JP2003227808A - カーボンナノチューブを用いたセンサ - Google Patents
カーボンナノチューブを用いたセンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 種々の外部刺激の変化に応じてカーボンナノ
チューブ（ＣＮＴ）の電気的特性が変化することを利用
したセンサを実用化するための、新規な技術を提供す
る。 【解決手段】 絶縁基板１の表面に近接配置した一対の
薄膜状の電極部２１、２２間を、多数のＣＮＴ３を介し
て電気的に接続したセンサＳ１である。かかるセンサＳ
１においては、ＣＮＴ３の、光、磁気、圧力、歪み、温
度、雰囲気ガスの種類、気圧などの外部刺激の変化に応
じた電気的特性の変化を、一対の電極部２１、２２に検
出回路を接続することによって、電気信号として取り出
すことができる。
チューブ（ＣＮＴ）の電気的特性が変化することを利用
したセンサを実用化するための、新規な技術を提供す
る。 【解決手段】 絶縁基板１の表面に近接配置した一対の
薄膜状の電極部２１、２２間を、多数のＣＮＴ３を介し
て電気的に接続したセンサＳ１である。かかるセンサＳ
１においては、ＣＮＴ３の、光、磁気、圧力、歪み、温
度、雰囲気ガスの種類、気圧などの外部刺激の変化に応
じた電気的特性の変化を、一対の電極部２１、２２に検
出回路を接続することによって、電気信号として取り出
すことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブを用いた新規なセンサに関するものである。
ーブを用いた新規なセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、グ
ラファイト構造を有するナノメータオーダの円筒状の物
質、いわゆるカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と
する）が発見された〔S. Iijima, Nature, 354, 56 (19
91)〕。ＣＮＴは、その微細な構造と種々の特徴的な性
質ゆえに、工業的な利用についての研究が盛んに行われ
ている。
ラファイト構造を有するナノメータオーダの円筒状の物
質、いわゆるカーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と
する）が発見された〔S. Iijima, Nature, 354, 56 (19
91)〕。ＣＮＴは、その微細な構造と種々の特徴的な性
質ゆえに、工業的な利用についての研究が盛んに行われ
ている。
【０００３】しかし現在のところ、ＣＮＴ自体の効率的
な製造方法が十分に確立されていないこともあって、具
体的な利用についての研究は、そのほとんどが緒につい
たばかりであり、一定の成果が得られているものはごく
一部に過ぎないのが現状である。例えば特許第３０２８
６７４号公報には、ＣＮＴを、光、磁気、圧力、歪みお
よび温度などの、外部刺激の変化を検出するセンサとし
て使用できる可能性が示唆されている。
な製造方法が十分に確立されていないこともあって、具
体的な利用についての研究は、そのほとんどが緒につい
たばかりであり、一定の成果が得られているものはごく
一部に過ぎないのが現状である。例えば特許第３０２８
６７４号公報には、ＣＮＴを、光、磁気、圧力、歪みお
よび温度などの、外部刺激の変化を検出するセンサとし
て使用できる可能性が示唆されている。
【０００４】ところが上記の公報には、ＣＮＴを用いた
センサの具体的な構成について一切、記載されていない
ことから、かかるセンサが未だに実用化されていないこ
とは明らかである。本発明の目的は、種々の外部刺激の
変化に応じてＣＮＴの電気的特性が変化することを利用
したセンサを実用化するための、新規な技術を提供する
ことにある。
センサの具体的な構成について一切、記載されていない
ことから、かかるセンサが未だに実用化されていないこ
とは明らかである。本発明の目的は、種々の外部刺激の
変化に応じてＣＮＴの電気的特性が変化することを利用
したセンサを実用化するための、新規な技術を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１記載の発明は、絶縁基板表面に、一対の薄膜状の電極
部を、互いに接触しないように近接配置するとともに、
当該絶縁基板表面の、両電極部間の領域と、両電極部上
のそれぞれ少なくとも一部の領域とを含む範囲に多数の
ＣＮＴを配設して、両電極部間を、配設したＣＮＴを介
して電気的に接続したことを特徴とするセンサである。
１記載の発明は、絶縁基板表面に、一対の薄膜状の電極
部を、互いに接触しないように近接配置するとともに、
当該絶縁基板表面の、両電極部間の領域と、両電極部上
のそれぞれ少なくとも一部の領域とを含む範囲に多数の
ＣＮＴを配設して、両電極部間を、配設したＣＮＴを介
して電気的に接続したことを特徴とするセンサである。
【０００６】請求項１のセンサにおいては、上記の範囲
に配設したＣＮＴの、光、磁気、圧力、歪み、温度、雰
囲気ガスの種類、気圧などの外部刺激の変化に応じた電
気的特性（電気抵抗値や電気容量など）の変化を、一対
の電極部に検出回路を接続することによって、電気信号
として取り出すことができる。上記センサは、例えば多
数のＣＮＴを溶媒に分散して分散液を調製し、この分散
液を、スプレーコート法によって、絶縁基板表面の前記
範囲に選択的に吹き付け塗布したのち乾燥させてＣＮＴ
を含む膜を形成したり、あるいは多数のＣＮＴを、バイ
ンダー樹脂とともに溶媒に分散して塗布液を調製し、こ
の塗布液を、前記範囲に選択的に塗布したのち乾燥させ
てＣＮＴを含む膜を形成したりすることによって製造さ
れる。
に配設したＣＮＴの、光、磁気、圧力、歪み、温度、雰
囲気ガスの種類、気圧などの外部刺激の変化に応じた電
気的特性（電気抵抗値や電気容量など）の変化を、一対
の電極部に検出回路を接続することによって、電気信号
として取り出すことができる。上記センサは、例えば多
数のＣＮＴを溶媒に分散して分散液を調製し、この分散
液を、スプレーコート法によって、絶縁基板表面の前記
範囲に選択的に吹き付け塗布したのち乾燥させてＣＮＴ
を含む膜を形成したり、あるいは多数のＣＮＴを、バイ
ンダー樹脂とともに溶媒に分散して塗布液を調製し、こ
の塗布液を、前記範囲に選択的に塗布したのち乾燥させ
てＣＮＴを含む膜を形成したりすることによって製造さ
れる。
【０００７】これらの方法によって製造されたセンサに
おいては、多数のＣＮＴの配向がランダムになる。また
ＣＮＴとしては、センサの特性を考慮すると、そのサイ
ズや構造などが揃ったものを使用するのが望ましいが、
サイズや構造などが不揃いのものを用いてコストダウン
を図ることもできる。これらの場合、ＣＮＴのサイズや
構造、あるいは配向のばらつきなどに基づいて、一対の
電極部から取り出される電気信号にばらつきを生じるお
それがあるが、こうしたばらつきは、例えば検出回路に
補償手段を設けるなどして校正することができる。
おいては、多数のＣＮＴの配向がランダムになる。また
ＣＮＴとしては、センサの特性を考慮すると、そのサイ
ズや構造などが揃ったものを使用するのが望ましいが、
サイズや構造などが不揃いのものを用いてコストダウン
を図ることもできる。これらの場合、ＣＮＴのサイズや
構造、あるいは配向のばらつきなどに基づいて、一対の
電極部から取り出される電気信号にばらつきを生じるお
それがあるが、こうしたばらつきは、例えば検出回路に
補償手段を設けるなどして校正することができる。
【０００８】このため、センサを安価かつ容易に製造で
きるという利点がある。但しセンサの感度や精度を高め
ることを考慮すると、一対の電極部のうちの少なくとも
一方と電気的に接続されていないなどの理由で、電極部
によって電気信号を取り出すことができないＣＮＴを極
力、減らすとともに、個々のＣＮＴの特性を揃えること
が肝要である。そのためにはサイズ、とくに長さがほぼ
一定に揃った多数のＣＮＴを、そのそれぞれの両端が両
電極部と確実に接続するように、きれいに配列させるの
が好ましい。
きるという利点がある。但しセンサの感度や精度を高め
ることを考慮すると、一対の電極部のうちの少なくとも
一方と電気的に接続されていないなどの理由で、電極部
によって電気信号を取り出すことができないＣＮＴを極
力、減らすとともに、個々のＣＮＴの特性を揃えること
が肝要である。そのためにはサイズ、とくに長さがほぼ
一定に揃った多数のＣＮＴを、そのそれぞれの両端が両
電極部と確実に接続するように、きれいに配列させるの
が好ましい。
【０００９】したがって請求項２記載の発明は、一対の
電極部の、相対向する縁片をともに直線状とし、かつ互
いに平行に配置するとともに、多数のＣＮＴを互いに平
行に、かつ個々のＣＮＴの両端がそれぞれの電極部と電
気的に接続するよう長さを揃えた状態で、両電極部の縁
辺と交差させて配設した請求項１記載のセンサである。
上記センサは、例えば一定方向に磁場をかけた雰囲気下
で、絶縁基板表面の一対の電極部間に、ＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition）法などによってＣＮＴを成長さ
せる方法などによって製造される。詳細は後述する。
電極部の、相対向する縁片をともに直線状とし、かつ互
いに平行に配置するとともに、多数のＣＮＴを互いに平
行に、かつ個々のＣＮＴの両端がそれぞれの電極部と電
気的に接続するよう長さを揃えた状態で、両電極部の縁
辺と交差させて配設した請求項１記載のセンサである。
上記センサは、例えば一定方向に磁場をかけた雰囲気下
で、絶縁基板表面の一対の電極部間に、ＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition）法などによってＣＮＴを成長さ
せる方法などによって製造される。詳細は後述する。
【００１０】請求項３記載の発明は、一対の面状電極
を、互いに接触しないように両者の間に空隙を設けて対
向配置するとともに、上記空隙に多数のＣＮＴを充填し
て、両面状電極間を、充填したＣＮＴを介して電気的に
接続したことを特徴とするセンサである。請求項３のセ
ンサにおいては、一対の面状電極間の空隙に充填した多
数のＣＮＴの、外部刺激の変化に応じた電気的特性の変
化を、請求項１の場合と同様に、一対の面状電極に検出
回路を接続することによって、電気信号として取り出す
ことができる。
を、互いに接触しないように両者の間に空隙を設けて対
向配置するとともに、上記空隙に多数のＣＮＴを充填し
て、両面状電極間を、充填したＣＮＴを介して電気的に
接続したことを特徴とするセンサである。請求項３のセ
ンサにおいては、一対の面状電極間の空隙に充填した多
数のＣＮＴの、外部刺激の変化に応じた電気的特性の変
化を、請求項１の場合と同様に、一対の面状電極に検出
回路を接続することによって、電気信号として取り出す
ことができる。
【００１１】上記センサは、例えば一対の面状電極間の
空隙を、前述したＣＮＴを含む膜によって充填すること
で製造される。詳しくは、一方の面状電極上にＣＮＴを
含む膜を形成したのち、他方の面状電極を積層すること
などによってセンサが製造される。これらの方法によっ
て製造されたセンサにおいては、多数のＣＮＴの配向が
ランダムになる。またＣＮＴとして、サイズや構造など
が不揃いのものを用いてコストダウンを図ることもでき
る。ＣＮＴのサイズや構造や配向のばらつきなどに基づ
く、一対の電極部から取り出される電気信号のばらつき
は、前記のように検出回路に補償手段を設けるなどして
校正すればよい。このため、センサを安価かつ容易に製
造できる。
空隙を、前述したＣＮＴを含む膜によって充填すること
で製造される。詳しくは、一方の面状電極上にＣＮＴを
含む膜を形成したのち、他方の面状電極を積層すること
などによってセンサが製造される。これらの方法によっ
て製造されたセンサにおいては、多数のＣＮＴの配向が
ランダムになる。またＣＮＴとして、サイズや構造など
が不揃いのものを用いてコストダウンを図ることもでき
る。ＣＮＴのサイズや構造や配向のばらつきなどに基づ
く、一対の電極部から取り出される電気信号のばらつき
は、前記のように検出回路に補償手段を設けるなどして
校正すればよい。このため、センサを安価かつ容易に製
造できる。
【００１２】但しセンサの感度や精度を高めることを考
慮すると、この場合もやはりサイズ、とくに長さがほぼ
一定に揃った多数のＣＮＴを、それぞれその両端が、両
面状電極と確実に接続するように、きれいに配列させる
のが好ましい。したがって請求項４記載の発明は、一対
の面状電極をともに平面状とし、かつ互いに平行に配置
するとともに、多数のＣＮＴを互いに平行に、かつ個々
のＣＮＴの両端がそれぞれの面状電極と電気的に接続す
るよう長さを揃えた状態で、面状電極の平面方向と交差
させて配設した請求項３記載のセンサである。
慮すると、この場合もやはりサイズ、とくに長さがほぼ
一定に揃った多数のＣＮＴを、それぞれその両端が、両
面状電極と確実に接続するように、きれいに配列させる
のが好ましい。したがって請求項４記載の発明は、一対
の面状電極をともに平面状とし、かつ互いに平行に配置
するとともに、多数のＣＮＴを互いに平行に、かつ個々
のＣＮＴの両端がそれぞれの面状電極と電気的に接続す
るよう長さを揃えた状態で、面状電極の平面方向と交差
させて配設した請求項３記載のセンサである。
【００１３】上記センサは、例えばスペーサを挟むなど
して互いに平行に配置した一対の面状電極に対し、一定
方向に磁場をかけた雰囲気下で、ＣＶＤ法などによって
ＣＮＴを成長させる方法などによって製造される。この
詳細も後述する。
して互いに平行に配置した一対の面状電極に対し、一定
方向に磁場をかけた雰囲気下で、ＣＶＤ法などによって
ＣＮＴを成長させる方法などによって製造される。この
詳細も後述する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１(a)は、本発明のセンサの、
実施の形態の一例を示す拡大斜視図である。図のセンサ
Ｓ１は、絶縁基板１の表面に、相対向する縁辺２１ａ、
２２ａをともに直線状とし、かつ互いに平行に配置した
一対の電極部２１、２２を近接配置するとともに、多数
のＣＮＴ３を互いに平行に、かつ個々のＣＮＴ３の両端
がそれぞれの電極部２１、２２と電気的に接続するよう
長さを揃えた状態で、両電極部２１、２２の縁辺２１
ａ、２２ａと直交させて配設することで、両電極部２
１、２２間を、配設したＣＮＴ３を介して電気的に接続
したものである。
実施の形態の一例を示す拡大斜視図である。図のセンサ
Ｓ１は、絶縁基板１の表面に、相対向する縁辺２１ａ、
２２ａをともに直線状とし、かつ互いに平行に配置した
一対の電極部２１、２２を近接配置するとともに、多数
のＣＮＴ３を互いに平行に、かつ個々のＣＮＴ３の両端
がそれぞれの電極部２１、２２と電気的に接続するよう
長さを揃えた状態で、両電極部２１、２２の縁辺２１
ａ、２２ａと直交させて配設することで、両電極部２
１、２２間を、配設したＣＮＴ３を介して電気的に接続
したものである。
【００１５】なお図において符号２３、２４はそれぞ
れ、電極部２１、２２と一体に形成された、検出回路を
接続するための端子部である。上記のうち絶縁基板１と
しては、例えばプラスチック、繊維強化プラスチック、
セラミックスなどからなり、プリント配線板用などとし
て従来公知の種々の構成を有する絶縁基板がいずれも使
用可能である。また電極部２１、２２、および端子部２
３、２４は、例えば金、銅、アルミニウムなどの導電性
材料を用いて、アディティブ法やサブトラクティブ法な
どの従来公知の種々の形成方法によって、上記絶縁基板
１上に形成することができる。
れ、電極部２１、２２と一体に形成された、検出回路を
接続するための端子部である。上記のうち絶縁基板１と
しては、例えばプラスチック、繊維強化プラスチック、
セラミックスなどからなり、プリント配線板用などとし
て従来公知の種々の構成を有する絶縁基板がいずれも使
用可能である。また電極部２１、２２、および端子部２
３、２４は、例えば金、銅、アルミニウムなどの導電性
材料を用いて、アディティブ法やサブトラクティブ法な
どの従来公知の種々の形成方法によって、上記絶縁基板
１上に形成することができる。
【００１６】ＣＮＴ３としては、前述した各種の外部刺
激の変化に応じて電気的特性が変化する機能を有するも
のが、いずれも使用可能である。すなわちグラファイト
を１層、筒状に丸めた形状を有し、かつグラファイトの
らせんの状態に応じてアームチェア型、ジグザグ型、カ
イラル型などに分類される種々の単層ＣＮＴ（以下「Ｓ
ＷＣＮＴ」とする）や、当該ＳＷＣＮＴを複数層、同芯
筒状に重ねた形状を有する多層ＣＮＴ（以下「ＭＷＣＮ
Ｔ」とする）を使用することができる。
激の変化に応じて電気的特性が変化する機能を有するも
のが、いずれも使用可能である。すなわちグラファイト
を１層、筒状に丸めた形状を有し、かつグラファイトの
らせんの状態に応じてアームチェア型、ジグザグ型、カ
イラル型などに分類される種々の単層ＣＮＴ（以下「Ｓ
ＷＣＮＴ」とする）や、当該ＳＷＣＮＴを複数層、同芯
筒状に重ねた形状を有する多層ＣＮＴ（以下「ＭＷＣＮ
Ｔ」とする）を使用することができる。
【００１７】長さを揃えた多数のＣＮＴ３を図のように
きれいに配列させる方法は種々考えられるが、特に前記
のようにＣＶＤ法を用いて、両電極部２１、２２間に、
配列された多数のＣＮＴ３を直接に生成させる方法が好
ましい。この方法を採用する場合には、一対の電極部２
１、２２のうちの一方（例では電極部２１）の少なくと
も表面を、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはこれら金属の２種以
上の合金等の触媒、もしくはＣＶＤ条件下で触媒に転化
する前駆体によって形成する。詳しくは、一方の電極部
２１の全体を上記触媒またはその前駆体からなる薄膜に
よって形成するか、あるいは金、銅、アルミニウムなど
の導電性材料からなる薄膜の上に、上記触媒またはその
前駆体からなる薄膜を積層して一方の電極部２１を形成
する。
きれいに配列させる方法は種々考えられるが、特に前記
のようにＣＶＤ法を用いて、両電極部２１、２２間に、
配列された多数のＣＮＴ３を直接に生成させる方法が好
ましい。この方法を採用する場合には、一対の電極部２
１、２２のうちの一方（例では電極部２１）の少なくと
も表面を、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはこれら金属の２種以
上の合金等の触媒、もしくはＣＶＤ条件下で触媒に転化
する前駆体によって形成する。詳しくは、一方の電極部
２１の全体を上記触媒またはその前駆体からなる薄膜に
よって形成するか、あるいは金、銅、アルミニウムなど
の導電性材料からなる薄膜の上に、上記触媒またはその
前駆体からなる薄膜を積層して一方の電極部２１を形成
する。
【００１８】また、上記一対の電極部２１、２２上の領
域と、両電極部２１、２２間の領域とを含む範囲以外を
マスキングする。次に、ＣＶＤ装置のチャンバ内で、絶
縁基板１に、一方の電極部２１側から他方の電極部２２
側へ向けてＣＮＴ３を成長させるべく磁場をかけた状態
で、原料としての炭化水素などをチャンバ内に供給しつ
つＣＶＤ法を実施する。そうすると、一方の電極部２１
の表面の複数個所から、ＣＮＴ３のもとになるグラファ
イトの筒が生成し始め、磁場に沿って成長して他方の電
極部２２に達することで、図１(a)に示すようにきれい
に配列された多数のＣＮＴ３が形成される。
域と、両電極部２１、２２間の領域とを含む範囲以外を
マスキングする。次に、ＣＶＤ装置のチャンバ内で、絶
縁基板１に、一方の電極部２１側から他方の電極部２２
側へ向けてＣＮＴ３を成長させるべく磁場をかけた状態
で、原料としての炭化水素などをチャンバ内に供給しつ
つＣＶＤ法を実施する。そうすると、一方の電極部２１
の表面の複数個所から、ＣＮＴ３のもとになるグラファ
イトの筒が生成し始め、磁場に沿って成長して他方の電
極部２２に達することで、図１(a)に示すようにきれい
に配列された多数のＣＮＴ３が形成される。
【００１９】なおＣＶＤ法としては、絶縁基板１などへ
の影響を極力、少なくすることを考慮すると、例えばマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法などの、より低温でＣＮＴ３
を生成できる方法が好適に採用される。図１(b)は、上
記図１(a)のセンサＳ１を用いて、外部刺激の変化を検
出するための検出回路の一例を等価的に示した回路図で
ある。図の検出回路は、センサＳ１と電源ＰＳとを繋ぐ
２本の線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗
値調整のための固定抵抗ＦＲを直列に挿入するととも
に、他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したも
のである。
の影響を極力、少なくすることを考慮すると、例えばマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法などの、より低温でＣＮＴ３
を生成できる方法が好適に採用される。図１(b)は、上
記図１(a)のセンサＳ１を用いて、外部刺激の変化を検
出するための検出回路の一例を等価的に示した回路図で
ある。図の検出回路は、センサＳ１と電源ＰＳとを繋ぐ
２本の線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗
値調整のための固定抵抗ＦＲを直列に挿入するととも
に、他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したも
のである。
【００２０】図の検出回路においては、外部刺激の変化
によってＣＮＴ３の電気抵抗値が変化すると、回路を流
れる電流値が変化するので、この変化を電流計ＡＭによ
って読み取ることができる。なお図の例では、絶縁基板
１上に、一対の電極部２１、２２とそれぞれ直結する端
子部２３、２４を設けて、上記検出回路の全体を外付け
としていたが、例えば絶縁基板１上に、固定抵抗ＦＲな
どの検出回路の一部を実装してもよい。
によってＣＮＴ３の電気抵抗値が変化すると、回路を流
れる電流値が変化するので、この変化を電流計ＡＭによ
って読み取ることができる。なお図の例では、絶縁基板
１上に、一対の電極部２１、２２とそれぞれ直結する端
子部２３、２４を設けて、上記検出回路の全体を外付け
としていたが、例えば絶縁基板１上に、固定抵抗ＦＲな
どの検出回路の一部を実装してもよい。
【００２１】図２(a)は、本発明のセンサの、実施の形
態の他の例を示す拡大斜視図である。図のセンサＳ２
は、絶縁基板１の表面に、一対の薄膜状の電極部２１，
２２を互いに接触しないように近接配置するとともに、
当該絶縁基板１の表面の、両電極部２１、２２間の領域
と、両電極部２１、２２上のそれぞれ一部の領域とを含
む範囲に、多数のＣＮＴを含む膜３０を形成すること
で、両電極部２１、２２間を、当該膜３０中に含まれる
ＣＮＴを介して電気的に接続したものである。
態の他の例を示す拡大斜視図である。図のセンサＳ２
は、絶縁基板１の表面に、一対の薄膜状の電極部２１，
２２を互いに接触しないように近接配置するとともに、
当該絶縁基板１の表面の、両電極部２１、２２間の領域
と、両電極部２１、２２上のそれぞれ一部の領域とを含
む範囲に、多数のＣＮＴを含む膜３０を形成すること
で、両電極部２１、２２間を、当該膜３０中に含まれる
ＣＮＴを介して電気的に接続したものである。
【００２２】上記膜３０は、前述したように多数のＣＮ
Ｔを溶媒に分散して分散液を調製し、この分散液を、ス
プレーコート法によって、絶縁基板１の表面の前記範囲
に選択的に吹き付け塗布したのち乾燥させるか、あるい
は多数のＣＮＴを、バインダー樹脂とともに溶媒に分散
して塗布液を調製し、この塗布液を、前記範囲に選択的
に塗布したのち乾燥させるなどして形成される。このう
ち前者の膜３０は、絶縁基板１に対する接着性を向上す
るなどの目的で、バインダー樹脂を含む被覆層で被覆し
てもよい。ただしセンサＳ２で検出する外部刺激が光で
ある場合、被覆層は透光性とする必要がある。また雰囲
気ガスの種類や気圧などを検出する場合、被覆層は通気
性とする必要がある。
Ｔを溶媒に分散して分散液を調製し、この分散液を、ス
プレーコート法によって、絶縁基板１の表面の前記範囲
に選択的に吹き付け塗布したのち乾燥させるか、あるい
は多数のＣＮＴを、バインダー樹脂とともに溶媒に分散
して塗布液を調製し、この塗布液を、前記範囲に選択的
に塗布したのち乾燥させるなどして形成される。このう
ち前者の膜３０は、絶縁基板１に対する接着性を向上す
るなどの目的で、バインダー樹脂を含む被覆層で被覆し
てもよい。ただしセンサＳ２で検出する外部刺激が光で
ある場合、被覆層は透光性とする必要がある。また雰囲
気ガスの種類や気圧などを検出する場合、被覆層は通気
性とする必要がある。
【００２３】膜３０中のＣＮＴは、先に述べたようにラ
ンダムに配向されるが、そのうち少なくとも１つのＣＮ
Ｔでも、両端がそれぞれの電極部２１、２２と電気的に
接続されるように配向されていれば、センサＳ２は動作
可能である。また２つ以上のＣＮＴが接触してＣＮＴの
列を形成し、その列の両端がそれぞれの電極部２１、２
２と電気的に接続された状態でも、センサＳ２は動作可
能である。なお、膜３０中のＣＮＴの配向方向をできる
だけ揃えるために、前者の製造方法においては、当該膜
３０を形成する際に分散液を吹き付ける方向を調整した
り、あるいは吹き付けの途中や吹き付け後、乾燥前の分
散液に、一定方向から電場や磁場を印加したりしてもよ
い。
ンダムに配向されるが、そのうち少なくとも１つのＣＮ
Ｔでも、両端がそれぞれの電極部２１、２２と電気的に
接続されるように配向されていれば、センサＳ２は動作
可能である。また２つ以上のＣＮＴが接触してＣＮＴの
列を形成し、その列の両端がそれぞれの電極部２１、２
２と電気的に接続された状態でも、センサＳ２は動作可
能である。なお、膜３０中のＣＮＴの配向方向をできる
だけ揃えるために、前者の製造方法においては、当該膜
３０を形成する際に分散液を吹き付ける方向を調整した
り、あるいは吹き付けの途中や吹き付け後、乾燥前の分
散液に、一定方向から電場や磁場を印加したりしてもよ
い。
【００２４】また同様に後者の製造方法においては、塗
布液を塗布して膜３０を形成する際に、塗布液に一定方
向から外力を加えるようにしたり、あるいは吹き付けの
途中や吹き付け後、乾燥前の分散液に、一定方向から電
場や磁場を印加したりしてもよい。あるいはまた両方の
製造方法に共通の処理として、電極部２１、２２と、そ
の間の絶縁基板１の表面とを一定方向にラビング処理す
るなどしてもよい。
布液を塗布して膜３０を形成する際に、塗布液に一定方
向から外力を加えるようにしたり、あるいは吹き付けの
途中や吹き付け後、乾燥前の分散液に、一定方向から電
場や磁場を印加したりしてもよい。あるいはまた両方の
製造方法に共通の処理として、電極部２１、２２と、そ
の間の絶縁基板１の表面とを一定方向にラビング処理す
るなどしてもよい。
【００２５】膜３０中に含まれるＣＮＴとしては、先に
述べたように、長さなどのサイズや構造などが揃ったも
のを使用するのが好ましいが、サイズや構造などが不揃
いのものを用いてコストダウンを図ることもできる。図
２(b)は、上記図２(a)のセンサＳ２を用いて、外部刺激
の変化を検出するための検出回路の一例を等価的に示し
た回路図である。図の検出回路は、センサＳ２と電源Ｐ
Ｓとを繋ぐ２本の線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ
１に、抵抗値を調整することと、前述したばらつきを補
償することとを目的として可変抵抗ＶＲを直列に挿入す
るとともに、他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿
入したものである。
述べたように、長さなどのサイズや構造などが揃ったも
のを使用するのが好ましいが、サイズや構造などが不揃
いのものを用いてコストダウンを図ることもできる。図
２(b)は、上記図２(a)のセンサＳ２を用いて、外部刺激
の変化を検出するための検出回路の一例を等価的に示し
た回路図である。図の検出回路は、センサＳ２と電源Ｐ
Ｓとを繋ぐ２本の線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ
１に、抵抗値を調整することと、前述したばらつきを補
償することとを目的として可変抵抗ＶＲを直列に挿入す
るとともに、他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿
入したものである。
【００２６】図の検出回路においても、外部刺激の変化
によって膜３０中のＣＮＴの電気抵抗値が変化すると、
回路を流れる電流値が変化するので、この変化を電流計
ＡＭによって読み取ることができる。図３(a)は、本発
明のセンサの、実施の形態のさらに他の例を示す拡大斜
視図である。図のセンサＳ３は、平面状の一対の面状電
極４１、４２を互いに平行に配置するとともに、多数の
ＣＮＴ３を互いに平行に、かつ個々のＣＮＴ３の両端が
それぞれの面状電極４１、４２と電気的に接続するよう
長さを揃えた状態で、面状電極４１、４２の平面方向と
直交させて配設することで、両面状電極４１、４２間
を、配設したＣＮＴ３を介して電気的に接続したもので
ある。
によって膜３０中のＣＮＴの電気抵抗値が変化すると、
回路を流れる電流値が変化するので、この変化を電流計
ＡＭによって読み取ることができる。図３(a)は、本発
明のセンサの、実施の形態のさらに他の例を示す拡大斜
視図である。図のセンサＳ３は、平面状の一対の面状電
極４１、４２を互いに平行に配置するとともに、多数の
ＣＮＴ３を互いに平行に、かつ個々のＣＮＴ３の両端が
それぞれの面状電極４１、４２と電気的に接続するよう
長さを揃えた状態で、面状電極４１、４２の平面方向と
直交させて配設することで、両面状電極４１、４２間
を、配設したＣＮＴ３を介して電気的に接続したもので
ある。
【００２７】一対の面状電極４１、４２はそれぞれ、絶
縁基板１１、１２の表面に、前記金、銅、アルミニウム
などの導電性材料を用いて、アディティブ法やサブトラ
クティブなどの従来公知の形成方法によって導電性の薄
膜を形成することで得られる。絶縁基板１１、１２とし
ては、やはりプラスチック、繊維強化プラスチック、セ
ラミックスなどからなり、プリント配線板用などとして
従来公知の種々の構成を有する絶縁基板が使用できる。
縁基板１１、１２の表面に、前記金、銅、アルミニウム
などの導電性材料を用いて、アディティブ法やサブトラ
クティブなどの従来公知の形成方法によって導電性の薄
膜を形成することで得られる。絶縁基板１１、１２とし
ては、やはりプラスチック、繊維強化プラスチック、セ
ラミックスなどからなり、プリント配線板用などとして
従来公知の種々の構成を有する絶縁基板が使用できる。
【００２８】また、上記導電性材料にて形成した板材な
どの表面を平面状に仕上げて、一対の面状電極４１、４
２とすることもできる。この場合は絶縁基板１１、１２
を省略できる。一対の面状電極４１、４２間に、長さを
揃えた多数のＣＮＴ３を図のようにきれいに配列させる
には、前記のようにＣＶＤ法を用いた方法を行うのが好
ましい。
どの表面を平面状に仕上げて、一対の面状電極４１、４
２とすることもできる。この場合は絶縁基板１１、１２
を省略できる。一対の面状電極４１、４２間に、長さを
揃えた多数のＣＮＴ３を図のようにきれいに配列させる
には、前記のようにＣＶＤ法を用いた方法を行うのが好
ましい。
【００２９】この方法を採用する場合には、まず一対の
面状電極４１、４２のうちの一方（例では面状電極４
２）の少なくとも表面を、先の場合と同様に触媒もしく
はその前駆体によって形成する。次に、両面状電極４
１、４２を、図示しないスペーサを挟むなどして互いに
平行に配置した状態で固定し、ＣＶＤ装置のチャンバ内
で、一方の面状電極４２側から他方の面状電極４１側へ
向けてＣＮＴ３を成長させるべく磁場をかけた状態で、
原料としての炭化水素などをチャンバ内に供給しつつＣ
ＶＤ法を実施する。そうすると、一方の面状電極４２の
表面の複数個所から、ＣＮＴ３のもとになるグラファイ
トの筒が生成し始め、磁場に沿って成長して他方の面状
電極４１に達することで、図３(a)に示すようにきれい
に配列された多数のＣＮＴ３が形成される。
面状電極４１、４２のうちの一方（例では面状電極４
２）の少なくとも表面を、先の場合と同様に触媒もしく
はその前駆体によって形成する。次に、両面状電極４
１、４２を、図示しないスペーサを挟むなどして互いに
平行に配置した状態で固定し、ＣＶＤ装置のチャンバ内
で、一方の面状電極４２側から他方の面状電極４１側へ
向けてＣＮＴ３を成長させるべく磁場をかけた状態で、
原料としての炭化水素などをチャンバ内に供給しつつＣ
ＶＤ法を実施する。そうすると、一方の面状電極４２の
表面の複数個所から、ＣＮＴ３のもとになるグラファイ
トの筒が生成し始め、磁場に沿って成長して他方の面状
電極４１に達することで、図３(a)に示すようにきれい
に配列された多数のＣＮＴ３が形成される。
【００３０】この場合も、ＣＶＤ法としては、絶縁基板
１１、１２などへの影響を極力、少なくすることを考慮
すると、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ法などの、よ
り低温でＣＮＴ３を生成できる方法が好適に採用され
る。図３(b)は、上記図３(a)のセンサＳ３を用いて、外
部刺激の変化を検出するための検出回路の一例を等価的
に示した回路図である。図の検出回路は、先の図１(b)
のものと同様に、センサＳ３と電源ＰＳとを繋ぐ２本の
線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗値調整
のための固定抵抗ＦＲを直列に挿入するとともに、他方
の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したものであっ
て、外部刺激の変化によってＣＮＴ３の電気抵抗値が変
化したことを、回路を流れる電流値の変化として、電流
計ＡＭによって読み取ることができる。
１１、１２などへの影響を極力、少なくすることを考慮
すると、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ法などの、よ
り低温でＣＮＴ３を生成できる方法が好適に採用され
る。図３(b)は、上記図３(a)のセンサＳ３を用いて、外
部刺激の変化を検出するための検出回路の一例を等価的
に示した回路図である。図の検出回路は、先の図１(b)
のものと同様に、センサＳ３と電源ＰＳとを繋ぐ２本の
線路Ｌ１、Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗値調整
のための固定抵抗ＦＲを直列に挿入するとともに、他方
の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したものであっ
て、外部刺激の変化によってＣＮＴ３の電気抵抗値が変
化したことを、回路を流れる電流値の変化として、電流
計ＡＭによって読み取ることができる。
【００３１】図４(a)は、本発明のセンサの、実施の形
態のさらに他の例を示す拡大斜視図である。図のセンサ
Ｓ４は、一対の面状電極４１、４２を、互いに接触しな
いように両者の間に空隙を設けて対向配置するととも
に、上記空隙に多数のＣＮＴを含む膜３０を挟むこと
で、両面状電極４１、４２間を、当該膜３０中に含まれ
るＣＮＴを介して電気的に接続したものである。
態のさらに他の例を示す拡大斜視図である。図のセンサ
Ｓ４は、一対の面状電極４１、４２を、互いに接触しな
いように両者の間に空隙を設けて対向配置するととも
に、上記空隙に多数のＣＮＴを含む膜３０を挟むこと
で、両面状電極４１、４２間を、当該膜３０中に含まれ
るＣＮＴを介して電気的に接続したものである。
【００３２】一対の面状電極４１、４２はそれぞれ、図
３(a)の例と同様に、絶縁基板１１、１２の表面に、前
記金、銅、アルミニウムなどの導電性材料を用いて、ア
ディティブ法やサブトラクティブなどの従来公知の形成
方法によって導電性の薄膜を形成することで得られる。
絶縁基板１１、１２としては、プラスチック、繊維強化
プラスチック、セラミックスなどからなり、プリント配
線板用などとして従来公知の種々の構成を有する絶縁基
板が使用できる他、上記導電性材料にて形成した板材な
どの表面を平面状に仕上げて一対の面状電極４１、４２
として、絶縁基板１１、１２を省略することもできる。
３(a)の例と同様に、絶縁基板１１、１２の表面に、前
記金、銅、アルミニウムなどの導電性材料を用いて、ア
ディティブ法やサブトラクティブなどの従来公知の形成
方法によって導電性の薄膜を形成することで得られる。
絶縁基板１１、１２としては、プラスチック、繊維強化
プラスチック、セラミックスなどからなり、プリント配
線板用などとして従来公知の種々の構成を有する絶縁基
板が使用できる他、上記導電性材料にて形成した板材な
どの表面を平面状に仕上げて一対の面状電極４１、４２
として、絶縁基板１１、１２を省略することもできる。
【００３３】膜３０は、図２(a)の例と同様にして形成
される。すなわち多数のＣＮＴを溶媒に分散して分散液
を調製し、この分散液を、スプレーコート法によって、
一対の面状電極４１、４２のうちの一方の表面に吹き付
け塗布したのち乾燥させるか、あるいは多数のＣＮＴ
を、バインダー樹脂とともに溶媒に分散して塗布液を調
製し、この塗布液を、一対の面状電極４１、４２のうち
の一方（例えば面状電極４２）の表面に塗布したのち乾
燥させるなどして膜３０が形成される。
される。すなわち多数のＣＮＴを溶媒に分散して分散液
を調製し、この分散液を、スプレーコート法によって、
一対の面状電極４１、４２のうちの一方の表面に吹き付
け塗布したのち乾燥させるか、あるいは多数のＣＮＴ
を、バインダー樹脂とともに溶媒に分散して塗布液を調
製し、この塗布液を、一対の面状電極４１、４２のうち
の一方（例えば面状電極４２）の表面に塗布したのち乾
燥させるなどして膜３０が形成される。
【００３４】このあと、上記膜３０上に他方の面状電極
４１を積層するとセンサＳ４が得られるのであるが、前
者の膜３０は外圧等に弱いため、例えば両面状電極４
１、４２間にスペーサを挟むなどして膜３０を保護する
のが好ましい。膜３０中のＣＮＴは、先に述べたように
ランダムに配向されるが、そのうち少なくとも１つのＣ
ＮＴでも、両端がそれぞれの面状電極４１、４２と電気
的に接続されるように配向されているか、もしくは２つ
以上のＣＮＴが接触してＣＮＴの列を形成し、その列の
両端がそれぞれの面状電極４１、４２と電気的に接続さ
れた状態であれば、センサＳ４は動作可能である。
４１を積層するとセンサＳ４が得られるのであるが、前
者の膜３０は外圧等に弱いため、例えば両面状電極４
１、４２間にスペーサを挟むなどして膜３０を保護する
のが好ましい。膜３０中のＣＮＴは、先に述べたように
ランダムに配向されるが、そのうち少なくとも１つのＣ
ＮＴでも、両端がそれぞれの面状電極４１、４２と電気
的に接続されるように配向されているか、もしくは２つ
以上のＣＮＴが接触してＣＮＴの列を形成し、その列の
両端がそれぞれの面状電極４１、４２と電気的に接続さ
れた状態であれば、センサＳ４は動作可能である。
【００３５】なお、膜３０中のＣＮＴの配向方向をでき
るだけ揃えるためには、前記と同様の処理を施してもよ
い。膜３０中に含まれるＣＮＴとしては、先に述べたよ
うに、長さなどのサイズや構造などが揃ったものを使用
するのが好ましいが、コストダウンを図るために、サイ
ズや構造などが不揃いのものを用いてもよい。図４(b)
は、上記図３(a)のセンサＳ３を用いて、外部刺激の変
化を検出するための検出回路の一例を等価的に示した回
路図である。
るだけ揃えるためには、前記と同様の処理を施してもよ
い。膜３０中に含まれるＣＮＴとしては、先に述べたよ
うに、長さなどのサイズや構造などが揃ったものを使用
するのが好ましいが、コストダウンを図るために、サイ
ズや構造などが不揃いのものを用いてもよい。図４(b)
は、上記図３(a)のセンサＳ３を用いて、外部刺激の変
化を検出するための検出回路の一例を等価的に示した回
路図である。
【００３６】図の検出回路は、先の図２(b)のものと同
様に、センサＳ４と電源ＰＳとを繋ぐ２本の線路Ｌ１、
Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗値調整とばらつき
補償のための可変抵抗ＶＲを直列に挿入するとともに、
他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したもので
あって、外部刺激の変化によって膜３０中のＣＮＴの電
気抵抗値が変化したことを、回路を流れる電流値の変化
として、電流計ＡＭによって読み取ることができる。
様に、センサＳ４と電源ＰＳとを繋ぐ２本の線路Ｌ１、
Ｌ２のうちの一方の線路Ｌ１に、抵抗値調整とばらつき
補償のための可変抵抗ＶＲを直列に挿入するとともに、
他方の線路Ｌ２に、電流計ＡＭを直列に挿入したもので
あって、外部刺激の変化によって膜３０中のＣＮＴの電
気抵抗値が変化したことを、回路を流れる電流値の変化
として、電流計ＡＭによって読み取ることができる。
【図１】図(a)は、本発明のセンサの、実施の形態の一
例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに接続する
検出回路の一例を等価的に示した回路図である。
例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに接続する
検出回路の一例を等価的に示した回路図である。
【図２】図(a)は、本発明のセンサの、実施の形態の他
の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに接続す
る検出回路の一例を等価的に示した回路図である。
の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに接続す
る検出回路の一例を等価的に示した回路図である。
【図３】図(a)は、本発明のセンサの、実施の形態のさ
らに他の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに
接続する検出回路の一例を等価的に示した回路図であ
る。
らに他の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに
接続する検出回路の一例を等価的に示した回路図であ
る。
【図４】図(a)は、本発明のセンサの、実施の形態のさ
らに他の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに
接続する検出回路の一例を等価的に示した回路図であ
る。
らに他の例を示す拡大斜視図、図(b)は、上記センサに
接続する検出回路の一例を等価的に示した回路図であ
る。
【符号の説明】
１ 絶縁基板
２１、２２ 電極部
２１ａ、２２ａ 縁辺
３ ＣＮＴ
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁基板表面に、一対の薄膜状の電極部
を、互いに接触しないように近接配置するとともに、当
該絶縁基板表面の、両電極部間の領域と、両電極部上の
それぞれ少なくとも一部の領域とを含む範囲に多数のカ
ーボンナノチューブを配設して、両電極部間を、配設し
たカーボンナノチューブを介して電気的に接続したこと
を特徴とするセンサ。 - 【請求項２】一対の電極部の、相対向する縁片をともに
直線状とし、かつ互いに平行に配置するとともに、多数
のカーボンナノチューブを互いに平行に、かつ個々のカ
ーボンナノチューブの両端がそれぞれの電極部と電気的
に接続するよう長さを揃えた状態で、両電極部の縁辺と
交差させて配設した請求項１記載のセンサ。 - 【請求項３】一対の面状電極を、互いに接触しないよう
に両者の間に空隙を設けて対向配置するとともに、上記
空隙に多数のカーボンナノチューブを充填して、両面状
電極間を、充填したカーボンナノチューブを介して電気
的に接続したことを特徴とするセンサ。 - 【請求項４】一対の面状電極をともに平面状とし、かつ
互いに平行に配置するとともに、多数のカーボンナノチ
ューブを互いに平行に、かつ個々のカーボンナノチュー
ブの両端がそれぞれの面状電極と電気的に接続するよう
長さを揃えた状態で、面状電極の平面方向と交差させて
配設した請求項３記載のセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028348A JP3924472B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | カーボンナノチューブを用いたセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028348A JP3924472B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | カーボンナノチューブを用いたセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003227808A true JP2003227808A (ja) | 2003-08-15 |
| JP3924472B2 JP3924472B2 (ja) | 2007-06-06 |
Family
ID=27749594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002028348A Expired - Fee Related JP3924472B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | カーボンナノチューブを用いたセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3924472B2 (ja) |
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100638121B1 (ko) | 2005-10-27 | 2006-10-24 | 주식회사 메디아나전자 | 유전율 변화 검출 센서 및 이를 이용한 자동차용 엔진 오일상태 검출장치 |
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| CN1306264C (zh) * | 2005-04-01 | 2007-03-21 | 中国科学技术大学 | 碳纳米管化学分子探测传感器及其制备方法 |
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| CN100348971C (zh) * | 2005-03-10 | 2007-11-14 | 南京大学 | 有机磷杀虫剂浓度的测定方法 |
| CN100356148C (zh) * | 2005-01-14 | 2007-12-19 | 清华大学 | 基于无序多壁碳纳米管的红外激光功率探测器 |
| CN100356149C (zh) * | 2005-01-14 | 2007-12-19 | 清华大学 | 多壁碳纳米管束－金属异质结的光电传感器和成像仪探头 |
| KR100790884B1 (ko) | 2006-08-10 | 2008-01-02 | 삼성전자주식회사 | 탄소나노튜브를 이용한 가스 센서 |
| KR100844513B1 (ko) | 2006-04-14 | 2008-07-08 | 한국표준과학연구원 | 탄소나노튜브의 전계효과를 이용한 압력센서 |
| KR100865940B1 (ko) * | 2007-03-28 | 2008-10-30 | 키스트 유럽 에프게엠베하 | 브레이크 오일 모니터링 센서 및 이를 구비한 브레이크오일 모니터링 시스템 |
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