm以下の触媒とそれにまつわりつくCNTの凝集物がところどころ点在しているのがわかる。写真は、そこをフォーカスしてとっているが、フォーカスしなければ、そんなものはないと嘘をつくこともできる。

もし、これを邪魔なものとして、さらに粉砕したらどうなるか、その触媒は木っ端みじんとなり、黒い点として、存在することになる。また、CNTは当然に折れ、欠損がうまれる。CNTの劣化が生じる。逆をいえば、美粒NEW015モジュールを通せば、解繊はするが、粉砕はおきず、切断も破損も欠損も起きていない、CNTにダメージをつくらないシステムだとわかる。

この20-30μm以下の触媒等を除去したかれば、ろ過やケミカル処理で対処できるはずである。しかし、これをつぶせば、かならずCNTが傷つくのは必定でもある。だから、ここら辺が一番、CNTとして機能がでていると推察できる。

① ちなみに、IPAとTUBALL85(0.5%)をHP DMR+美粒NEW015モジュール+AM DMRの仕様で、75Mpa 3パス処理したリアル動画をYOUTUBEでUPした。

下記のyoutube アドレスをクリックすれば、それが見える。1パス目から、粘度があがっているのが、わかる。

https://youtu.be/jNibKkXC9WY

② は、SWCNTとIPAとで解繊したつくったRDC、それにIPAをいれ、廉価なミキサーで再分散できる様子を写したビデオである。

https://youtu.be/ACl096gExiI

③ は、MWCNTと膨張黒鉛とIPAとで解繊してつくったRDC, それにIPAをいれ、廉価なミキサーで再分散できる様子を写したビデオである。

https://youtu.be/6cbKj38ny4k

④ は、MWCNTとIPAとで解繊したつくったRDC、それにIPAをいれ、廉価なミキサーで再分散できる様子を写したビデオである。

https://youtu.be/9PHRlljz_ys

CNTの実像

2022年11月6日

新しいカーボンの夜明け、RDC Re-dispersible Carbon、世界市場へ

分散しやすい状態、粗大触媒粒子が排除、分散剤フリーとなれば、それぞれのCNT製品の純化をおこなうことになる。しかも、粗大触媒粒子とそれに絡まる粗大CNT粒子も、カットすることになる。しかも、溶媒を選ばず、それなりの添加剤と撹拌力があれば、今、それぞれの企業が所有しているツールで、混ぜ込むことができる。

それが分かれば、CNT製造メーカーは、CNT製品をつくるよりも、それぞれのCNTの
RDCを作って売った方が、より売れると思うはずである。それが自然の摂理である。
これは、狂人の戯言でなく、真実であると、わかれば、動かざるをえない。動かなければ、淘汰される。競争が激化するだろう。

しかも、誰でもが手に届く汎用技術の応用、量産も特別なものではないと、時間が来ればわかる。哲学や技術など、だれも、興味はない、装置も興味もない、しかし、利害がからむもの(RDC)となれば、人間の欲望が刺激される。結果が見えてくる。やらなければやられるという恐怖が出てくる。どう考えても、そこにおぞましい競争がでてくる。

インテルもアップルもIBMもマイクロソフトも、最初は、小さな企業(一人から数人)、しかし、でかくなったのは、結果が見えたからである。時代のニーズをとらえたからである。
滅び行く巨人は、いつの世でも、選択を間違える。分散哲学や美粒思想など、だれも興味などない。結果がみえて、動き始めたら、なんで、動いたのか、その理由を知りたがる人がでてくる。屁理屈は、いつの世でも後からついてくる。いつの日か、この宇宙は滅びる。人類が考えることは、ひとつの仮説、たまたま、その仮説に従うと、現実と理屈のつじつまがあうだけのこと。RDCの情報をSNS上にばらまくことにする。何かのRDCサンプルも、少量、ばらまくことにする。このエサに、飛びつく人がでてくる。

たしかに、RDCが成立するためには、3つ条件、と高度な美粒の分散技術が融合しないと、できない。① 分散剤フリー(一番安全なのが、エタノール、IPAである。)②粗大触媒粒子とそれに絡ます粗大CNT粒子の排除(DMR使用)③ CNT使用、である。美粒の分散技術でつくったRDCを、どうつかうかは、ユーザーの勝手である。一番、面倒な水+CMC分でも、それに適した分散機をみつければ、きれいなものができる。仮に、水+CMC系のもので、RDCをつくったら、どうなるかといえば、CMCがバインダーとなって、周りをかためてしまう。再分散させるのに、使用するツールが限定されてします。そうなれば、水+CMC系でRDCを作る意味がなくなる。あくまでも、RDCは、手でも、ばらばらになるぐらいの硬さでいい。大きなだまも、手の力で、崩れる。そうしないと、完全再分散性はできない。分散剤フリーと粗大触媒粒子と粗大CNT粒子が除去されているからである。

RDC粉体供給へ、日本から世界に問いかける、今のままでいいのかと。

殆どの分散機は、粉砕をメインとしている。難解繊と言われるCNTを粉砕型の装置でやっても、CNTも装置も壊れて、まともなものなどできない。殆どの人がそういう固定観念をもっている。だから、いくら、真実を言って、装置を見せても、狂人の戯言としかみない。
世界は、粉砕のノイズに洗脳されているから、どうにもならない。しかし、RDC(新しい粉体)を見せたら、話は変わる。難解繊と言われて、自分たちでは綺麗に解繊できなかったものが、一瞬で、その姿をみせたら、それに携わっている人は、ひっくり返る。そうして、
やっと、CNTの解繊を阻害していたのが、粗大触媒粒子と、粒子を壊していた粉砕技術、そのものだと、理解する。これを、見せなければ、世界は何もかわらない。カーボンニュートラルの世界など、やってこない。

DMRはいいが、美粒モジュールはなかなか作れない。量産機となれば、素人ではむずかしい。だから、私が主体となってやるしかない。DMRとモジュールで、日本で手に入る殆どのCNTを検証し、RDCができることを確認している。ユーザーが求める配合をブレンドコーヒーのように調合し、それに適したプロセスを自在に作れる。現状、それができるのは、世界で私ひとりである。ナノカーボンの独自ブレンドのリゾナブルコーヒー化といってもいい。それが、RDCである。RDCはCNT、一つでも成り立つ。しかし、CNTがないと、RDCは成立しない。

RDC 完全再分散性

RDC粉体供給へ

RDC成立要件

RDC分散容易

2022年10月30日

CNTの用途開発が進まないのは、CNTの粗大触媒粒子をCNTから外せないからである。DMR+美粒モジュール(システム)が、CNTの解繊の必須となる。

下記のスライドで、何がキーとなるかというと、再分散性の容易さと、正確さである。4つのCNTを使用した。スライドに示したものである。あえて、異なるものを選択した。その組み合わせに特に意味はない。濃度は0.2%、同じにした。だから、全体的には0.8%濃度で、溶媒はIPAである。DMRがなければ、解繊しない。75Mpa 3パスである。

その分散液を乾燥した。分散剤はないから、溶媒IPAを飛ばせば、高純度のSWCNT/
MWCNTの乾燥体、粉末である。美粒では、それをSMPS(SWCNT/MWCNT Pure Solid)と呼んでいる。それに再度、IPAを入れ、簡易なメガネ洗浄で使用する超音波洗浄器で5分間、撹拌する。それが、スライドの下にある顕微鏡写真、3枚である。見事である。濃度が薄いから、もともとの解繊状態に戻っているのが、わかる。そこにあるのが、SWCNTと3種類のMWCNTである。粗大触媒粒子はない。しかし、一部、どこのCNTからきているのか分からないが、微細な触媒粒子とそれに付随するCNTが見える。DMRの磁力では、捕捉できない大きさであろう。しかし、それも大した量ではない。

重要なのは、この再分散性である。なぜ、こんなに容易に再分散性ができるのか、答えは一つしかない。粗大触媒粒子をDMRで捕捉したからである。そして、乱すことなく、CNTを解繊したからである。

人から、粗大触媒粒子の除去がキーなら、原末で、粗大触媒粒子を除去したらどうなのかと聞かれる。物事の本質が分かっていない。もし、それができて、簡単にCNTが解繊できるなら、世の中は、CNTの花盛りである。もし、技術革新がうまれ、CNTの機能がそこなわれることなく、簡単に解繊分散できるものが出現したなら、それはそのほうがいい。DMRも美粒システムを使うことなく、いいものが取れるなら、その方がずっといい。しかし、現実は、まだ、ない。

DMR+美粒システムは、何をしたか、粗大触媒粒子とそこから派生するCNTバンドルとを、分離し、粗大触媒粒子は、DMRで附着させ、外されたバンドルを美粒モジュールで解繊することである。

もちろん、美粒には、どの解繊状態がいいのかわからない。用途に対して、どのくらいCNTを解繊したらいいのかなど、分からない。粗大触媒粒子をDMRで外したら、後は、どのような制御も可能である。どれがいいかなど、美粒は神様でないから、分からない。CNTは、DMR+美粒システムがないと、まともなものができないと確信した。DMRと美粒システムは、CNT解繊が必要なところには、供給する。熱電素子、ゼーベック係数を上げるには、電磁波吸収、それに、マイクロチップには、SWCNTの半導体型が必要である。触媒をCNTから、外さなければ、それもできない。後は、CNTを粉砕したら、半導体型が喪失する。この地球の未来のために、DMR+美粒システムは、必要だと確信している。

SWCNTMWCNT3種類

SWCNTMWCNT3種類+黒鉛剥離

黒鉛を剥離して、グラフェンを作るために必要なこと。

ぴったりと密着しているものを、剥がすのは、結構むずかしい。顕微鏡のサイドグラスにぴったりとカバーグラスが密着していたら、なかなか取れない。その場合、かみそり刃をその隙間にいれて、ちょんと、押し上げれば、簡単に外れる。黒鉛の剥離も基本的には同じことである。割れ目が密着していたら、なかなか、その奥に入っていかない。世の中の原理は基本的に同じである。層間の割れ目がすこし開いていた方が、なんでも挿入しやすい。だから、黒鉛も、その層間が開き気味のものを使う方が、剥離はしやすい。したがって、黒鉛の剥離を促すものとして、一番いいのは、類似した材料である。つまり、CNTである。黒鉛を剥離しやすいものは、同じカーボンのCNTなのである。

CNTは、基本は触媒から生成されている。もともとナノ触媒粒子である。それが、CNT生成時、凝集して、触媒核をつくる。それも、合成品だから、ばらつきが起きる。CNTの用途開発がうまくいかないのは、その粗大触媒粒子が、硬くなって、簡単には壊れないことである。粗大触媒粒子には、CNTの束が重なったバンドルが、絡まっている。現状では、その粗大触媒粒子を、取り除くことは、困難である。それを、うまく、取り除くツールとして完成したのが、DMRである。DMRがなければ、まともなCNT解繊ができないとおもったらいい。後、足りないパーツが、溶媒とせん断である。それが、IPAと美粒015モジュールである。

● DMR
● 美粒015モジュール
● 層間が開き気味の黒鉛
● IPA
● CNT

圧力75Mpaぐらいで、3-4パスぐらいで出来上がる。

実際に、どのくらい剥離したかなど、なかなかわからない。だから、実際、マーケットにでているグラフェンと比較して、それにくらべて、透過度がどうか、黒鉛の色の濃淡でチェックするしかない。比較したグラフェンの規格は、層数として4-9層と明記してある。SEM、TEM評価と書かれている。それを信じるなら、今回の剥離した黒鉛の層数も、最大8層以下であるように見える。

黒鉛の剥離がかなり進行したことで、連続したシートができた。CNTが黒鉛どおしをつなぐバインダーの役目をしている。表面は、鉛筆とおなじように、非常に柔らかい。

MWCNT黒鉛剥離

2022年10月27日

CNTを研究する明日を夢見る学生たちへ。

CNTがどういう風に、解繊されるのか、ほとんどの人はわかっていない。どういう風に、CNTが生成されるのかは、教えてくれるが、それが、どういうふうに、解繊されるのか、誰も教えてくれない。学生たちに教える立場の先生も、理解していないというよりも、そもそも、解繊するということは、頭では理解しているが、現実的にどういうふうに、解繊して、実用化できるのか、その方法論がわかっていない。単層カーボンナノチューブ、そのありようは理解しているが、それをどういうふうに、解繊して、実用化していくのか、それを理解している人が少ない。

最終形は、一つのチューブ、径が数ナノ、長さが2-10μmの炭素でつつまれた6面体のチューブ、それが、示される。しかし、現実のありようは、もっと、きたなく、ぐちゃぐちゃ絡まっている状態である。しかも、その中心に触媒がある。ナノ触媒(鉄)粒子である。それが、滅茶苦茶に凝集している。そこから、チューブの凝集体、チューブの束(バンドル)が四方八方に生成されている。現実のSWCNTの原料は、きたなく、カオスの状態である。

その触媒の凝集体(粗大粒子)を除去しなければいけない。それが、DMRというツールである。それによって、粗大で硬い触媒の凝集体はDMRの中に捕捉される。そして、それから派生したCNTのバンドルは、触媒から、外される。引きちぎられるという感覚の方が近い感じが、顕微鏡写真からうかがえる。後は、下記のスライドを見てもらったらいい。

このような様子を写した写真も他にないはずである。これが、単層カーボンナノチューブの解繊した時のリアルな状態である。単層カーボンナノチューブ、教科書やカタログ等でみるSEM写真は、この一部を切り取って映像化しているにすぎない。実際はもっと、えげつなくて、ややっこしいものである。一部だけ切り取ってみても、あまり意味がない。全体を俯瞰して、異物はないか、不均一なところがあるか、それを見なければ、実用化・量産化などできない。大きな粗大で硬い触媒が一個、存在していても、それで、生産がストップすることもある。実際には、たくさん、存在している。だから、まともなCNT解繊の量産化ができない。

SWCNTが触媒から外される様子

SWCNT解繊状態2

透明導電膜―カーボン比率、一般化膨張化黒鉛(千円/kg)87% & 単層カーボンナノチューブ(13%)、IPA分散体、黒鉛の剥離・CNTの解繊、これこそが、DMR+BERYU SYSTEMの最先端の剥離・解繊技術。世界最高水準です。

グラフェンを生成するのに、最も安価な方法は、市販品の黒鉛を使用することである。層間が開いていた方が、剥離しやすいので、美粒は、膨張化黒鉛を使用する。黒鉛を剥離するには、CNTを利用するのが、もっとも効果的である。もちろん、CNTも、凝集体のままでは意味がないし、触媒に拘束されている未解繊ではどうにもならない。ありていにいえば、DMRをつかって、粗大触媒を除去しなければ意味がない。そして、重要なのは、できるだけ最小で長いノズルを通過させることである。もちろん、空洞化し、粉砕機能のノズル型のツールは、NGである。装置としてみれば、DMR+美粒システム、実際には、DMR+美粒015モジュールが最適のはずである。詳細は、下記のスライドを参照にしていただければと思う。

こんなのは、大したことはないと、見えるかもしれないが、実際にやってみたら、これは、とんでもないと思うはずである。簡単にでるなら、もう実用化している。できないから、今がある。前処理もいい加減な手攪拌で、92Mpa、3パスで終わっている。たったそれだけである。そして、この複合材の導電性は、単一の単層カーボンナノチューブの解繊した導電性とほぼ変わらない。もしかしたら、それ以上かもしれない。これだけの透明性のあるもので、抵抗値が、Ωで表示されているのである。もちろん、金属に勝てるわけがない。しかし、金属以外で、塗膜状態で、カーボンだけで、これだけの数字はなかなかでない。、DMR+BERYU SYSTEM、これこそが、最先端の剥離・解繊技術。世界最高水準だと、思っている。高いコストをかければ、どんなものでもできる。イノベーションを起こすには、適正なコストがある。貴金属、希少金属、それらを利用しても、コスト高になるだけである。超付加価値、絶対的な付加価値が付くもの以外、市場が反応するコストでないと、世の中は動かない。

透明導電膜

2022年10月26日

未公開8枚スライド、一挙公開

水とSWCNTだけで解繊して見えた風景

完全水解繊で、純度85%品のSWCNTが、最新の美粒015モジュールを通過する。当然に、分散剤が入っていないので、凝集するのは当然である。それに、洗剤を一滴いれて、超音波で軽く分散し、それを顕微鏡でみると、水で、最新のモジュールが通過した状態が確認される。これで、すべてが、見えたことになる。これが、水とSWCNTだけで解繊して見えた風景である。この状態をみると、ナノ触媒粒子の凝集体からCNTが出現する様子がわかる。それらがからまって、ひとつのバンドルが形成されることになる。バンドルの厚みからみて、ナノ触媒粒子の凝集体の大きさは、最大10μmぐらいかと推測される。下記のスライドをみてほしい。大きな塊、粗大触媒・CNT粒子は存在しない。それは、ほとんど、DMRに捕捉されている。

水とSWCNTとの解繊状態は、まさしく、張力(内向きな力)と分散力(外向きな力)との、しのぎあい、乳化とまったく同じ構図となる。張力の低い溶媒であれば、分散力がそれだけ、まさる。エマルジョンの場合では、粒子径が細かくなる。これとまったく同じように見える。その構図が見えるのが、美粒システム、乱れを制御しているからである。乱れでかく乱され隠された、その相関関係がこのように見えるようになる。水/SWCNT, IPA/CNT, CNT/CMC/水での解繊状態を比較した顕微鏡写真を見ていただいたら、わかる。プロセスはほぼ同じ、モジュールも同じである。違いは、溶媒の種類だけである。

これで、乳化と解繊とが、私の中で、繋がった。いままで、見えなかったものが、見えるようになった。乳化、解繊、剥離は、確かに、ひとつのプロセスでつながっている。

黒鉛の剥離も、基本的に同じである。しかし、黒鉛の剥離には、層間にくさびを打ち込む必要がある。それが、もうひとつのCNTの役目である。根っこ(触媒)のついたCNTでは、自由に動けないので、ある程度、触媒粒子とCNTをきってやる必要がある。どのバンドル径と長さのCNTがいいのかは、相手となる黒鉛の層間状態に依存する。層間の開いたもの、層間に剥離を促すものが、添加されたものの方が剥離には有利である。これも、構図は、乳化、解繊と同じである。

CNT/多層グラフェン(黒鉛からの剥離)の複合体も、DMR+BERYU SYSTEMが必須である。それと、乱れの抑止は前提になる。どの勾配がいいのかは、物によって異なる。すべては、結果がすべて、そこから、帰納的に、条件を選別していくしかない。だれも、やったことがないのだから、答えなど分からない。少ない実験結果で、こういう風にやったら、解がでると、わかる人がいれば、そのひとが、真の研究開発者である。芸術的感性がゆたかな、職人魂をもった技術者である。

特に、電池などは、分散状態だけでは、解がでてこない。化学反応をともなうため、どのくらいの導電ペーストがいいかなど、やってみなければだれもわからない。活物質との活物質との電荷のやり取り、活物質と電極との電子のやり取り、我々が、対応できるのは、活物質と電極とをつなぐ導電助剤の性能だけである。できるだけ、耐久性のある導電性の高い基材が最適のはず。それが、低コストで、量産化できる技術に裏付けられていることが必須となる。現状、膨大な数のジグソーパズルを、必死に、ああでもない、こうでもないと、時間を浪費している状態である。誰かが、それを、短時間ではめ込んだら、それで、ゲームオーバーである。

DMRの必要性、量産化にとって必須である。

粉砕とは、ぶち壊すこと、ぶつけてこわす、たたいてこわす、すってこわす。これが粉砕機の特徴である。金属の微細化にとっては、重要なものである。シリコンやチタン酸バリウム(セラミックコンデンサー)の微細化には必須である。しかし、ものを砕けば、かならず、不均一な状態で微細化される。そこから出てくる粗大粒子、規格から外れた微細粒子、それらを除去するために、分級の技術が、粉砕技術とセットになる。粉砕ー分級技術は、常にONEセットとなる。なぜ分級できるのか、そこは、大きさという一次変数での篩わけだからできるのである。なぜ、CNTや黒鉛の剥離で、それができないのか、答えは簡単である。CNTは、径と長さという二次の変数でのふるい分けであり、グラフェンは、大きさと層数という二次の変数でのふるい分けが必要だからである。

現状の分級の技術で、CNTの径と長さで、ふるい分けすることはできない。グラフェンも、大きさと層数で、ふるい分けすることはできない。CNTを粉砕したら、木っ端みじんとなり、長さがなくなるし、黒鉛を木っ端みじんにしたら、大きさが微細になり、層数がすくなくなることはない。CNTや黒鉛を粉砕しても、その価値など微塵も出てこないのである。しかし、なぜ、それでも粉砕するのかは、従来のカーボン粒子よりも、相対的にいいからである。合成品で、多量につくれて、従来よりも2-3割よければ、それでいい。しかし、時代の要求はさらに上を要求している。

CNTを解繊しようとすると、どうしても、引っかかるのが、粗大触媒凝集体である。DMRで捕捉しているのが、20-30μm以上、大きいものは200、300ミクロン以上のものがある。それを解繊しようとすると、径の細いところを、圧力をかけて通過させ、せん断をもちいて、解繊することになる。それが、せん断によるCNT解繊の基礎である。しかし、その粗大触媒凝集体の大きさが、そのノズル径以上なので、必ず詰まることになる。その粗大触媒粒子(暗黒物質)は、200-300μm, ロット差によっては、500μのものもでてくる。すぐに詰まるものもあれば、ときどき詰まる場合もある。それが定常的おこれば、生産技術として使えない。量産化できないツールということになる。現状、この粗大触媒粒子を排除しなければ、CNTは解繊できないのである。

大学や研究所は、ものができればそれでいい。しかし、世の中はそれではすまない。量産化ができない、生産技術にのらないツールでものができても、それは、実質的にできたとはいわない。論文として評価されても、それによってイノベーションは起きない。

すくなくとも、DMRは、詰まらせる、粗大触媒凝集体(暗黒物質)を除去することができる。20-30μm以上の粗大粒子を補足することができる。当然にそれ以下の触媒・CNTは残ることになる。それはあくまで、CNTの精製プロセスの一環としてみるしかない。正極材として、使う場合には、DMR+美粒システムからでてきたものを、別工程で触媒除去するしかない。

BERYU SYSTEMの優位点は、DMRの次にくる美粒分散システムで、どのような解繊状態を作り出すことが可能である。重要なのは、美粒システムは、乱れを抑止するという前提の上になりたっている。それが、特許の構成要件を支配している。乱れを放置し、そのまま、ノズルを通していいのなら、世の中には、たくさんの装置がある。それを使えばいいことになる。それで、うまくいっているのなら、わざわざ、3年の月日を費やして、DMRなど開発などしない。後は、プロセスとシステムの最適化である。世の中に、たくさんのCNTがある。どれがどの目的に対して最良なのか分からない。当然に、コストとの関係がでてくる。

分散プロセスだけしか、わからないが、私は、最大でも、130Mpa以上はあげない。装置として、150Mpa 200Mpaと上げることは可能だが、よほど、超付加価値が付くもの以外はやらない。量産化には向かないからである。なぜなら、壊れるからである。装置メーカーとして、部品やメンテが定常的にきて、ウハウハだが、使用する側からみれば、たまったものではない。詰まる、壊れる、メンテが高い、部品が高い、こんなはずじゃないといっても、それでラインを作ったら、どうにもならない。人質を取られて、手が出せない状態である。そこからは何も生まれない。量産化できないものに、金を突っ込み、最終的には、ほぼ不良債権化する。それが、現状のありようである。

スライド5

スライド6

スライド7

スライド8

スライド1

スライド2

スライド3

スライド4

2022年10月10日

CNT分散に関わるチャート図

たぶん、来年の今頃には、何かしらの勝敗の兆しが出ているはずである。DMR処理をもつものと、もたざる者との格差が生まれている。粉砕に固執し今までの概念に固執するものと、新しい未来に希望を託し、次へのチャレンジを勇気をもって試みるものとの格差である。

もちろん、これには、前提がある。あくまで、CNTが、未来において、役に立ちうるものだということ。CNTが結果的に、取るに足らないもの、今までのCNTに対する潜在的な価値がたんなる錯覚や幻想だったという事になれば、CNTに対するDMR処理も意味がないものとなる。そうなれば、CNTも市場から消え、DMR処理も、蜃気楼のように、消えることになる。

下記スライド、CNTdispersion chartの先には、SWCNTの半導体利用がある。マイクロチィップや熱電素子への期待である。そこへの道へは、従来の粉砕手法では、たどり着けない、DMRとBERYUSystemがあってのことだと思っている。

そして、もうひとつは、グラフェンへの道である。地中に無尽蔵に眠る黒鉛は、容易にはグラフェンへと戻れない。一番、費用対効果のある方法は、CNT利用である。黒鉛の層間にはいり、黒鉛を剥離させるものが、CNTである。しかし、そこに触媒がまとわりついていれば、CNTは自由にうごけない。当然に、粉砕したら、意味がない。

来年の今頃、どうなっているのだろうか?

CNT解繊に関わるモジュール設計の考え方。DMR処理で初めて見える世界。

圧力と流量との関係をみれば、同じ圧力で同じ流量になる組み合わせは、無限にある。それは、ノズルの径と長さとの関係で、無限の組み合わせとなるからである。仮に、単一モジュールとして、径0.2mmで長さ100mmとする。100Mpa時、220cc/分の流量がでる。もちろん、溶媒は水とする。径0.15mmなら、長さは20mmぐらいにすれば、100Mpa時、220cc/分となる。外を囲い、内部を開示しなければ、誰も、どちらが、0.2mmか、0.15mmかなど、当てることはできない。もちろん、美粒は、いずれの場合にしても、単独で使用することはない。何かしらの抑えを必ずつけるからである。仮に、後ろに、美粒モジュール小をつないでも、結果は変わらない。同一圧力であれば、同一の流量が流れる。

しかし、CNTを流せば、明らかに、結果が異なる。経験則でみれば、径が細いもののほうが、詰まる確率は高くなる。もし、詰まらなければ、ほぼ、間違いなく、後ろに適切なモジュールが配置されていれば、径の細いものの方が、解繊はいい。つまり、0.15mmの径のものをつけた方が0.2mmよりもいいはずである。

しかし、CNTの評価はそれだけではない。アスペクト比という項目がある。均一で長尺の物の方が、結果的にいいのであれば、0.2mmの方がいいということもある。径が細い分、解繊がすすむ。その分、切れる可能性があるからである。

もちろん、その大前提が、不要な触媒は、CNTから排除されていることが前提である。触媒をもったCNTをいくら、解繊しようが、結果的に、触媒を粉砕することが主となるから、CNTは、当然に木っ端微塵とならざるを得ない。CNT解繊を試みているが、実際には、触媒を粉砕することがメインとなっている。そのことに、意識がないから、何をやってもうまくいかないのが現状である。当然に、径と長さとの関係など、比較することもできない。すべてが、出たとこ勝負、触媒の大きさ等も、ロット差によっても可変する。だから、解繊などできないから、粉砕がメインとなる。味噌も糞もいっしょに、粉砕するから、CNTの特性など、わからない。現実と理屈との落差が大きくなる。CNTをみているのでなく、CNTにへばりつく触媒をいつも見ている。何かのきっかけで、ほんのすこし、いいものが、垣間見える。しかし、それもつかの間、粉砕するから、それも、消える。

DMR処理をすれば、それが分かる。それが、DMR処理をもつものと、もたざる者との格差という表現になる。DMRと連結することで、嘗てつくったスーパー美粒モジュールが生きてくる。職人技が冴える分野である。

下記のCNT Dispersion Project related charts を見ていただけたらいい。相関図は、このようになっている。

触媒は凝集P1

触媒は凝集P2

CNTdispersion chart

2022年10月5日

未公開CNTに関するスライド、一括公開(DMR処理に関するスライド)

だんだんと、ロジックをおって、色々と、実験および評価を繰り返していくと、ひとつ結論にたどりつく。いままで、その周辺をぐるぐると回っていたように感じている。これから、2022年9月25日以降に作ったスライドを、一括公開する。似たようなことを書いてあるように見えるが、時系列に見ていただければ、私がたどったロジックをトレイスすることができると思う。結論をいえば、CNTと名前の付く合成品は、そのもととなる触媒を外さないと、うまくいかないということ。DMRというツールをつければ、CNTを解繊しながら、その触媒を除去できるというものである。私自身の主観からすれば、できるだけ多くのCNT用途開発等に携わっている企業に、使っていただきたいということである。強いメッセージとして書けば、現状のCNTの形状からすれば、DMR処理というのが、一番費用対効果のあるベストな方法論ということである。美粒は、基本的に装置メーカーである。特定の企業には売って、特定の企業にはうらないというスタンスをとっていない。装置メーカーは基本的に八方美人である。可能であれば、できるだけ、早く、多くの企業に導入してもらい、CNTの中に潜む可能性を引き出してもらい、明るい、希望に満ちた社会を創出してもらいたい。私の命にも限りがある。言葉では語られないスキールがある。できるだけ多くのアプリケーション開発でのツールで、協力できる点は協力したいと思っている。一点、私が恐れるのは、いままでCNTでブレイクスルー出来なかった要因が、DMR処理で可能になれば、(私は、大いにその可能性があると見ている。だから、これを書いている)そこに、先行者の用途にかかわる新規特許性が見え隠れする。当然に、私には、わかりえないことである。だから、私が自身でつかんだことは、公平に、ゆがむことなく、下記のスライドに明記している。秘密保持で公開できない情報もある。CNTで名称が書かれているのは、どうぞ、ご自由にということである。

コバルト触媒、鉄触媒、純正品、汎用品、単層、多層、気相法、基板法、いろいろなCNTをDMR処理した、最近の実験は、すべて、4Kビデオカメラでその様子を撮影している。プロセス、圧力、パス回数、処方も、同じであるが、それでも、動画で記録している。その一部をスナップショットで、スライドに添付している。どれだけ、簡単に、DMR処理ができるのか、それがYOUTUBE等に公開されれば、一発でわかるはずである。それでも、人は疑うはずだから、はやく、結果をしめるしか方法論はないとみている。

スライド1

スライド2

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スライド8

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スライド4

スライド3

スライド2

2022年9月26日

CNTの中で、見えていたけど見ようとしなかったもの、それが触媒、暗黒物質。DMR処理から出発。

金子みすゞさんの有名な詩に、

青いお空の そこふかく、
海の小石の そのように、
夜がくるまで しずんでる。
昼のお星はめにみえぬ。
見えぬけれどもあるんだよ
見えぬものでもあるんだよ。

がある。まさしく、CNTの暗黒物質、触媒も同じである。
見えたけど、見ようとしなかったもの。
わかっていたけど、目をそらしたもの。
触媒は凝集核、頭のいい先生もわかっていること。
だけど、粉砕したら、わからなくなる。

純化処理しても、0には、ならない。
純化処理したら、CNTに傷がつくことは、みんな知っている。もちろん、
CNTを細かくしたら、触媒も粉砕されて細かくなる。
ひとつのものでも、目に見えないぐらいに細かくなったら、個数は膨大に拡大する。
見えなくなったけど、触媒(磁性体金属粒子)は、もとの数だけある。
まさしく、金子みすゞさんの言う通り、見えぬけれどもあるんだよ、ということになる。

粗分散、美粒モジュールの前後に、DMRをつける。HP DMRとAM DMRである。50Mpa 2-3回とおす。ただ、それだけである。モジュールでCNTは解繊される。基本的に一般的なCNTの一本の径は、20ナノ以下である。光の波長よりも短いから、見えない世界である。仮に1ミクロンぐらいの束(バンドル)であれば、2000本ぐらいあることになる。もともとの原料は、ミリの世界である。乱さないように(粉砕しないように)、解繊する。それが美粒の分散技術である。それに、3年の月日を要して、製品として、DMRを作り上げた。HP DMRとAM DMR、その間に、美粒の分散技術がはいる。CNTの奥に隠された触媒が、めくれあがってくる。皮が剥がされ、核が露出する感覚である。触媒は磁性体である。DMRの中にある連続した磁性体球のスピンによって、触媒が吸着される。粗大触媒ほど、吸着される。特に、鉄触媒は、ロット差によって、大きさにばらつきがある。DMRがなければ、まともなCNT解繊などできない。CNTのロット管理(触媒の大きさを制御できない)ができないかぎり、DMRが普及しない現状では、CNTは、触媒ごと、粉砕して分散する以外に道はない。見えるものを見えないものとして、使用している。それが、今のCNTの前提条件である。

見えないものがあっても、それがあれば、その影響はかならず、どこかに現れる。触媒は凝集核である。それが、残っていれば、かならず、ひきつけあう。それが、分散体の不均一さとなる。それが、安定性の阻害因子となる。均一であれば、力は、打ち消しあう。応力も受けにくい。しかし、不安定因子、凝集核が存在すれば、塗膜の均一さは、なくなる。それが、CNTの安定性を阻害する重要な因子となっていることに、きづかない。なぜなら、見ようとしないからである。

まだ、鉄触媒はいい。解繊できないから、粉砕する。細かな径を通過させられないからである。厄介なのは、コバルト触媒のMWCNTである。鉄よりも細かく、力を加えたら、砕けるからである。しかし、コバルト触媒も、磁性体金属であるから、凝集核である。厄介なのは、CNTが解繊され、コバルト触媒は粉砕されてしまうからである。残存触媒の有無による阻害因子よりも、CNTが解繊される因子の方が強くでるから、その差異がみえない。しかし、何かにまぜたり、塗布したりしたら、経時的な安定性が悪くなる。なぜなら、凝集核となる触媒がそのまま残っているからである。

CNTは未熟な領域である。用途展開の道筋が見えていない。粒子の分散基準は、粒子径と分布である。分布=分散均一性である。粒子の大きさは、それぞれの用途に応じて、最適値が求められる。そして、一番重要なのは、分布の均一性である。それをCNTにあてはめれば、バンドルの径(x)、バンドルの長さ(y)、そして分散均一性(σ)である。それが、どのようなものがいいかは、各用途に応じて、最適値が変わる。どれがいいかなど、だれもわからない。やったことがないからである。

CNTがここまで、ひっぱってこられたのも、その可能性があるからである。夢物語で、現実性がなければ、投資家もいつしか離れていく。しかし、現実的に、CNTに代わる新しいものがあるのかといえば、NOである。世の中を変えていくのは、ちょっとした一工夫だと思っている。全部を新しいものに変えることなど不可能である。CNTに関して言えば、前段だけ、変えればいいとみている。DMR処理(粗大触媒除去、粗解繊)だけでいいとみている。それで、CNTの中にあるひずみや矛盾を取り除いてやればいい。触媒を0にすることなど、不可能に近い。マイルドな状態で、皮をはいでやり、その中から出てくる凝集核を、DMRの中で、吸着させ、取り除けばいい。まず、そこから、出発ということになる。

CNTDMR処理

スライド10

画像の説明

2022年9月18日

最初のボタンのかけ間違い。もう、できないという言い訳は通用しない。本当のCNT解繊をするにはDMRは必須であり、MUSTである。

美粒の勘違い

DMRは、3年前、SWCNTの解繊用に開発したものである。硬い鉄触媒に覆われたCNTの塊(暗黒物質)が、解繊を邪魔した。ひとつでもあると、ノズルが閉塞する。DMRで捕捉すると、0.15mm以下のノズルが通過する。きれいに解繊する。鉄触媒のMWCNTも同じ傾向だが、それでも、段階的に、プロセスを変えていけば、たとえば、0.2mm、0.18mm、といった径のノズルを順番に通せば、それなりに解繊できた。しかし、それよりも容易に解繊できるMWCNTがあった、それが、コバルト触媒MWCNTである。一回、前処理用のモジュールを通せば、0.15mm以下のノズルは、詰まることなく通過して、きれいなCNT解繊物ができた。したがって、コバルト触媒MWCNTには、DMRは不要だと勝手に思い込んだ。それがとんでもない勘違いだった。

DMRがなければ、鉄触媒だろうが、コバルト触媒だろうが、CNTを粉砕すれば、必ず、微細化したCNTにまじって、暗黒物質も粉砕される。DMRで捕捉されるものだから、磁性体金属粒子である。当然に、微細になった粉砕後の金属触媒を、解繊したCNT分散液から除去することは困難である。鉄の比重7.8、コバルトの比重は8.9であり、カーボンの比重2.2に比べると圧倒的に重い。それがCNT解繊物に混じることになる。磁性体金属である。当然に、磁力で凝集しようとする。これが凝集核である。CNT解繊を何かに混ぜようとする。水溶性なものか、脂溶性なものである。通常、だれでも、CNT解繊物だとすれば、それは、カーボンだと想定する。だれも、そこに、微細になった磁性体金属粒子があるとは、想定していない。ここまで、説明すれば、磁性体金属粒子がCNT分散液の安定性に影響を与えることは、誰でもわかる。
もはや、隠すこともない。CNT原末を溶媒に混ぜて、通過できる最小径の美粒モジュール を使用することである。その前後にHP DMRとAM DMRをつけて、最低でも2パス以上は、処理する。それで、暗黒物質は、DMRで捕捉され、CNT本体から分離される。それが、すべての出発点である。そのあとは、各論であり、美粒には、関与できない。その後、どのような解繊がいいのかは、やったもの、結果を導き出したものしかわからない。もう、できないという言い訳は、通用しない。結果への因果関係さえ、見つければ、資金は、自然とついてくる。

DMRCNTMUSTP1

DMRCNTMUSTP2

DMRCNTMUSTP3

DMRCNTMUSTP4

2022年9月15日

CNT解繊が、なぜ、難しいのか、それは詰まるからである。高圧分散装置のノズル部で、詰まるからである。一回ならいい、何回も、必ず、詰まる。やってられなくなる。それが、CNTの用途展開が進まない最大の要因である。

DMR必須

2022年9月15日

DMRでCNTに潜む暗黒物質の因果を断ち切る。

CNTの粉末、そこは、2重の凝集体の塊です。バンドル凝集体とCNT凝集体です。CNT凝集体が一つのバンドルを形成します。バンドル凝集体は、玉ねぎの皮のようなものです。それをほぐしていくと、その中心核に暗黒物質(導電性阻害物質)があります。根っこのようなものです。CNTは、そこから、生成します。一本一本ではなく、ストローがたくさん集まったような多管状態で、生成していきます。それがバンドルです。CNTによって、そのバンドル間のCNTの結合力の強さが変わります。CNT解繊の目的は、そのバンドル内のCNTをどれだけほぐすかにかかってきます。CNTには、径と長さのパラメータがあります。しかし、どの径で、どれくらいの長さのCNTが最適なのかは、用途、目的に対して、違います。一本のチューブがいいかどうか、わかりません。内部に応力がかかる系であれば、数本まとまったバンドル形態の方がいいかもしれません。一本ではおれるが、数本では折れない矢の例えと同じです。その径で、ある長さをもつもの、それが均一状態であるのが、理想形のCNT解繊です。10の用途があれば、10の理想形CNT解繊状態が存在するはずです。一律ということは、ないはずです。

ふつうは、そこまでたどり着けません。なぜなら、バンドル凝集体の皮をむくと、そこに暗黒物質があるからです。下記のスライドの事例(処方)②で、美粒モジュールを通した状態の顕微鏡写真をご覧になったらわかります。中心核に暗黒物質があります。それから、ネットワークをつくるように、バンドル凝集体が、伸びています。まるで、暗黒物質が蜘蛛の巣の中心にいる蜘蛛そのものに似ています。事例(処方)③につけているDMRで捕捉された暗黒物質、顕微鏡写真でとらえられているものと、形と大きさ、同一のものと見えます。

美粒システムがなければ、人は、どうするか、人の意識の中では、CNTを微細化しないと意味がないという固定観念があります。従来の微細化する装置を掛けようとします。環境にわるいNMPにCNTをいれて、ビーズミルか、何かの粉砕機にかけます。CNTを解繊すれば、比表面積が上がりますので、1%もいれたら、増粘します。1.5%もいれたら、動きません。3-5%のCNTをいれても、装置内で動くのなら、それは、過粉砕して、CNTをぼろぼろにして、微細化しているということです。黒鉛なら10%、20%入れても、問題はありません。CNT粉砕したなら有に5%以上入ります。しかし、解繊すれば、1.5%は不可能なはずです。世の中にCNTを本気で解繊する装置など、ありませんので、解繊と粉砕の違いを頭でなくて、自分の目で見た人は、少ないはずです。

CNTに関して、美粒システムがあって、事例(処方)②のところまで、解繊できるようになりました。しかし、そこに二つの種類のものがあります。暗黒物質とバンドル(CNT凝集体)です。暗黒物質の大きさと硬さは、CNTの種類によって異なります。CNTはカーボンですので、基本的に柔らかいものです。硬いものではありません。硬いものは暗黒物質です。ですので、DMRがなければ、通過するノズル径をつかって、暗黒物質をつぶし、それと同時にCNTバンドルを削いでいくことになります。非常に困難な作業です。ですので、DMRがなければ、美粒システムで解繊できるCNTは、触媒が極端にすくないSWCNTか、コバルト触媒MWCNTしかありませんでした。

事例(処方)③の顕微鏡写真を見ていただけたらと思います。美粒モジュールだけで、50Mpaでは、バンドル解繊する力はこのMWCNTにはありません。今回使用したのは、JENOTUBE 6Aです。以前使用したことがあるので、このモジュールだけでは、十分な解繊はできないとわかっていたからです。DMRを使用したので、5パス後の顕微鏡写真には、高倍率で識別できる暗黒物質は見えません。5パス必要かどうかはわかりませんが、少なくとも、2パス以上は必要になります。暗黒物質が除去されたバンドル上のネットワーク写真が、そこに映した低倍率の顕微鏡写真です。事例(処方)②の暗黒物質が、蜘蛛の巣の蜘蛛のような感じでネットワークされているのと、違うと識別できるはずです。

ここで、止めたのは、これから先は、各論になるからです。装置メーカーとして、検証する必要がないからです。私は、CNTの専門家ではありません。樹脂の専門家でも電池の専門家でもありません。ネット検索でわかる範囲の知見しかありません。しかし、なんで、ここまで、立ち入ることができるかといえば、ツールをもっているからです。自分の論理で、装置を構築して、実験して、実証したからです。適当なことをいっていると思われたくないから、可能な限り写真を添付しているのです。CNTに関しては、相当な実験数をこなしています。DMRを作ったのは、3年前、それから、どれだけ、検証してみたかです。手に入るCNTは、ほとんど、処理して、どんなものか、頭に入っています。ですので、総論に対しては、SWCNTだろうが、コバルト触媒のMWCNTだろうが、気相法だろうが、基板法だろうが、どのようなCNTでも、CNTに関する因果は、同じです。

ちなみに、追加として、単一モジュールでの分散状態を提示しました。75Mpa 2パスを通しました。当然に解繊していき、導電性もUPしていきます。つまり、各論としての一部を提示したということです。DMRで暗黒物質を除去したために、今度は、美粒のコントロール条件が、解繊に直接影響を与えるということになります。暗黒物質があれば、CNTは解繊できません。詰まるだけです。無理して、解繊すれば、暗黒物質も、ばらばらになり、その周辺に存在するCNTも破壊されます。暗黒物質は残存しています。スライドに書いてあるように、DMRで暗黒物質を除去すれば、今度は、圧力勾配制御が、バンドル解繊に影響を与えます。単一複合モジュール+美粒モジュールと美粒ダイヤモンドノズル+美粒モジュールとは、同じ圧力で運転しても、装置条件は、まるっきり違います。今までの装置では、圧力が同じであり、流量が近ければ、同じものだと認識します。しかし、美粒の考えでは、まるっきり異質なものだとみなします。DMRで暗黒物質除去したCNTでは、それは解繊パラメータとして、機能します。もちろん、どれが正解かなどわかりません。用途に応じて、結果の価値観が変わるからです。

繰り返します。暗黒物質がある限り、CNTは、CNTの機能を発揮できません。蜘蛛の巣に引っかかった蝶のような感じが、今のCNTのありようです。もがけばもがくほど、蜘蛛の巣にとらわれるだけです。その因果を断ち切らなければ、本来の自由は取り戻せません。業欲にとりつかれた人の心のようです。

触媒とCNTは、母と子供のような関係です。子供はいずれ、自分の自我をもって、独立していきます。いつまでも、子離れができなければ、逆に親離れできなければ、凝集していき、最後は、崩壊します。自分の我欲やプライドや固定観念に縛られたら、新たな発想はうまれません。それは自分の中にひそむ暗黒物質と同じです。それを、除去していかなければ、自由な発想や新たな未来は構築できません。

DMR暗黒物質P1

DMR暗黒物質P2

DMR暗黒物質P3

DMR単一モジュールP1

2022年9月11日

Reconfirmation of “ DMR OR NOT” マクロもミクロも違う。

同一のSWCNT、同一のCMC、それに水、後は何もない。前処理も、手撹拌だけである。そして、使うのは、美粒CNT解繊モジュールである。美粒モジュールは、日本とアメリカに特許をもっているので、他の会社は作れない。それに、DMRをつけたものとつけないものとの比較である。当然、そんなデータも過去に存在しない。この差こそ、これからのCNTの未来を予測する試金石となる。

50Mpa 2パス、だけである。なぜ、2パスかと言えば、1パスでは未処理と処理との不均一性がでるためである。前処理が均一であれば、1パスでもいいが、前処理が均一というのはあり得ないから、最低のパス回数は、2パスとなる。

下記のスライドのAシートの工程は、HP DMR+美粒CNT解繊モジュール+AM モジュールである。Bシートの工程は、単に美粒CNT解繊モジュールのみである。圧力もパス回数も原料も前処理も同じである。違いは、まさしく、DMR OR NOT だけなのである。

シートの大きさは、大体同じぐらいにした。違いは、重さと厚みである。それと、表面の状態である。スマホの高倍率でとったものでも、それだけの差がわかる。もちろん、違いは、導電性である。同じ大きさで、距離が同じで、仮に抵抗率が同じでも、厚みが倍ちがえば、実質、導電性は倍ちがうことになる。抵抗率でも1.26違うのであれば、実質、AとBとの差は、2.5倍、違うということになる。DMRで捕捉されたものを、暗黒物質と呼べば、まさしく、暗黒物質が、導電パスを阻害しているものと言える。

DMRが暗黒物質を除去しているだけでなく、解繊に寄与している可能性もあるが、単に、美粒モジュールやノズルなしに、DMRをつけても、何も変わらない。従来の高圧分散装置にDMRをつけたら、良くはなるが、そもそも、SWCNTに対して、ある程度バンドルを解繊するには、0.15mm以下のノズルが必要である。ユーザーサイドの評価としては、0.15mmノズル以下の物の方が断然いいとのことである。0.15mm以下のノズルをダイレクトにつけて、前処理もせずに、手撹拌ぐらいのものを、詰まらずに、高圧乳化分散装置を通すことは不可能である。そうなれば、DMR+美粒モジュールが前処理として必須になる。そう考えると、それで処理したものをわざわざ、従来の高圧分散機にDMRをつけて処理する意味がなくなる。

AシートとBシートとの差は歴然である。それは、DMRをつけることによって、CNT全体の状態をも変えることになる。つまり、CNT分散液のマクロとミクロも変えている。DMRをつかっていない世界からみれば、マクロもミクロも違う異次元のCNT分散液となっている。

どのようなCNTでも、最初の工程は同じである。HP DMR+美粒CNT解繊モジュール+AM DMR で50Mpa 2パスでいいはずである。それからが、個別案件である。最終用途に対しての費用対効果がMAXとなるような解繊状態を作ることになる。美粒システムも一応ではない。ただ、言えるのは、より均一な状態の方がいいということである。CNTのバンドル径(D)とそのCNTの長さ(L)、それぞれの用途や目的に対してのD/L、それが均一状態であるのが、BESTのはずである。その解に対して、どういう組み合わせがいいかを探るのが、これからの仕事となる。仮に、この解繊状態のCNTが、何かの熱可塑性樹脂と混合する、何かの金属粒子やバインダーと混合する、その影響をも組み入れて、CNTプロセスを決めなければならない。どんな影響がくるのか、それもやってみなければわからない。美粒には、ノズルの代用に単一モジュールも持っている。DMRに対して、その組み合わせも存在する。

DMRORNOTP4

2022年9月8日

DMR OR NOT 付加価値が違う。

● DMRはそれ自身が目的ではない。目的は、CNTが綺麗に解繊されそのCNTの機能が発揮されるためのものである。DMRはその一つの手段にすぎない。触媒がどのくらいとれているかなど、実際は、関係がない。触媒があっても、綺麗に解繊され、費用対効果として、そのCNTが機能されているなら、それでいい。

● 触媒の除去前と後でのICP分析の値は、という人がいるが、鉄が取れたということと、解繊が綺麗にできたとの因果関係などどこにもない。②と③との差よりも、②と➄との差の方が、より支配的である。

このDMRのロジックは明確である

●DMR OR NOTでのTuball93%の解繊実験の②で、それが、ノズル0.15mm以下を正常的に通過し、すくなくとも、➄程度の解繊状態になればいい。しかし、現実的には詰まる。ロット差によってはその頻度が尋常ではなくなる。美粒システム条件(ノズル+美粒モジュール)では、ノズルの径が解繊に寄与しているのが明確化される。実験④と➄との解繊の差は天と地である。1パスを同一圧力で、ノズルだけ、0.09mmにて処理しただけである。もちろん、2パスをかければ、さらに解繊されるし、圧力を100Mpaにあげれば、さらに解繊する。それはもう、自明の理である。

● この実験は、SWCNTで行ったが,この傾向はどのCNTにも当てはまる。ただし、求められる解繊具合はそれぞれのCNTの用途目的によって異なるから、どのようなシステム構築がいいのかは、事例がないのだから、試行錯誤するしかない。ただし、DMRはあった方がいい。もちろん、DMRを使うデメリットもあるだろう。しかし、私が体験した世界の中で、DMRを否定しても、それを上回る他の利点がCNT解繊にあったかいえば、それは見つけられない。もし、DMR以外に方法論があったら、私がDMRを作る必然性はない。

●SWCNTのようにバンドル結合の強いものは、結果が見えやすいが、バンドル結合が弱いMWCNTには、DMR効用は、より低エネルギーで、簡単に解繊できるということになる。DMR OR NOTは、将来の量産時での生産技術を大幅に助けることになることになる。DMRをつかって、実際にCNT解繊すれば、その意味を理解するはずである。

画像の説明

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2022年9月4日

DMR 解禁 

カーボンナノチューブ、一くぐりにしてみれば、その言葉に収束する。しかし、その中には、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブがある。それらは、似て非なるものである。また、単層カーボンナノチューブにも、製造メーカーによって、色々なものがある。これまた、似て非なるものである。多層カーボンナノチューブでも同じである。確かに、仕様が似ているものは、類似点が多いが、しかし、それでも違う。これも、似て非なるものといってもいい。もちろん、どれがいいかなど、私にはわからない。それらは、用途展開できたあと、費用対効果として、評価されるからである。現状は、そこまでも行っていないから、どうにもならない。

美粒は、分散機メーカーである。基本は、せん断力を重視した分散を主眼としている。世の中の大半は、粉砕機である。ものを何かにぶつけるか、すりつぶすかして、壊すという作用で粉砕するという考えである。だから、油を液中に微細化する手法の乳化、層状のものを液中で、剥がしていく剥離、絡まったものを液中で、ほぐしていく解繊といったものは、粉砕とは異質なものである。黒鉛を剥がしてグラフェン化する剥離、それを粉砕機にかけたら、剥離せずに、黒鉛が割れて壊れていく。バンドルで凝集しているCNTを解繊する。そのCNTを粉砕機にかけても、解繊せずに、折れて、ばらばらに崩れていく。

ほぼ、この5年、CNTの解繊や黒鉛の剥離、それらをずっとやってきた。なぜなら、世の中に剥離や解繊できるツールがないからである。特に、CNTは、単層から多層まで、日本で入手できうるもの、全部とはいわないが、ほとんど、処理を行った。だから、今は、標準の処方にのせて、一回、処理すれば、それがどのようなものなのか、そして、美粒が決めている評価系にのせれば、そのCNTがどのようなものなのか、則、わかるようになった。美粒は、美粒の実験結果を通した、色々な単層CNT、色々な多層CNTの独自の指標をもっている。ふつうの人は、それ自身の絶対評価はわかっても、美粒のツールをとおしての相対評価などわからない。なぜなら、DMRをいままで解禁していないからである。

なぜ、それができるようになったのか、DMRを作り出して、CNTと強く結合している触媒を前処理段階から除去したからである。DMRのプロトタイプができたのが、丁度3年前である。それまでは、0.15mm以下のノズルを通過させることができなかった。ロットによっては、0.18ノズルも詰まった。多層CNTは、0.2mmさえも、詰まったことがあった。その原因は、触媒であるとすぐにわかった。CNTと触媒との強い結合、それが強くて大きなものが、存在する。その大きさが、小さいものが、コバルト触媒のMWCNTであった。それは、DMRがなくても、処理できた。DMRができるまでは、使えるCNTは、唯一コバルト触媒MWCNTのみと、極端に触媒がすくないSWCNTだけだった。ただし、それでも、完全というわけにはいかなかった。DMRを使い、触媒とそれにからみつくカーボンを除去してやれば、後は、どのようなCNTでもせん断をかけることができる。後は、バンドルでの凝集力と機械系のせん断力との兼ね合いである。当然に、分散剤の作用も影響する。

CNTは触媒に高エネルギーをかけて、生成する。私は専門家ではないのでより具体的な方法論はわからないし、わかっても、それを作り出せる力がないので、知っても意味がない。いずれにしても、CNTにとっての母は、触媒(鉄かコバルト強磁性体)である。当然に母は根っこであるから、CNTと触媒は強い力で結びついている。もちろん、生成途中、外れたものもあるだろうから、CNT原料の中には、CNT-触媒(強い結合)、CNT-触媒(弱い結合)、CNTバンドル、触媒凝集体が、存在している。その状態は、それぞれのCNTによって、すべて異なるし、同一のものであっても、ロット差によって、その状態も変わる。だから、DMRがなければ、唯一できる方法は、すべてを粉砕して、その粉砕をもって、均一化、CNTの平滑化とすることである。触媒が邪魔であれば、粉砕後、マグネットフィルターやろ過フィルターで、除去するという非効率的な作業を行うしかすべがない。もちろん、それも一つの考え方である。CNTとは、触媒の根を共有するものということであれば、それはいい。ただし、市場や投資家が夢見ているのは、大学や研究機関が発表した理論値をベースにした用途展開である。それが期待値を損なう程度のものであれば、幻想が幻滅に変化する。結果論として、日本から多層カーボンナノチューブを製造する部署が消えていったのは事実である。

DMRがなくても、プロセスを工夫すれば、ロット条件がよければ、鉄触媒のCNTもノズルを通過して、解繊する。しかし、運転してみれば、明らかに、がりがりという音がしている。力によって、触媒がつぶされているのである。触媒が破壊されれば、その周辺にあるCNTも破壊される。CNT構造はダイヤモンド構造ではないので、硬くはない。鉄が壊れれば、CNTも壊れる。だから、美粒システムのように乱さず、高せん断を掛けた方がCNTはきれいに解繊する。もちろん、その時の条件は、CNTの特性や使用される用途目的によっても異なる。

もし、CNTを粉砕せずに、解繊するのであれば、DMRで触媒を外さなければ、生産技術は成り立たない。もちろん、DMRを使用しても、生産技術になれば、色々と問題もでてくるだろう。しかし、それは乗り越えられる問題だと認識している。

CNTはすべてが似て非なるもの、すべてが同一プロセスで解繊するのがいいとは思っていない。すくなくとも、美粒が推奨する前処理段階として、DMR+美粒モジュールでの処理は、必須だと思っている。50Mpa-75Mpaで2パスかければそれでいい。そのあとは、CNTとユーザーの用途目的次第である。その前処理的処理だけでも触媒は十分に捕捉されている。DMR処理後のその分散液は、ノズル0.13mm以下を通過するものである。だから、その後は、ユーザーの考え方一つである。従来の粉砕システムで、弱く処理しても、十分のはずである。

DMR解繊220904

BERYU MINI With HP DMR & AM DMR カタログ作成

DMRカタログ表トリム付き

DMRカタログ裏トリム付き

カタログ表に書かれている文字です。

上部の美粒HP/NET版をクリックしてもらい、そこから、カタログダウンロードのページに入ってもらえれば、上記のカタログ表と裏、ダウンロードできます。

DMRとは(Dark Matter Removal device )の略、CNTの中の触媒やそれに付随する未結晶のカーボンの形をみれば、暗黒物質と呼ぶにあたいする形状です。ですので、それらをCNTから外して除去するデバイスをDMRと呼んでいます。ノズルやモジュール前に配置しているのが、HP (High Pressure )DMRです。そこにかかる圧力は、ノズル前にかかる圧力と同じです。DMRの構造は簡単です。基本的に、磁性体球が、複数並べられているだけです。モジュール後に搭載されているのがAM ( After Module )DMRです。CNTから触媒を除去しながら、CNTバンドルを解繊するには、両方のDMRが必要です。HP DMRとAM DMRの間にあるシステムをどういう制御方法にするのかは、それぞれのCNTがもつ特性とCNTそれ自身の用途次第です。それは、標準のBERYU SYSTEMの考え方と同じです。DMRのプロトタイプをつくって3年です。安全性と作業性を考慮して、製品化まで試行錯誤を繰り返しながらやっと完成しました。自画自賛ではありませんが、これはすごいものですし、CNT解繊には、必須だと思います。

CNTというものが、触媒と一体物という考えであれば、触媒をCNTから外す必要もありません。触媒ともども、粉砕して、使えば十分です。その代わり、すべてが現状のままで、何も進歩や革新も生じません。もし、そうならば、CNTとはもともとそういうものという事です。CNTは触媒から生まれました。美粒は、CNTとは、触媒からはずれ、そして、CNTのバンドルから、それぞれが、自立解繊して、初めて、価値がでるとみています。そのために、DMRを解禁したということです。解禁しなければ、すべてが絵にかいた餅、CNTも無用の長物で終わると思っています。風立ちぬ、いざいきめやも、です。

粉砕とはぶつけることである。触媒をCNTから除去する3つのやり方の③とは、CNTと強く結合する触媒ともども、力強くぶつけて、ばらばらにすることである。当然にCNTも破壊されている。なぜ、DMRが必要になったのか、それは、触媒を除去しなければ、ノズルにつまり、解繊できなかったからである。DMRで取り除けば、どのようなCNTも0.13mm以下のノズルを通過し、解繊できたからである。DMRがなければ、大きなノズルを使い、粉砕する以外に、バンドルからCNTを外すことはできない。当然に粉砕すれば、CNTは壊れる。それが、CNTの用途展開が停滞した一つの要因であるのは間違いない。

2022年8月17日

新しい分散の組み合わせ(SWCNT(純度80%品)+IPA+DMR処理)その結果?
なんと、驚きの結果

我々は、もしかしたら、重大な勘違いをしていた可能性がる。触媒がCNTの導電性を阻害していただけかもしれない。DMRで除去して、張力の低い溶媒を使えば、低い圧力で簡単に解繊する。これは、MWCNTにも適応する。触媒を除去したP-SPS (SWCNT)、P-MPS(MWCNT)の粉なら再分散は簡単であるから、これで十分である。当然にP-SMPS(混合品)も可能である。

低純度SWCNT(80%)を純化処理するのに、金がかかる。それで結果的にSWCNTに
負荷がかかる。ラマンや分光分析で、欠陥の差は見えなくても、チューブに必ず応力はかかる。それは、MWCNTでも同じである。CNTメーカーは、金をかけて、品質を逆におとしている。DMRと美粒システムとの組み合わせが世に提示されていないからやむを得ない。

前処理 HP DMR+美粒モジュール+AM DMR 50 Mpa 2 passes ぐらいで、張力の低いアルコール(IPA または、エタノール)溶媒で、低純度のCNTを解繊する。美粒システムは、エアーポンプを使っているから、標準で、完全防爆仕様だから、余分な設備コストは不要である。 一度、CNTを触媒から外してやれば、強い再凝集はない。

一旦、P-SPS、Premixing SWCNT Pure Solid かP-MPS, Premixing MWCNT Pure Solid にして、そこから、それぞれの用途展開に応じて、再構築を掛けた方が賢いと思う。水系に移行するなら、それにCMCと水をいれ、必要に応じた分散を掛ければいいし、液状樹脂にまぜるのなら、それぞれの化学品メーカーのノーハウがあるだろうから、添加剤をまぜて、ミキシングすればいい。

スライド18

2022年8月15日

単層カーボンナノチューブ 何が問題なのか。

下記に4つのSWCNTの分散プロセスでつくった事例を紹介する。

① 従来の過粉砕で生成された分散液である。濃度は0.5%、これは美粒がつくったものでないから、どんな分散剤が配合されているか、詳細は不明である。ただ、このSWCNTの特性からみれば、これが、現状、世界の研究者が見ているSWCNTの分散形態とみて問題はない。これでいいとは、誰も思っていないが、これに代わるものがでてこない。これが、現状の水準である。

② 濃度0.5% SWCNT,CMC濃度0.2%、DMRがないので、これが通過する最小径の美粒モジュールだけで処理したものである。DMRが搭載されていないので、
SWCNTにある鉄触媒やそれにまつわりつくアモルファスカーボンは除去されていない。圧力は50Mpa 3パス。CNTは粉砕はされていない。しかし、このモジュールで通過した鉄触媒は、微細化されているはずである。

③ 濃度0.5% SWCNT CMC濃度0.2%、これは、④のプロセスに、ダイヤモンドノズルをつけたものである。圧力100Mpa 2 パス処理したものである。

④ 濃度0.5% SWCNT CMC濃度0.2% ②と同じであるが、違うのが、HPDMRとAM DMRが搭載されていることである。圧力は50Mpa 2 パスである。

顕微鏡写真をみれば、SWCNTの分散状況がわかる。これが、違いである。それを、厚紙に7回ぬって、抵抗値を測定した。ほぼ、濃度は同じであるから、大体の相関はわかるはずである。4cmと8cmの抵抗値を測り、その差を4でわれば、△Ω/△cmの抵抗率がわかる。その逆数で導電率の比較をしている。熱電効率は、ほぼ同じ熱媒をおいて、電圧を測っているので、温度差は同じとみていい。その電圧の差が、SWCNTの半導体特性が顕著に現れる熱電効率の差とみていい。

このデータの差をみれば、何が問題なのか、わかるはずである。添付しているCNTの破壊されるメカニズムをみれば、そのデータの差がどこからくるのか、わかるはずである。美粒システムは世に出しているが、DMRは、まだ、世にだしていない。数社にはテストして見せたことはあるが、このような比較データを検証したところはない。だから、わからなくて当然である。

SWCNTは、半導体型と金属型が混在する単層カーボンナノチューブである。生成したとき、チューブ形成した時のカイラルの巻き方で半導体型と金属型とに分かれる。男と女が性で分岐するのと同じで、どちらになるかは、生成した時に決まるようである。神様が決めるようである。構造上、半導体特性を示すのは、単層カーボンナノチューブだけである。その特性がでるのが、熱電効果である。

4つの分散プロセスでつくったサンプルでの熱電効果のmVの差をみていただけたらいい。これがいままで、見えなかった世界である。①のサンプルがどのグレードからつくられているかわからないが、②―④は、一番純度の悪い同一のサンプルから作られている。つまり、SWCNTで、メーカー側で、純度を上げる作業のしていない、鉄触媒とアモルファスカーボン量(不純物)が一番多く含まれている品物ということである。

③でできたSWCNT分散液を、PP上に書いた、5.5cmと13cmの枠に入れ込んだ。粘度があるので、流れることはない。それを、天日干しにした。きれいなシートができる。紙のようにおっても、割れたりはしない。その重さが0.3gで、ノギスでその厚みを測ると、0.03mmである。カーボンの比重を2.15としてみれば、厚みが計算できる。幅は5.5cmであるから、電気抵抗率がΩmとして、計算できる。理論上のカーボンの抵抗率よりも、低いようである。これは、CMCの厚みや量を無視しているので、実際はそれよりも低い抵抗率である。

最後に、このシートを電磁波測定器のセンサー部にあてる。電磁波はカットされる。電磁波が反射されるのでなく、電磁波がこのシートに吸収され、減衰されるとみている。つまり、電磁波吸収シートということになる。それなりのゼーベック係数をもつのであるから、半導体型が壊れずに、残っているということである。

いずれにしても、単層カーボンナノチューブで、熱電効果が、発揮するのに、どのパラメータを動かせばいいか、これで見えてくる。熱電発電素子をつくるのも、日本のお家芸であるMLCCの積層技術からすれば、たやすいはずである。この4つのSWCNTの分散プロセスの差異がわかり、実際、サンプルをつくって、再現性をみれば、世の中の頭のいい専門家なら、あとは、うまく、処理してくれるだろう。DMRは、世に出すつもりである。出口のみえない単層カーボンナノチューブの本来の力が発揮するはずである。半導体型SWCNTが壊れずに、解繊できるなら、半金分離のプロセスはもう確立されている。次世代、マイクロチィップへの道が、30年後、50年後の世界に見えてくる。

SWCNTの種類によって、解繊方法も変わってくる。すくなくとも、美粒のシステムでも、圧力をたかくして、回数を重ねていくと、半導体型よりも、金属型が多く検出評価されると一部で報告されている。つまり、半導体型の方が、より応力をうけやすく、壊れやすいという事である。つまり、より、多く半導体型を維持して、解繊を進めるには、ここのSWCNTの特性と用途目的に照らして、プロセス内部の最適化が必要だということである。HP DMRの仕様、ノズルの径と長さ、美粒モジュールの勾配状態、さらにAM DMRの仕様、それらに、圧力とパス回数を、合わせていくことになる。

現状の粉砕の分散手法を取っている限り、多くの研究者は、解繊を主に考えるから、当然に過粉砕になりやすい。過粉砕しても、まだ、SWCNTの方が、過粉砕しているMWCNTよりは、導電性も、ゼーベック係数もいい。しかし、これでは、費用対効果がでない。一元的なプロセス視点からでは、本質的なSWCNTの用途展開などできない。

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2022年7月22日

スメクタイト・CNTの複合材、ガスバリアと導電性

スメクタイトは、層状の鉱物である。剥離していけば、比表面積があがり、増粘する。そして、チクソ性がUPする。最大の特徴は、ガスバリア性にある。鉱物であるから、腐ることはない。撹拌すれば、粘度が落ち、静置すれば、増粘し、乾燥すれば、密着する。しかし、そこに、導電性はなく、黒鉛のような性質はない。CNFも同じような性質はあるが、CNFは現状、解繊されたゲル状でないと、供給はできない。

ガスバリアと導電性、この組み合わせは、なかなかできない。絶縁体のものに、導電性を付加させるには、導電体が均一なネットワークを形成しないと、導電性はでない。つまり、ガスバリア性をもったものが、CNTの分散剤効果をもっていないと、機能しないことである。つまり、スメクタイトに対しては、剥離効果、CNTに対しては解繊効果を生むものでないと、この組み合わせは成立しないということである。CNTに対しては、触媒―CNT結合がある。DMRを使って、その結合を外していかなければ、真の意味でのCNT解繊はできない。CNTは凝集するから、均一なネットワークを形成するには、剥離した黒鉛等、他のカーボン材をいれないなら、溶液全体に広がる分散増粘効果を生むものが必要となる。しかも、そこに、ガスバリア性を付加させるとなると、スメクタイトかCNFということになる。その性質の違いは、鉱物か植物か、ということと、費用対効果という点になる。

スメクタイトSWCNT

Dispersant Conductivity

2022年7月22日

CNT powder (粉)の中にある3つ異なるバンドルの形態

CNT粉というのは、人のようなものです。そこには色々な形態があります。まず、CNTだけが束として結束している状態、CNTと触媒が部分的に結合している状態(ソフトな結合状態)、そして、CNTと触媒が強く結びついている状態。それを3つの異なるバンドルの形態と呼ぶことにします。もちろん、それは、外からみても、どれがどれだか、わかりません。見た感じ、すべて黒い粉ということです。ただし、粒ではなくて、繊維、ファイバー状で絡まっている状態だと、見れば、わかります。DMRは、CNTと結びついている触媒を取り除いてくれます。CNTが生存物の本来のあるべきものだとすれば、触媒は、それにへばりついている人間の業に近いものかもしれません。簡単に引き離せそうですが、なかなか離れません。

BERYU SYSTEMとは、一つの小宇宙に近い営みを呈しています。ポンプ後の世界をみれば、そこに、突然、高エネルギー場が現れます。ビックバーン後の宇宙と類似しています。宇宙は、膨張しています。しかし、破壊はしていません。その中に、時間がうまれ、その空間域の中で、命も生まれています。それは、膨張宇宙を包み込むような背圧が宇宙の外側からかかっているように見えます。そうであれば、そのかかり方が宇宙の時間軸を制御していることになります。強くかかれば、時間は遅延します。弱くかかれば、時間は早く流れます。BERYU SYSTEMも基本的に同じ考えです。そのものが、その、あるがままの状態でいられるように、背圧コントロールを美粒モジュールで行っているわけです。粉砕とは、一気に力を解放している状態です。風船をゆっくり、風船の内部の圧を逃がせば、何も壊れません。しかし、針でつついたら、破裂します。それが破壊です。その力を何かにぶつければ、半分の力は相手を壊す力、残りの半分は、自分を壊す力に使われます。それが、粉砕です。ですので、粉砕は、必ず、自分も壊れるが相手も壊れるということになります。粉砕は、目的物も壊れるが自分(装置)も壊れているということです。誰もが、ものを壊すのは、粉砕しかないと思います。実際はそうではないのです。粉砕がすべてだと、勝手に錯覚しているにすぎません。いままでは、微細化目的の対象物は硬い金属、シリコン、セラミックです。硬いから、つぶして、結晶をばらばらにしてもいいのです。しかし、カーボンを特に、CNTを粉砕したら、何も生まれません。

もし、ビックバーンが、破壊であれば、宇宙は存在していません。すべてが、一瞬で、終わっています。そこに美しい秩序が生まれる余地はありません。マクロ的には古典的な物理学、ミクロ的には量子力学的な波動の世界があり、それらが、一つのハーモニーを奏でています。マクロ的な天体の動きと、ミクロ的なナノ粒子のブラウン運動、それらを感受すれば、この世のありようがわかります。その動きを感受したら、BERYU SYSTEMの制御もできるということです。楽曲にあわせて、指揮者の制御方法が変わるのと同じ発想です。

もし、CNTが、触媒と縁がきれていたら、もっと、楽に、CNTは解繊できていました。しかし、CNTは母体となる触媒から派生しています。その結び付きは非常に強いものです。子離れができない両親と同じです。親離れできない子供と同じです。触媒は鉄です。CNTはカーボンです。こんがらがった糸を綺麗にほぐして、一本の糸に戻すのは大変です。たいていは、短絡的になりますので、はさみを持ってきて、そのこんがらがったところをちょきんときります。当然に糸はバラバラになります。CNTを粉砕するとは、鉄触媒をばらばらにして、CNTもばらばらにすることです。

DMRは、簡単な構造です。それ単品では、意味がありません。あくまで、美粒システムの中に組み込まれて価値がでます。DMRの中には、旋回力(スピン)と磁場がかかっています。HP DMRでは、それに、高圧がかかっています。圧力の場と磁性体球の回転する界面の場で、触媒―CNT結合は、外され、鉄触媒は、DMRの磁性体球の中に吸着されます。確かに、CNTの鉄触媒とCNTとの強い結合から、触媒が外され、DMRの中に吸着します。あとは、CNTバンドルを解繊していくだけです。当然に、鉄触媒がないバンドルも強い結合でCNT通しがくっついています。長尺をたもち、バンドルをほぐして、一本、一本にするには、力が必要です。こわれないように、しかも、一本一本ほぐしていくには、制御が必要です。簡単そうにみえますが、制御をどこにもっていくかが問題です。乱せばこわれます。だらだらとすれば、壊れません。ぎりぎりのところを狙うことになります。

BERYU SYSTEMとは、ひとつの小宇宙です。ひとつの旋律です。音楽といってもいいし、詩といってもいい。それは天球を横切る天の川の揺らぎにも似ています。天の川、それこそが、この銀河の側面です。DMRはそれと連動しています。CNTは、本当に、いやいやをします。いうことを聞かない大型犬の赤ちゃんと同じです。さらにいえば、グラフェンも厄介なものです。酸化グラフェン水溶液というものの状態を顕微鏡で見ましたが、これも、粉砕されていることがわかります。酸化グラフェンの粉末は、それなりの大きさです。光学顕微鏡でみると、粉砕された酸化グラフェン水溶液と、尺の短いMWCNTの分散水溶液を見ても、区別がつきません。CNTを粉砕してバラバラにしたら、CNTのひものような曲線は失われ、短刀のようなものになります。細胞にささり、毒性があるかのように感じられます。

CNTとは、離れますが、分散の仕事をやっていて、一番美しいものは何かといえば、それは乳化粒子です。特に、粒子径が、200-100ナノ前後の単一ピークをもった時のエマルジョン粒子の揺らぐ状態です。ある意味、無限に近い均一な粒子です。本来、まじりあわない油と水、それを結びつける活性剤、それらを一つに統合して、均質な穏やかな世界を構築している。これこそが、美しい秩序をもったものです。最近では、合成の界面活性剤ではなく、天然系のリン脂質やCNFやスメクタイトをつかってのマイクロエマルジョンも作られだしています。粉砕方法では、その均質さは作れません。

星空をみる、海をみる。青空をみる。そこに、美しさがあります。しかし、時には、荒れ狂うケイオスが現れます。人間界も同じです。殺人、詐欺、裏切り、戦争、殺戮、人間の欲望を無限に開放して、我欲をみたそうとします。修羅と般若です。しかし、それがすべてではありません。穏やかな日々が大半です。美しい秩序をもった世界が現れます。荒れ狂う嵐も永遠には続きません。その外部の現象と、BERYU SYSTEMの内部で起きている状態は類似しています。100Mpaという力は、ものすごい破壊力です。すべてが、バラバラになろうとします。そして、美粒モジュールで秩序を与えます。でてきたものは、綺麗なものです。その因果律の基本は、乱さないという事です。

この宇宙も類似した性質をもっていると感じます。BERYU SYSTEMが一つの小宇宙として成立するならば、この世を支配している大宇宙も同じような構造体だと考えます。この世をこの世として成立させているのは、なにかといえば、この世の因果律です。乱れようとする物事を何かの力で秩序あるものに変えようとしています。BERYU SYSTEMの構造原理を当てはめれば、それは宇宙の外側にあるものがこの宇宙になにかしらの作用をあたえていると想像します。この世にいるものからみれば、永遠にその正体を見ることはできません。二次元に生きるものが、3次元、四次元の世界をみられないのと同じです。人類は、きっと、昔から、それを神のなせる業として見てきたと思っています。

私は、BERYU SYSTEMの上にたち、その小宇宙で起きる現象を見ることができます。私の上には、この宇宙があり、この宇宙もまた誰かに見られているものだと思います。私が見ている限り、何かしらの共通点があるように見えます。それが秩序です。ちょっとしたことで、エネルギーの変位、ばらつきが起きます。気圧の変化で、風が吹きます。その落差が強ければ強いほど、嵐となります。しかし、それも収まります。その抑える力が大気圧です。

CNT3つのバンドル形態

2022年7月19日

CNT解繊を利用して、黒鉛の剥離をすすめる。どの黒鉛(種類、サイズ、層数)が最適化は、未知数

グラフェンを作るのに、黒鉛を剥離して作るのが、一番理にかなっている。しかし、黒鉛は割りやすいが、はがれにくい性質がある。剥がそうとすると、割れてしまうのである。黒鉛メーカーが出ている黒鉛の種類は、たとえば、膨張化黒鉛、熱分解黒鉛、鱗片状黒鉛、人造黒鉛等、多々ある。その中のグレードは、何かといえば、サイズである。大きさである。それは、層の大小ではない。基本は、粉砕、分級の考えである。黒鉛を剥離して、グラフェン化、多層グラフェン化(=薄層化黒鉛)をすることは、難しいということである。

CNTを解繊するには、それなりのエネルギーがいる。そのエネルギーを利用して黒鉛を剥離させ、グラフェン化させるのが、一番、費用対効果がいい。黒鉛を剥離させるには、やはり、CNTを利用して、剥離させるのが一番なのである。CNTの解繊と黒鉛の剥離を同時におこなうのが、一番理に適っている。

CNT解繊は、ほぼ、振れ幅は限定されている。DMRがあるから、どうしたら、CNTが解繊できるのかも、大体、わかっている。しかし、どのような黒鉛(種類、サイズ、層数)を選んだら、一定のエネルギー量(圧力とパス回数)に対して、一番、剥離と解繊が進むかは、まだ、未知数なのである。それが、決まって、最終的な処方の比率が明確化される。アメリカ、中国、ヨーロッパ、日本と、グラフェン研究は進んでいるが、まともな解はでていない。CNTとのハイブリットがいいのは、気づいているが、CNTが本質的にもっている触媒―CNT結合をどうやって、切って、その中で、CNTを解繊していったらいいか、まともな解はでていない。

画像の説明

GraphiteGraphene png

2022年7月19日

DMRはほぼ3年、開発、改良、安定性を得て、世に提供することを決めました。

◎ CNTのバンドル状態を解繊(分散)することが可能。
◎ 高圧下で発生するHP DMRの旋回力(スピン)力により強靭なCNT-触媒結合を切れやすくする。
◎ 美粒SYSTEMにより、CNTが解繊される。CNT-触媒は分離される。
◎ 分離された触媒はAM DMR で捕捉される。 
◎ CNT合成時に生成されるCNT-触媒結合がきれる。触媒がDMRで捕捉される。CNTのバンドル状態が解繊されていく。

強固なCNTー鉄触媒結合体は、0.15mm以上な強固な塊である。それ以下のノズルは200Mpaかけようが閉塞する、その大きさも数もCNT製造のロット差でかわる。したがって、バンドルをほぐし、長尺で低バンドル数のCNTを作ることは困難である。したがって、粗分散後、粉砕する。粉砕すれば、CNTは触媒ともどもばらばらになる。低尺な疑似CNTとなる。それが毒性あるものとして、評価される。強固なCNT-触媒結合でできたCNTをケミカル処理で、触媒を除去しても(純化処理)鉄触媒が空洞化した時、周りのCNTは、その空洞を埋めるように、硬く岩のように凝集する。解繊できず、粉砕するしかない。純化処理とは、金をかけて、CNTを劣化させることである。

新しいCNT製造法が生まれない限り、現状のSWCNTと鉄触媒のMWCNTを解繊することは、美粒システム+DMR以外、不可能である。それが美粒が下した結論である。美粒がDMRを提供しないかぎり、CNT用途開発は進まない。CNT解繊の量産が進めば、ロット誤差に対応したそれに適応したスーパー美粒モジュールが必要である。それには職人的感性が必要である。今、世に出さなければ、日本発のCNTの解繊技術は、時間切れとなる。

現状、DMRが設置されているところは、美粒とアメリカにある Belovo Inc だけである。Belovo Inc には、美粒と同じ設備が設置してある。Super BERYU Module もすでに送ってある。原料も、日本、中国、韓国、アメリカから、送られている。したがって、美粒が実験でできることは、アメリカでもできると考えていい。

グラフェン(多層グラフェン)の一面は、導電性はあるが、CNTのような凝集性がないため、グラフェンを活用するには、導電性ポリマーを使用するか、グラフェンを圧縮して、導電パスをつなぐ必要がある。したがって、グラフェンもケッチンブラックも、単体だけでは、使えない。カーボンファイバーも、用途が限定している。やはり、一番、カーボン材として費用対効果のある方法論は、黒鉛を剥離してグラフェンを作ることである。しかし、黒鉛は、割れやすいが剥離は難しい。粉砕は容易だが剥離は難しい。たしかに、セロテープではがれるが、それはセロテープの接着力を利用していることである。非現実的である。美粒の実験結果として、黒鉛を剥離させるには、層間にくさびをいれて、せん断を掛ける方法が一番有用だと判断している。くさびとして一番有効なのが、解繊されたCNTだと見ている。実験結果もそうなっている。したがって、CNTを黒鉛の剥離剤としてつかうなら、触媒―CNT結合を外して、CNTを解繊し、それで黒鉛に対して、インターカレーションを起こさせることである。溶媒をエタノールにするか、セロテープ機能と同じ方法論を求めるなら、黒鉛に吸着する低沸点の非水系の油をつかい、ナノカーボン乳化プロセスを使うことである。黒鉛の面に油が吸着した状態で、高圧側のノズルを通過すれば油が微細化される同時に、黒鉛の層間に、CNTが入ってくる。剥離が加速される。

マクロの世界での物事は思考実験どおりには進まない。SWCNTも長尺を維持して、バンドルを解して、単層チューブ一本一本まで、解繊できるかである。まず、不可能である。なぜなら、解繊するには、触媒―CNT結合を外す必要がある。その時点で、CNT側に、多少の応力が掛かっている。つまり、どこかに、欠損部が、存在しているということである。美粒の独占的に強い部分は、乱れを制御している点にある。乱れれば、かならず、そこに空洞的な粉砕が起きる。理想は、できるだけ長尺を保持して、可能なほど、低バンドル数の束であるほうがいい。理屈では、CNTの単一の直径のままがいい、仕様どおりの長さを有しているCNTが最善である。

それと似たようなことが、黒鉛でも起きる。剥離を促進させれば、当然に、われやすくなる。薄くなれば、面の大きさ(面積)が小さくなる。単層グラフェンに近づけば近づくほど、面は小さくなり、慣性を受けないように、丸くなろうとする。つまり、かご型グラフェンである。フラーレンのように、なればいいが、そうはならない。そこに、かご型グラフェンを受けるような球状の粒子、黒鉛面と相性のいい疎水性の粒子(油)があれば、それを包み込む。これが、ナノカーボン乳化の考え方である。そういう受けてがなければ、剥離した黒鉛(グラフェン)は、安定化をもとめ、CNTとくっつく。

一番、効率のいいカーボン分散体をつくるのであれば、黒鉛とCNTと溶媒とで、分散液をつくるのがいい。溶媒が、水系なら、CMCが、一番相性がいいし、溶剤系なら、アルコールがいい。

画像の説明

2022年7月6日

CNT解繊、その本質、分散性と導電性とのトレードオフ。CNTは、グラフェンとは異質なものである。

これが、総括である。確かに、導電性が一番つよいのは、SWCNT/CMC/水の配合で、DMR+BERYU SYSTEMで処理したものである。触媒を除去しながらの解繊であるから、高アスペクト比が維持されている。触媒を内包すれば、粉砕するしか、バンドルを崩せない。粉砕すれば、バラバラになり、凝集性がおちる。自律的なネットワークも喪失するから、導電性はでてこない。黒鉛を剥離させて作るグラフェンも、グラフェン面自体は導電性があるが、その面と面とが、密接につながっていないと、導電性はでない。黒鉛シートも、黒鉛と黒鉛との面を強くプレスして、その面圧で、導電性を維持している。黒鉛ペーストも、多量な黒鉛(多層グラフェン)に、多量な導電性ポリマーを添加して、黒鉛面を導電性ポリマーの接着で、導電性を維持する。したがって、高い導電性を保持するのであれば、CNTで欠損のない連続した糸を作るのが、一番いい。その糸で、シートをつくるのが、導電性はいい。しかし、今度は分散性がない。何かに混ぜることができない。何かに混ぜた後、均一性がなければ意味がない。分散性(均一性)と凝集性(導電性)とは、トレードオフの関係になっている。

水系で、バインダーとしてCMCが使われる状況、つまり、電池関連で、もっとも、性能がでてくるのは、SWCNT/CMC/水で、DMR+BERYU SYSTEMで処理したものである。分散性と導電性とのバランスがいいものである。次にいいのが、オールスターナノカーボン乳化である。これも、DMR+BERYU SYSTEMで処理したものである。当然に、SWCNTの分をMWCNTで代用すれば、それだけ、導電性はおちる。つまり、分散性がUPするということである。CNTは、スプリング効果がある。グラフェンやケッチンブラックにはそれがない。スプリング効果は、アスペクト比の高いSWCNTの方が当然つよい。グラフェンやケッチンブラックは、CNTに対しての分散効果剤となる。したがって、分散性はいい。

オールスターエタノール分散体、CMCもないし、触媒レスである。これが、一番、ピュア―なものである。エタノールを飛ばして、粉体化させて、再分散させる目的でつくっている。これが、G-SMKPSである。導電パスを面、線、点でサポートする考えでつくられたものである。分散剤がない状態で、これだけの分散性が保持されている。剥離された黒鉛(グラフェン)とケッチンブラックがなければ、単なるCNTをエタノールで解繊しただけのものとなる。そういうものなら、シートにはならない。当然に、CNTだけでは意味がない。何かの樹脂とまぜる必要がある。カーボンは、均一に何かの溶媒と均一分散されなければならない。その時に、カーボンが繋がっていなければ、何の意味もない。当然に分散性があれば、導電性は落ちることになる。だから、できるだけ、低抵抗で分散性が維持されているもののほうがいい。G-SMKPSが理想的だとおもっている。再分散性は、十分である。

20年間、CNTがほとんど動かなかったのは、この分散性と導電性との矛盾を解決する方法論が見えなかったからである。そこに光明をともしたのが、DMR+BERYU SYSTEMである。それが、触媒を除去しながら解繊する技法である。粉砕したら、CNTの存在意義を喪失させる。

後は、配合バランスである。それは、一律ではない。結果から、最良ポイントをさがしあてなければならない。職人技法である。なぜなら、やったことがないこと、先例のないことをするからである。だから、誰もが汗をかかなければならない。その結果、配合から、プロセスまで、その用途に対して、その解が、一つに収束する。道なき道を歩んで、頂上までたどりつく。その歩んだ道が、ひとつのプロセス、一つの解となる。しかし、用途が違えば、その解もまた変わる。だから、簡単には、コピーなどできない。日本復活のキーとなるが、日本の意思決定がぐずぐずしていると、また沈没してしまう。CNTは日本で生まれたものである。日本に職人文化が残っている間に、うまく育て上げてほしいものである。

nanocarbon総括1

2022年7月5日

振れば分散、静置すれば凝集、触媒(磁性体)+CNT、これがCNTの本質である。

磁性体同士はくっ付く。当たり前。だから、最低でも、分散性をあげるなら、触媒レスは当然である。

CNTの問題は、凝集性と分散性(シート性)との矛盾にある。凝集性がでれば、導電パスはつながるので、導電性はよくなるが、分散性はわるくなる。他のものと混ざらなくなる。その凝集性と分散性のバランスが重要。導電性を維持して、他のものと混ざり良くする。その頂点がオールスターエタノール分散であり、水系なら、オールスターナノカーボン乳化である。

● 凝集するから、他とまざらない。
● 凝集するから、導電性がでる。

● グラフェンは面を圧縮してつけないと導電性はでない。(単独ではつかえない。)
● ケッチンブラックも密着させないと、導電性はでない。(単独ではつかえない。)

触媒レス、解繊されたCNTに対して、グラフェンとケッチンブラックは、分散効果剤となる。

混ぜやすくするには、分散性を上げる必要がある。そのために、導電性が犠牲になる。分散性を上げて、導電性を上げるには、アスペクト比の高いSWCNTをより解繊して、均一なネットワーク構造を作る必要がある。

そのために、
触媒レスは必須(DMRは必須)
高アスペクト比を維持、粉砕はNG、美粒システムの制御が必要。
適度な分散助剤が必要。

混ざりやすくする目的
触媒レス、分散剤フリー オールスターエタノール分散体
水系であれば、
触媒レス、オールスターナノカーボンエマルジョン

ナノカーボン総括2

ナノカーボン総括1

2022年6月29日

CNTに関して、一つの結論、触媒レス、オールスター・ナノカーボン乳化、分散体の評価

これが、今日、美粒が下したひとつの結論である。CNTを使うなら、触媒レスが必須と考える。DMR(HP DMR, AM DMR)+BERYU SYSTEMが、ドミナント因子である。従来の手法で、分散時、触媒が混在されている状態なら、たぶん、分散剤が邪魔と見えるだろう。分散剤があれば、触媒も包込むことになる。触媒レスで、オールスター成分なら、分散模様の均一性が、導電性を支配する。やはり、これが当たり前の論理である。

CNTは触媒から生まれる。当然に、その結びつきは強烈である。それがバンドルである。CNTを研究したり、携わっている人は、みんな分かっている。わかっているけど、どうしたら、いいか、分からないだけである。HOWが分からないし、HOWが作れない。それが20年間の闇である。

触媒レスとなり、CNTが解繊されたら、しかも、その時、CNTの最大の特徴の高アスペクト比をもとめるなら、どうしても、その絡みつきを防止する分散剤が必要になる。エタノールも分散剤となり、ケッチンブラックもある意味、CNTに対しての分散助剤となる。後は、用途に対しての各論だけである。どれがいいかなど、誰も、分からないし、最終用途に対して、一番費用対効果のあった組み合わせが、その用途に対しての正義となる。やってみて、最良の解を見つけるしか、正解を手繰り寄せることはできない。コピーは、その後である。だれも、やったことのないものなど、だれも、コピーはできない。手本がないから、まず、手本を作り出す作業が第一義となる。

すべての停滞の源は、CNTの触媒である。ある意味、CNTの母は、触媒である。CNTから触媒を取るために、強引な手法をとれば、当然に、CNTも傷ける。それが、粉砕、破壊の発想である。物を壊すには、何かとぶつければいい。しかし、ぶつけられた方も、壊れる。作用反作用である。CNTの機能が、予測値と、現実の値とで乖離するのは、そこが原因である。CNTから触媒を除去するために、CNTを破壊する。がん細胞を破壊すれば、正常細胞も破壊されるのと同じ原理である。また、CNT解繊するために、これをまた破壊する。CNTはボロボロになっている。解繊と粉砕とを同一視している。これは、すべて、方法論が間違っている。まちがった方法論で処理するから、まともな解がでてこない。それでも、従来よりもいいから、使われている。しかし、そんな手法も、どこかで行き詰る。

すべては、下記のスライドに書かれているとおりだと、思っている。オールスターエタノール分散体とオールスター・ナノカーボン乳化、どちらが、導電性がいいか、普通なら、分散剤は、導電性を邪魔するし、不純物は、無い方がいい、カーボン濃度が高い方がいいと、だれもが考える。私もそう考えていた。しかし、実際は、そうではない。触媒レス、オールスター・ナノカーボン乳化の方が、この処方事例での比較では、オールスター、エタノール分散体よりも、導電性はいい。なぜいいか、顕微鏡写真を比較すれば、一発でわかる。分散模様が均一なのである。触媒がとれたから、次に、解繊されたSWCNTの凝集力が顕在化したのである。だから、ある程度のCMCが必要になるのである。方向性をもつSWCNTの凝集力を抑止させるための分散剤が必要になる。

CMC濃度を上げたらどうなるか、そうなれば、どこかで、悪くなる。それは、過去に実験したことがある。触媒レスで、解繊されたCNTの凝集性とそれを抑止する分散剤とのバランス調整が必要になる。それは、用途と内容物に応じて、可変される。

たぶん、一番導電性が、優れているのは、触媒レスでのCMC入りのSWCNT分散体である。しかし、当然に材料コストが高くなる。それよりも、すこし劣るだろうが、次にくるのが、触媒レス、オールスター・ナノカーボン乳化だと経験則からそう判断する。重要なのは、導電パスをどう構築するか、それと分散時の分散模様である。

オールスター触媒分散剤

2022年6月28日

オールスター、エタノール分散体での、ケッチンブラックの効用、ケッチンブラックが導電パスの助剤になっている。

2022年6月26日の触媒レス、分散剤フリー、世界初、カーボン・オールスター分散体
の2枚目のスライドの中にある①と②の、PPに塗布した分散液、エタノールが飛んで、①はオールスターピュア―ソリッド(ASPS)であり、②は、G-SMPSである。それをカミソリ刃で、PPからはがしていく。下記のスライドの真ん中にあるものがそれである。これで、PPシートに対しての付着具合がわかる。その残ったシート面を直接顕微鏡でみる。その決定的な違いは、ケッチンブラックが配合されているかいないかだけである。

真ん中の写真と顕微鏡写真を見比べたらいい。全体図と細部拡大図という関係である。①のオールスターの全体が黒く見えるものの正体こそが、ケッチンブラックということになる。つまり、ケッチンブラックが全体の隙間を埋めているという事になる。

カーボンをそぎ落としたもの、その抵抗値をみてほしい。①は、それでも、導電パスがつながっている。もともと、10cmで6.66Ωだったのが、はがした面で、10cmで、703Ω、それでも、導通が確保されている。②は、どうかといえば、このテスターでみるかぎり、絶縁である。

CNTとケッチンブラックとの組み合わせがうまくいかないのは、CNTの中の触媒が原因である。これが凝集核となって、ケッチンブラックを凝集させていく。凝集させないために、分散剤をいれる。当然に、分散剤は導電パス阻害要因であるので、意味がなくなる。

黒鉛(多層グラフェン)とケッチンブラックとの組み合わせがうまくいかないのは、グラフェン自身、ネットワーク構造を構築しないからである。導電パスを作るためには、黒鉛面と黒鉛面とを圧縮して、くっつける必要がある。そこにケッチンブラックがあっても、あまり意味がなさない。

なぜ、オールスターでのケッチンブラックがうまく機能するのかは、そこに、CNTの触媒がないからである。導電パスは、面、線、点で支えるというのは、正解である。その時の点は、均一に隙間をうめてこそ、意味がある。

いずれにしても、すべてのキーは、CNTである。重要なのは、触媒を除去しながら、解繊を進めるという事である。

黒鉛とケッチンブラックでの分散液では、層の大きい黒鉛は必ず沈降する。しかし、オールスターピュア―ソリッド(ASPS)のエタノール再分散液においても、G-SMPSエタノール再分散液に対しても、沈降はない。つまり、グラフェンは、CNTのネットネットワーク上に、吸着している。だから、顕微鏡写真は、いつも、おなじ、均一性を保持している。それがそうなるのも、触媒レスだからである。触媒レスのオールスターナノカーボン乳化においても、同じことがいえる。

何にするにしても、カーボン材だけでは意味がない。実用化の際、樹脂・高分子バインダーとの分散が必要になる。その時、重要にあるのは、カーボンの均質性である。ケッチンブラックが入ることで、隙間を穴埋めするので、シートの均質性が保たれる。

電池にしても、キャパシタしても、電磁波シールドにしても、重要なのは、カーボンの均質性である。そこに、触媒があったら、NGである。分散剤も基本的にNGであるが、しかし、何かのバインダ―と混ぜるときには必要になる。だから、カーボン材自体は、可能な限り分散剤フリーか、分散剤レスの方がいい。

CNTにおける、この20年間のロスとはいったいなんであるのかといえば、触媒を除去しながら、解繊する技術がなかったことである。触媒がある以上、粉砕するしか方法がなかった。それがすべてである。

結局、DMR( HP DMR,AM DMR)+BERYU system が誘導する世界が、カーボンニュートラルへの道ということになりそうな気がしている。

BERYU SYSTEM
使えるCNTは、コバルト触媒CNTである。コバルトは砕けやすいから、CNTの解繊がうごく。しかし、コバルト触媒は、粉々になって、CNT解繊の中に潜む。

BERYU SYSTEM + AM DMR
これは、鉄触媒のSWCNTを解繊する目的で作られた。

DMR(HP DMR、AM DMR)+BERYU SYSTEM
これで、オールスターピュア―ソリッド、オールスターエタノール分散、オールスターナノカーボン乳化まで、進展した。

すくなくとも、CNT解繊にとって、将来、これが、世界標準となると信じている。もちろん、新たな技術革新が次々おきて、これも新しい技術に書き換えられるだろう。

オールスターケッチン効用

2022年6月28日

オールスターエタノール分散体の粉末体、オールスターピュア―ソリッド(ASPS)の完成である。導電パスは、面と線と点で支えるという発想。

カーボン面は、グラフェン、カーボン線は、CNT(MWCNT、SWCNT)であり、カーボン点は、ケッチンブラック(カーボンブラック)である。導電パスをその3つの要素で支えるというものである。実用化した場合、カーボンだけでは、商品化はない。脂溶性か水溶性の樹脂・高分子バインダーと混ぜる必要性がでてくる。基本的に、金属以外は、ほとんどが絶縁である。カーボンだけが、絶縁と導電の中間の機能を有している。グラフェンやCNTは、導電性が強いが、ただし、その長さは多くてもミクロン単位である。実用化レベルはメートル単位となる。だから、カーボンとカーボンとの接続面が強力でなければならない。

カーボン側の条件としては、不純物がなく、導電性がたかく、均一分散体であることがいい。樹脂・高分子バインダーとまぜるのであれば、導電パスが切れてはいけない。したがって、ネットワーク構造をもっているCNT、特に、アスペクト比の高い、長い解繊されたCNTが必須になる。それが、CNTの存在意義でもある。グラフェンだけでも不十分だし、ケッチンブラックだけでも不十分である。3つが、均等に、分散されていることが、カーボン側の必須である。樹脂高分子バインダーと混ぜるのであるから、カーボン側には、分散剤がないほうがいい。分散剤が樹脂バインダー、高分子バインダーの機能を阻害する可能性があるからである。

したがって、自由度からみれば、触媒レス、分散剤フリーのオールスターピュア―ソリッド(ASPS)が理想的である。しかも、従来のツールで簡単に再分散されたら、これこそが、理想的なカーボン基材の候補となる。

下記のスライド、とくに、エタノールで再分散された顕微鏡写真をみてほしい。ここには、分散剤がない、溶媒はエタノール、超音波洗浄機で5分、分散させた程度である。剥離した黒鉛の透過度と配置(分散状態)を見てほしい。均一に分散されている。凝集が見えない。粒子径の大きさから、ケッチンブラックはみえない。均一的に、CNTの中にまぶされている。そう考えるのが自然である。

オールスター顕微鏡

2022年6月26日

これまた、世界初、水系分散の究極 オールスター・ナノカーボン乳化 

触媒レス、分散剤フリー、世界初、カーボン・オールスター分散体が、いいのであれば、当然に、ナノカーボン乳化でも同じことが起きると、推論できる。当然に、CMCが入っているから、分散性はいい。下記のスライドの通りである。今更、どうのこうのいうこともない。導電パスからみれば、面、線、点で、支えたほうが、いいに決まっている。オールスター・ナノカーボン乳化の方が、単層カーボンナノチューブ分散体のシートよりも、導電性はいいように経験則からそう見える。仮に、同じようなものだとしても、材料コストが、雲泥の差として現れる。

オールスター・ナノカーボン乳化での顕微鏡写真をみたらいい。実に均一なのである。解繊されたMWCNTと解砕されたケッチンブラックが、均一に分散されていることを示している。ケッチンブラックは細かいので、光学顕微鏡でとらえられる大きさではない。昔から、CNTとケッチンブラックとの共存は、研究開発対象になっていた。DMRがなければ、解繊できるのはコバルトMWCNTだけである。しかし、微細に砕かれたコバルト触媒は、CNT分散液に残っている。それが凝集核となるのはわかっているから、ケッチンブラックも、CNT触媒が残存している以上、効果は薄い。

オールスターエタノール分散体もオールスターナノカーボン乳化も、最初に 系内を通過する際、がりがりと音がする。ケッチンブラックが入っていないと、そんな音はしない。ケッチンブラックが解砕されていることがわかる。ケッチンブラックの点が、CNTの線と黒鉛の面に作用しているのがわかる。これも、重要なのは、結果なのである。屁理屈を述べても、結果がでないものは、必ず淘汰される。

やはり、基軸となるのが、CNTなのである。黒鉛、単品で処理しても、パットしない。それにケッチンブラックをいれても、やはり、パットしない。悪くはないが、イノベーションを起こすものではないと思う。それでいいなら、もう、世界は変わっている。

変化の兆しは、DMRとBERYU SYSTEMの組み合わせ後からである。DMRで捕捉されている触媒と不均一で未成熟なCNT、DMRがなければ、当然に、CNTを解繊するのであれば、これらも、砕かれて混在することになる。これが諸悪の根源となる。CNTの用途開発が、進まなかった一つの要因が、DMRとBERYU SYSTEMがなかったことだと、見ている。20年間、世の中は、何もしていなかったわけではない。触媒が邪魔なのは、誰でも理解できている。CNTを壊さず、触媒を除去する方法を模索した。日本やアメリカやヨーロッパでは使用できないガスをつかって除去する方法、酸処理、熱処理等、色々とトライする。しかし、結果的に、それらの純化処理は、CNTの不均一状態での固化を生み出す。解繊が難しい状況を作り出さす。できるのは、マイルド粉砕方法である。しかし、それでは結果がでない。量産可能な手法として、黒鉛を剥離する方法もうまくいかない。酸化グラフェンをつくっても、表面がぼろぼろになって、費用対効果がでない。CNTも、解繊できないし、ケッチンブラックも、キチンとぬらしながら解砕されるのも、難しい。

人間に一番安全な溶媒は水である。しかし、水の張力はつよいから、分散効果剤が必要となる。安全を考えると、CMCナトリュームが無難なところである。次に安全なのは、エタノールである。酒好きであれば、毎日、体内に摂取している。オールスターエタノール分散体、G-SMKPS、水系なら、オールスターナノカーボン乳化である。費用対効果と量産可能な技術としてみれば、DMR+BERYU SYSTEMは、必須アイテムとなるはずである。

オールスターナノカーボン乳化

2022年6月26日

触媒レス、分散剤フリー、世界初、カーボン・オールスター分散体

配合は、一般化黒鉛、CNT(多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ)、ケッチンブラック、それに溶媒がエタノールである。カーボンとしては、面成分のグラフェン、チューブ(線)成分のCNT、点成分のケッチンブラックという構成である。カーボンからみれば、カーボンのオールスター成分である。したがって、これを、オールスター分散体と呼ぶことにする。

世の中、すべて、結果から判断される。もし、実験結果が、予見できるのであれば、実験は、検証という目的だけである。分散というものは、複雑系である。複雑な要因が絡み合ってひとつの結果を生み出す。無数の組み合わせの中から、一つの条件が収縮し、それが因果となって、一つのアウトプットが生まれる。初めから、わかっているなら、もう、すでに、誰かが結果を作り上げている。それにより、世の中は変わっている。結果がでないから、色々な仮説が飛び交い、いろんな方法論が成り立つ。世の中の技術革新というのは、常に、書き換えである。誰かが、無数の組み合わせの中から、一つの条件を導き出し、その結果が、費用対効果として最高であれば、それが、常道となる。そして、その技術が飽和に近づけば、新たな技術革新の芽が生まれ、それで試行錯誤して、結果を導き出す。それが、費用対効果として価値があれば、それが、イノベーションとなる。現状、20年間、カーボンの分散の世界では、その答えを、見つけることができなかったということである。ありていにいえば、ただ、それだけの事である。

下記の2枚目のスライド(導電性の差異)をみてほしい。その中の3種類のカーボン分散体の塗った量はほぼおなじであるが、濃度が若干違うので、なんともいえないが、経験則からみれば、オールスター分散体の方が良さげに見える。実際、①のオールスター分散体や②のグラフェンCNT分散体は、シート状では、まだらである。それでも、①のオールスター分散体は、③の分散剤配合の単層カーボンナノチューブのシートよりは、導電性はいいということである。これらが、ひとつの結果である。ひとつの結果であるから、それで、未来が決まる事ではないが、少なくとも、ひとつの強い仮説がつくられることになる。

顕微鏡写真をみると、①のオースターの方が、黒鉛の剥離がより拡大しているようには見える。ケッチンと黒鉛だけの組み合わせでは、経験則でいえば、ここまでの剥離は見えない。その場合、黒鉛の剥離を支配する因子は、ノズル径と圧力とその減圧勾配要素である。オールスター分散体にすると、かなり、分散液が増粘することから、ケッチンブラックをいれると、黒鉛の剥離助長効果とグラフェンとCNTとの隙間の穴埋めの効果がでてくるのかもしれない。

すべては、結果である。もちろん、いくらいいものでも、量産できないもの、費用が掛かりすぎて、市場価値がでないものでは意味がない。触媒レス、分散剤フリー、オースターエタノール分散体は、量産できる技術として、費用対効果のあるものを前提として、導き出した答えである。

kgのコストは、一般黒鉛が一番安い、その一桁UPがケッチンブラックだろう、その数割UPぐらいが、MWCNTであり、そのまた一桁UP以上が、SWCNTである。①のオースター分散体の65%は一般黒鉛である。①の触媒レス、分散剤フリー、オールスターエタノール分散体の費用対効果がどれだけのものか、技術を理解しない人でもわかるはずである。

当然に、分散体を乾燥させ、粉体化させれば、G-SMKPSとなる。グラフェン-SWCNT・MWCNT・Ketjen black Pure Solid ということになる。

もちろん、オースターの組み合わせは、用途に応じて決まる。これは高圧分散装置を35年以上扱った私の分散体としての経験則からの判断であるが、
単品黒鉛 △
単品ケッチンブラック △
黒鉛+ケッチンブラック △
黒鉛+CNT 〇
CNT+ケッチンブラック △
黒鉛+CNT+ケッチンブラック ◎ のように見える。

オースターP1G-SMKPS

オールスター導電性のちがい

2022年6月24日

鉄触媒のSWCNTの解繊を阻害している諸悪の根源は、触媒とそれにまつわりつく未成熟なSWCNTである。

SWCNTの低分散品を前にいただいた。美粒システムは汎用的でないので、これは、一般的な高圧分散機で、分散されたものである。美粒は、DMRモジュールを一般化していないから、触媒を除去しながら解繊するというシステム(概念)を理解する人は世界でもほとんどいない。アメリカのとあるところに、DMR+BERYU システムを設置して、CNT解繊、および、G-SMPS、ナノカーボン乳化を、試作して、もらおうとしている。日本はいつの世でも、黒船のような外圧がかからないと、ガラパゴスから脱却できない。粉砕しか頭のないアメリカ人も、やっと、CNT解繊の意義を理解するときが来るだろうとおもっている。

低分散品、当然、ここに粗大な塊があるが、これが、触媒とそれにまつわりつく粗大なCNTである。当然に、これでは分散品としての価値はない。この粗大な塊をつぶしにかかることになる。想像してもらいたい。この黄色で囲まれたものが、こなごなとなって、CNT分散液の中に、混ざるということである。これが、凝集核である。DMRで捕捉したものをクエン酸と洗剤で水に分散したものの経時変化を見ていただいたらいい。このように凝集していく。この凝集核をもったものが、粉々に砕かれて、分散液の中にコンタミしていく。粉々になれば、いくら、あとで、マグネットフィルターで除去しようと試みても、うまくいかない。だから、結果的にうまくいっていない。これが、20年間、CNTが進展しなかった一つの要因である。アメリカは、20年前に、このことに気が付いた。だから、アメリカでは、CNTの研究よりも、グラフェンへと変わっていった。アメリカには、乱れを制御する考えはなかった。粉砕こそが、分散の王道だと今でも思っている。だから、グラフェンもCNTもうまくいかない。粉砕したら、面は壊れ、チューブは折れる。

DMRBERYU SWCNT

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2022年6月22日
CNF/G-SMPS 溶液。CNF・グラフェン・MWCNT・SWCNT、夢の組み合わせ。

これが、どんなものにいいのかは、わからないが、少なくとも、わかるのは、旧来の技術では、ほとんど不可能な材料での組み合わせ商品ができたということである。

CNFは、解繊。
CNTは、解繊、
黒鉛は、剥離である。
触媒レス、分散剤フリーのカーボン純ピンをCNF水溶液に分散させたのであるから、ある意味、あっぱれということである。

カーボンは、疎水である。この場合のCNFは親水性である。圧倒的に水がおおい。G-SMPSは、触媒レス、分散剤フリーの純ピンのカーボンである。したがって、触媒にとらわれているCNTをCNF溶液の中で、解繊させることは、難しい。まして、一般膨張化黒鉛を剥離させることなど、難しい。今回のCNF/G-SMPS分散を形態分類でみれば、一番近い形態は、乳化形式である。水系溶媒の中に、疎水性のファイバーとフイルムを分散させるということである。

G-SMPSでの比率。それと、CNFとの比率、最終的には、水が飛んで、導電性CNFシートが出来上がる。どのような比率がいいかは、試験結果からでないと、決められない。

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2022年6月21日

触媒レス分散剤フリー、グラフェン、MWCNT、SWCNTとの複合材。乾燥品、G-SMPS。MWCNTとSWCNTとの触媒を除去しながら、黒鉛を剥離させながらCNTを解繊させる手法である。

グラフェン、CNTは、導体(金属)と絶縁体(紙、プラスチック)との中間の半導体特性をもつ。黒鉛は、割らずに、薄層化してグラフェンにしなければ、CNTは折らずに、解繊しなければ、意味がない。なぜなら、剥離、解繊しなければ、そこに空気がのこり、絶縁させるからである。

黒鉛を剥離させる。CNTを解繊させる。つまり、比表面積を上げることである。電気を通すことは、どれだけ、単位体積あたりの導電パス数を少なくさせることができるかである。少なければ、すくないほど、電気抵抗がすくない。それだけ、効率がいいということ。

グラフェンを作るのに、一番安い方法は、一般黒鉛を剥離させることである。黒鉛の層間に同類のカーボンを入れることである。その一番いいものが、CNTなのである。カーボンブラック類の粒でなく、CNTのようなファイバー状のものである。

20年間、CNTの用途展開ができなかったのは、触媒を除去しながら、解繊する技術がなかったからである。これは、ほとんどの人が理解していない。

DMRモジュールとBERYUモジュールとの組み合わせで、はじめて、簡単に鉄触媒のCNTが解繊されたのである。これは、画期的というか、ある意味、革命的な出来事なのである。下記のスライドに使用したのが、一番解繊が難しいといわれている、ナノシル製のNC7000である。それと、単層カーボンナノチューブが、オスシル製のTUBALL93%品である。DMRで捕捉したのが、これらのCNTの中に潜む触媒とそれに絡みついたCNTである。下記の顕微鏡写真をじっくりと、みたらいい。これが、いままで、解繊を困難にしていた元凶である。解繊できないから、これらを砕いて、粉々にしていたのが現状である。当然に解繊できなければ、それをつかって、黒鉛を剥離させることなど、夢のまた夢である。

30年後、50年後の未来は、確実に30年後、50年後にやってくる。50歳以上の人は、30年前の世界、50年前の世界を知っている。30年後、もう、私はこの世にいないだろうが、少なくとも、世の中には、真理を見れる人がいる。DMRモジュールとBERYUモジュールとの組み合わせの有用性に気づく人がいる。カーボンニュートラルにとって、グラフェンとCNTとの複合体がどれだけ費用対効果のあるものか、理解する人がでてくるだろう。この世の30年間の進歩は、ひとえに、金属粒子(シリコン、セラミック)の粉砕と分級技術に寄与するところがおおかった。半導体、液晶、MLCCである。しかし、カーボンは、黒鉛とカーボンブラックで止まっている。

もう、金属粒子の粉砕技術は飽和にきている。分散で、未開発な分野が、解繊、剥離、そして、乳化なのである。これから、新機材として、でてくるのは、すべて、解繊、剥離、乳化技術からでてくるものだろう。

これから、解繊、剥離、乳化を支配した会社や国が、世界の先端技術をリードするはずである。

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2022年6月15日

DMRに捕捉されるCNTの触媒と触媒にまつわり付くCNT

現状、CNTを純化させる方法は、二つしかない。ひとつは、生成されたCNTを何らかの方法(ガス処理、酸処理、熱処理 )で、CNTの中にある触媒(金属粒子)を消滅させること。CNTは、触媒を核としてそこから生成する。触媒はCNTからみれば、母体であるから、その結びつきは強い。したがって、バンドルの中に潜む触媒を消滅させれば、そこが空洞になる。当然に、まわりにあるCNTは凝集しようとする。CNTの固化が生まれる。固い石のようなCNTの粒となる。解繊など、できない。粉砕処理しかできない。もう一つの方法は、触媒ごと、CNTを砕く。ばらばらにして、その溶液を強力なマグネットフィルターを通す。前者の場合でも、粉砕であるし、後者の場合でも粉砕である。CNTの存在意義は、アスペクト比にある。粉砕すれば、CNTは破断する。それでも、従来のカーボンブラックやアセチレンブラックやケッチンブラックよりも、導電助剤としては、機能するため、現状、多量に使われようとする。

しかし、それは、CNTの機能を十分に生かせているとは思えない。電池は、化学反応をともなうもの。したがって、それでも、電池性能がUPするから、今後、多量に使われるはずである。しかし、すぐに、限界がくる。なぜなら、そのプロセスは、CNTを破壊しているからである。種のある果実を、種を除去するために、果実を壊しているのと同じである。大切にしなければいけないのは、果実の実である。それを破壊したら、なんのための果実か、意味がわからなくなる。

基本は、解繊しながら、触媒をCNTからできるだけ分離することである。触媒は粉砕すれば、ばらばらになる。当然に、その周辺にあるCNTもばらばらに粉砕される。2000年、日本もアメリカもCNTで世界は変わると信じた。戦略物質と指定して、CNTの拡散を抑止した国もあった。しかし、結果は何も起きなかった。20年、半導体、液晶、セラミックコンデンサーは、劇的に進歩した。しかし、そこに、CNTなど、使われていない。CNTの用途展開は、殆どうまくいかなかった。なぜなら、触媒がすべてを邪魔したからである。日本から、多層CNTは、ほとんど消えた。アメリカも、ナノカーボンといえば、グラフェン一辺倒である。MWCNTの主要製造国は、中国と韓国に変わった。多量に安く、製造するからである。

半導体も液晶も太陽光発電も、基本はシリコンである。金属粒子である。MLCCもチタン酸バリューム、これも金属粒子である。基本は、粉砕である。それは、金属粒子で、固い結晶構造だからである。しかし、カーボンは、基本的に、砕いたらだめである。CNTは解繊、グラフェンは黒鉛を剥離すること。これらは、概念が異なるのである。もう、粉砕していいものはなくなる。新しいものは、粉砕でなく、解繊、剥離、そして、乳化なのである。

画像の説明

2022年6月13日

これが、CNTの中に潜む暗黒物質(触媒と触媒にまつわりつくCNT)の正体である。これが、CNTの凝集核となる。これを除去しながらCNTを解繊しないと、CNTの存在意義がなくなる。20年、CNTの用途開発が遅れた根本理由である。ここにDMRをつかったから、G-SMPSができたのである。

DMR agglomerated nucleus

2022年6月13日

CNTのネットワークに浮かぶグラフェン、まるで、深海の底から海面を見るような風景。G-SMPS

Graphene in CNTs

2022年6月13日

ミッションインポッシブル コンプリート

ミッション
一般黒鉛を剥離させてグラフェンを作成。
不純物(活性剤、分散剤)は入れない。
ただし、CNTは入れても構わない。
溶剤は、より安全なものとする。

これが、ミッションである。
アメリカ、日本、中国、ヨーロッパがしのぎを削っているものである。しかし、なかなかできない。つまり、従来の技術では、ミッションインポッシブルである。導電助剤、電磁波シールド、放熱板、防食導電性塗料、空気電池電極、スーパーキャパシタ(蓄電)、透明導電膜、熱可塑性樹脂にまぜての補強、導電樹脂等、それらは、グラフェンやCNTの用途である。もちろん、少量でできても、意味がない。あくまで、量産可能なことが前提である。

一般黒鉛、地中に無尽蔵に眠っている。CNTは、鉄やコバルトの磁性体に高エネルギーを与えると、生成できる。しかし、粉砕はできても、解繊できる技術がない。なぜなら、CNTの内部にある鉄触媒が邪魔するからである。20年も前からあるものである。日本発の技術であったが、解繊できる技術がなかったから、ほとんど撤退してしまった。アメリカも、解繊できないから、途中で放棄した。カーボンといえば、グラフェンである。CNTは無用の長物と化した。

黒鉛を剥離すればグラフェンとなる。セロテープをはって、剥がせば、その面にグラフェンは取れる。しかし、セロテープでは実用化などできない。グラフェンの物理的な考察にはノーベル賞が与えられても、それが実用化できない。CNTは実用化のめどがないから、ノーベル賞の対象にならない。

黒鉛を剥離するには、CNTが一番、相性がいいのである。黒鉛の層間に、CNTが入り、そこに、せん断が加われば、黒鉛は剥離する。それなりの高等教育を受けた人の思考訓練でもそのくらいは理解する。しかし、それが、現実にできない。なぜなら、CNTの粉砕はできても、解繊ができないからである。なぜできないか、鉄触媒が邪魔するからである。CNTは鉄触媒を除去しながら解繊しなければ、ノズル等が閉塞する。無理をすれば、折れてしまう。CNTの存在意義はそのアスペクト比にある。折れてしまえば、これまた、意味がない。そして、微細になったCNTの中に金属触媒が残存していれば、それが凝集核となる。つまり、触媒が残存すれば、解繊できたとしても、触媒が核となって、CNTを再凝集させるのである。凝集阻止のために、分散剤を入れる。入れたら、それが、邪魔する。導電性を阻害する。CNT解繊のためには、分散剤はいれてはいけないし、触媒もできるだけ除去しなければならない。触媒レス、分散剤フリーが必須となる。そうなると、水はつかえない。低張力の安全な溶媒を選択しなければならない。安全な溶媒は、エタノールになる。

世の中には頭の良い人はたくさんいる。触媒が邪魔になる。分散剤も邪魔になる。だから、高純度のCNTをエタノールにいれて、分散すればいいと誰もが思う。しかし、できない。なぜできないか、分散できるツールがないからである。超音波分散機、ビーズミル、高圧湿式分散機、いろんな装置がある。しかし、できない。できるのなら、すでにできている。なぜできないか、乱しているからである。エネルギーをかければ、乱れるからである。原子力発電と同じである。制御なく核分裂を誘発させれば、どうなるか、原爆である。臨界状態を制御しているから、原子力発電となるのである。BERYU SYSTEMのような装置はいままでない。ないから、特許が取れるのである。BERYU SYSTEMは複雑な装置なのか、実に単純な構造である。世の中は複雑なようで単純なものである。複雑にしているのが、人間の業である。

すべては結果である。理屈ではない。経験してないことは誰もわからない。だから、未来はわからない。未来はあくまで近似値の中に存在する。過去のデータから、未来を類推するだけである。分散系は複雑系である。組み合わせは無限にある。やったことがないのになぜわかるのか、わかるわけがない。やらない限りわからない。すべては結果である。頭で、黒鉛からグラフェンはせん断をかければ取れるといえる。しかし、難しい数式をならべて、理屈をならべても、まともな解を提示した人はいない。ラマンスペクトルで提示しても、それはほんの一部だけをみせているだけである。量産化できる、それも費用対効果のある道筋を提示したひとは、いない。機械が壊れる、メンテコストがかかって、利益がでない、市場価格と合致しない、それは、アカデミックな世界では評価されても、市場からはできるとは評価されない。
(スライドでは、それなりの透過性がでているが、実際は電子顕微鏡のように、剥離した黒鉛の表面に、解繊したCNTが吸着する。当然、そのぶん、透過性はわるくなる。解繊されたCNTが吸着した状態でのグラフェン面、その透過性であるから、実勢は、数層ぐらいにはなっている。)

総論となるミッションインポッシブル コンプリートである。あとは、縁である。次のアクションは、未来が決めることになる。未来が必要としていて、30年後、50年後の未来がそれを必要としているのなら、何かが動く。そして、世の中は変わる。このミッションは一般黒鉛を剥離してグラフェンをつくることである。そのためにCNTの解繊が必要となる。ある意味、それは究極のミッションである。その前に、CNTの解繊という別のミッションはすでにコンプリートされているのである。もちろん、そこには、単層カーボンナノチューブが入っている。そこから、半導体型SWCNTと金属型SWCNTとの分離技術が派生することになる。その半導体SWCNTこそ、次世代のマイクロチップに他ならない。鉄触媒除去をしながらの解繊技術、それがクリア―されれば、あとは、時間の問題なのである。

また、もうひとつ、ミッションインポッシブルがある。それが、リン脂質の解繊、水素添加した水素添加したリン脂質のリポゾーム化である。DDSである。リン脂質の問題点は、酸化にある。特にDDSとしての血中に投与するリポゾームやリン脂質を使ってのエマルジョンは、毒性がでたら、おしまいである。そのメインが酸化である。だから、Pt(白金)をつかって、水素添加する。リポゾームやリポ化製剤の問題点は、その安定性になる。未水素添加は酸化である。それを防止するための水添レシチンは安定性に問題がでる。なぜなのか、CNTと同じ問題が内在している。触媒(白金)が凝集核となるのである。BERYUは、DMRをつかう、つかわないで、2種類の水添レシチンでのリポゾームを作った。安定性に差がでたのである。残存触媒が凝集核となって、リポソームを崩していった。もちろん、Ptは貴重なものなので、DMRで除去できれば、回収はできるだろう。触媒除去した水添レシチンを使用したリポゾームやリポ化製剤が、DDSとして、どこまで許容できるかはわからないが、すくなくとも、DMRをつかってBERYU SYSTEMを最適化すれば、これまた、閉塞していたリポゾームのDDS化も再着火可能と考える。

Mission impossible

electromagnetic wave shield

G-SMPS made in JAPAN

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BERYUSYSTEM important

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2022年5月31日

BERYU SYSTEM 更なる進化 フルオプション

JP Patent 5791142、5972434
US Patent 8556494B2

特許範囲内製品
● 美粒チャンバー
(美粒ノズル+ボディ)
● 美粒モジュール
● DMR モジュール 

上記のシステムは、上記の特許の請求項の構成要件を充たすものである。

NEW BERYU SYSTEMJAP
NEW BERYU SYSTEM

2022年5月27日

20年、分散技術は何も変わらない。なぜなら、ツールが同じだからである。

20年変わらない。

20年変わらないP2。

2022年5月16日

張力と粘度とCNT分散との関係。

乱れの要素を明確にしたら、分散は、非常に簡単になる。さらに、CNT分散に関して言えば、CNTの中の触媒を除去すれば、これも簡単になる。そうなると、CNT解繊のみならず、一般的な乳化や解砕分散にも適応する方法論でもある。

混ぜるには、必ず、溶媒と溶質がある。美粒が扱う分散系は、溶媒は液状のものである。粘度があっても、流動性と連続性がないものは、対象外である。あくまでも、空洞化のない流体が対象である。

溶媒と溶質との関係は、濡れ性が重要になる。溶質がCNTであれば、溶媒とCNTとの間に空気があってはならない。その界面が溶媒で密着していないと、力を受けない。そこで重要なのは、溶媒の界面張力である。張力の単位は、N/mである。したがって、濡らすためには、張力の低い溶媒をつかうか、界面活性剤を添加して、水の張力を低下させることである。もちろん、圧力を加えて、濡れやすくすることも可能である。圧力の単位はN/㎡である。

低張力の溶媒を使い圧力を掛ければ、溶媒はCNTの中に浸透していく。濡れ性が細部まで入っていく。そこで、せん断を掛ければ、CNTが解繊されるということになる。もし、一気に解放し、何かにぶつけたら、どうなるのか。仮に低沸点の溶媒を使う場合、密度は低い。3割5分は圧縮されている。そこで一気に解放したら、3割五分分が、膨張爆発し、さらに、一気に減圧されるから、溶媒は気化する。瞬間的に膨張気化が生じ、CNTは、ばらばらに壊れる。同時に、ノズルも破壊されやすくなる。もし、そこに鉄触媒が内在されていたら、鉄触媒が爆弾と同じ作用するから、CNTは、木っ端微塵となる。

溶媒に粘性があれば、今度は、濡れにくくなる。粘度の単位は、mPa・sである。圧力と時間をかけた積として評価される。粘度は抵抗である。したがって、外部からの圧力にあらがう力となる。慣性が働くから流動性がでるまでに時間がかかる。したがって、濡れ性はわるくなる。仮に、張力が同じでも、粘度が高いほど、濡れ性はわるくなり、力を受けにくくなる。濡らすためには、さらなる力と強いせん断力が必要になる。

したがって、粘性の高い樹脂に直接CNTを解繊するのは、エネルギーコストがかかる。それよりも、SPSやMPSやG-SMPS化したものを、粘性のある樹脂に混ぜる方がより現実的である。

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2022年5月15日

グラフェンとCNTとの完全融合複合体 G-MPS、G-SPS、G-SMPSの完成

G-MPSに使っている材料は、3つしかない。エタノール、MWCNT(鉄触媒)と黒鉛である。エタノールにおける低張力、美粒システム、HP DMRとAF DMRとで、一般黒鉛が強力に剥離している。顕微鏡でみる黒鉛の透過性は、酸化グラフェンを使用してつくったナノカーボン乳化とさほど変わらない。触媒を除去した解繊されたCNTとエタノールの低張力と美粒システムで制御された圧力勾配と、DMRの磁場での相互作用により、美粒が発明したナノカーボン乳化と変わらないぐらいの黒鉛の剥離具合が認められる。グラフェンといってもいい。したがって、これを、G-MPSということにする。もちろん、SWCNTであれば、G-SPSであり、MWCNTとSWCNTを配合すれば、G-SMPSということになる。

G-MPSやG-SPSの特徴は、触媒レスであり、分散剤フリーのカーボン複合材である。ナノカーボン乳化では、油を黒鉛に吸着させ、そこに解繊されたCNTが層間にはいり、それらを制御された空間域に通すことで、油をつつみこむ剥離した黒鉛(グラフェン)を作っていた。ナノカーボン乳化での連続相は、水である。濡れ性をよくするために、CMCを使った。抑え込むために、圧力が必要であった。G-MPSでの黒鉛の剥離方法は、エタノールの張力と美粒システムとDMRの力である。助剤として機能するのが、触媒を除去したCNTである。どちらが、純度の高いカーボン材かといえば、G-MPSやG-SPSである。触媒レスと分散剤フリーであるからである。

黒鉛の大きさと種類と加工ぐあいと、MWCNTやSWCNTの種類とDMRの仕様条件で、黒鉛の剥離具合は変わる。もちろん、一番、作用するのが、BERYU SYSTEMの制御条件である。グラフェン(剥離化した黒鉛)の強みは、導電性や熱伝導性に関する面方向の機能である。しかし、縦方向には弱い。それを補うのが、CNTである。したがって、立体的な複合機能に対しては、G-MPSやG-SPSは、有効な基材となる。あとは、ユーザーの仕様である。再分散しやすいということは、色々な用途に転用できるはずである。

黒鉛を粉砕すれば、割ることになる。目的は、剥がすということである。解繊されたCNTは、必ず、黒鉛の層間にはいる。低張力の溶剤に圧力が加われば、かならず、黒鉛の層間まで、浸透する。あとは、乱すことなく、美粒システムを通せばいい。当然に、DMRで強力な磁場での回転が加わる。右ねじの法則が機能するから、CNTは黒鉛面に吸着して、スピン状態となり、鉄触媒をDMRに吸着させる。それと同時に、DMRで、黒鉛の層間がさらに開く。乱れることなく、美粒システムのせん断域で黒鉛は剥離していき、グラフェンとなる。もちろん、CNTは可能なかぎり解繊する。

もともと、美粒以外の日本にある高圧分散機は、ヨーロッパの三連式バルブシートのコピーか、アメリカのマイクロフルイダイザー社のチャンバーのコピーである。高圧ポンプの基本設計はもともと、アメリカヨーロッパのものである。湿式高圧分散機は、ぶつけることで処理物を破壊すること、つまり、粉砕をメインにしたものである。圧力勾配と温度勾配を制御するという発想は、彼らにはない。溶媒の張力との関係で、圧力勾配や温度勾配が影響をうける。溶媒の粘度でも同じことが起きる。リポゾームやスメクタイトやCNFできれいなピッカリング乳化ができないのは、基本的に、制御ができないからである。

鉄触媒が内在したCNTを粉砕したらどうなるか、鉄触媒がさく裂して、CNTがぼろぼろに折れる。黒鉛を粉砕したら、割れて不揃いになる。粘性の高いCNFを無理して高圧分散装置で通したら、装置に負荷がかかる。合成スメクタイトも粉砕したら、剥離せず、カードハウス構造など形成しない。20年、ほとんど、分散に進歩がないのは、すべて、なんでも、粉砕しようとしていたからである。それも、原理など、考えることなく、海外のコピー、そのままである。なぜか、複雑系だからである。適当なことを言っても、それを否定する論理が確定しないからである。それを否定する結果が、でないからである。いままでは、結果がでないから、逆によかった。奇妙な論理が、まかり通っていた。他も結果がでない、だから、それでよかった。みんな一緒だから、結果が残せなくても、延命ができた。

高圧技術の本場はやはりアメリカである。アメリカに足りないもの、それが、美粒システムの考えである。アメリカは、すべて、結果である。屁理屈など不要である。できればいい。アメリカに、材料も美粒システムもDMRもそろう。美粒でできたものの再現が取れる。そのセットアップがもうする完成し、SPSやMPS、G-MPS、G-SPSも作れる。今は、不明な点はZOOMでやり取りできる。美粒システムの動きと、でてくる状態をみれば、何が問題かすぐにわかる。大阪と東京と、アメリカの差は、時差だけである。共通項が明白だから、会話も簡単でいい。

アメリカでポンプも買えばやすい。部品も安い。高圧配管部品もやすい。アメリカなら、コンプレッサーなど、安いものである。美粒と同じことがアメリカでおきる。アメリカは30年、時間が止まっている。日本は同じように20年、乳化分散技術が停止している。

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BERYU SELECTION

SPS PVB

2022年5月11日

世界初、CNFとCNTとの均一分散複合体、スメクタイトとCNTとの均一分散複合体。

トルエンに溶解するCNFがある。トルエンに溶解する合成スメクタイトがある。CNFトルエン溶液、スメクタイトトルエン溶液に、SWCNT(Tuball SPS )とMWCNT (JENOTUBE 6A MPS)を再分散させた。下記のスライドが結果である。いままで、簡易にはできなかった、CNFとCNTとの均一分散複合体、スメクタイトとCNTとの均一分散複合体である。

これができるのは、二つのキーワードがある。一つは、CNTの触媒除去、ひとつは、再分散での溶媒の低張力。溶媒の低張力+CNTの触媒除去(解繊分散品)が成立すれば、均一分散複合体はできる。たとえば、エタノールに溶解する樹脂でもいい。PVBならエタノールに溶解する。用途があるかはわからないが、PVBとCNTとの均一分散複合体も、同じように簡単にできる。PVBエタノール溶液にSPSかMPSを添加して、攪拌すればいいだけである。高粘度では、それなりのせん断が必要だから、その粘度と攪拌力は、トレイドオフになる。

CNT、カーボンであるから、基本的に疎水である。水以外の溶媒は基本的に界面張力は低い、だから、濡れやすい。したがって、トルエンが一番なじみやすいのは事実である。低粘度で溶剤とおなじくらいの低張力の液状樹脂があれば、SPSやMPSなら、そのまま、均一分散が可能であり、樹脂とCNTとの完全複合体も簡単である。当然に、その液状樹脂にCNTを分散させようとしても、触媒が邪魔をする。触媒が凝集核となるから、不安定になる。水系であれば、なおさら、不安定となる。凝集して、いいものができない。分散剤をいれたら、その分散剤が邪魔をする。

過去、何十年、莫大な資金を投入しても、うまくいかないのは、CNTを解繊しながら触媒を除去する技術がなかったからである。粉砕して、CNTを破壊した後、強力なマグネットフィルターを使って触媒を除去しても意味がない。CNT原料で、ケミカル処理をして触媒を溶かして除去しても、CNTが固化して、解繊ができない状態になる。結局、粉砕するしか方法論がない。結果は、ぼろぼろになったCNTだけが残ることで、CNTの価値がなくなっている。

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MPS CNFSMECTOLUE

2022年5月9日

CNT分散に影響を与えるファクターとは

分散の反対は凝集である。分散は、外向きの力である。凝集は内向きの力である。基本的に、この二つのパラメーターしかない。結果は、分散力―凝集力の差としてとらえられる。分散効果=f(分散力―凝集力)ということになる。

分散効果のパラメーターとして、6つの因子がある。
① 機械系の分散力(制御された圧力勾配)
② CNTと溶媒との濡れ性
③ CNT内部の凝集因子(鉄触媒等)
④ 溶媒の粘度
⑤ 溶媒の界面張力
⑥ 溶媒の密度(圧縮性と沸点)

① について、制御されない従来の高圧分散機、粉砕であり、溶媒との関係性で分散効果を低下させる。
② について、溶媒とCNTとの濡れ性、基本は、気泡を排除させることである。従来の高圧分散機が分散効果を低下させるのは、濡れ性を阻害するからである。溶媒に応じた空洞化制御をしない限り、気泡を無尽蔵に発生させる。
③ CNTの分散性を支配するのは、CNT内部にある鉄触媒である。鉄触媒が最も強い凝集力をもたらす。したがって、解繊しながら、鉄触媒を除去しないかぎり、CNTの解繊分散はありえない。粉砕後、鉄触媒を除去しても、CNTがすでに、破壊されている。未解繊前に、ケミカル処理で鉄触媒を除去しても、CNTもそこで破壊されている。現状、破壊されたCNTを用いて、商品開発をみている。まともな性能がでていない。
④ 溶媒の粘度は、低い方がいい。粘度が高いと均一分散しずらいからである。粘度は低いほうがいい。
⑤ 溶媒の界面張力、低いほどいい。界面張力が低ければ、それだけ、濡れやすく、分散しやすくなる。
⑥ 溶媒の密度、低ければ、それだけ、溶媒は圧縮しやすくなる。また、沸点も下がってくる。分散効果にはマイナスである。

MPS ( MWCNT Pure Solid )

過去に、Nanocyl とCnano の鉄触媒のMWCNTでMPSを制作した。JEIO 製の6Aでも同じように制作した。美粒がいう、DMRで捕捉した暗黒物質(鉄触媒)も同じようなものである。鉄触媒を除去しないかぎり、これらの不純物がCNTの中に混ざりこんでいる。
何回も明記するが、SPSやMPSの状態にしても、凝集因子の鉄触媒が内在されなければ、簡単に分散される。

SPS in CNF溶液 とSPS in スメクトン溶液

溶媒に比べて、張力が低くはない。したがって、超音波洗浄では再分散しない。分散させるには、分散力を上げる必要がある。BERYU SYSETM、美粒モジュールをつかって、
圧力50Mpaで処理したもの。(下記のスライド参照)

この分散具合の差は、明らかに、溶媒の差である。溶媒は水であるので、その添加増粘剤の差である。CNFとスメクトン(合成スメクタイト)の差である。CNFの凝集力が勝ってSPS(SWCNT)を解繊させないようにしている。逆にスメクトンでは、きれいに再分散されている。CNFもスメクタイトも絶縁性である。解繊状態がいいので、スメクタイトでは多少導通が保たれているが、CNFは、導通は認められない。

CNT dispersion

CNT dispersion knowhow

MPS DENOTUBE6A

CNT dispersion CNFsmectite

2022年4月26日

どんなものにも、ばらつきがある。どういう風に、解繊するか、親和させるか、乳化させるか、それが21世紀の考えである。

どんなものにもばらつきはある。ばらつきとは、不均一さである。金属粒子のばらつきは、粉砕で粉々にして、粗大粒子を、篩で選別すれば解消する。粉砕ー分級の技術でどうにでもなる。CNTやCNFや親和性樹脂や乳化に関しては、粉砕技術は使えない。乳化であれば、強い界面活性剤を使えば、ほとんどの油が水と親和して可溶化する。その場合、大部分が界面活性剤溶液になる。親和性樹脂に関しては、通常のディスパーで事は足りる。水溶性高分子なら、水になじむし、非水系なら、それに適した溶剤になじむ。粉と同時に入った空気をとり、継子を飛ばせば、時間をおけば、透明になる。しかし、親和性高分子のばらつき次第、そこに濡れにくい不均一成分があれば、微小な未溶解成分が残る場合がある。それが、異物として、製品の性能を左右することもある。目に見えないが、それがある場合もある。

基本は、濡らして、ほぐす。濡らして、なじます。濡らして、微細化する。濡らすと書いたが、実際に、濡らすとはどういう意味か、明確に答えられる人は意外とすくない。濡れるとは、溶媒と溶質(分散されるもの)との界面に気相がない状態にすることである。気相がないとは、溶媒の張力が低下して、溶媒が溶質にぴったりと囲まれている状態である。

溶媒が水であれば、張力が高いから、水と溶質の間に気相が残る。なじませるために、界面活性剤を入れる。濡らすために、界面活性剤を入れるが、実際はぬれない。多量に入れると、濡らす目的から逸脱して、溶かす目的になる。溶質が液体であれば、可溶化する。水と粉体の間には気相が存在する。界面活性剤をなじますために、撹拌する。そうなると、水と粉体の間にある空気と界面活性剤とが反応する。なぜなら、空気は疎水性だからである。

微細化=高エネルギー投下(高圧乳化分散装置なら、圧力をあげる。回転体の分散機なら、周速を上げる)という幻想に固執しているから、この20-30年、何も進歩がうまれない。
制御(圧力勾配、温度勾配)という概念が希薄だから、乱流を放置している。乱れることが、微細化の象徴と勘違いしている人がほとんどである。流体が激しく動いているとわかることは、そこに、気泡が生まれている事の証拠である。岩に波があたる。白くしぶきがたつ。しぶきこそ、空気なのである。それと同じことが、撹拌の中で起きればどうなるのか、そこに界面活性剤があれば、どんどん、空気を取り込んでいく。その典型的なのが、ホイップクリームである。基本は、濡らして、ほぐす。濡らして、なじます。濡らして、微細化するである。ほぐれないのは、濡らしていないからである。なじまないのはぬれていないからである。微細化しないのはぬれていないからである。うまくいかないほとんどの人が、この無間地獄に陥って、そこからはいずり出ることができないでいる。
どんな巧妙なことをいっても、結果がでなければ、意味がない。分散は、宗教ではない。あくまでも、この世での因果律である。従来のツールでできるものなら、もうできている。できないものは、その因果律とは違うロジックが支配しているという事である。人間は経験していないことは、分からない。科学は、人間の経験の上に成り立っている。経験以上のものはない。だから、やらないことは分からない。新しい発見は常に、未知の中に存在している。未知の情報が既知となり、それが学問となり、教科書となる。

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2022年4月26日

分散は複雑系、結果からしか物事の因果は解明できない。

すべての論理が、古典的な物理法則で支配されているなら、実験など不要である。そうであれば、すべてが、計算でなりたち、すべてが、理想形の世の中で成り立っているはずである。力が足りなければ、物理量をあげればいい。そうであれば、昔から夢の素材と言われている、グラフェンもCNFもCNTも、大学の先生が述べているような物性値がでて、世界は希望に満ち溢れている状態となっている。しかし、現実はそうなっていない。

しかし、すべてには、何かしらの原因があって、その結果がある。Aに何かしら作用させればBになる。どんなものにも、因果は存在する。人間は、神様ではない。人間が作った世ならば、我々はその作った因果を制御できる。しかし、この世は、人間が作ったものではない。この世は人間ができる前からあった。だから、人間を超えた因果は、わからない。原因があっても、その作用の仕方がわからないから、結果が予見できない。原因がある。何かしらの作用が、どんなものであるのかがわかれば、結果は予見できる。その因果関係がわかれば、原因と結果とが、ひとつに対応する。分散に関して言えば、処方があって、ツールの制御条件が固定されれば、おなじ結果がでてくるということになる。それによって、スケールアップが可能となる。

だんだんと、社会が変わってきて、現状の結果では満足できなくなった。そのために、新しい材料が開発された。当然に、その材料が生かせるいい結果を出そうと、トライする。しかし、なかなかうまくいかない。原則は、Aに何かしら作用させればBになる、である。Bが、社会が求めるものになるためには、どのようなAにして、どのような作用をさせればいいのか、なのであるが、それがわからい。どのような作用をしたらいいのかが、すでに人間にとって既知な情報であれば、Aは簡単に導き出せる。Bが10であれば、どのような作用が、Aに5を掛けるということであれば、2 X 5=10ということで、簡単に問題はとける。実際には、そう簡単にはいかない。Bが10であるらしいとわかっても、何かしらの作用がなんであるのかわからなければ、Aは明確にはならない。結果がこうありたいとわかっても、その因果律が見えない以上、どうにもならないのである。それはやってみて、Aと何かしらの作用がどんな作用なのかを手繰り寄せるしかない。無限にある組み合わせを、絞り込んでいく作業である。それが、ある意味、ひらめき、直観力の力で、その因果律を探し当てるようなものである。答えがわかってしまえれば、簡単である。

分散に関して言えば、まず、力の定義を明確にすることである。回転数は、物理量ではない。それは、機械系の回転の状態を述べているにすぎない。加速度Gということで、力をのべているのもあるが、加速度は、物理量であるが、力の要素ではない。力の相対的な強弱は、圧力の強弱で表してもいい。しかし、圧力の強弱が結果の良し悪しとは限らない。50Mpaでの処理と、200Mpaでの処理が同じということもあるからである。すくなくとも、圧力が同じであっても、圧力勾配(力のかかり方)は、無数に存在するからである。それに温度(冷却)条件が加われば、さらに複雑になる。おなじ100Mpaで処理といっても、その力のかかり方は、無数に存在する。理論的には無限であるが、現実的には、無数ということになる。

美粒では、条件を絞り込めるように、ノズルの種類を現実的に4つとして、モジュールの種類を8種類としている。同じ圧力としても、その場合、32種類の組み合わせが存在する。結果は、32種類の違いが見える。その中で理想とする解があればいいが、なくても、そこで、選別ができる。さらに絞り込むことで、より、精度をあげることができる。未知なる情報を既知にするには、それ以外に方法論はない。繰り返すが、最初からそれがわかっていたら、もう製品はできてきる。

美粒は、AとBを決めることはできない。許容できる範囲のA集合体と許容できる範囲の結果Bの集合体に対して、できるだけ最短で、A→Bとなるようなプロセスを提供する。それが、美粒の仕事である。その仕事の優劣は、やはり経験がものをいう。経験は直観力の差でもある。数値化できるものならいいが、人間は神様ではないので、自分が経験した以上のことはできない。分散が職人技といわれる点はそこにある。

物事の因果律

おまけ

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2022年4月19日

SPS(SWCNT Pure Solid )、SWCNT水系分散、SWCNTナノカーボン乳化との違い。驚くべき事実。CNTの再分散性という概念。

SPSという概念も、ナノカーボン乳化という概念も、一般化されているものではない。SPSという手法も、この一か月内で、構築されたものであり、ナノカーボン乳化は、国内で物質特許は取れているが、この優位性が認知されているわけではない。いずれにしても、世間の常道は、溶媒中に、CNTを解繊(分散)することが、CNT用途展開の事始めと思っている。環境問題があるので、溶媒も水になっている。水の張力は高いので、何か、分散剤的なものをいれないと、馴染まない。電池でも使われている、CMCが一般的である。何か、CNTを用途展開するには、まず、溶媒にCNTを分散させるというのが、従来の常識である。

その分散液が、そのまま製品になるのならいい。しかし、通常はありえない。何かにまぜる。それが、樹脂であったり、他の水系、溶剤系の溶媒であったりする。基本は、何かといえば、他の溶媒の中でも、ある程度バンドルから解放された状態のCNTが、解繊状態のまま、均一に分散されるが必要である。その均一分散も、ユーザーが使用している装置で練りこみ、混ぜ込めて、初めて、役にたつ。それがイノベーションとして必須になる。

ある特定した条件で、特定した溶媒、特定した範囲内で、ある特定のツールを使用しなければ、できないというのであれば、CNTの用途展開は前に進まない。そのキーとなるのが、再分散性という概念である。簡単に再分散ができなければ、汎用、実用基材にはなりえないということである。

再分散性とは、一次解繊した分散液を乾燥させる。粉体にする。その状態で、何かの溶媒にいれて、よわい力をかけて、元の一次解繊に近い状態に戻れるかどうかである。その再分散性の特性があるかどうかである。
再分散性の特性を有しているもの。
① SPS, MPS (鉄触媒のMWCNT)
② 鉄触媒のSWCNT、MWCNTを用いたナノカーボン乳化 (NEP)
その時の使用機器は、BERYU SYSTEM WITH DMR で、それぞれのCNT特性におうじて、圧力勾配を最適化して、解繊しながら、鉄触媒を除去することが必須である。

水系、溶剤系のCNT分散体には、再分散性はない。つまり、今、商品化されている以外には、新規、用途展開は難しいということである。

再分散性の概念から、SPSとナノカーボン乳化(鉄触媒、DMRで除去)したものは、眼鏡洗浄で使われている超音波洗浄器程度で、綺麗に再分散する。

この結果をみれば、ナノカーボン乳化に関しては、CNTの間に剥離された黒鉛がはいって、しかも、油相とした酢酸エチルが揮発するために、そこに空洞化が生じるため、再分散性がいいのは容易に想像できる。

SPSが再分散性がいいのは、不純物がより少ないということになる。CNTを凝集させる力が、CNT以外の不純物によって成り立っているという事になる。水系SWCNT分散との違いは、CMCがあるかないか、水かエタノールかだけである。ナノカーボン乳化で、コバルト触媒でのMWCNT使用のものは、微細化されたコバルト触媒が、CNTの凝集力を生むと考えられる。MPSでも、DMRで除去された鉄触媒のMWCNTのものは、再分散性はいい、しかし、DMRで捕捉しずらいコバルト触媒のMWCNTのものは、再分散性は劣っている。

組成系(CNT)の凝集力>再分散力 であれば、再分散性ないということになり、組成系 (CNT)の凝集力<再分散力 であるから、再分散性が現れるということになる。

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2022年4月17日

SPS(SWCNT Pure Solid )、これは確かにすごい。これが真実である。

これが、なぜCNTの用途展開がすすまなかった要因の1つです。ひとつのソリューションです。解繊しながら触媒を除去する。分散剤フリーにして、しかも、安全な溶媒は、エタノール、次に、IPAです。濡らすためには低張力、用途展開には、低沸点、生産技術的には、安全性です。水分散にすればどうしても、分散剤が必要です。用途展開には、それが適応するものはいいですが、大抵は邪魔します。用途開発者が、自分達のなれたシステムに、CNTを組み入れることが重要です。SPS,MPS、それなりのコストはかかりますが、10年以上、前にすすまず、金を捨てていたことにくらべたら、安いものです。30年後、50年後の未来からみれば、安い投資だと誰もが感じるはずです。

比較は、市販のSWCNTの分散液、水系分散であるから、分散剤が配合されている。従来の高圧分散機で、解繊している。触媒は除去されていないだろうから、粉砕されて溶液の中に微細化されている。これを、乾燥させて、粉末化する。(B)
それと、もともとのSWCNT原末である。(A)
Cは、このSWCNTをエタノールで、BERYU SYSTEM WITH HP DMR/AF DMRで解繊したものを乾燥、粉末化してもの、SPS である。これを(C)とする。

A,B, C にエタノールをいれて、超音波洗浄機で10分、かけたものである。Bは、何も変化しない。それだけ、凝集が強く、ほぐれることはない。つまり、再分散しないということである。Aは、超音波洗浄機では、これしか分散しないということである。CがSPSである。超音波洗浄機の力でも、顕微鏡写真でみられるぐらいに、エタノールにこれだけ再解繊するということである。Bの結果が、いままでの結果である。これでは、用途開発は非常に難しい。SPS化することで、やっと用途展開が見えるということである。

SPS比較P4JAP

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2022年4月15日

なぜ、SPS、MPSなのか。
Why SPS and MPS?

大学でも研究所でもCNTの解繊は難しいはずである。どこの世界でも、必要なのは、純品のCNTである。何かドーピングするにしても、純品があってのことである。純品のCNTとは、できるだけ触媒レスで、添加剤が混ざっていない、解繊しやすい(バンドルから解き放たれた)、欠損のすくないものである。理想は、シングル、単層カーボンナノチューブである。多層の外層が、多少傷ついても、内層のチューブが残っていればいいが、単層は、外層がおれていたり、欠損していたりしていたら、単層カーボンナノチューブを使う意味がない。

何か、新しいものを作るプロセスは、用途研究開発者が、従来のツールまたはそれに準じる装置を用いて、プロセスとプロダクトをマッチングさせて、量産化まで導くのが、大きな仕事である。そのあと、工場での量産化、生産技術の仕事となる。

この論理にCNTを当てはめると、用途研究開発者が、プロセスとプロダクトをマッチングできないことが分かる。従来のツールやそれに準じる装置を用いても、CNTが想定する機能が発揮できないのである。触媒がある以上、それがネックとなって、解繊でなく、粉砕するしか方法がなくなる。水につぐ安全なアルコールだけを用いて、触媒を除去しながら解繊することなど、従来の発想ではできなかったからである。用途研究開発者は、その道のプロであるが、解繊分散させるプロセスに関して、素人なのである。無限に近い組み合わせパターンの中で、やったことがないものに対して、どうして、最良のマッチングを得ることができるだろうか。美粒が国内パテントを有しているナノカーボン乳化、黒鉛ペーストなら、少なくとも、処方と装置の組み合わせパターンは、決まっている。なぜなら、私が、プロセスとプロダクトの2変数を、イメージの中で、マッチングさせたからである。それで黒鉛ペーストができたのである。その基礎があるから、後は、応用次第でどうにでもなる。

SPS/MPSを誰がどこでどのように作るか、どのように市場に提供するかは、別にして、すくなくとも、SPS・MPSは、量産化まで、実現可能なものである。コーヒーブレンドのように、特注配合のMPS配合のSPS、SPS配合のMPSを作ることも可能である。少なくとも、今の技術レベルからすれば、中国でも製造可能である。粉体であるから、国際貨物に乗せることは可能である。

CNTの材料としてのすばらしさを認識できるなら、より汎用性、実用性を重視するならば、SPS化、MPS化した方が、より早く、最短で目的に対して到着する。

電池容量を本気で上げたいのなら、
熱電素子として、熱源差で本気で発電をしたいのなら、
蓄電効率を本気であげたいのなら、
動力の摩擦係数を下げたいのなら

それぞれの専門家の用途研究開発者に、解繊できないCNTを提供するよりは、SPS、MPS化したものを、提供した方が、より早くいい未来が来るような気がする。いくら効率のいい電池ができても、基本は、発電である。石油やガスを抑えられたら、ジェノサイドを放置せざるを得ないのでは、この世に50年後の未来はない。

It should be difficult to defibrate CNTs in universities and laboratories. In any world, what is needed is pure CNTs. Even if you are doping something, you need to have a pure product. Pure CNTs should be as catalyst-free as possible, free of additives, easy to defibrillate (free from bundles), and free of defects. Ideally, it should be a single, single-walled carbon nanotube. Even if the outer layer of a multi-layered carbon nanotube is slightly damaged, the inner layer of the tube will remain intact, but if the outer layer of a single-walled carbon nanotube is damaged or missing, there is no point in using a single-walled carbon nanotube.

In the process of creating something new, the major task of the application R&D people engineer is to match the process and product using conventional tools or equivalent equipment, and to lead the process to mass production. After that, it becomes the job of mass production and production engineering at the factory.

Applying this logic to CNTs, it is clear that application R&D cannot match process and product. Even with conventional tools and equivalent equipment, CNTs cannot perform the functions envisioned for them. As long as there is a catalyst, it becomes a bottleneck, and the only way is to pulverize rather than defiberize. This is because it was not possible to remove the catalyst while defibrillating the CNTs using only alcohol, which is the safest alternative to water. The application R&D engineer is a professional in the field, but an amateur in the process of defibrillation and dispersion. How could they obtain the best match for something that had never been done before, given the nearly infinite number of possible combination patterns? With nanocarbon emulsification and graphite paste, for which BERYU has a domestic patent, at least the combination pattern of formulation and equipment is fixed. Because I have matched the two variables, process and product, in my image. That is how the graphite paste was made. With that foundation, the rest is up to the application.

Regardless of who makes SPS/MPS, where and how it is made, and how it is offered to the market, at the very least, SPS and MPS are feasible up to mass production. Like coffee blends, it is possible to make custom blended SPS with MPS and MPS with SPS. At the very least, given the current level of technology, it can be manufactured in China. Since it is a powder, it is possible to put it on international cargo.

If we can recognize the excellence of CNT as a material, if we value versatility and practicality more, SPS and MPS will be faster and reach the target in the shortest time.

If you really want to increase battery capacity.
As a thermoelectric element, if you want to seriously generate electricity from heat source differences
If you really want to increase energy storage efficiency
If you want to lower the coefficient of friction for power

I feel that a better future will come more quickly if we provide SPS and MPS-enabled CNTs to R&D specialists in each field, rather than providing them with CNTs that cannot be defibrillated. No matter how efficient batteries may be, the basic purpose of batteries is to generate electricity. If we are forced to leave genocide behind if oil and gas are suppressed, there will be no future in this world 50 years from now.

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2022年4月13日

SPS (SWCNT PURE SOLID)、これで世界は変わる。

3種類のSWCNTをつかった。これにより、特定のSWCNTの影響ではないということ。SWCNTなら、どんなものでも、SPSになるということである。

再分散の溶媒にエタノールを使用した。再解繊エネルギー総和は、超音波洗浄機の5分間量である。いかなるCNTの原末をエタノールにいれて、超音波洗浄機にかけても、解繊などしない。SPSには、SWCNTをくっつける凝集力はないということである。解繊しながら、触媒を除去する。バンドルから解放され、凝集核の鉄触媒も取り除かれ(当然に0ではない)、余分な分散剤もないから、簡単な攪拌力で、きれいに再解繊できる。これがある意味、革命的な事例となる。

CNTの問題点は、解繊できない点にあった。だから、粉砕した。粉砕しても、他のものよりも相対的にまだよかった。しかし、費用対効果がでない。本来は大関、横綱クラスの材料と目されてきたが、現状の実力は、前頭の中ぐらいでしかない。幕下、十両よりはいいというだけで使用されてきた。

実用の用途開発者は、CNT解繊後の使い方を研究する人々である。その道のプロである。しかし、CNTをどう解繊したらいいのかなど、わからない。CNT解繊を扱う装置メーカーの技術者も転職組がおおい。高圧分散を扱う学問はないし、まともな教科書などない。もっともらしいことをいっても、結果が伴わない。だから、CNTにとって、一番重要な解繊方法など、どうしたらいいのかわからない。解繊や分散、剥離、乳化に関しては、物理的な作用に関して言えば、ほとんどが、素人だとおもっていい。素人が、その道のプロに適当なことをいっているのだから、まともな結果などでるわけがない。

SPSの再分散をみれば、すべてがわかる。SPSとSWCNT原料との違いはなにかをみればよくわかる。解繊しながら、触媒をとる。きれいに解繊できるようにする。分散剤もなく、エタノールの濡れ性(張力低下)を利用して、100Mp 5 パスの力で解繊する。溶媒がエタノールだから、それを揮発すれば、粉体(固体)が残る。それが、SPSである。

CNTの中にある矛盾、それを解決したのが、SPS、MPSである。

SPSは、解繊しながら触媒を除去してある。そして、エタノールだけで解繊しているので、分散剤フリーである。SPSは、可能なかぎり、純化されたものである。さらに、高純化するのであれば、エタノール解繊中に、マグネットフィルターを通して、残存触媒を吸着させればいいし、SPSをケミカル処理して、ごく微量な不純物を取ればいい。解繊して触媒を除去して、バンドルからCNTが解放されれば、何も問題はない。

触媒がよくない。分散剤がよくない。原料の段階で、ケミカル処理をする。CNTが硬くなってくる。解繊が難しくなる。触媒を除去せず、無理して解繊すれば、CNTが壊れやすくなる。無理して解繊する=粉砕すると同じ事だと、ほとんどの人が気づかない。マグネットフィルターをつかって、微細になった触媒を除去しても、CNTがすでにぼろぼろになっている。CNTを有効に活かす方法は、SPS、MPSという形で、ユーザーに供給することだと思っている。

リチウムバッテリーでも、最終的には、バッテリー用途に応じてのCNTの組み合わせがキーになるとみている。CNTは、それぞれ特性が異なる。SWCNT、MWCNTの組み合わせハイブリットが決め手になる。コーヒーのブレンドと同じように、SPS、MPSなら、いろいろなタイプのものが作れる。各CNTのいいところ取りができる。

世界の大学や企業の研究所の用途開発者は、CNT解繊に関しては素人である。彼らがほしいのは、扱いやすい自分たちの用途に適応した純度の優れた汎用CNTである。そのCNTが、彼らがもっている既存のツールや経験則に適応したシステムにあうのなら、それを使えば、彼らの専門分野の能力が発揮できる。従来のCNTでは、その壁は越えられない。

別なスライドには、SPSをシリコン樹脂と大豆油に再分散した事例を載せている。エタノールと同じように、超音波洗浄機程度の力で、きれいに再解繊、再分散されている。SPSやMPSをどのように活用するかは、各研究員、技術者の裁量次第である。私ができるのはここまでである。CNTという素晴らしい材料と、大学や企業の研究者や技術者との懸け橋になることだけである。

CNTやナノカーボンの隠れた効能に、すべりやすくするということがある。潤滑油に滑り係数が最大になるようなSPS、MPSの配合を施せば、これもひとつの省エネである。抵抗をなくする。ギアーをもったすべての潤滑に施せば、エネルギー効率ははるかに上がる。EV車で、バッテリー性能だけを上げることだけが、省エネではない。タイヤ、ギアー、抵抗となる部位の摩擦を和らげることも、省エネである。

3ways BERYUP3JAP

3ways BERYUP3ENG

SPS revolution

SPS revolutionP2

2022年4月11日

これが美粒が保持している技術の3つの活用法です。

美粒システムは、スペースシャトルのようなもの。使いこなせる自信と能力があれば、是非、使いこなして新しい未来を構築してください。

従来の装置の制御範囲内=既知なる過去の情報です。従来の装置の発想で、できているものは、もうできています。新しいものが生まれないのは、発想が違うからです。既知なる過去の情報に固執するかぎり、新しい未来は見えません。未知なる未来への情報は、実験の中から、ひらめきとなって、降臨してきます。PCから出てくる情報は、既知の情報の延長線のものです。それは、誰かがすでにやっています。うまくいくものなら、もう結果がでています。うまくいかないのは、そこに解がないからです。

美粒システムは、使いこなすことが難しいはずです。標準の組み合わせの中から解がでればいいですが、そうでないものもあります。美粒は、黒鉛の剥離に関しては、簡易的な方法論として、ナノカーボン乳化を作りました。また、CNT解繊に関して、従来の装置でも使えるように、触媒を除去して使いやすいように再加工しました。非常に扱いやすくなったはずです。世界のだれでもが、CNTを自在に扱えるようになるはずです。

どうなりますか?、神様がどうサイコロをふるか、30年後、50年後、私は生きていませんが、どうかわっているのか、それとも、核戦争がおこり、世界が滅亡しているか?

3ways BERYUENG

3ways BERYUJP

2022年4月10日

MPS(MWCNT Pure Solid )from NC7000、CNTを有効活用するには、いかに、触媒を除去して、CNTを壊さずに解繊するかである。

不純物の存在が、性能を左右するもの以外は、触媒が内在されていようが、なかろうか、関係はない。重要なのは、CNTを壊さずに解繊できるかどうかなのである。美粒の経験則から、触媒が内在されていても、ある程度、解繊できるCNTが、コバルト触媒MWCNTなのである。SWCNTであれば、コバルト触媒で作る技術はない。触媒から発生するSWCNTは、すべて鉄触媒である。残念ながら、鉄触媒のMWCNT、SWCNTは、鉄触媒が内在しているかぎり、壊さずに解繊できるものはない。もし、できているのなら、私がここに、このようなことを書く必要性がない。MPSというものへのロジックも、意味がない。

コバルト触媒MWCNTにコバルト触媒が内在していても、解繊はできる。それでいいのなら、あえて、DMRという面倒くさいプロセスを付加する意味もない。しかし、コバルト触媒MWCNTが溶媒中に解繊されていても、そこには、数%のコバルトの微粉砕物が、混在している。その数%のコバルトが、邪魔しなければそれでいい。たしかに、触媒は、CNTの凝集核として、機能する。当然に、カーボン材のCNTに対して、触媒は、明らかに不純物である。当然に、凝集核が内在しているのであるから、それを打ち消すような分散剤が必要になる。それを含めて、OKなら、MWCNTなら、コバルト触媒で十分である。

鉄触媒MWCNTでもSWCNTでも、CNTと強く結びついている鉄触媒をDMRでも完全に除去するのは難しい。しかし、結びつきが希薄な鉄触媒は、DMRで補足することは可能である。DMRで補足できなかった鉄触媒には、凝集核となる力はない。だから、SPSやMPSとなったものを、溶媒にまぜて、通常の分散機の力でもっても、再分散が可能となっている。言葉からみれば、簡単そうに感じるが、従来の考えからすれば、これはとんでもないことなのである。

CNTとエタノールだけで、HP DMRとAF DMRの美粒システムで、CNTを解繊する。エタノール中に、CNTだけが解繊されている。エタノールを揮発させる。残るのは、鉄触媒が除去された粉末状のCNTだけである。

これが、本来、市場に供給されるべきCNTだと思う。大学でも企業でも、用途に関しての研究開発者は、物理的な解繊に関しては、素人である。従来の粉砕のツールをつかって、素人が、鉄触媒が内在しているCNTを壊すことなく、不純物をできるだけなくした状態で解繊することは、不可能に近い。

はじめて、NC7000のMWCNTをもらったのが、5-6年前になるかと思う。要求は、NC7000濃度5%で、NMPにきれいに解繊できるかである。粉砕すれば可能だが、解繊した状態で、NMPだけでは不可能である。理由は簡単である。鉄触媒と結びついたCNTが、不揃いに固まっているからである。実際にそれでいいのなら、それで市場は動いたはずである。電池の導電助剤としては、CNTは有用だからである。しかし、市場は、鉄触媒でも、解繊しやすいもの、鉄触媒と結びついたCNTの大きさがより小さいものへと、動いた。その方が解繊しやすいからである。それから、さらに解繊しやすいコバルト触媒のMWCNTへと変わっていった。

大きな研究所や企業の研究開発者、ほとんどが、有名な大学で修士や博士を取得した人ばかりである。当然に、専門分野での知見は深い。しかし、解繊分散に関して言えば、素人である。何が解繊に必要か、どんな因子が結果に影響を与えるか、それは、機械工学が主であって、装置と組成との相互作用など、わかる人はいない。総論はいえても、各論となれば、無限の組み合わせが存在するため、経験則から結果を手繰りよせない限り、答えなどわからない。CNTの解繊など、うまくいった事例など、ないため、何をしたらいいか、わからないのである。だから、粉砕する。粉砕すればどうなるか、CNTの価値やその意味さえも、粉砕して破壊しているのである。

大きな研究所や企業の研究開発者がストレスを感じることなく、用途開発を進めるには、いろいろなSPSやMPSを提供することだと、思っている。遠回りのようであるが、急がば回れで、それが、一番費用対効果があると感じる。解繊することの壁を超えることができれば、あとは、既存にある装置をつかって、用途開発を進めたらいいと思っている。ある程度、因果関係がわかり、どの条件でどうすれば、要求されたものができるのかがわかれば、あとは簡単である。同じものは、同じようにできるはずである。未来がどうなるかは、わからないが、少なくとも、SPSやMPSのロジックは、成立した。ある程度、用途展開での結果がわかり、そのプロセスが確立するまでは、SPS、MPSは必要になると思っている。その後、SPSやMPSの補助が不必要になる時がくるはずである。



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2022年4月4日

CNTのマスターバッチ化がうまくいかないのは、残存触媒があるからである。

コバルト触媒MWCNTと鉄触媒のMWCNT、どちらが、解繊しやすいかといえば、コバルト触媒である。しかし、美粒システムとDMRシステムを使えば、鉄触媒とコバルト触媒どちらが、除去しやすいかといえば、鉄触媒である。コバルト触媒は力をうければ、こなごなに微細化される。そのために、一端、微細化されたコバルト触媒を除去することは、非常に厳しい。

エタノールでコバルト触媒と鉄触媒のMWCNTをBERYU SYSTEMとDMR SYSEMで解繊する。それを、乾燥させれば、残るのは、CNTである。鉄触媒もコバルト触媒も磁性体であるから、DMRで捕捉する。しかし、その触媒の大きさと崩れやすさがことなる。圧倒的に、鉄触媒の方が捕捉できる。

乾燥させたCNTを溶媒にいれて、軽くせん断をかける。多くの触媒が除去されたMWCNTは、再解繊が容易である。しかし、コバルト触媒の方は、乾燥時、コバルト触媒が核となって、CNTが凝集する。50Mpaのせん断をかけても、その大きな塊は壊れなかった。

● 残存触媒は、CNTを凝集させる力がある。つまり、残存触媒こそ、CNTの凝集核である。それを除去して、CNTを解繊しないかぎり、CNTの応用は難しい。

2022年4月3日

SPS (SWCNT Pure Solid ) とMPS(MWCNT Pure Solid )の考え方が未来を変える。

これから、6枚のスライドを添付する。決して、フェイク情報ではなく、いままで、作り上げてきた美粒システムやDMR システムや、いろいろと美粒が独自で研究してきた、ナノカーボン乳化や、CNTの分散技術を通して得てきた経験から、導き出された答えである。もし、これが、十年ぐらい前にわかっていたら、CNTが、特に、MWCNT製造が日本から海外に流れることはなかったかもしれない。

多くのCNTは鉄触媒から生まれる。製法上、マルチもシングルも触媒が内包された状態でユーザーへ供給される。粉の状態では使えないので、分散液として供給しているところもある。触媒が内包されている状態でもいいものはそれでいいが、市場はやはり、不純物のないCNTを欲している。

結論を先に言えば、残存触媒があれば、それが核となって、CNTは凝集するということになる。一度、触媒を除去しながら、バンドルを解除して、CNTを解繊すれば、溶媒が飛んで、固体状態になっても、再度、溶媒にいれて、攪拌すれば、普通の攪拌力で、きれいに再解繊するということである。

鉄触媒のMWCNT, 従来の発想であれば、解繊は難しい。鉄触媒がせん断を邪魔するからである。そうなると、触媒の大きさが小さいものや、砕けやすいものの方が、良いということになる。それがコバルト触媒MWCNTへの移行である。触媒の大きさが鉄触媒よりも小さく、力に対して、砕けやすいので、コバルト触媒の方が、せん断を邪魔することはすくない。したがって、コバルト触媒の方が、CNTの解繊はすすむ。

美粒は新しい技術を開発した。それが、DMR システムである。磁性体球を美粒システムの前と後ろに配置したのである。高圧側は、HP DMRと呼び、後ろ側はAM DMRと呼んでいる。HPはHigh pressure の略で、AMは、After Module の略である。その機能が有効に作用するのが、鉄触媒のSWCNTとMWCNTの解繊である。

SPSとMPSとは、コーヒーのブレンドのような使い方もできる。鉄触媒でのCNTなら、どのCNTもPure Solid をつくることができる。いずれにしても、現状のCNTでは扱いにくい。SPSやMPSのような形態にすれば、どのような溶媒にも均一に再解繊可能である。樹脂に練りこむことも可能である。

SWCNTでも色々な種類がある。他のCNTでも色々な種類がある。鉄触媒なら、色々なSPSとMPSを作ることができる。それぞれのいいところをとって、ブレンド配合することができる。

触媒が除去されれば、一度バンドルから解放されたCNTは、再解繊しやすい。CNTはエタノールかIPAで解繊される。一番、安全なのは、エタノールである。しかし、沸点78℃、比重0.789、比熱0.629である。圧力勾配(減圧勾配)と冷却勾配の制御がなければ、キャビテーションがうまれ、CNTは切れやすく、凝集する。HP DMRは、高圧下での磁場形成である。その中を流体が通過する。どんな作用を及ぼすか、これからである。CNTの鉄触媒は、確実に、HP DMRとAF DMRで補足されている。

下記の6枚の最後スライドに、SPSとMPSの要約をまとめている。

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V2DMRp6

2022年3月20日

次世代マイクロチィップ、熱電変換モジュールとしての半導体型SWCNTを目指して。

カーボン材は、いずれにしても、比表面積を上げること、不純物を排除することである。CNTでいえば、チューブをできるだけ折らずに、できるだけチューブの外周面を傷つけずに、解繊することである。CNTは凝集するから、水だけで、解繊することは、不可能である。分散剤も基本的に不純物なので、避けたい。NMPやトルエンのほうが、なじみはいいが、毒性のある有機溶剤は、環境にも人体にも、避けたい。そうなると、使えるのが、アルコールということになる。一番、安全なのが、エタノールである。

エタノール、比重が0.789、沸点78℃、比熱0.629であり、これを溶媒として使いこなすには、技量が必要である。低沸点なので、流速が加速されると、流体が減圧されるので、十分な圧がかからないと、突沸する。水やNMPと異なり、十分な冷却後に減圧していかないと、エタノールが突沸して、その周辺にあるCNTは切れやすくなる。また、エタノール系に溶解(ゲル化)している接着用途の高分子は切れやすくなる。

いずれにしても、エタノール溶媒に関して、美粒モジュール構造は、最適である。もちろん、美粒モジュールの減圧勾配比率は、標準モジュールでも8種類用意されているので、ノズル径や単一モジュール径とのバランスに応じて、それぞれの溶媒に応じて最適化すればいい。ちなみに、下記の実験では、エタノール溶媒に最適なモジュール、スペシャル美粒モジュールを使っている。

通常、同じSWCNTでも、金属型SWCNTと半導体型SWCNTとは、性質が異なるようである。不純物がなく解繊されたSWCNTは、いろいろな方法で、金属型SWCNTと半導体型SWCNTを分離できるようである。それを半金分離といっている。ある程度は、確立されたものらしい。特に、半導体型は、次世代マイクロチィップや、熱電変換モジュールへと期待されている。熱電変換モジュールとは、温度差によって電気を発電する素子である。電池のように化学反応を伴うことなく、純粋に、温度差だけで、発電することである。人間の体温と寒冷地での外気との温度差で、スマホなら、動き続けるだろう。

下記の実験は、非常に面白い結果を示唆している。使用したのは、同じ形のSWCNTである。TUBALLというSWCNTである。何が違うかというと、鉄触媒等の不純物の濃度が違うのである。80%というのは、純化処理を施していないものである。93%品というのは、80%品を、ケミカル処理をして、鉄触媒を除去したものである。80%品は、通常では使えるものではない。

0.2%wt%、アルコール程度の濃度で、美粒システム(HP DMR,AFDMR)をつけて処理すれば、TUBALL80%も問題なく解繊できる。当然に、TUBALL93%も同様に処理できる。それを厚紙にぬってみると、TUBALL80%は、すこし、赤味を帯びているようにみえる。蛍光灯の反射を変えると、それがわかる。赤味をおびているのは、半導体型SWCNTが多く含まれていることである。また、金属型は、温度をあげれば、抵抗値が増えるが、半導体型は、逆に、抵抗値が同じか、下がる傾向にある。抵抗値は、厚みで変わるから、なんともいえないが、同一の長さで、温度差でそれぞれの抵抗値を比べたら、その傾向がわかる。どんな物質でも温度差があれば、電気がうまれる。それがゼーベック効果である。絶縁体では電気が通らないからつかえない。金属も、温度差あがれば、抵抗が増えてくる。温度があがって、抵抗が下がるから、半導体は、熱電変換材料として使えるのである。

TUBALL93%とTUBALL80%との結果の差は何を示唆しているか。製造元は純化作業を通して、SWCNTの鉄触媒を除去している。純化しているのが、TUBALL93%品である。美粒の実験結果からみれば、その純化工程の中で、半導体型SWCNTが棄損させていることになる。TUBALL品以外でも、半導体型SWCNTの特徴がでているSWCNTがある。その製造工程を想像すれば、もともと、鉄触媒が混入するリスクの低いものであることがわかる。

TUBALL93&80

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2022年3月6日

低沸点、低密度、溶剤中の高分子溶解、CNT解繊、金属粒子分散の間違った考え方、30年何も変わっていない。

たとえば、トルエンとエタノールに両方に溶ける(ゲル化)高分子樹脂(顆粒状)があったとする。塩のように、イオン化して、溶媒に溶けるものではない。基本的に粉が溶媒になじみ、その溶媒が高分子の隙間に浸透していく。粉が溶媒中に膨潤していくことで、粘性構造体を形成する。その理想は、高分子を壊さずにその隙間に均一に溶剤が浸透していくことである。それで、高分子のネットワーク構造が均一に形成されることになる。それが積層シートとの接着剤の用途になるのであれば、その膜としての均質性が製品の良し悪しに影響を与える。高分子溶解は、溶けるのではなく、なじむ(親和する)というのが、表現としては適切である。では、生産性コスト、安全性等は無視するとして、トルエンとエタノール、どちらが、高分子溶解に難しいか、断然、エタノールなのである。さらに、これに、アセトンが加われば、アセトンが一番難しいとなる。では、下記のスライドの表の中で、一番、簡単なのは、何かといえば、NMPということになる。これはCNT解繊にしても、金属粒子解砕でも同じである。

粉の周りには空気がある。粉を1kg溶媒に入れることは、空気も同じ量入れることになる。水の中に、粉を入れても、なじまないのは、水の張力のせいである。その張力をさげて、粉を濡らして(空気を排除)溶媒(水)になじませるために、界面活性剤を入れる。界面活性剤を使いたくなければ、張力の低い有機溶剤を使うことになる。

塩のように、溶媒の中にいれて、撹拌機でぐるぐる回せば、溶けるものならいい。溶ける量も溶ける溶媒もほぼ決まっているから、装置側の選択肢は利便性とコストだけとなる。また、高分子溶解に関しては、増粘や接着目的となることが多い。マクロ的な目的なら、溶媒回収ツール付きの高真空ポンプユニットとディスパー攪拌機で十分である。しかし、ミクロ的な積層シート接着目的であるのなら、それだけでは、不十分である。それ以上のせん断力が必要とされる。通常、高圧分散機が使われるが、溶媒の種類、濃度、冷却温度、いろいろなプロセス条件と装置条件が複雑となる。

金属粉砕を行うのなら、ぶつけても構わない。それが粉砕である。溶媒の沸点や比熱など考慮することもない。その溶媒がどうなろうと、粉砕とは関係がないからである。しかし、高分子溶解であれば、結果が変わる。溶剤が沸点をこえて衝突すれば、溶けたものが凝集して析出する。高分子が切れて、低分子化する。装置から出てきた溶解物は、見た目は、いいようにみえても、ミクロ的には不均一になる。また、粘度バランスも不均一になり、凝集体も発生する。それが、最終製品での性能に影響を及ぼす。費用対効果を重視するのであれば、冷却勾配制御と圧力勾配制御(背圧制御)は、それぞれ、個別に制御する必要がある。30年、一部を除いて、ほとんど、見逃していたポイントである。すべての条件は、結果から帰納的に、判断される。何もかもが、100%、コピーするなら、同じものは取れるが、まず、分散系が入れば、そこで、条件は不確定となる。仮に、高圧乳化分散機を使用するといっても、条件は無数にある。圧力とパス回数と投入温度と出口温度がわかっても、それでも、条件は無数にある。

CNT解繊

CNT解繊はさらに、複雑な要素を呈している。解繊と不純物除去の問題である。特にSWCNTは余計、複雑になる。ひとつは、触媒除去ともうひとつは、分散剤除去である。CNTは解繊すれば、凝集する。だから、水系であれば、分散剤が必要になる。マクロ的な目的で、MWCNTを使用するのであれば、分散剤的なものがあっても、かまわない。しかし、SWCNTであれば、分散剤フリーのほうがいい。将来、純度の高い半導体型SWCNTを取得するのであれば、純度が高いほうがいい。そうなれば、溶剤を使うことになる。低沸点のアルコール系溶剤をつかうことになる。IPAかエタノールということになるだろう。これからは、NMPは使えない時代となる。

SWCNTには、鉄触媒が残存している。解繊するには、それをCNTから除去する必要がある。鉄触媒は、CNTのバンドルの中にある。果実の実がCNTとすれば、その果実の種が鉄触媒である。果実の種を除去するには、果実の実をほぐしていかなければ、種はとれない。果実の実は柔らかくても、種は硬い。種を砕いたら、周りの実は砕けてしまう。これが、CNTが使えない一つの要因となっている。実際は、鉄触媒はとれないから、それごと、砕いてしまう。やはり、性能的に、SWCNTとMWCNTとの差は大きい。砕いても、SWCNTの方がいい。腐っても鯛ということであるが、それではSWCNTの意味がなくなる。SWCNTの絶対的な要素は、その半導体型特性にあるとみている。次々世代だろうが、高温、高電圧、高放熱性といった点で、半導体型SWCNTが、マイクロチィップの材料となると想像する。そのためには、応力に破断しやすい半導体型SWCNTを粉砕してはいけない。

SWCNT解繊用に、HP DMRのほかに、AM DMR モジュールを提示した。AMとは、After moduleという意味である。SWCNTの解繊には、HP DMRとAM DMR モジュールは、必須なツールとなるはずである。

需要がでてくれば、必ず、コストは下がる。半導体や液晶をみればわかる。技術的にMWCNTを製造している企業であれば、SWCNTを製造することは難しくない。現状は粉砕ツールしかないので、SWCNTは費用対効果がないとみて、開発に着手しないが、将来、かならず、需要がでてくる。

今日が明日を決めるようにみえるが、実際は、明日が今日を決めている。今が未来を決めているように見えるが、実際は、未来が今を決めている。それが未来からの風である。30年後、私は生きていない。50年後の未来など、私にとって関係がない。しかし、私の今の行動は、未来からの要請である。今、底なしにつらくても、それが永遠に続くことはない。そのつらさが未来へとつながっている。77年前の8月、被爆した広島、長崎の人は、何を見ていたか。絶望であったろう。しかし、77年後、どうなっているか、つつましい日常があるはずである。いずれ、地球は太陽の膨張により、消滅する。気の遠くなる未来において、人類がどうなっているのかわからないが、今があるということは、その未来もあるということになる。

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V2溶剤モジュール

2022年2月24日

SWCNTに対して、何が問題だったのか、水添レシチンに対して何が問題だったのか。

高圧がかかった磁場の中を流体がとおる。流体の中に、強磁性体があれば、DMRと相互作用を起こす。美粒の実験で、明らかにHP DMRの効果が認められたのは、SWCNTの解繊と水添レシチンを使用したリポゾームとリポ化乳剤のケースである。両方に共通するものが、磁性体触媒の存在である。

物事には、二つの考えがある。二つの概念を対照的なものと見立てれば、陽側の発想と、陰側の発想ということになる。分散に関して言えば、陽の発想は、力である。エネルギーをかけて、縦の力を利用するか、横の力を利用するかということになる。その力が分岐されるには、エネルギーを乱さないということが前提となる。乱さなければ、制御によって、いろいろな力のかけ方が成立する。陰側の発想というのは、目的に対して、妨げるものを除去する方法論である。しかし、大抵は、目的に対して、どんな因子が妨げるものになるのかは、判明していない。だから、分からないことがおおい。なにかを施して、それが結果に対して良好だと判明して、やっと、その因果関係が確認できる。

SWCNTに対して、何が問題だったのか。

SWCNTは鉄触媒から生まれる。SWCNTの特性としては、その精製の2/3が半導体型と言われている。そのうちの2/3 ぐらいが、カイラル型半導体SWCNTであろう。カイラル型というのは、ねじれをもったチューブである。世の中、殆どが、右ねじの法則であるから、螺旋階段と同じようなものである。SWCNTの特性として、このねじれをもったチューブが重要なはずである。ある程度、解繊されたSWCNTがあれば、界面活性剤の技術をつかえば、半導体型と金属型のSWCNTは、分離することができる。下流での技術は、今の界面化学の技術を駆使すれば、それほど難しくはないということらしい。

上流側のSWCNTはどうだろうか、用途展開がなかなか厳しいので、上流側の位置で立ち止まっている。現状、用途がないから、価格は高止まりしているが、需要があれば、価格は、一気に下がる。では、何が、進展を阻止しているのだろうか、それが、残存触媒の存在なのである。残存触媒を除去しようと、色々な処理をする。そのために、本来、柔らかいはずのCNTが、石のように固まってしまう。固い粒と柔らかいCNT束が絡まった状態になっている。その固い粒が容易に分離できれば、いいのだが、簡単にはいかない。そのために、粉砕してしまう。粉砕すれば、どうなるか、バラバラになってしまう。らせん状の特性が壊れてしまう。高価なSWCNTを使う意味がなくなる。廉価なMWCNTで充分だということになってしまう。しかし、このねじれをもったカーボンチューブは、SWCNTだけである。グラフェンもMWCNTもそれを代用はできない。

水添レシチンに対して、何が問題だったのか。

高圧乳化分散機のそもそもの流れは、ポンプのシール技術との発展性からうまれた。バルブを閉塞すれば、駆動部のトルクが限界になるまで、動き続ける。動かし続ければ、まず、過負荷となり、モーターがシャットダウンするか、プランジャーのシールかバルブのシール部が破損するかである。パッキンシールであれば、35Mpaぐらいは耐えられる。したがって、そもそもは、スプリング入りのバルブと高圧ポンプで、牛乳の脂肪球を粉砕する目的で作られた。今の、チャンバー式の高圧乳化分散機は、リン脂質の粉砕、リポゾーム用として作られた。それが起源である。その後、金属の粉砕用に使われた。ビーズミルでは、ビーズが壊れて、製品にコンタミする。したがって、ビーズミルのビールレスの粉砕装置として、高圧乳化分散装置は使われた。したがって、ノズル部も人工ダイヤモンド製、力を受けるところも、強度化していった。発想は、50年前、70年前と、変わらない。

美粒のそもそもの出発点は、水添卵黄または大豆レシチンのリポゾーム化技術である。リン脂質は生体内のものだから、酸化しやすい。したがって、人工的なリポゾームやレシチンエマルジョン、リポ化製剤には、医薬品のように、厳格な管理がされていなければ、まず、つかえない。酸化防腐するからである。そのために、不飽和脂肪酸を、水素化させて、安定化させるのである。それが、水添レシチンである。食品では厳しいが、一部医薬品、殆どが化粧品用途である。これまた、水添させるために、水素化触媒をつかうことになる。問題点の構図は、CNTと同じ図式となる。

未水添のレシチンでは、HP DMRがあるなしは、差がない。レシチンエマルジョンも粒子径もほとんどかわらない。つまり、関係がない。逆に、生産性を考えれば、HP DMRは邪魔な存在である。しかし、水添レシチンに対しては、HP DMRは結果において、雲泥の差があった。リポゾームに対しては、澄明さとして、差がでた。つまり、HP DMRを使用したほうが、より均一で微細になっている。リポゾームエマルジョンに関しては、粒子径での差もあるが、安定性に差がでている。鉄触媒やコバルト触媒のCNTと同じように、水素化触媒も磁性体だから、それをHP DMRで除去している。そう考える方が自然である。

なぜ、HP DMRがあると、安定するのか、CNTの構図と同じである。残存触媒が砕けると、その周りにあるリン脂質も壊れるからである。当初、HP DMRでは、何かしらの電荷を有している物には、せん断効果があると考えた。しかし、実際は、アニオン系活性剤を使っての乳化、未水添レシチンをつかっての乳化、未水添レシチンをつかってのリポゾームを実験した、結果は、殆ど差がなかった。つまり、関係がないということである。しかし、水添レシチンに関しては、劇的な差が生まれた。SWCNTとの共通項は、磁性体触媒の存在だけだった。

鉄触媒のCNTは、DMRがなければ、閉塞して、解繊できない。コバルト触媒のMWCNTは閉塞することはないが、HP DMRを 使用して、コバルト触媒を除去したほうが、結果は微妙だが、導電性はいい。もちろん、HP DMRをつけるのは、生産コストはわるくなるので、つけなくてもいいのなら、従来のBERYU SYSTEMだけのほうがいい。

SWCNTと水添レシチン、まったく、異なる分野だが、非常に共通項がおおい。将来において、どこかで、必ず接するところがでてくる。それをつなぐのが、HP DMR BERYU SYSTEMである。10年後、20年後、それらは、必ず、どこかで、クロスするはずである。

HP DMR 420VER

HPDMR SWCNT

2022年2月21日

リポゾーム(水添リン脂質分散)と単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の共通点、HP DMR の効用。

安定したリポゾームを形成することは難しい。大豆や卵黄から得られるリン脂質、酸化防止のため、化粧品関連では、水添レシチンを使うことが多い。これをつかってのリポゾーム化粧品、または、脂溶性基材を、リン脂質をつかって乳化するリポ化製剤、高圧乳化装置をつかえば、形として成り立つが、なかなか安定しない。未水添のリン脂質ならば、HP DMRを使わなくても、BERYU SYSTEMだけで十分である。HP DMRの優位性はない。つまり、水添レシチンを使う場合だけ、HP DMRが効くのである。水添レシチンと未水添レシチンの差は、なにかといえば、水酸化触媒が微量だろうが、残存しているか、していないかの差である。当然に、水酸化金属触媒は磁性を帯びている。

単層カーボンナノチューブ、これを解繊することは難しい。鉄触媒を除去しきれないからである。単層カーボンナノチューブ、基本的に、アームチェア型金属型SWCNTとジグザグ型半導体型SWCNTとカイラル型半導体型SWCNTとの混合体である。SWCNTとして得たいのは、半導体型SWCNTのようである。次世代の半導体の基材として、注目されているのが、この半導体型のSWCNTである。界面活性剤の技術をもちいれば、半導体型と金属型は、分離できるところまで技術は進んでいる。半金分離ができても、現状は、その前段のSWCNTの解繊技術が不安定である。ほしいのは、カイラル型半導体SWCNTである。しかし、今の分散技術は、ほとんどが、粉砕技術であるから、粉砕すれば、SWCNTはボロボロになってしまう。また、熱電変換材料としてのSWCNTも、ゼーベック係数を上がる要素は、これまた、半導体型SWCNTである。残念なことに、半導体型SWCNTは応力に弱い、触媒が粉砕されるたびに、そのねじれ部分が折れていく。半導体SWCNTの機能が壊れていく。当然に、HP DMRは、コバルトでも鉄触媒でも、同じように効く。MWCNTの解繊にも効く。

なぜ、リポゾームが安定しないのか、リポ化製剤がうまくいかなかったのか、それは、粉砕していたからである。当然に、冷却勾配制御などできなし、圧力勾配も制御できない、そこにあるのは、高温で、ぶつけている状態である。だから、酸化と構造破壊が起こり、安定しない。レシチンの不安定部分を改善したのが、水添レシチンである。不飽和脂肪酸を、水酸化金属触媒をもちいて、飽和脂肪酸に変え、酸化防止を目指したものである。しかし、これも安定しない。何かしら、ほかの添加剤を加えて、界面強化をしなければ安定しなかった。水添レシチンは、35年以上前から、存在していた。しかし、パットしなかった。リポゾーム化粧品として、注目を浴びたが、安定しなかった。今回のHP DMRを使用して、初めて、その因果関係が見えた。カーボンナノチューブと水添レシチン、異質なもので、共通点など、見つからないが、しかし、金属触媒、高圧分散という共通項でくくれば、今まで見えなかったものが見えてくる。

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2022年2月13日

HP DMR BERYU SYSTEM 完全オリジナリティ、新しい分散の考え方、驚くべき結果。

高圧分散機といえば、基本は、ゴーリン式三連クランク式ホモジナイジングバルブ方式のもの。今でも、ポリマー系乳化物には多く使われているし、医薬品の脂肪乳剤も、この方式で作られている。1986年に、可変式バルブ方式をノズル固定式にして、その部位をチャンバーと呼んだマイクロフルイダイザーがアメリカで出てきた。バルブ式と固定式という対立軸である。国内で製造販売されている高圧乳化分散機は、バルブ式かチャンバー(ノズル固定式)のどちからに分類される。ここ20年ぐらいで世にでてきたものは、ほとんどが、マイクロフルイダイザーの模倣品か類似した発想のものである。発想が、高圧をジェット流に変換し、その力を何かのシートにぶつけて、処理物を粉砕する機構である。だから、基本的に粉砕である。また、脂肪乳剤も、ホモジナイジングバルブ方式で、うまく製造できるのは、リン脂質の精度が向上したおかげである。それと、粗大粒子をキチンと除去できるフィルターろ過技術の向上のおかげでもある。経験則から、きちんと製造プロセスが検証されているので、安全なものが、再現よくできる。もちろん、その処方系から、逸脱した新規なものは、そのプロセスからは生まれない。だから、新しいリポ化製剤はでてこない。

分散技術で、20年以上、ほとんど発展しない分野がある。それが、解繊、剥離、乳化という分野である。解繊で代表されるのが、CNT、CNFである。粉砕系の装置でトライしているが、うまくいかない。ほとんどが同じプロセスでやっているので、進歩がない。特にCNTの解繊技術は進歩がない。そのネックとなっているのが、触媒除去である。最初がうまくいかないから、その後の用途開発も中途半端になる。

1990年代、マイクロフルイダイザーは、リン脂質の分散(解繊)を主として、つくられた。水に解繊分散させることでできるリポゾームである。医薬・化粧品関連で注目されたが、今日まで、うまくいっていない。その延長線にあるのが、リポ化製剤である。脂溶性薬物を内包させる技術である。現状、リュウマチ炎症抑止目的のプロスタングランジン、麻酔薬としてのプロポフォール、人工血液目的のパーフロロカーボンが一部医薬品として承認されているが、その後のDDS製剤の発展が途切れている。リン脂質の解繊分散技術が未熟だからである。リン脂質とCNTの解繊は、非常に類似している。

また、化粧品の乳化技術として、界面活性剤が寄与した功績は大きい。ミセル乳化である。ある程度の量で、均一に混ぜれば、自己乳化するものが多いので、化粧品原料に粉体のものを解砕できるホモミキサー程度のもので、いい商品ができる。化粧品は売る技術が7割、作る技術が3割といわれている。基材ベースとしては、過去30年以上、ほとんど変化がない。今でも、鹸化技術をベースにした、ニベアクリームの官能がクリームの相対評価基準として用いられている。合成の界面活性剤からの脱出として、多くの化粧品会社が、ピッカリング乳化を試みた。水添レシチンをつかったリポゾーム、リポゾーム乳化、合成スメクタイトを用いたスメクタイト乳化、CNFを用いたCNF乳化、しかし、最終的に、一時のブームには乗ったが、費用対効果がなく、衰退していった。これも、基本的に解繊・剥離分散技術が未熟だからである。要因は、CNT解繊と同じ理由である。リン脂質を粉砕したら、破損が生まれるのである。合成スメクタイトの構造体も、粉砕すれば、粘度低下をともない、壊れるのである。化粧品や医薬品で、150Mpa以上、200Mpaを加え、何十パスをかけたら、安定性や安全性が損なわれていくことになる。

HP DMR BERYU SYSTEM 更なる完全オリジナリティ。何が新しい発想か?

BERYU SYSTEMは、完全なるオリジナリティのある分散技術である。これだけでは、鉄触媒を内包したCNT解繊には不十分である。従来の発想は、BERYU SYSTEM後にDMRを搭載していた。この目的は、解繊後に表面化する鉄触媒を連続した磁性体球に吸着除去を目的としたものである。このDMRには、基本的に、解繊作用はない。したがって、用途展開は、一部のSWCNT解繊を目的としたものである。ありていに言えば、粗大な鉄触媒を除去して、ノズル径0.18mm以下のノズルを通過させればよいというものである。美粒の非乱流制御により、SWCNTが解繊されればいいということで、評価結果はすぐれているといわれている。それ以外のCNT,コバルト系MWCNT解繊や、コバルト系MWCNTと黒鉛を用いたナノカーボン乳化にも、DMRは不要である。当然に、通常のDMRは、大気圧開放であるから、耐圧構造は不要である。シールも、Oリングで十分である。

HP DMRは、従来のDMRとは、異質である。DMRを高圧側に持ってきたのである。運転圧力が100Mpaなら、当然に、DMR内部にも100Mpaがかかる。これが、HP(high pressure )の意味である。(もちろん、DMRでの圧力差がないので、100Mpaの力を受けるが、圧力差によるせん断は磁性体球にはかからない。磁性体球は消耗はするが、基本的には壊れない。)処理物は、高圧下で、磁力がかかる。処理物に電荷や磁性体があれば、連続した磁性体球との間に、相互作用を受ける。スピンがかかる。CNTであれば、スピンでのせん断により、鉄が磁性体球に吸着される。そのことにより、ノズルに詰まることがなく、美粒システムで解繊される。CNTやナノカーボン乳化がどのくらい、HP DMRで影響されたか、それを定量化するのは難しい。なぜなら、最終基材での評価が美粒ではできないからである。

しかし、スメクタイト乳化や水添レシチンをもちいたリポゾームやレシチン乳化での評価はできる。前処理は、同じものである。その前処理の影響がないように、安定したものを作って、それを二等分した。前処理条件は同じ、美粒システムも同じ、圧力もパス回数も同じ、違いは、HP DMRがあるかないか、だけである。その結果が、下記のスライドで示した➄から➇までのデータである。リポゾームの評価は澄明性である。より透けて見える方が粒子は細かいことになる。圧巻なのは、スメクタイト乳化と水添レシチンの乳化の結果の差異である。HP DMRがどれくらい、美粒システムに影響をあたえ、それが全体の結果としてどうなっているのか、わかる。リポゾームがなぜ、うまくいかなかったのか、レシチン乳化やリポ化製剤がなぜ発展しなかったのか、これでよくわかる。基本的に、解繊が不十分だったのである。解繊を上げる目的で運転圧力をあげれば、レシチンが壊れる。粉砕されるのである。CNT解繊よりも、さらに、壊れやすい構造体だったのである。

HP DMR BERYU SYSTEM Complete originality, new way of thinking about dispersion, amazing results.

High pressure homogenizing equipment is basically based on the Gorlin type, triple crank homogenizing valve system. In 1986, the microfluidizer was introduced in the U.S., which replaced the variable valve system with a fixed nozzle system and called the chamber. The high-pressure emulsifying equipment manufactured and sold in Japan can be classified as either valve type or chamber (fixed nozzle type). Most of the machines that have been introduced in the last 20 years or so are either imitations of microfluidizers or have similar ideas. The idea is to convert the high pressure into a jet flow, and then hit some sheet with the force to crush the processed material. So, it is basically crushing. Also, fat emulsions can be produced successfully using the homogenizing valve method according to the improved accuracy of phospholipids. It is also thanks to the improvement of filter filtration technology that can properly remove coarse particles. Since the manufacturing process has been verified empirically, safe products can be produced with good reproducibility. Of course, the process does not produce new products that deviate from the formulation system. That is why there are no new liposomal formulations.

There is one area of dispersion technology that has been largely unexplored for more than 20 years. This is the field of defibrillation, exfoliation, and emulsification. CNTs and CNFs are typical examples of defibrillation. We are trying to use crushing equipment, but it is not working. Most of them are using the same process, so there is no progress. In particular, there has been no progress in CNT defibrillation technology. The bottleneck is the catalyst removal. Since the first step does not go well, the subsequent development of applications is also half-hearted.

In the 1990s, microfluidizers were developed mainly to disperse (dissociate) phospholipids. This is a liposome made by dissolving and dispersing phospholipids in water. It attracted attention in the pharmaceutical and cosmetic industries, but to date, it has not been successful. An extension of this is liposomal delivery. It is a technology to encapsulate liposoluble drugs. Currently, prostaglandin for the prevention of inflammation in rheumatism, propofol as an anesthetic, and perfluorocarbon for artificial blood have been partially approved as drugs. However, the development of DDS products has been halted since then because of the immaturity of the technology for the defibrillation of phospholipids. The defibrillation of phospholipids and CNTs is very similar.

The contribution of surfactants to the emulsification technology of cosmetics is also significant. This is micellar emulsification. If a certain amount is mixed evenly, many products will self-emulsify, so a good product can be made with a simple rotary homogenizer that can break down powdered materials for cosmetics. It is said that cosmetics are 70% about selling technology and 30% about making technology. As for the base material base, there has been little change over the past 30 years. Even now, the sensory perception of NIVEA cream, which is based on saponification technology, is used as a relative evaluation standard for creams. To escape from synthetic surfactants, many cosmetic companies have tried Pickering emulsification. Liposome emulsification using hydrogenated lecithin, liposome emulsification, smectite emulsification using synthetic smectite, and CNF emulsification using CNF, however, ultimately, although they enjoyed a temporary boom, they were not cost effective and faded away. This is basically due to the immaturity of the defibrillation and exfoliation dispersion technology. The reason for this is the same as for CNT defibrillation. When phospholipids are crushed, damage is created. If synthetic smectite structures are crushed, they will also break with a decrease in viscosity. In cosmetics and pharmaceuticals, if you add more than 150Mpa, 200Mpa, and dozens of passes, stability and safety will be compromised.

HP DMR BERYU SYSTEM, Further complete originality. What is the new idea?

The BERYU SYSTEM is a completely original dispersion technology. This alone is not enough for CNT defibrillation with encapsulating iron catalyst. The conventional idea was to install a DMR after the BERYU SYSTEM. The purpose of this was to adsorb and remove the iron catalyst that surfaces after the fiber separation onto a continuous magnetic sphere. Basically, this DMR does not have the function of dissolving fibers. Therefore, the application of this DMR is only for the purpose of some SWCNT defibrillation. To put it simply, the coarse iron catalyst can be removed and passed through a nozzle with a diameter of 0.18 mm or less. The evaluation results are said to be excellent because the SWCNTs are dissociated by non-turbulence control of BERYU system. Other than that, cobalt-based MWCNT defibrillation, and nanocarbon emulsion using MWCNT and graphite, DMR is not necessary. Naturally, the DMR is open to atmospheric pressure, so a pressure-resistant structure is not necessary. An O-ring is sufficient as a seal.

The HP DMR is different from the conventional DMR. The DMR has been brought to the high pressure side. If the operating pressure is 100 Mpa, naturally 100 Mpa will be applied to the inside of the DMR. This is the meaning of HP (high pressure). (Of course, since there is no pressure difference in the DMR, it receives 100 Mpa of force, but the magnetic sphere is not subjected to shear due to the pressure difference. The magnetic sphere wears out, but is basically unbreakable.) Under high pressure, the processed material is subjected to magnetic force. If there is an electric charge or magnetic material in the processed material, it will interact with the continuous magnetic sphere, causing it to spin. In the case of CNTs, the iron is adsorbed onto the magnetic sphere due to the shear caused by the spin. It is difficult to quantify how much of the CNT or nanocarbon emulsion is affected by the HP DMR because it is not possible to evaluate it on the final substrate.

However, it is possible to evaluate smectite emulsions, liposomes with hydrogenated lecithin, and lecithin emulsions. The pretreatment is the same. To avoid the influence of the pretreatment, we made a stable product and divided it into two equal parts. The pretreatment conditions were the same, Beryu system was the same, the pressure and the number of passes were the same, and the only difference was the presence or absence of HP DMR. The result is the data from ➄ to ➇ shown in the following slide. The liposomes are evaluated for clarity. The more transparent they are, the finer the particles are. What is striking is the difference in results between smectite emulsion and hydrogenated lecithin emulsion. We can see how much HP DMR affects BERYU system and what the overall result is. This explains why liposomes didn't work, and why lecithin emulsion and liposomal formulations didn't develop. Basically, the lecithin dispersion was insufficient. If the operating pressure is increased to increase the fiber separation, the lecithin is destroyed. The structure was even more fragile than that of CNT dissociation.

下記の9枚のスライドは PDFファイルとして、下記のところからダウンロードできます。
http://www.be-ryu.net のカタログダウンロードから入れます。その一番上のHP-DMR-DLボタンです。

スライド1
スライド2
スライド3
スライド4
スライド5
スライド6
スライド7
スライド8
スライド8
スライド9

2022年2月7日

高圧 DMR + 美粒システム さらに進化した分散システム

① SWCNT 解繊
② ナノカーボン乳化 
③ MWCNT 解繊
④ CNF 解繊
⑤ スメクタイト乳化 

① SWCNT解繊
単層カーボンナノチューブの解繊に関して、このプロセスが唯一無二となる。ほとんどのSWCNTは、鉄触媒を内包したバンドルで形成されている。それをほぐさなければ、その機能が出てこない。原料ベースで、鉄触媒をケミカル的に除去すれば、CNT自体にダメージを起こす。そうなれば、分散液にするには、粉砕するしか方法論がない。高圧 DMR+美粒システムでは、まず、鉄が内包されているバンドルが、高圧下にある磁性体球の磁場を通過する。鉄が磁性体球に引き付けられると同時に、流体にスピンがかかるため、バンドルが解繊される。その後に、美粒システムの圧力勾配に制御されたせん断場を通過する。100Mpa 3パスぐらいで、十分に解繊される。処理後、高圧 DMRを分解すれば、鉄触媒とそれと強く結びついた荒いCNTが、磁性体球の表面に吸着されているのがわかる。

➁ ナノカーボン乳化 (黒鉛ペースト)
CNT分散であれば、アスペクト比を維持して、解繊すれば、比表面積が上がる。そのために、濃度的に1%から1.5%ぐらいが限界である。しかし、黒鉛ベースなら、黒鉛とMWCNTとの複合濃度は、7-8%は可能である。体積ベースで塗布してその導電性をみれば、SWCNTよりも優れている。黒鉛も剥離していけば、電荷が現れる。剥離した黒鉛が、高圧下での磁場を通過すれば、スピンがかかる。MWCNTは磁性体のコバルトが磁性体球に引き付けられる。黒鉛の剥離化とMWCNTの解繊化がすすみ、さらに、強固なナノカーボン乳化が形成されると想像する。

➂ MWCNT解繊
コバルト系MWCNTの解繊にも、高圧DMR+美粒システムは有効のようである。従来は、MWCNT分散液(CMC配合)を乾燥しても、シート化はできなかった。高圧DMR+美粒システムで作ったMWCNT分散液は、一枚のシートができる。高圧DMRをつけないで処理したものよりも、粘度が落ちている。MWCNTのバンドルがさらにほぐれた状態であろう。現象は、SWCNT解繊と類似したことが起きていると想像する。

④ CNF 解繊
水和できるように、CNFには、いくつかの官能基がつけられている。そのために、水になじみやすくしている。その親水基は電荷をもっている。高圧下の磁場の中を、電荷をもった粒子が通過すれば、そこにスピンがかかり、CNFもせん断がかかる。その後にせん断場があれば、おのずとCNFも解繊される。CNFの問題点は、その解繊効率の悪さにある。すくなくとも、高圧DMR+美粒システムで、費用対効果が向上する。

➄スメクタイト乳化
合成スメクタイトによるピッカリング乳化での応用である。乳化での評価は、基本は粒度分布である。前処理は、美粒製の泡レスミキサーでつくったものを、二等分した。粗乳化は同じものである。この差は、高圧 DMRがつけるか、つけないか、ただ、それだけである。この差は、驚くべきものである。合成スメクタイトも水和すれば、電荷が現れる。スメクタイトが分極する。高圧下での磁場を通過すれば、剥離したスメクタイトにはスピンがかかる。それがより加速する。そして、強力なせん断場を通過する。粒度分布の値をみれば、より均一になろうとしている。

高圧DMR+美粒システムの最適化

高圧DMRは一律ではない。いろいろな組み合わせパターンが存在する。それによって、磁場の勾配が変わる。流体の流量が変われば、磁場にかかわる時間を変化させることができる。高圧DMRの因数と美粒システムの因数との関係が、組成によっても影響される。教科書はない。だれも、このようなことを研究したことがない。高圧DMRのようなものを従来の粉砕型の高圧分散機に搭載しても、意味がない。後段のノズルの方が圧倒的に強いために、粉砕してしまえば、前段で何か変化をおこしても、同じ結果になる。

High-pressure DMR + BERYU system More advanced dispersion system

1) SWCNT defibrillation
2) Nano carbon emulsification 
3) MWCNT defibrillation
4) CNF defibrillation
5) Smectite Emulsification 

1) SWCNT defibrillation
This process is the only one for the dissociation of single-walled carbon nanotubes. Most SWCNTs are formed in bundles with iron catalyst encapsulated. Without unraveling them, their function will not be revealed. If the iron catalyst is chemically removed from the raw material base, it will cause damage to the CNTs themselves. If this happens, the only way to make a dispersion is to crush it. In the high-pressure DMR + Beryu system, the iron-containing bundle first passes through the magnetic field of the magnetic sphere under high pressure. At the same time as the iron is attracted to the magnetic sphere, the fluid is spun, and the bundle is unraveled. The bundle then passes through a shear field controlled by the pressure gradient of Beryu system, and is fully dissociated at about 3 passes of 100Mpa. After the process, the high-pressure DMR is decomposed, and it can be seen that the iron catalyst and the rough CNTs strongly bonded with it are adsorbed on the surface of the magnetic sphere.

2)Nano carbon emulsification (graphite paste)
If the CNTs are dispersed, the specific surface area can be increased by maintaining the aspect ratio and dissolving the CNTs. For this reason, the concentration is limited to about 1% to 1.5%. However, if it is graphite-based, the combined concentration of graphite and MWCNTs can be as high as 7-8%. If we look at the electrical conductivity of nano carbon emulsion applied on a volumetric basis, they are superior to SWCNTs. As graphite is exfoliated, a charge appears. If the exfoliated graphite passes through a magnetic field under high pressure, it will spin, and the magnetic cobalt in MWCNTs will be attracted to the magnetic sphere. The exfoliation of the graphite and the disintegration of the MWCNTs will proceed, and I imagine that a strong nanocarbon emulsion will be formed.

3) MWCNT defibrillation
The high-pressure DMR + Beryu system seems to be effective for the dissociation of cobalt-based MWCNTs. In the past, MWCNT dispersion (CMC blended) could not be formed into sheets even after drying. The MWCNT dispersion made by the high-pressure DMR + Beryu System can be made into a single sheet. The viscosity of the dispersion is lower than that of the one processed without the high-pressure DMR, probably because the MWCNT bundles are further loosened. I imagine that the phenomenon is similar to that of SWCNT defibrillation
.
4) CNF defibrillation
CNF has some functional groups attached to it to make it hydratable. This makes it easier to blend with water. The hydrophilic group has an electric charge. If a charged particle passes through a magnetic field under high pressure, it will be spun and the CNF will be sheared. The problem with CNF is its poor fiber dissociation efficiency. At least a high-pressure DMR + Beryu system would be cost-effective.

5) Smectite emulsification
This is an application of Pickering emulsification with synthetic smectite. The basic evaluation in emulsification is the particle size distribution. The pretreatment was made in a foamless mixer made by Beryu corp. and divided into two equal parts. The crude emulsion was the same. The only difference was whether the high pressure DMR was applied or not. The difference is astonishing. When synthetic smectite is hydrated, an electric charge appears. Smectite becomes polarized. If it passes through a magnetic field under high pressure, the exfoliated smectite will be spun. It will accelerate more. It then passes through a strong shear field. If you look at the value of the particle size distribution, it is about to become more uniform.

Optimization of high-pressure DMR + BERYU system

High pressure DMR is not uniform. There are various combination patterns. The gradient of the magnetic field changes with it. If the flow rate of the fluid is changed, the time involved in the magnetic field can be changed. The relationship between the factor of the high pressure DMR and the factor of Beryu system is also affected by the composition. There is no textbook. No one has ever studied this kind of thing. It makes no sense to put something like a high pressure DMR in a conventional grinding type high pressure homogenizer. The nozzle of the second stage is much stronger than the first, so once the material is pulverized, any change in the first stage will produce the same result.

2022年2月2日

新技術開発、High pressure DMR 第三の磁力線としての機能。

高圧乳化分散機として、初めて、第三の力を搭載しました。それが、磁力線です。しかも、高圧下での磁場です。その中を、処理物が通ります。どのようなことが起きるかなど、だれもわかりません。やったことがないのですから。しかも、処理物は無限です。そして、BERYU SYSTEMの制御条件も、多岐にわたります。

従来、美粒は、DMRをモジュールの後ろに置き、モジュールと一体化してきました。あくまでも、使用目的は、CNTの粗大鉄触媒除去です。なぜなら、それがあると、微細解繊ができないからです。今度、新たに、DMRをノズルやモジュールの前に置きました。考え方が違います。高圧場で、処理物に新たに、磁場を与えるというものです。磁性体球ですので、明らかに、スピンがかかります。それも回転というせん断がかかります。

1Mpa以下の場に、DMRをおくのと、100Mpaの高圧の場にDMRを置くのでは、条件が違います。装置側に、高度な高圧分散技術力が要求されます。また、従来の粉砕系の発想の装置の前に、このDMRをつけても、意味がありません。所詮は、ノズル以後で粉砕・破壊するので、その前に、何かの力を作用させても、それを否定する、それ以上の力をかけるのですから、無意味という事です。しかし、美粒の考え方は、乱さないという発想ですので、高圧DMRで作用させても、その力を活かすことになります。粉砕・破壊系と美粒系との差異がここでも現れます。

高圧DMRを活かすも無意味にするのも、そのあとの美粒システムの制御次第です。それは処理物の特性と目的によっても違います。答えは一つとは限りません。従来の評価基準の座標系からみれば、悪い結果となっても、新たな座標系からみれば、従来では分からなかった値が出るかもしれません。教科書がないのですから、だれも分からないことです。

事前に、高圧DMRに価値があるのか、予備実験をしています。どうも、違う結果がでています。分散条件の制御条件の中に、前処理状態の差があげられます。その状態の差によって、当然に結果が異なります。高圧DMRは、それをさらに顕著にしたことになります。予備実験では、下記の点が認められた。

● あるSWCNTのゼーベック係数の上昇。
● ナノカーボン乳化での導電性のUP
● 黒鉛の剥離効果が見えた。
● SWCNTの金属触媒除去
● SWCNTでの均一解繊