革新の系譜・日本の科学技術力／カーボンナノチューブ−産業応用へ開発本格化

[ 科学技術・大学 ]

(2016/7/18 05:00)

安全検証コストがネック

さまざまな分野でイノベーションの礎となってきた日本の科学技術。産業応用に加え、社会問題を解決する手段としての期待も高く、先進性や独創性に満ちあふれた研究テーマは数多い。こうしたテーマの背景や成果、今後の可能性にシリーズで迫る。初回は、「カーボンナノチューブ」（ＣＮＴ）。

【開発動向】

ＣＮＴの構造図

カーボンナノチューブは、直径が数ナノメートル（ナノは１０億分の１）と微細な筒状の炭素分子。１９９１年の飯島澄男名城大学教授（当時ＮＥＣ主席研究員）による発見から２５年が経過し、産業応用へ大きな節目を迎えている。

高品質なＣＮＴの量産が始まって安定供給が保証されたため、電子部品などのメーカーがＣＮＴを使った製品を開発できるようになった。電子部品など最終製品として市場競争に勝てる商品に仕上げる技術開発が今後、本格化する。理想的な単層ＣＮＴは、比重がアルミの半分で強度は鉄鋼の２０倍、電子移動度はシリコンの約１０倍。流せる電流量は銅の１０００倍、熱伝導性も銅の５倍以上と画期的な性質を持つ。素材としての魅力は大きく、幅広い産業で実用化が試されてきた。

当初は薄型ディスプレーや医療への応用に期待が集まり、関連企業がＣＮＴ研究に投資した。これがＣＮＴの物性研究や合成法などの基礎研究を支えた。欧米や中国では投資家から資金を集め、ＣＮＴの量産に挑戦したベンチャー（ＶＢ）は少なくない。飯島教授は「実はＣＮＴを作るだけなら高校生でも可能だ」と指摘する。

ただ、半導体産業の求める品質や、自動車産業の求めるコストで作るとなると話は別だ。実際に応用ＣＮＴ製品の開発に着手すると材料コストや安全検証コストがネックとなってきた。薄型ディスプレーは液晶ディスプレーの価格下落で開発が下火となった。多くのＶＢが廃業したことなども背景にあり、現在もＣＮＴの用途開発が続いている。

飯島教授は「大学の研究者はデバイスを作れば論文になる。世界の一流科学雑誌の表紙を飾り、脚光を浴びることも可能だが、事業化は別だ。量産できるのか、採算は合うのかと問われ、応えられる研究者は大学にはいない」と説明する。材料研究者の成果を実用化するには、材料メーカーの製造プロセスのノウハウと、最終製品の設計ノウハウが必要だった。そこで新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）はＣＮＴの基礎研究者と材料メーカー、最終製品メーカーを巻き込んだ開発プロジェクトを進めている。

【実用化の見通し】

日本ゼオンの単層ＣＮＴ量産工場（日本ゼオン提供）

現在は樹脂複合材料や電子部品などの企業が、実用化の推進役になっている。日本ゼオンは材料メーカーとして製造ノウハウを提供し、産業技術総合研究所が開発した合成技術を工場での量産プロセスとして確立した。並行して樹脂とＣＮＴの複合材を開発し、高機能複合材として商品化を進めている。

日信工業は耐熱性ゴムを開発。日本ケミコンはＣＮＴの表面積の大きさを利用した大容量キャパシターを開発している。ＮＥＤＯ材料・ナノテクノロジー部の小久保研主査は「１６年度はＣＮＴの応用製品を開発するための基盤技術を発表できる。１７年度にはＣＮＴを使った中間部材製品の供給を始める。その後、ＣＮＴ応用製品が世に出ていく予定だ」と説明する。

ＣＮＴの分散技術や樹脂との混合技術などの基盤技術は、最終製品メーカーが製品を開発する上で必須の技術だ。

例えば添加剤は、その後の製造工程に大きく影響するが、一般には材料メーカーが製造ノウハウとして囲い込んでしまう。