DE102016223283A1

DE102016223283A1 - Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial

Info

Publication number: DE102016223283A1
Application number: DE102016223283.5A
Authority: DE
Inventors: Ken Nishiura; Junichiro Tokutomi; Hideo GONDA; Jun Yanagimoto
Original assignee: University of Tokyo NUC; Yazaki Corp
Current assignee: University of Tokyo NUC; Yazaki Corp
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: US10580548B2; JP6390027B2; CN107039103A; CN107039103B; JP2017095757A; DE102016223283B4; US20170148538A1

Abstract

Ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial (1) umfaßt ein Metall-Basismaterial (10) und elektrische leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche (20). Das Metall-Basismaterial (10) ist aus einer polykristallinen Substanz hergestellt, worin eine Vielzahl von stabförmigen Metall-Kristallkörnern (11) in einer Richtung orientiert sind. Die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche (20) sind aus dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die eine Dotiersubstanz aufweisen, hergestellt, liegen in Teilen der Korngrenzen (15) zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern (11) in einem Querschnitt des Metall-Basismaterials (10) vor und bilden einen elektrisch leitfähigen Weg, der in einer Längsrichtung des Metall-Basismaterials (10) elektrisch leitend ist, indem sie entlang der Längsrichtung (L) vorliegen.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial.
Stand der Technik
Ein konventionell eingesetztes Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit eines Metallmaterials ist es, ein zweites Metall, welches sich von einem Basismaterial des Metallmaterials unterscheidet, mit dem Metallmaterial zu vermischen. Das Mischen des zweiten Metalls mit dem Metallmaterial verursacht jedoch das Problem einer großen Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des Metallmaterials.
Vor diesem Hintergrund ist Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien Beachtung geschenkt worden. Es wird erwartet, daß Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien eine höhere Festigkeit und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Metallmaterial aufweisen, weil Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine hohe Festigkeit aufweisen und ballistische Leitfähigkeit zeigen. Bis heute sind eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien vorgeschlagen worden.
Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbart einen Kompositmaterialdraht mit einer Zellstruktur, welche aufweist: Trennbereiche, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfassen; und Bereiche innerhalb der Trennbereiche, die von den Trennbereichen umgeben sind und aus einem Aluminiummaterial oder dergleichen hergestellt sind. In diesem Kompositmaterialdraht beträgt das Mischungsverhältnis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu dem Aluminiummaterial nicht weniger als 0,2 Gew.%, jedoch nicht mehr als 5 Gew.%.
Ein in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbartes Verfahren zur Herstellung des Kompositmaterialdrahtes wird wie folgt durchgeführt. Zu Beginn wird eine Mischung, die Aluminium-Pulver, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Elastomer enthält, wärmebehandelt, um das Elastomer zu verdampfen. Hierdurch wird ein poröser Körper erhalten. Danach wird der poröse Körper in einer Dose Plasma-gesintert, um einen Rohling herzustellen. Danach wird der Rohling durch Extrudieren geformt, gefolgt von Wärmebehandlung bei 500°C. Hierdurch wird der Kompositmaterialdraht erhalten.
Zusammenfassung
Der in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarte Kompositmaterialdraht weist jedoch ein Problem geringer elektrischer Leitfähigkeit auf. Man könnte vermuten, daß die Gründe für die niedrige elektrische Leitfähigkeit in einer Erhöhung des elektrischen Widerstands aufgrund der Bildung von Oxidfilmen auf Oberflächen von Körnern des Aluminium-Pulvers und in Hohlräumen in dem porösen Körper und dem Rohlin, die als Hohlräume in dem Kompositmaterial verbleiben, bestehen.
Wegen der niedrigen elektrischen Leitfähigkeit benötigt der in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarte Kompositmaterialdraht darüber hinaus eine große Menge Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wobei das Mischungsverhältnis hiervon mit dem Aluminiummaterial nicht weniger als 0,2 Gew.%, jedoch nicht mehr als 5 Gew.% beträgt. Entsprechend führt die große Menge von einzumischenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen zum Problem von hohen Herstellungskosten.
Ferner weisen in dem in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarten Kompositmaterialdraht die Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Struktur auf, die als Zellstruktur benannt wird. Im allgemeinen sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Mischung, die halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen und metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfaßt, und der Kontakt zwischen den halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen verursacht einen Schottky-Kontakt. In dem in der Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarten Kompositmaterialdraht wird die Zellstruktur von den Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet, worin der Kontaktwiderstand wegen des Schottky-Kontakts hoch ist. Entsprechend weist der in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarte Kompositmaterialdraht ein Problem geringer elektrischer Leitfähigkeit auf.
Der in Patentliteratur JP 2011-171291 A offenbarte Kompositmaterialdraht weist ferner das Problem einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf, weil die Kohlenstoff-Nanoröhrchen verbogen und deformiert werden, während das Aluminium-Pulver und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen vermischt werden.
Man beachte, daß Patentliteratur JP 2011-171291 A die Verwendung von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschreibt, jedoch nichts darüber aussagt, welche Effekte die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausüben, oder warum dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden sollten.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehende Situation gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial bereitzustellen, welches eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist und welches eine geringere Menge von eingemischten Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweist.
Ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Metall-Basismaterial und elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche. Das Metall-Basismaterial ist aus einer polykristallinen Substanz hergestellt, worin eine Vielzahl von stabförmigen Metallkristallkörnern in einer Richtung orientiert sind. Die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche sind aus dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen hergestellt, die eine Dotiersubstanz aufweisen, in Teilen der Korngrenzen zwischen den stabförmigen Metallkristallkörnern in einem Querschnitt des Metall-Basismaterials vorliegen und einen elektrisch leitfähigen Weg bilden, der in einer Längsrichtung des Metall-Basismaterials elektrisch leitfähig ist, indem sie entlang der Längsrichtung vorliegen.
Die Dotiersubstanz kann zumindest eine Dotiersubstanz sein, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer ein Halogenelement-enthaltenden Substanz, einer ein Alkalimetallenthaltenden Substanz und einem Metalloxid.
Die ein Halogenatomelement-enthaltende Substanz kann zumindest ein Element sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fluor, Chlor, Brom und Iod, Ionen von dem zumindest einem Element, oder Moleküle oder eine chemische Verbindung, die das zumindest eine Element enthält.
Die Alkalimetall-haltige Substanz kann zumindest ein Element sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, Ionen von dem zumindest einem Element, oder Moleküle oder eine chemische Verbindung, die das zumindest eine Element umfassen.
Das Metalloxid kann zumindest ein Oxid sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Kupferoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Molybdänoxid und Calciumoxid.
Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können 0,04 bis 1,6 Masseteile der Dotiersubstanz, relativ zu 100 Masseteilen der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, enthalten.
Die in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltene Dotiersubstanz kann an Kohlenstoff-Nanoröhrchen angehaftet oder hierin enthalten sein.
Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial kann 0,1 bis 1 Masseteile der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche relativ zu 100 Masseteilen des Metall-Basismaterials enthalten.
Ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und umfaßt eine geringe Menge von eingemischten Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektive Ansicht, die einen Teil eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials einer Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials entlang der der A-A-Linie der 1 zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials entlang der B-B-Linie der 1 zeigt;
4 ist ein Diagramm, das beispielhaft zeigt, wie ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen dotiert wird;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Raman-Spektren von Kohlenstoff-Nanoröhrchen zeigt, gemessen vor und nach dem Dotierprozeß;
6 zeigt ein Beispiel einer Transmissions-Elektronenmikroskop(TEM)-Aufnahme eines Längs-Querschnitts des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials einer Ausführungsform;
7 zeigt ein anderes Beispiel einer Transmissions-Elektronenmikroskop(TEM)-Aufnahme eines Längs-Querschnitts des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Grünlings-Formschritts zeigt;
9 ist ein Diagramm zum Erklären eines Bereichs des Drucks, der auf das gemischte Pulver in dem Grünling-Formschritt ausgeübt wird;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Extrusionsschritts zeigt; und
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der in die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen dotierten Iodmenge und der relativen elektrischen Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials zeigt.
Genaue Beschreibung
[Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial]
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Beschreibung für das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der Ausführungsform gegeben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform zeigt. Man beachte, daß das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 ein Draht ist, der sich in Längsrichtung erstreckt. 1 zeigt nur einen Teil des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, welches durch Schneiden des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 an zwei Enden des Teils in der Längsrichtung L erhalten wird. 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 entlang der A-A-Linie von 1 zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 entlang der B-B-Linie von 1 zeigt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfaßt das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsbeispiel ein Metall-Basismaterial 10 und elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20.
(Metall-Basismaterial)
Das Metall-Basismaterial 10 ist aus einer polykristallinen Substanz hergestellt, worin mehrere stabförmige Metallkristallkörner 11 in der gleichen Richtung orientiert sind.
Die stabförmigen Metallkristallkörner 11 sind aus einem Metall wie Aluminium, einer Aluminium-Legierung, Kupfer oder eine Kupfer-Legierung hergestellt. Diese Metalle sind wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit für die Metallkristallkörner wünschenswert. Man beachte, daß die stabförmigen Metallkristallkörner 11 unvermeidbare Verunreinigungen enthalten können. Die Konzentration der unvermeidbaren Verunreinigungen in den stabförmigen Metallkristallkörnern 11 beträgt 10 Masse% oder weniger.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen die stabförmigen Metallkristallkörner 11 Metallkristallkörner, die jeweils wie ein Stab geformt sind, dessen Seitenverhältnis 1 oder größer ist. Das Seitenverhältnis ist als das Verhältnis der langen Seite der Metallkristallkörner (die Länge in Längsrichtung eines stabförmigen Metall-Kristallkorns) zur kurzen Seite des Metall-Kristallkorns (die Länge in Breitenrichtung des stabförmigen Metall-Kristallkorns) definiert. Das Seitenverhältnis kann unter Verwendung eines Raster-Elektronenmikroskops (SEM) gemessen werden.
Bezüglich der Querschnittsform von jedem stabförmigen Metall-Kristallkorn 11 bestehen keine spezifischen Beschränkungen. Obwohl 2 stabförmige Metallkristallkörner 11 zeigt, deren Querschnitte jeweils wie ein Hexagon geformt sind, können die Querschnittsformen der stabförmigen Metallkristallkörner 11 anders als hexagonal sein.
Die Länge von jedem der stabförmigen Metallkristallkörner 11 beträgt beispielsweise 0,1 bis 200 μm. Hier bezeichnet die Länge der stabförmigen Metallkristallkörner 11 die Länge in Längsrichtung der stabförmigen Metallkristallkörner 11. Zusätzlich beträgt die Durchmesser-äquivalente Korngröße von jedem stabförmigen Metall-Kristallkorn 11 zum Beispiel 0,1 bis 100 μm. Hier bezeichnet die Durchmesser-äquivalente Korngröße des stabförmigen Metall-Kristallkorns 11 die mittlere Korngröße des Querschnitts des stabförmigen Metall-Kristallkorns 11. Wenn die Länge und die Durchmesseräquivalente Korngröße von jedem stabförmigen Metall-Kristallkorn 11 innerhalb der entsprechenden, vorstehend erwähnten Bereiche kleiner werden, erhöht sich die Festigkeit des Metall-Basismaterials 10.
Das Metall-Basismaterial 10 ist eine polykristalline Substanz, worin: die mehreren stabförmigen Metallkristallkörner 11 in die gleiche Richtung orientiert sind; und jeweils zwei benachbarten stabförmigen Metallkristallkörner 11 miteinander entlang einer Korngrenze verbunden sind. Hier bezeichnet, daß die Orientierung der mehreren stabförmigen Metallkristallkörner 11 in die gleiche Richtung ist, daß die Längsrichtungen der entsprechenden stabförmigen Metallkristallkörner 11 in die gleiche Richtung zeigen.
Man beachte, daß das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 in der Ausführungsform durch Extrusion in die Längsrichtung L, die in den 1 und 3 gezeigt ist, hergestellt wird. In der 3 sind die mehreren stabförmigen Metallkristallkörner 11 in die gleiche Richtung orientiert, in die die Längsrichtung L zeigt.
Der Grund, warum auf diese Weise die mehreren stabförmigen Metallkristallkörner 11 in die gleiche Richtung orientiert sind, wie die Längsrichtung L zeigt, ist, daß während der Herstellung des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 die Metallkristallkörner, die nicht in eine spezifische Richtung orientiert sind, in eine Richtung ausgezogen werden, welches die gleiche ist wie die der Extrusion.
Man beachte, daß obwohl das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform durch Extrusion hergestellt wird, ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der vorliegenden Erfindung durch ein anderes Verfahren als Extrusion hergestellt werden kann.
(Elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche)
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, liegen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in Teilen der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metallkristallkörnern 11 vor. Die mehreren elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 sind in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 gebildet.
Die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 sind aus dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Dotiersubstanzen aufweisen, hergestellt, und sie bilden einen elektrisch leitfähigen Weg, der in der Längsrichtung des Metallbasismaterials 10 elektrisch leitend ist.
<Dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen>
Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 bilden, sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Dotiersubstanzen aufweisen. Beispiele, wie die Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisen können, umfassen, daß die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften und daß die Dotiersubstanzen in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten sind. Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können zum Beispiel erhalten werden, indem die Dotiersubstanzen an die vormals bekannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen angehaftet werden oder man verursacht, daß sie hierin enthalten sind.
[Kohlenstoff-Nanoröhrchen]
Bezüglich der Schichtstruktur der Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Material der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen keine spezifischen Beschränkungen. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können mehrschichtig oder einzelschichtig sein. Mehrschichtige Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind gegenüber einzelschichtigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen bevorzugt, weil die Multischichtstruktur gegenüber der Einzelschichtstruktur es den Dotiersubstanzen erleichtert, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein.
[Dotiersubstanzen]
Die in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltenen Dotiersubstanzen sind Substanzen, die in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten sind oder hierin angehaftet sind, und welche die elektrische Leitfähigkeit der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhöhen. In der Ausführungsform sind die Dotiersubstanzen, die in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten sind, zumindest eine Dotiersubstanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogenelement-haltigen Substanzen, Alkalimetall-haltigen Substanzen und Metalloxiden. Die Dotiersubstanzen können ferner zumindest eine Dotiersubstanz umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Säuren, Oxidationsmitteln, elektrisch leitfähigen Polymeren, ionischen Flüssigkeiten und organischen Molekülen, zusätzlich zu der zumindest einen Dotiersubstanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogenelement-haltigen Substanzen, Alkalimetall-haltigen Substanzen und Metalloxiden, wie vorstehend beschrieben.
Beispiele der als Dotiersubstanzen zu verwendenden Halogenelement-haltigen Substanzen umfassen: zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluor, Chlor, Brom und Iod; Ionen von dem zumindest einem Element;
und Moleküle und chemische Verbindungen von dem zumindest einem Element. Hier umfassen die Ionen grundsätzlich monoatomare Ionen und polyatomare Ionen. Zusätzlich bezeichnen die "chemische Verbindungen von dem zumindest einem Element" poly-elementare Substanzen, die aus dem zumindest einem Element und einem Element einer anderen Gruppe des Periodensystems bestehen. Unter den vorstehend beschriebenen Halogenelement-haltigen Substanzen ist Iod am stärksten bevorzugt, weil es leicht an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet oder verursacht werden kann, daß es enthalten ist. Iod tritt in den Zuständen wie I^–, I₃ ^–, I₅ ^– und dergleichen auf, wenn es an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet oder hierin enthalten ist. Als vorstehend beschriebene Halogenelement-haltige Substanzen können zum Beispiel als Dotiersubstanzen Natriumiodid (NaI), Kupferiodid (CuI), FeI, FeCl₃, MoCl₃, CuCl₂ und AuCl₃ verwendet werden.
Beispiele von den als Dotiersubstanzen zu verwendenden Alkalimetall-haltigen Substanzen umfassen: zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium; Ionen von dem zumindest einem Element; und Moleküle und chemische Verbindungen von dem zumindest einem Element. Wegen seiner geringen Elektronegativität gibt ein Alkalimetall leicht ein Elektron ab, und entsprechend fungiert es als Donor gegenüber dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Es gibt zwei Arten von Trägern, Elektronen und Fehlstellen, welche zu der elektrischen Leitung in einer Substanz beitragen. Im allgemeinen sind von Elektronen und Fehlstellen die Elektronen die Haupt-Träger in einem Metallmaterial. Hingegen ist es bekannt, daß Fehlstellen die Hauptträger in Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind aus Gründen wie der Adsorption von Sauerstoff in der Atmosphäre an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Der Kontakt zwischen den verschiedenen Materialien mit ihren jeweiligen Hauptträgern, die sich voneinander unterscheiden, bildet Barrieren, wie zum Beispiel eine Schottky-Barriere. Diesbezüglich ist es sehr wahrscheinlich, daß ein Kontakt zwischen einem Metallmaterial und Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) die Migration von Trägern zwischen dem Metall und den CNTs behindert und somit die elektrische Leitfähigkeit verringert. In diesem Fall ermöglicht die Verwendung einer Alkalimetall-haltigen Substanz, die ein Alkalimetall enthält, als Dotiersubstanzen es, daß Elektronen die Rolle der Hauptträger in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen einnehmen, auf die gleiche Weise, wie Elektronen die Hauptträger in dem Metall sind, und daß sie somit die Verringerung in der elektrischen Leitfähigkeit inhibiert, die durch die Bildung der Barriere verursacht wird. Entsprechend erleichtert die Verwendung einer Alkalimetall-haltigen Substanz, die ein Alkalimetall enthält, als Dotiersubstanz es, die elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials zu erhöhen. Von den vorstehend erwähnten Alkalimetallen ist Kalium bevorzugt, weil es leicht an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet oder hierin enthalten ist, und weil dessen Elektronegativität niedrig ist.
Beispiele von als Dotiersubstanzen zu verwendenden Metalloxiden umfassen zumindest ein Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Kupferoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Molybdänoxid und Calciumoxid. Beispiele des als Dotiersubstanzen zu verwendenden Eisenoxids sind Fe₂O₃ und Fe₃O₄. Beispiele des als Dotiersubstanzen zu verwendenden Kupferoxids sind CuO und CuO₂. Ein Beispiel des als Dotiersubstanzen zu verwendenden Titanoxids ist TiO₂. Ein Beispiel des als Dotiersubstanzen zu verwendenden Zinkoxids ist ZnO. Beispiele des als Dotiersubstanzen zu verwendenden Molybdäns sind MoO₂und MoO₃. Unter den vorstehend Metalloxiden ist MoO₃ am stärksten bevorzugt, weil es leicht an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet oder hierin enthalten ist. Weil die Austrittsarbeit von jeglichen der vorstehend erwähnten Metalloxide größer ist als die der Kohlenstoff-Nanoröhrchen werden viele Träger aus dem einem Metalloxid generiert, und entsprechend werden sie in die Kohlenstoff-Nanoröhrchen dotiert. Aus diesem Grund führt die Verwendung eines Metalloxids als Dotiersubstanz zu einer höheren Dotierwirkung als die Verwendung von irgendeiner anderen Substanz als Dotiersubstanz, sogar wenn die Menge des Metalloxids als Dotiersubstanzen, die an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind, gleich zu der Menge der anderen Substanz als Dotiersubstanz ist, die an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet oder hierin enthalten ist.
Beispiel der Säuren als Dotiersubstanzen umfassen: zumindest eine Säure, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, PF₆, AsF₅, BBr₂ und SO₃; und Ionen von der zumindest einen Säure. Beispiele der Oxidationsmittel als Dotiersubstanzen umfassen: zumindest eine chemische Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoffperoxid und Kaliumpermanganat, und Ionen von der zumindest einen chemischen Verbindung. Eine Säure bindet an Defekte und dergleichen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Aus diesem Grund ermöglicht die Verwendung einer Säure als Dotiersubstanz es den Trägern, sich direkt zwischen der Säure und den Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu bewegen. Entsprechend kann eine höhere Dotierwirkung aus der Verwendung der Säure als Dotiersubstanz erhalten werden. Unter den vorstehend erwähnten Säuren weist Salpetersäure eine starke Oxidationskraft auf und bindet leicht an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Entsprechend führt die Verwendung von Salpetersäure als Dotiersubstanz zu einer hohen Dotierwirkung.
Wie vorstehend erwähnt, können die Dotiersubstanzen zumindest eine Dotiersubstanz sein, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Halogenelement-haltigen Substanzen, den Alkalimetall-haltigen Substanzen und den Metalloxiden. Es können mehrere Arten von Dotiersubstanzen in Kombination verwendet werden. Zum Beispiel können als solche Dotiersubstanzen Iod und Natrium in Kombination verwendet werden, oder es können Iodid-Ionen oder Natrium-Ionen in Kombination verwendet werden.
Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfassen normalerweise 0,04 bis 1,6 Masseteile, bevorzugt 0,044 bis 1,5 Masseteile und stärker bevorzugt 0,044 bis 1,2 Masseteile der Dotiersubstanzen, relativ zu 100 Masseteile der Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Wenn die Menge der Dotiersubstanzen, die an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind, innerhalb des vorstehenden Bereichs ist, ist die relative elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, bei dem die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, höher als die eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, bei dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, die keine Dotiersubstanzen aufweisen.
Es kann angenommen werden, daß der Grund dafür, daß die elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, bei dem die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, höher ist als die eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, bei dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, die keine Dotiersubstanzen aufweisen, wie folgt ist.
Im allgemeinen ist die elektrische Leitfähigkeit einer Substanz zu der Trägerkonzentration in der Substanz proportional. Aus diesem Grund, kann angenommen werden, daß: wegen der Adhäsion oder dem Einschluß der Dotiersubstanzen an oder in die Kohlenstoff-Nanoröhrchen wird die Trägerkonzentration in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen höher als in Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die keine Dotiersubstanzen aufweisen; und die somit erhöhte Trägerkonzentration erhöht die elektrische Leitfähigkeit der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diesbezüglich mag angenommen werden, daß die Trägerkonzentration in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial, bei dem die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, höher wird als in einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial, bei dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen ohne Dotiersubstanzen verwendet werden; und daß entsprechend die somit höhere Trägerkonzentration die elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials erhöht, bei dem die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden.
Zusätzlich sind im allgemeinen Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Mischung, die halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen und metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfaßt. Darüber hinaus verursacht der Kontakt zwischen den halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen Schottky-Kontakt, und erhöht somit den Kontaktwiderstand. Wenn halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen und metallische Nanoröhrchen als Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in den elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichen 20 in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 enthalten sind, miteinander in Kontakt kommen können tritt aus diesem Grund ein Schottky-Kontakt auf, der den Kontaktwiderstand erhöht und entsprechend die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen verringert. Im Gegensatz hierzu kann man annehmen, daß dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die erhalten werden, indem die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder verursacht wird, daß sie hierin enthalten sind, den Schottky-Kontaktwiderstand zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhrchen verringern, und daß die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen entsprechend höher ist als von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die keine Dotiersubstanzen aufweisen. Als Ergebnis kann man annehmen, daß: der Schottky-Kontaktwiderstand in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial, bei dem dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, niedriger ist als bei einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial, bei dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen ohne Dotiersubstanzen verwendet werden; und daß der somit niedrigere Schottky-Kontaktwiderstand die elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, bei dem die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, erhöht.
Man kann annehmen, daß wie vorstehend beschrieben die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Wirkung verursachen, die Trägerkonzentration zu erhöhen, und die Wirkung verursachen, den Schottky-Kontaktwiderstand zu verringern, weil die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Dotiersubstanzen aufweisen, und daß sie entsprechend die elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials erhöhen. Aus diesen Gründen ist es normalerweise wünschenswert, daß die Menge der Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen größer ist. Um es spezifisch auszudrücken, ist es wünschenswert, daß, wie vorstehend beschrieben, 0,04 oder mehr Masseteile der Dotiersubstanzen, relativ zu 100 Masseteilen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, vorliegen.
Man beachte, daß eine zu große Menge der Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen die mittlere freie Weglänge der Träger in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu stark verkürzt, und dies führt zu einer hohen Wahrscheinlichkeit, daß ein Problem einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit verursacht wird. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß die Menge der Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen nicht zu groß ist. Um es spezifisch auszudrücken ist es wünschenswert, daß, wie vorstehend beschrieben, 1,6 oder weniger Masseteile der Dotiersubstanzen relativ zu 100 Masseteile der Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorliegen.
Der Durchmesser von jedem dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen beträgt zum Beispiel 0,4 bis 50 nm. Die mittlere Länge von jedem Kohlenstoff-Nanoröhrchen beträgt zum Beispiel 1 μm oder größer.
[Verfahren zur Herstellung von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen]
Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können hergestellt werden, indem man zum Beispiel verursacht, daß Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind. Beispiele von einzusetzenden Verfahren, um zu verursachen, daß die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind, umfassen Elektrolyse, Vakuumverdampfung, Bedampfung, Lösungs-Eintauchen und Sprühen.
Die Elektrolyse ist ein Verfahren, in dem verursacht wird, daß die Dotiersubstanzen in einer Elektrolyt-Lösung, die Dotiersubstanzen-Ionen enthält, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen angehaftet werden oder hierin enthalten sind, indem ein Spannungsunterschied zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und der anderen Elektrode angelegt wird, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in die Elektrolyt-Lösung eingetaucht sind oder hiermit in Kontakt stehen.
Die Elektrolyse wird zum Beispiel unter Verwendung eines Elektrolysators 30, der in 4 gezeigt ist, durchgeführt. Der Elektrolysator 30 umfaßt: ein Elektrolytbad 31, das eine Elektrolyt-Lösung 35, die die Dotiersubstanz, wie zum Beispiel Iod-Ionen, enthält, halten kann; eine plattenförmige Pt-Anode 33, auf der ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 plaziert werden kann; und eine Pt-Kathode 34, die zusammen mit der Pt-Anode 33 die Elektrolyt-Lösung 35 elektrolysieren kann.
Zum Beispiel wird das Elektrolytbad 31 des Elektrolysators 30 mit der Elektrolyt-Lösung 35 gefüllt; das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 wird auf der Pt-Anode 33 plaziert; und die Elektrolyt-Lösung 35 wird zwischen der Pt-Kathode 34 und Pt-Anode 33 elektrolysiert. Hierdurch können dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhalten werden, worin die Dotiersubstanzen in der Elektrolyt-Lösung 35 dazu gebracht werden, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein. Wie erfolgreich die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind, kann zum Beispiel durch Messen eines Raman-Spektrums der Kohlenstoff-Nanoröhrchen vor und nach der Elektrolyt-Behandlung (Dotierung) überprüft werden, wie in 5 gezeigt ist.
Das Vakuumverdampfen ist ein Verfahren, in dem verursacht wird, daß die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind, indem die Dotiersubstanzen auf die Kohlenstoff-Nanoröhrchen Vakuumverdampft werden. Die Bedampfung ist ein Verfahren, in dem die Dotiersubstanzen dazu gebracht werden, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein, indem die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einem Dotiersubstanzen-Dampf ausgesetzt werden. Die Lösungseintauchung ist ein Verfahren, in dem die Dotiersubstanzen dazu gebracht werden, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein, indem die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in eine Lösung eingetaucht werden, die die Dotiersubstanzen enthält. Das Sprühen ist ein Verfahren, in dem die Dotiersubstanzen dazu gebracht werden, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein, indem die Dotiersubstanzen auf die Kohlenstoff-Nanoröhrchen gesprüht werden.
Man beachte, daß keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Form der Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen, bei denen verursacht wird, daß Dotiersubstanzen hieran anhaften oder daß Dotiersubstanzen hierin enthalten sind. Zum Beispiel können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen pulverförmig, faserförmig oder blattförmig sein. Öffentlich bekanntes Buckypapier wird zum Beispiel als blattförmiges Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet. Wenn die Dotiersubstanzen an das blattförmige Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder verursacht wird, daß sie hierin enthalten sind, wird normalerweise ein blattförmiges Aggregat von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhalten. Andererseits sind die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial dieser Ausführungsform verwendet werden, normalerweise pulverförmig. Aus diesem Grund wird das blattförmige Aggregat von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu einem Pulver verarbeitet, zum Beispiel durch: Eintauchen des blattförmigen Aggregats von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in ein Lösungsmittel; Anwenden von Ultraschall oder dergleichen auf das in dem Lösungsmittel eingetauchte blattförmige Aggregat von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, um das Aggregat zu individuellen, dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu trennen; und Entfernen des Lösungsmittels von den resultierenden, individuellen dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
<Form der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in jedem der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche>
Jeder der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 umfaßt zumindest ein dotiertes Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Der elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereich 20 kann auf eine Art vorliegen, so daß ein, zwei oder mehr dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen sich erstrecken, oder auf eine Art, daß sie zu Massen agglomerieren.
Wie in 2 gezeigt, liegen in dem Querschnitt des Metall-Basismaterials 10 die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in Teilen der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 vor. Anders ausgedrückt liegen in dem Querschnitt des Metall-Basismaterials 10 die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 nicht in allen Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 vor. Somit weist kein elektrisch leitfähiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereich 20 eine Struktur auf, die es ermöglicht, die gesamte Peripherie von irgendeinem stabförmigen Metall-Kristallkorn 11 zu bedecken. Darüber hinaus liegen, wenn mehrere elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 vorliegen, diese normalerweise voneinander getrennt vor, wie in 2 gezeigt.
Unter bekannten konventionellen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien gibt es ein Beispiel einer Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Matrix mit einer Zellstruktur, worin die Peripherien von allen stabförmigen Metall-Kristallkörnern mit den elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche bedeckt sind. Die Zellstruktur ist so, daß die Zellen, die von den elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichen gebildet werden, mit den stabförmigen Metall-Kristallkörnern gefüllt sind. Die Zellstruktur ist normalerweise eine Wabenstruktur, welche mehrere Zellen umfaßt und worin jede benachbarten zwei der Zellen miteinander verbunden sind, wobei sie eine Wandoberfläche teilen. In der Zellstruktur liegen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche in allen Korngrenzen zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern vor.
Im Gegensatz hierzu weist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform eine solche Struktur auf, daß in dem Querschnitt des Metall-Basismaterials 10 die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in Teilen der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11, jedoch nicht in allen der Korngrenzen 15 vorliegen. Auf diesem Grund bildet in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform keiner der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 eine Zelle, die die Peripherie von irgendeinem stabförmigen Metall-Kristallkorn 11 bedeckt. Diesbezüglich unterscheidet sich die Struktur des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 der Ausführungsform offensichtlich von der Zellstruktur.
Wie in 3 gezeigt ist, liegen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 vor, und bilden hierdurch einen elektrisch leitfähigen Weg, der elektrisch leitfähig in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 ist. Man beachte daß: in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 einige der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 kontinuierlich in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 existieren; andere existieren diskontinuierlich in der Längsrichtung L; und die anderen existieren kontinuierlich und diskontinuierlich in der Längsrichtung L.
Zum Beispiel liegen in der 3 drei elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20a, 20b, 20c kontinuierlich in der Längsrichtung L vor. Hier bezeichnet "liegen kontinuierlich vor", daß jede benachbarten zwei der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in der Längsrichtung L in Kontakt miteinander stehen.
Darüber hinaus liegen in der 3 drei elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20d, 20e, 20f diskontinuierlich in der Längsrichtung L vor. Hier bezeichnet "liegen diskontinuierlich vor", daß jede benachbarten zwei der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in der Längsrichtung L nicht in Kontakt miteinander stehen.
Man beachte, daß die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 so sein können, daß zumindest einige von ihnen in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 vorliegen. Anders ausgedrückt müssen nicht alle der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 vorliegen. Zum Beispiel müssen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform die Richtungen, in denen einige andere der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 orientiert sind, nicht zwangsläufig mit der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 übereinstimmen. In diesem Fall sind die Richtungen, in denen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 orientiert sind, zufällig.
Wie vorstehend beschrieben liegen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform die mehreren elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 nicht notwendigerweise kontinuierlich in der Längsrichtung L des Metall-Basismaterials 10 vor. Weil das Metall-Basismaterial 10 selbst elektrisch leitfähig ist, kann die elektrische Leitung jedoch durch das Metall-Basismaterial 10 sichergestellt werden, sogar wenn die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 voneinander getrennt vorliegen.
Die 6 und 7 zeigen Transmissions-Elektronenmikroskop(TEM)-Aufnahmen eines Längsquerschnitts des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials des später beschriebenen Beispiels 1, welches durch ein fokussiertes Ionenstrahl(focused ion beam, FIB)-Verfahren bearbeitet ist. Hier bezeichnet der Längsquerschnitt den Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, der sich in der Längsrichtung L erstreckt. Die in den 6 und 7 gezeigten Photographien sind vom gleichen Längs-Querschnitt des gleichen Kompositmaterials genommen, und die Sichtfläche unterscheidest die Photographien. Übrigens sind in den 6 und 7 die Bereiche, worin elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 vorliegen, durch den Buchstaben C angezeigt. Aus 6 ist ersichtlich, daß zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörner 11 die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 diskontinuierlich in der Längsrichtung L vorliegen. Aus 7 ist ersichtlich, daß zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 ein elektrisch leitfähiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereich 20 vorliegt, der sich so biegt, daß ein Teil des elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichs 20 sich in die Längsrichtung L erstreckt, während ein anderer Teil des elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichs 20 sich in einer Richtung erstreckt, die zur Längsrichtung L senkrecht steht (nach unten in 7).
Die Menge der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20, die in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform enthalten sind, beträgt normalerweise 0,1 bis 1 Masseteil, bevorzugt 0,2 bis 1 Masseteil und stärker bevorzugt 0,5 bis 1 Masseteil, relativ zu 100 Masseteile des Metall-Basismaterials 10. Im übrigen besitzen die 100 Masseteile des Metall-Basismaterial 10 die gleiche Bedeutung wie 100 Masseteile der stabförmigen Metall-Kristallkörner 11.
Wenn der Mengenanteil der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 im vorstehend erwähnten Bereich liegt, ist wahrscheinlicher, daß die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in Teilen der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 im Querschnitt des Metall-Basismaterials 10 vorliegen.
Man beachte, daß in den konventionellen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial mit der Zellstruktur die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche die Wandoberflächen der Zellen bilden. Als Ergebnis ist der Mengenanteil der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche in dem konventionellen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial mit der Zellstruktur im wesentlichen groß, was etwa 1 bis 5 Masseteile bedeutet.
Im Gegensatz hierzu weist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform nicht die Zellstruktur auf, und es erfüllt den Zweck, wenn die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in Teilen der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 im Querschnitt des Metall-Basismaterials 10 vorliegen. Dies verursacht, daß der Mengenanteil der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform kleiner ist als der Mengenanteil der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche in dem konventionellen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial mit der Zellstruktur.
Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, und weist eine geringe Menge von hierin eingemischten Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf. Man könnte die Ansicht vertreten, daß die Gründe für die hohe elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 aus den folgenden zwei Gründen gegeben ist. Als erstes wird durch die Eliminierung der Zellstruktur aus dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 es unnötig, ein Elastomer zu verwenden, um das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 herzustellen, und entsprechend wird nicht ermöglicht, daß Reste von ansonsten verdampftem Elastomer in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 verbleiben. Als zweites werden in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 die Wirkung zur Erhöhung der Trägerkonzentration und die Wirkung für die Verringerung des Schottky-Kontaktwiderstands herbeigeführt, weil die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 aus den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen hergestellt sind, die die Dotiersubstanzen aufweisen.
[Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Beschreibung für ein Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform gegeben.
Das Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform umfaßt einen Herstellungsschritt für dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, einen Grünling-Formschritt und einen Extrusionsschritt.
(Herstellungsschritt für dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen)
Der Herstellungsschritt für dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist ein Schritt, in dem Iod als Dotiersubstanz an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen angehaftet oder hierin eingebracht wird. Der Herstellungsschritt für dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist der gleiche wie das Verfahren zur Herstellung der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, welches vorstehend beschrieben worden ist. Aus diesem Grund wird die Beschreibung für den Schritt weggelassen.
(Formschritt für den Grünling)
Der Formschritt für den Grünling ist ein Schritt, in dem ein gemischtes Pulver, das Metallpulver und dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfaßt, zu einem Pulver-Grünling geformt wird, indem auf das gemischte Pulver ein Druck ausgeübt wird.
<Metallpulver>
Beispiele des zu verwendenden Metallpulvers umfassen Aluminium-Pulver, Aluminium-Legierungspulver, Kupferpulver und Kupfer-Legierungspulver. Diese Metallpulver sind bevorzugt, weil sie eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Der mittlere Partikeldurchmesser D₅₀ des Metallpulvers beträgt zum Beispiel 1 bis 500 μm, und bevorzugt 3 bis 300 μm. Hier bezeichnet D₅₀ den Median-Durchmesser. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser D₅₀ des Metallpulvers innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs ist, kann das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform leicht erhalten werden. Ferner kann das Metallpulver eine Mischung von mehreren Arten von Metallpulvern mit unterschiedlichen mittleren Partikeldurchmessern D₅₀ sein. Wenn das Metallpulver eine Mischung von mehreren Arten von Metallpulvern mit verschiedenen mittleren Partikeldurchmessern D₅₀ ist, kann der Pulver-Grünling leicht geformt werden, weil die Lücken zwischen den Körnern des Metallpulvers kleiner werden.
<Dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen>
Die zu verwendenden dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind die gleichen, wie diejenigen, die im Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der Ausführungsform verwendet werden. Man beachte, daß die zu verwendenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Material der dotierten Kohlenstoff- Nanoröhrchen hergestellt werden können, indem Metall-Katalysatoren, wie Platin-Katalysatoren, und amorpher Kohlenstoff von den Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch Säurereinigung entfernt werden, oder indem amorpher Kohlenstoff durch eine Hochtemperaturbehandlung graphitiert wird, bevor verursacht wird, daß die Dotiersubstanzen an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaften oder hierin enthalten sind. Solche Vorbehandlungen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen ermöglichen es, die Reinheit und Kristallinität der erhaltenen dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu erhöhen. Ansonsten sollten die gleichen Faktoren berücksichtigt werden, wie sie für das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der Ausführungsform beschrieben worden sind. Daher wird auf weitere Beschreibungen der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verzichtet.
<Gemischtes Pulver>
Das gemischte Pulver ist das Pulver, das das Metallpulver und die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthält. Das gemischte Pulver kann zum Beispiel durch Mischen des Metallpulvers und der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einem Lösungsmittel, wie zum Beispiel einem auf Alkohol basierenden Lösungsmittel, und Verdampfen des Lösungsmittels erhalten werden.
Die Menge der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in dem gemischten Pulver enthalten ist, beträgt normalerweise 0,1 bis 1 Masseteil bevorzugt 0,2 bis 1 Masseteil und stärker bevorzugt 0,25 bis 1 Masseteil, relativ zu 100 Masseteile des Metallpulvers.
In dem Grünling-Formschritt wird das gemischte Pulver durch Ausüben eines Drucks auf das gemischt Pulver komprimiert, und hierzu zu einem Pulver-Grünling geformt. In dem Grünling-Formschritt wird das gemischte Pulver auf eine Art komprimiert, daß die Lücken zwischen den Körnern des Metallpulvers in dem gemischten Pulver minimiert werden. Das Ausüben des Drucks auf das gemischte Pulver kann mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden. Gemäß diesem Verfahren wird zum Beispiel das gemischte Pulver in einem zylinderförmigen Grünling-Formbehälter (Matrize) plaziert, und danach wird ein Druck auf das gemischte Pulver innerhalb des Behälters ausgeübt.
In dem erhaltenen Pulver-Grünling liegen die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen normalerweise in den Zwischenräumen zwischen den Körnern des komprimierten Metallpulvers vor. Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen können auf eine Art vorliegen, daß ein, zwei oder mehr dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen sich erstrecken. Ansonsten können die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu Massen agglomeriert sein, solange sie in den Zwischenräumen zwischen den Körnern des Metallpulvers vorliegen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird eine Beschreibung für den Grünling-Formschritt gegeben. 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Grünling-Formschritts zeigt. Ein Grünling-Formbehälter 80, der in 8 gezeigt ist, ist ein Container, der zum Formen eines gemischten Pulvers 50 zu einem Pulver-Grünling 60 durch Ausüben eines Drucks auf das gemischte Pulver 50 konfiguriert ist. Der Grünling-Formbehälter 80 umfaßt einen zylinderförmigen Container-Hauptkörper 81, der mit einem säulenförmigen Hohlbereich 83 versehen ist, der sich durch den Container-Hauptkörper 81 in der Achsenrichtung erstreckt.
Der Grünling-Formschritt beginnt mit dem Plazieren des Grünling-Formcontainers 80 auf einer Bodenplatte (nicht gezeigt). In diesem Fall wird der Grünling-Formbehälter 80 auf der Bodenplatte plaziert, wobei kein Abstand zwischen der Bodenoberfläche des Grünling-Formbehälters 80 und der oberen Oberfläche der Bodenplatte vorgesehen ist. Danach wird das gemischte Pulver 50 in dem Hohlbereich 83 des Grünling-Formcontainers 80 plaziert, dessen Bodenbereich durch die Bodenplatte geschlossen ist. Danach wird das gemischte Pulver 50 innerhalb des Hohlbereichs 83 durch Ausüben eines Drucks auf das gemischte Pulver 50 unter Ausübung einer Kraft, die durch das Bezugszeichen F1 angezeigt ist, komprimiert. Hierdurch wird das gemischte Pulver 50 zu dem Pulver-Grünling 60 geformt.
Der auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt ausgeübte Druck unter Verwendung der Kraft, die durch das Bezugszeichen F1 bezeichnet wird, sollte nicht kleiner sein als die Dehngrenze, jedoch nicht größer als die Höchstspannung des Metallpulver in dem gemischten Pulver 50. Wenn zum Beispiel das Metallpulver in dem gemischten Pulver 50 Aluminium-Pulver ist, beträgt der auf das gemischte Pulver 50 ausgeübte Druck nicht weniger als die Dehngrenze, jedoch nicht mehr als die Höchstspannung des Aluminium-Pulvers. Wenn der auf das gemischte Pulver 50 ausgeübte Druck nicht kleiner ist als die Dehngrenze, jedoch nicht größer als die Höchstspannung, des Metallpulvers in dem gemischten Pulver 50 wird das gemischte Pulver zu einem Pulver-Grünling 60 durch Komprimieren des gemischten Pulver 50 auf eine Art komprimiert, daß die Hohlräume zwischen den Körnern des Metallpulvers in dem gemischten Pulver 50 minimiert werden.
Hier bezeichnet die Dehngrenze den Druck an dem Grenzpunkt zwischen der elastischen Deformation und der plastischen Deformation. Spezifisch weist im allgemeinen ein Metallmaterial wie ein Metallpulver die Eigenschaft auf, daß: in einem Bereich, in dem die Verformung gering ist, erhöht sich der Druck proportional zu einer Erhöhung der Verformung (elastische Deformation); und sobald die Verformung eine bestimmte Größe überschreitet, erhöht sich der Druck nicht mehr proportional zur Erhöhung der Verformung (plastische Deformation). Der Druck, der einer bestimmten Verformungsgröße entspricht, wird als Dehngrenze bezeichnet. Hingegen bezeichnet die Höchstspannung den Maximalwert des Drucks, der sowohl im elastischen Deformationsbereich als auch im plastischen Deformationsbereich liegt. Die Höchstspannung eines Metallmaterials liegt normalerweise im plastischen Deformationsbereich vor.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun eine Beschreibung dahingehend gegeben, daß der auf das gemischte Pulver 50 auszuübende Druck nicht kleiner als die Dehngrenze, jedoch nicht größer als die Höchstspannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver 50 ist. 9 ist ein Diagramm zum Erklären eines Bereichs des Drucks, der auf das gemischte Pulver in dem Grünling-Formschritt auszuüben ist. Spezifisch ausgedrückt ist 9 ein Graph, der die Druck-Verformungs-Kurve zeigt, die von einem Metallpulver aus reinem Al (Aluminium) gezeigt wird, und eine Druck-Verformungs-Kurve, die von einem Metallpulver einer Aluminium-Legierung gezeigt wird. Im übrigen sind die Druck-Verformungs-Kurven in 9 eine semi-logarithmische Auftragung, worin die Achse, die den Druck zeigt, logarithmisch skaliert ist.
Im Fall des Metallpulvers aus reinem Al (Aluminium) ist die Dehngrenze YS₁, welches der Druck an einem Punkt A₁ ist, und die Höchstspannung ist MS₁, welches der Druck an einem Punkt A₂ ist, wie in 9 gezeigt. Unter Berücksichtigung von diesen ist in dem Fall, daß das in dem gemischten Pulver enthaltene Metallpulver aus reinem Al (Aluminium) hergestellt ist, der auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt auszuübenden Druck so eingestellt, daß er nicht kleiner ist als die Dehngrenze YS₁, jedoch nicht größer als die Höchstspannung MS₁. Im übrigen ist die Druck-Verformungs-Kurve von reinem Aluminium in 9 in dem Bereich, worin die Verformung nicht größer ist als der Punkt A₁, gekrümmt. Dieser Bereich ist der elastische Deformationsbereich, worin sich der Druck proportional zur Erhöhung der Verformung erhöht. Der Grund, warum die Druck-Verformungs-Kurve in diesem Bereich gekrümmt ist, ist, daß 9 eine semilogarithmische Auftragung verwendet.
Im Fall eines Metallpulvers aus einer Aluminium-Legierung ist die Dehngrenze YS₂, welches ein Druck an einem Punkt B₁ ist, und die Höchstspannung ist MS₂, welches ein Druck an einen Punkt B₂ ist. Unter Berücksichtigung von diesen ist der auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt auszuübende Druck auf nicht weniger als die Dehngrenze YS₂, jedoch nicht mehr als die Höchstspannung MS₂ eingestellt, wenn das in dem gemischten Pulver 50 enthaltene Metallpulver aus einer Aluminium-Legierung hergestellt ist. Übrigens ist die Druck-Verformungs-Kurve der Aluminium-Legierung in der 9 in einem Bereich gekrümmt, worin die Verformung nicht größer ist als der Punkt B₁. Dieser Bereich ist der elastische Deformationsbereich, wie im Fall der Druck-Verformungs-Kurve von reinem Aluminium, wo die Verformung nicht größer ist als der Punkt A₁.
Ein Verfahren zum Ausüben des Drucks auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt wird normalerweise bei Raumtemperatur durchgeführt. Zusätzlich beträgt die Zeitspanne, für die der Druck auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt ausgeübt werden muß, normalerweise 5 bis 60 Sekunden, und bevorzugt 10 bis 40 Sekunden. In diesem Schritt kann die Zeitspanne, für die der Druck auf das gemischte Pulver 50 ausgeübt werden muß, zu einer sehr kurzen Zeit verkürzt werden, weil das gemischte Pulver 50 keine organischen Bestandteile, wie ein Elastomer, welches eine Wärmebehandlung für mehrere Stunden erfordert, umfaßt und weil der Grünling-Formschritt den physikalischen Prozeß des Formens des gemischten Pulvers 50 zu dem Pulver-Grünling 60 durch Komprimieren des gemischten Pulvers 50 einsetzt.
Sobald ein Druck innerhalb des vorbestimmten Bereichs auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünling-Formschritt ausgeübt wird, wird das gemischte Pulver 50 innerhalb des hohlen Bereichs 83 des Grünling-Formbehälters 80 zu dem Pulver-Grünling 60 geformt. Der Pulver-Grünling 60 wird aus dem hohlen Bereich 83 des Grünling-Formbehälters 80 ausgestoßen, zum Beispiel durch herausdrücken. Der erhaltene Pulver-Grünling 60 wird zum folgenden Schritt zugeführt, das heißt, zum Extrusionsschritt.
(Extrusionsschritt)
Der Extrusionsschritt ist ein Schritt zum Extrudieren des Pulver-Grünlings 60 in einer Vakuumatmosphäre bei einer Temperatur von 400°C oder höher und bei einer Verformungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 100 s^–1.
Im Extrusionsschritt wird das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 durch Erwärmen und Extrudieren des Pulver-Grünlings 60 erhalten. Das Extrudieren des Pulver-Grünlings 60 kann unter Verwendung eines herkömmlich bekannten Verfahrens erreicht werden. Zum Beispiel wird der Pulver-Grünling 60 innerhalb des Containers erwärmt und extrudiert, nachdem der Pulver-Grünling 60 in einen zylinderförmigen Extruder gegeben worden ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird eine Beschreibung des Extrusionsschritts gegeben. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Extrusionsschritts zeit. Ein in 10 gezeigter Extruder 90 ist eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um den Pulver-Grünling 60 zu einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 durch Erwärmen und Extrudieren des Pulver-Grünlings 60 zu formen. Der Extruder 90 umfaßt: einen zylinderförmigen Apparat-Hauptkörper 91, der mit einem säulenförmigen hohlen Bereich 93 versehen ist, in den der Pulver-Grünling 60 gegeben wird, und eine Düse 95, die an einem Bodenbereich des Apparat-Hauptkörpers 91 vorgesehen ist und aus der das extrudierte Produkt ausgestoßen wird.
In dem Extrusionsschritt wird der in den hohlen Bereich 93 des Extruders 90 eingeführte Pulver-Grünling 60 in einer Vakuumatmosphäre erwärmt. Danach wird eine Kraft, durch das Bezugszeichen F2 bezeichnet, auf den somit erwärmten Pulver-Grünling 60 ausgeübt. Hierdurch wird das extrudierte Produkt aus der Düse 95 in einer Extrusionsrichtung M herausgedrückt. Übrigens kann die Atmosphäre eine Inertgasatmosphäre anstelle einer Vakuumatmosphäre sein.
Der Pulver-Grünling 60 wird auf eine Art erwärmt, daß die Temperatur des Pulver-Grünlings 60 normalerweise 400°C oder höher, bevorzugt 400 bis 700°C, stärker bevorzugt 400 bis 660°C, und viel stärker bevorzugt 400 bis 650°C beträgt. Wenn die Temperatur des Pulver-Grünlings 60 weniger als 400°C beträgt, ist die Extrusion schwierig. Wenn andererseits die Temperatur des Pulver-Grünlings 60 höher als 660°C ist, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß Aluminiumcarbid in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 gebildet wird.
Ferner wird der Pulver-Grünling 60 auf eine Art erwärmt, daß die Zeitspanne, für die die Temperatur des Pulver-Grünlings 60 innerhalb des vorstehend erwähnten Temperaturbereichs ist, normalerweise 0,3 bis 5 Minuten, und bevorzugt 0,5 bis 3 Minuten beträgt. In diesem Schritt enthält der Pulver-Grünling 60 keine organischen Bestandteile, wie zum Beispiel ein Elastomer, welches eine Wärmebehandlung für mehrere Stunden erfordert, und das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1, das in diesem Schritt erhalten wird, weist keine Zellstruktur auf. Aus diesen Gründen kann in diesem Schritt die Zeitspanne, für die der Pulver-Grünling 60 erwärmt werden muß, auf eine sehr kurze Zeit verkürzt werden.
Die Verformungsgeschwindigkeit des erwärmten Pulver-Grünlings 60 während der Extrusion beträgt normalerweise 0,1 bis 100 s^–1, und bevorzugt 0,3 bis 3 s^–1. Eine Verformungsgeschwindigkeit innerhalb dieses Bereichs führt dazu, daß das erhaltene Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 die Struktur und die Eigenschaften des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform aufweist.
Das Extrusionsverhältnis während der Extrusion beträgt normalerweise 4:1 oder größer. Wenn das Extrusionsverhältnis kleiner als 4:1 ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß der Pulver-Grünling 60 unzureichend gesintert wird. Hier bezeichnet das Extrusionsverhältnis das Verhältnis einer Fläche des Querschnitts des Pulver-Grünlings 60 zu einer Fläche des Querschnitts des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 als extrudiertem Material.
Das durch die vorstehend beschriebene Extrusion erhaltene Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 weist die gleiche Struktur auf, wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 der Ausführungsform. Aus diesem Grund wird auf Ausführungen bezüglich des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 verzichtet.
Das Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials der Ausführungsform ermöglicht es, ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und einer geringeren Menge von hierin eingemischten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer kürzeren Zeitspanne herzustellen. Übrigens kann angenommen werden, daß die Gründe für die höhere elektrische Leitfähigkeit des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials 1 darin bestehen, daß die Eliminierung der Zellstruktur aus dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 es unnötig macht, ein Elastomer zu verwenden, um das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 herzustellen, und entsprechend es nicht möglich ist, daß Rückstände von ansonsten verdampften Elastomer in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 verbleiben. Hingegen kann man annehmen, daß der Grund, warum das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 in einer kürzeren Zeit hergestellt werden kann, darin besteht, daß die mangelnde Notwendigkeit für die Elastomerverdampfung es ermöglicht, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 1 in etwa zwei Minuten herzustellen, einschließlich des Grünling-Formschritts und des Extrusionsschritts.
Beispiele
Nachstehend werden genauere Beschreibungen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Beispielen und Vergleichsbeispielen gegeben. Die vorliegende Erfindung ist übrigens nicht auf diese Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
(Schritt zur Herstellung von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen)
<Vorbehandlung>
Zunächst wurden Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 mit jeweils einem Durchmesser von etwa 15 nm und mit einer mittleren Länge von etwa 5 μm vorbereitet. Als Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 wurde ein bereits vorher geformtes Vlies-förmiges Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 oder ein Buckypapier verwendet. Das Vlies-förmige Aggregat der Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Buckypapier) 40 hatte eine Dicke von 0,3 mm. Anschließend wurde das Vlies-förmige Aggregat der Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 in eine gemischte Säure für 24 Stunden eingetaucht, die konzentrierte Salpetersäure und konzentrierte Schwefelsäure enthielt. Diese Eintauchbehandlung wurde als Vorbehandlung zum Entfernen von in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 verbliebenen Metallkatalysatoren und amorphem Kohlenstoff durchgeführt.
<Elektrolyt-Behandlung>
Danach wurde eine Elektrolyt-Behandlung durchgeführt, um Iod als Dotiersubstanz an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuheften oder zu verursachen, daß es hierin enthalten ist, wobei der in 4 gezeigte Elektrolysator 30 verwendet wurde. Der Elektrolysator 30 umfaßte: das Elektrolyt-Bad 31, das die Elektrolyt-Lösung 35 halten kann, Iod-Ionen enthält; die plattenförmige Pt-Anode 33, die ermöglicht, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 40 hierauf plaziert werden; und die Pt-Kathode 34, die in der Lage ist, die Elektrolyt-Lösung 35 zusammen mit der Pt-Anode 33 zu elektrolysieren.
Zunächst wurde das Elektrolyt-Bad 31 des Elektrolysators 30 mit einer wäßrigen NaI-Lösung 35 als Elektrolyt-Lösung gefüllt, und der Vliesstoff 40 aus den Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurde auf der plattenförmigen Pt-Anode 33 plaziert, die im Bodenbereich des Elektrolyt-Bades 31 angeordnet war. Die wäßrige NaI-Lösung 35 war eine Elektrolyt-Lösung, die Na⁺ und I^– enthielt.
Anschließend wurde die Pt-Kathode 34 in die wäßrige NaI-Lösung 35 eingetaucht, und die wäßrige NaI-Lösung 35 wurde potentiostatisch mit einem 0,7-Volt-Spannungsunterschied elektrolysiert, der durch Einstellen des elektrischen Potentials der Pt-Kathode 34 bei 0 Volt; und Einstellen des elektrischen Potentials der Pt-Anode 33 bei 0,7 Volt erhalten wurde. Für die Elektrolyse wurde die Temperatur der wäßrigen NaI-Lösung 35 auf 25°C eingestellt. Diese Elektrolyse wurde durchgeführt, damit Iod-Ionen I^– in der wäßrigen NaI-Lösung 35 durch die Pt-Anode 33 angezogen wurden und entsprechend verursacht wurde, daß sie an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Buckypapier 40 anhaften oder hierin enthalten sind. Ferner wurden die Bedingungen für die Elektrolyse so eingestellt, daß 10 Masseteile Iod an 100 Masseteile der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Buckypapier 40 nach der Elektrolyse (Dotierung) anhafteten.
Ein Teil des elektrolytisch behandelten Buckypapiers 40 wurde in DMF (N,N-Dimethylformamid) gegeben und zu individuellen dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufgetrennt, indem Ultraschall auf den Teil des Buckypapiers 40 ausgeübt wurde. Dann wurde das DMF verdampft, und ein Pulver von elektrolytisch behandelten Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurde hierdurch erhalten. Ein anderes Buckypapier 40, das noch nicht elektrolytisch behandelt worden war, wurde auf die gleiche Weise verarbeitet, und es wurde ein Pulver von Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhalten, die noch nicht elektrolytisch behandelt worden waren.
Es wurde ein Raman-Spektrum des Pulvers der elektrolytisch behandelten Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Raman-Spektrum des Pulvers der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die noch nicht elektrolytisch behandelt worden waren, analysiert. Wie in 5 gezeigt wurde als Ergebnis gefunden, daß die elektrolytisch behandelten (dotierten) Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen Peak bei 111 cm^–1 (I₃ ^–) und einen Peak bei 173 cm^–1 (I₅ ^–) aufwiesen, welche die Kohlenstoff-Nanoröhrchen nicht aufwiesen, die noch nicht elektrolytisch behandelt worden waren (undotiert). Aus dem in 5 gezeigten Ergebnis wurde geschlossen, daß die elektrolytisch behandelten (dotierten) Kohlenstoff-Nanoröhrchen Iod im Zustand von I₃ ^– und Iod im Zustand von I₅ ^– enthielten.
(Grünling-Formschritt)
Zunächst wurde ein Masseteil des elektrolytisch behandelten Buckypapiers 40 in DMF (N,N-Dimethylformamid) gegeben und durch Anwenden von Ultraschall auf das Buckypapier 40 in individuelle dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufgetrennt. Hierdurch wurden dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhalten. Als nächstes wurden 100 Masseteile Aluminium-Pulver mit einer Reinheit von 99,9 % und einem mittleren Partikeldurchmesser D₅₀ von 50 μm zugegeben und in das DMF eingemischt. Danach wurde das DMF verdampft, und es wurde ein gemischtes Pulver zubereitet, das Aluminium-Pulver und dotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthielt.
Danach wurde das gemischte Pulver in den hohlen Bereich 83 des Grünling-Formbehälters 80, der in 8 gezeigt ist, gegeben, und es wurde ein Druck auf das gemischte Pulver bei Raumtemperatur (20°C) für 20 Sekunden ausgeübt. Übrigens betrug der auf das gemischte Pulver ausgeübte Druck nicht weniger als die Dehngrenze, jedoch nicht mehr als die Höchstspannung des Aluminium-Pulvers in dem gemischten Pulver. Als Ergebnis hiervon wurde ein Grünling in dem hohlen Teil 83 des Grünling-Formbehälters 80 geformt.
(Extrusionsschritt)
Ferner wurde der Pulver-Grünling in den hohlen Bereich 93 des in 10 gezeigten Extruders 90 eingeführt, und wurde in einer Vakuumatmosphäre für etwa 2 Minuten gehalten, wobei die Temperatur der Düse 95 bei 500°C eingestellt war. Danach wurde der Pulver-Grünling extrudiert. Die Extrusion wurde mit einer Verformungsgeschwindigkeit (strain rate) von 1 s^–1 und mit einem Extrusionsverhältnis von 4:1 durchgeführt.
Nach der Extrusion wurde das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial erhalten. Das erhaltene Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial enthielt: das Metall-Basismaterial, das aus der polykristallinen Substanz hergestellt ist, worin mehrere stabförmige Metall-Kristallkörner in die gleiche Richtung orientiert waren; und die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche, die aus den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet waren. Im Querschnitt des Metall-Basismaterials liegen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche in Teilen der Korngrenzen zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörner vor. Zusätzlich liegen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche in der Längsrichtung des Metall-Basismaterials vor. Somit formen die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche den elektrisch leitfähigen Weg, der in der Längsrichtung des Metall-Basismaterials elektrisch leitend ist.
6 und 7 zeigen Transmissions-Elektronenmikroskop(TEM)-Aufnahmen des Längs-Querschnitts des erhaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, welche mit dem fokussierten Ionenstrahl(focoused ion beam, FIB)-Verfahren bearbeitet worden waren. Hier bezeichnet der Längs-Querschnitt den Querschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials, der sich in die Längsrichtung L erstreckt. Die Photographien in den 6 und 7 wurden vom selben Längs-Querschnitt desselben Kompositmaterials genommen, und was die Photographien unterscheidet, ist das Gebiet der Ansicht. Übrigens sind in den 6 und 7 die Bereiche, wo elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 vorlagen, durch den Buchstaben C angezeigt.
Aus 6 ist ersichtlich, daß zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche 20 diskontinuierlich in der Längsrichtung L vorlagen. Aus 7 ist ersichtlich, daß zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern 11 ein elektrisch leitfähiger Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereich 20 so gekrümmt vorlag, daß ein Teil des elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichs 20 sich in die Längsrichtung L erstreckte, während der andere Teil des elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereichs 20 sich in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung L (nach unten in 7) erstreckte.
(Bewertung)
<Menge von dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial>
Die Menge der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem erhaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial wurde unter Verwendung von Verbrennungs-IR-Absorptionsspektroskopie gemessen. Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial von Beispiel 1 enthielt 1 Masseteile der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, relativ zu 100 Masseteile des Aluminiums, das die stabförmigen Metall-Kristallkörner 11 bildet. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
<Menge von in die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen dotierten Dotiersubstanzen>
Die Menge der in die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen dotierten Dotiersubstanzen, die in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial enthalten waren, wurde durch ICP-MS gemessen. Die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 enthielten 1,5 Masseteile Iod als Dotiersubstanzen, relativ zu 100 Masseteilen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie vorstehend beschrieben, waren übrigens die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die das elektrolytisch behandelte Buckypapier 40 als Material des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials bildeten, so reich an Iod, daß 10 Masseteile Iod an 100 Masseteile der Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhafteten. Der Grund dafür, daß mehr Iod an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftete, wird darin angenommen, daß eine Wahrscheinlichkeit bestand, daß einiges von dem Iod von den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verlorenging, während das Iod-dotierte Buckypapier 40 zum Pulver der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verarbeitet wurde.
<Elektrische Leitfähigkeit>
Die elektrische Leitfähigkeit des erhaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials wurde gemäß JIS C3002 untersucht. Die elektrische Leitfähigkeit wurde aus dem spezifischen Widerstand des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterials berechnet, welcher erhalten wurde, indem mit einem Vier-Elektroden-Verfahren in einer Konstant-Temperaturkammer, die bei 20°C (±0,5°C) gehalten wurde, gemessen wurde. Der Abstand zwischen den Elektroden, die zum Messen des spezifischen Widerstands verwendet wurden, wurde bei 1000 mm eingestellt. Übrigens ist die elektrische Leitfähigkeit als relative elektrische Leitfähigkeit gezeigt, wobei die elektrische Leitfähigkeit des Vergleichsbeispiels 1 als 1,00 angesehen wird, welches ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial ist, das unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1, außer daß undotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen anstelle der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet wurden. Die relativen elektrischen Leitfähigkeiten sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Vergleichsbeispiel 1]
Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Vergleichsbeispiels 1 wurde auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 hergestellt, außer daß die undotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen anstelle der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet wurden. Das erhaltene Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial wurde auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 untersucht. Das Meßergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
[Beispiele 2 und 3]
Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien der Beispiele 2 und 3 wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1, außer daß, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, die Menge der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial von jedem der Beispiele 2 und 3 und die Menge der Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen von jedem der Beispiele 2 und 3 von denjenigen des Beispiels 1 verschieden waren. Die erhaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien wurden auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 untersucht. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Übrigens ist die elektrische Leitfähigkeit von jedem der Beispiele 2 und 3 als relative elektrische Leitfähigkeit angegeben, wobei die elektrische Leitfähigkeit des Vergleichsbeispiels 2 als 1,00 angesehen wird, welches ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial ist, das unter den gleichen Bedingungen wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der Beispiele 2 und 3 hergestellt wurde, außer daß undotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen anstelle der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet wurden.
[Vergleichsbeispiel 2]
Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Vergleichsbeispiels 2 wurde auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 2 hergestellt, außer daß undotierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen anstelle der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet wurden. Das erhaltene Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial wurde auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 untersucht. Das Meßergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
[Beispiele 4 bis 6]
Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien der Beispiele 4 bis 6 wurden auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 hergestellt, außer daß, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, die Menge der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien von jedem der Beispiele 4 und 6 und die Menge der Dotiersubstanzen in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen von jedem der Beispiele 4 bis 6 sich von denjenigen des Beispiels 1 unterschieden. Die erhaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien wurden auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 untersucht. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Übrigens ist die elektrische Leitfähigkeit von jedem der Beispiele 4 bis 6 als relative elektrische Leitfähigkeit angegeben, wobei die elektrische Leitfähigkeit des Vergleichsbeispiels 2 als 1,00 angesehen wird.
[Vergleichsbeispiel 3]
Es wurde ein Metallmaterial aus nur Aluminium auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 hergestellt, außer daß keine dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet wurden. Das erhaltene Metallmaterial wurde auf die gleiche Weise wie das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial des Beispiels 1 untersucht. Das Meßergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
11 zeigt die Ergebnisse der Messung der relativen elektrischen Leitfähigkeiten der Beispiele 1 bis 6. Aus 11 ist ersichtlich, daß die relativen elektrischen Leitfähigkeiten der Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien, worin die Mengen der Dotiersubstanzen (Iod) in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen innerhalb des mit dem Buchstaben R in 11 angezeigten Bereichs befinden, oder in einem Bereich von 0,04 bis 1,6 Masseteile, höher sind als diejenigen der anderen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterialien.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung der Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und kann innerhalb der Idee der vorliegenden Erfindung auf vielerlei Art modifiziert werden.
Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial der Ausführungsform kann zum Beispiel als ein Draht bzw. Leiter für einen Automobil-Kabelbaum verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-171291 A [0004, 0005, 0006, 0007, 0008, 0008, 0008, 0009, 0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS C3002 [0127]

Claims

Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial, umfassend: ein Metall-Basismaterial, das aus einer polykristallinen Substanz hergestellt ist, worin eine Vielzahl von stabförmigen Metall-Kristallkörnern in einer Richtung orientiert sind; und elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche, die aus dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die eine Dotiersubstanz aufweisen, hergestellt sind, welche in Teilen der Korngrenzen zwischen den stabförmigen Metall-Kristallkörnern in einem Querschnitt des Metall-Basismaterials vorliegen und einen elektrisch leitfähigen Weg bilden, der in Längsrichtung des Metall-Basismaterials elektrisch leitfähig ist, indem sie entlang der Längsrichtung vorliegen.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß Anspruch 1, worin die Dotiersubstanz zumindest eine Dotiersubstanz ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Halogenelement-haltigen Substanz, einer Alkalimetall-haltigen Substanz und einem Metalloxid.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß Anspruch 2, worin die Halogenelement-haltige Substanz ist mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluor, Chlor, Brom und Iod, Ionen von den zumindest einem Element oder Moleküle oder eine chemische Verbindung, die das zumindest eine Element enthält.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß Anspruch 2, worin die Alkalimetall-haltige Substanz ist mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, Ionen von dem zumindest einem Element oder Moleküle oder eine chemische Verbindung, die das zumindest eine Element enthält.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß Anspruch 2, worin das Metalloxid mindestens ein Oxid ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Kupferoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Molybdänoxid und Calciumoxid.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin die dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 0,04 bis 1,6 Masseteile der Dotiersubstanz umfassen, relativ zu 100 Masseteilen der dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin die in den dotierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltene Dotiersubstanz dazu gebracht wurde, an die Kohlenstoff-Nanoröhrchen anzuhaften oder hierin enthalten zu sein.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Kompositmaterial 0,1 bis 1 Masseteil der elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wegebereiche enthält, relativ zu 100 Masseteile des Metall-Basismaterials.