【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と金属との複合線材を混合工程を経ずに製造するカーボンナノチューブ複合線材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、グラフェンシートを丸めた円筒が１個又は数個、入れ子状に配列した構造を有し、直径がナノメートルオーダーの極めて微小な物質である。このカーボンナノチューブは従来物質にない幾何学的及び物理的な特性を有することから、ナノテクノロジー分野を代表する新素材として、複合材料、電子材料、医療及びエネルギー等の分野でその応用が期待されている。特に、カーボンナノチューブをフィラ−とした複合材料の開発が精力的に行われている。
【０００３】
しかしながら、カーボンナノチューブは魅力ある新素材として注目されているが、従来技術では、樹脂と混合して複合材を得ているものが一般的である。カーボンナノチューブと金属とを複合化させようとしても、カーボンナノチューブには金属に対する濡れ性がないため、鋳造などの一般的な方法で混合させることは困難である。
【０００４】
そこで、金属容器内に、カーボンナノチューブと金属微粉末を混合し、複合化を図るという方法が提案されている（例えば、特開平１０−８８２５６号公報（特許文献１））。この特許文献１には、アルミニウムマトリクス内に複合されたカーボンナノチューブとカーボンナノカプセルとの混合物からなる強化材を含有するカーボンナノチューブ強化アルミニウム複合材料が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８８２５６号公報（明細書段落００１４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、混合するカーボンナノチューブが複雑に絡み合った形状をしていると、その後、伸線などを行っても、カーボンナノチューブの塊が残り、均一な分散及び配向制御等ができないという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、カーボンナノチューブの塊が残ることがなく、またカーボンナノチューブが均一に分散し、配向制御されたカーボンナノチューブ複合線材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るカーボンナノチューブ複合線材は、合成され金属パイプ内に捕集されたカーボンナノチューブを、前記金属パイプと共に前記伸線加工することにより得られたものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るカーボンナノチューブ複合線材の製造方法は、反応管内で炭化水素を原料とした炭化水素触媒分解法によりカーボンナノチューブを合成し、それを反応管底部に設置した金属パイプ内に捕集して、バンドル状カーボンナノチューブを得、その後、前記金属パイプと共に前記バンドル状カーボンナノチューブを伸線加工することにより複合線材を製造することを特徴とする。
【００１０】
このカーボンナノチューブ複合線材の製造方法において、前記炭化水素としてヘキサン又はベンゼンを使用することができる。また、前記金属パイプとして銅パイプ又はニッケルパイプを使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態のカーボンナノチューブを生成し、成長させ、捕集するための装置を示す。
【００１２】
縦型に設置した反応炉であるアルミナ製反応管１の上端及び下端は、いずれも栓１２により閉塞されており、上部の栓１２には、パイプ１３が挿入され、パイプ１３内には細径のパイプ１４の先端部が同軸的に挿入されている。このパイプ１３及びパイプ１４によりノズル４が構成されている。また、容器５内には、炭素源２の溶液が貯留されており、パイプ１４はこの容器５の上端の栓１２を挿通して容器５内の炭素源２内に浸漬されている。このパイプ１４の途中には、送液ポンプ６が設けられており、この送液ポンプ６により容器５内の炭素源２がノズル４に送給される。また、パイプ１３を介して水素ガス３がノズル４に供給され、反応管１内には、ノズル４から、炭素源２が水素ガス３と共に噴出される。
【００１３】
反応管１を取り囲むようにして電気炉７が設けられており、この電気炉７により反応管１内の合成部１００が加熱されるようになっている。反応管１の下部の栓１２にはパイプ８が挿入されており、このパイプ８を介して、反応管１内が反応管１の下部に配置された金属製パイプ９に連通している。この金属パイプ９の下端に設けられた排気口１０から排気ガス１１が排出される。
【００１４】
次に、上述の如く構成された製造装置を使用して、カーボンナノチューブ複合線材を製造する方法について説明する。ベンゼン又はヘキサン等の炭化水素に触媒としてフェロセンを添加し、ナノチューブの成長促進剤としてチオフェンを添加した溶液を炭素源２とし、これを送液ポンプ６によりノズル４へ供給し、水素ガス３と共に反応管１内に噴霧する。電気炉７により加熱された合成部１００において、炭素源２は加熱されて水素ガスにより還元され、配向制御されたカーボンナノチューブが生成する。この生成したカーボンナノチューブは反応管１の底部からパイプ８を介して金属パイプ９に捕集される。これにより、カーボンナノチューブは、金属パイプ９内でバンドル状の形態を有して得られる。従って、金属パイプ９内に得られたカーボンナノチューブは一定の配向性を有している。
【００１５】
次に、上記操作により得たカーボンナノチューブを金属パイプ９と共に伸線加工する。これにより、配向制御されたカーボンナノチューブの充填率が高いカーボンナノチューブ複合線材を製造することができる。
【００１６】
このようにして、カーボンナノチューブと金属との複合線材を、混合工程を経ずに製造でき、新しいカーボンナノチューブ複合体を提供することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の特許請求の範囲を満たす実施例のカーボンナノチューブを製造し、その特性を評価した結果について説明する。図１に示す装置において、反応管１の下部に設置した捕集容器である金属製パイプ９は、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ及び長さ３０ｃｍの銅パイプとした。そして、反応管１内を１０００℃に保持し、フェロセンを０．０１８ｇ／ミリリットル及びチオフェンを０．４質量％になるように添加したヘキサン溶液を炭素源２とし、反応管１の上部に取り付けたノズル４から、水素ガス３と共に噴霧した。このとき、炭素源溶液の流量は０．５ミリリットル／分、水素ガスの流量は２５０ミリリットル／分とした。この条件では、カーボンナノチューブがバンドル状に長さ１０乃至２０ｃｍに成長した。このようなナノチューブは長手方向に配向が揃い、従来のカーボンナノチューブと比較して配向性が優れていた。
【００１８】
このカーボンナノチューブを反応管１底部に設置した銅パイプ９により捕集し、更に、これを伸線加工することにより、カーボンナノチューブの配向が従来のカーボンナノチューブと比較して制御された充填率の高い複合線材を製造することができた。例えば、この複合線材を導電体として使用した場合には、充填率が高いため、抵抗値が低くなり、大きな電流を通電することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、カーボンナノチューブと金属の複合線材を混合工程を経ずに製造でき、カーボンナノチューブの配向が制御され、従来のカーボンナノチューブと比較して配向性が向上し、充填率が高い複合線材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブを生成し、成長し、捕集する装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１；反応管
２；炭素源
３；水素ガス
４；ノズル
５；炭素源容器
６；送液ポンプ
７；電気炉
８；パイプ
９；金属パイプ
１０；排気口
１１；排気ガス
１２；栓
１３；水素供給パイプ
１４；炭素源供給パイプ
１００；カーボンナノチューブ合成部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a carbon nanotube composite wire for producing a composite wire of carbon nanotube and metal without a mixing step, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
A carbon nanotube has a structure in which one or several cylinders obtained by rolling a graphene sheet are arranged in a nested manner, and is a very minute substance having a diameter on the order of nanometers. Since carbon nanotubes have geometric and physical properties not found in conventional materials, they are expected to be applied in the fields of composite materials, electronic materials, medical care, energy, etc. as a new material representing the nanotechnology field. I have. In particular, the development of composite materials using carbon nanotubes as fillers has been vigorously conducted.
[0003]
However, carbon nanotubes are attracting attention as an attractive new material, but in the prior art, a composite material is generally obtained by mixing with a resin. Even if an attempt is made to composite the carbon nanotube and the metal, it is difficult to mix the carbon nanotube by a general method such as casting since the carbon nanotube has no wettability to the metal.
[0004]
Therefore, a method has been proposed in which carbon nanotubes and metal fine powder are mixed in a metal container to form a composite (for example, JP-A-10-88256 (Patent Document 1)). This Patent Document 1 discloses a carbon nanotube reinforced aluminum composite material containing a reinforcing material composed of a mixture of carbon nanotubes and carbon nanocapsules compounded in an aluminum matrix.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-88256 (specification paragraph 0014)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the carbon nanotubes to be mixed have a complicatedly entangled shape, there is a problem that even after drawing, a lump of carbon nanotubes remains and uniform dispersion and orientation control cannot be performed.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and provides a carbon nanotube composite wire rod in which lump of carbon nanotubes do not remain, carbon nanotubes are uniformly dispersed and orientation is controlled, and a method of manufacturing the same. The purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The carbon nanotube composite wire according to the present invention is characterized by being obtained by subjecting a synthesized carbon nanotube collected in a metal pipe together with the metal pipe to the wire drawing.
[0009]
The method for producing a carbon nanotube composite wire rod according to the present invention comprises synthesizing carbon nanotubes by a hydrocarbon catalytic decomposition method using hydrocarbon as a raw material in a reaction tube, and collecting the carbon nanotubes in a metal pipe installed at the bottom of the reaction tube. Then, a bundled carbon nanotube is obtained, and then the bundled carbon nanotube is drawn together with the metal pipe to produce a composite wire.
[0010]
In this method for producing a carbon nanotube composite wire, hexane or benzene can be used as the hydrocarbon. Further, a copper pipe or a nickel pipe can be used as the metal pipe.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an apparatus for generating, growing, and collecting carbon nanotubes according to the present embodiment.
[0012]
The upper and lower ends of the alumina-made reaction tube 1, which is a vertically installed reaction furnace, are both closed by a stopper 12. A pipe 13 is inserted into the upper stopper 12, and a small diameter pipe is inserted into the pipe 13. Of the pipe 14 is coaxially inserted. The nozzle 4 is constituted by the pipe 13 and the pipe 14. Further, a solution of the carbon source 2 is stored in the container 5, and the pipe 14 is immersed in the carbon source 2 in the container 5 through the stopper 12 at the upper end of the container 5. A liquid supply pump 6 is provided in the middle of the pipe 14, and the carbon source 2 in the container 5 is supplied to the nozzle 4 by the liquid supply pump 6. The hydrogen gas 3 is supplied to the nozzle 4 via the pipe 13, and the carbon source 2 is ejected from the nozzle 4 into the reaction tube 1 together with the hydrogen gas 3.
[0013]
An electric furnace 7 is provided so as to surround the reaction tube 1, and the synthesis unit 100 in the reaction tube 1 is heated by the electric furnace 7. A pipe 8 is inserted into a stopper 12 at a lower portion of the reaction tube 1, and the inside of the reaction tube 1 communicates with a metal pipe 9 arranged at a lower portion of the reaction tube 1 via the pipe 8. Exhaust gas 11 is exhausted from an exhaust port 10 provided at the lower end of the metal pipe 9.
[0014]
Next, a method of manufacturing a carbon nanotube composite wire using the manufacturing apparatus configured as described above will be described. A solution in which ferrocene is added as a catalyst to a hydrocarbon such as benzene or hexane and thiophene is added as a nanotube growth promoter is used as a carbon source 2, supplied to a nozzle 4 by a liquid sending pump 6, and reacted with a hydrogen gas 3. Spray into tube 1. In the synthesis unit 100 heated by the electric furnace 7, the carbon source 2 is heated and reduced by the hydrogen gas, and carbon nanotubes whose orientation is controlled are generated. The generated carbon nanotubes are collected from the bottom of the reaction tube 1 via a pipe 8 into a metal pipe 9. Thereby, the carbon nanotubes are obtained in the form of a bundle in the metal pipe 9. Therefore, the carbon nanotubes obtained in the metal pipe 9 have a certain orientation.
[0015]
Next, the carbon nanotube obtained by the above operation is drawn together with the metal pipe 9. Thereby, it is possible to manufacture a carbon nanotube composite wire rod having a high filling rate of the aligned carbon nanotubes.
[0016]
In this manner, a composite wire of carbon nanotube and metal can be manufactured without a mixing step, and a new carbon nanotube composite can be provided.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the results of producing the carbon nanotubes of the examples satisfying the claims of the present invention and evaluating the characteristics thereof will be described. In the apparatus shown in FIG. 1, a metal pipe 9 as a collection vessel installed at a lower portion of the reaction tube 1 was a copper pipe having an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 6 mm, and a length of 30 cm. Then, the inside of the reaction tube 1 was maintained at 1000 ° C., and a hexane solution to which 0.018 g / milliliter of ferrocene and 0.4% by mass of thiophene were added was used as a carbon source 2 and attached to the upper portion of the reaction tube 1. The nozzle 4 was sprayed together with the hydrogen gas 3. At this time, the flow rate of the carbon source solution was 0.5 ml / min, and the flow rate of the hydrogen gas was 250 ml / min. Under these conditions, the carbon nanotubes grew to a length of 10 to 20 cm in a bundle. Such nanotubes had uniform orientation in the longitudinal direction, and had better orientation than conventional carbon nanotubes.
[0018]
The carbon nanotubes are collected by a copper pipe 9 installed at the bottom of the reaction tube 1 and further subjected to wire drawing, whereby the orientation of the carbon nanotubes is controlled to be higher than that of a conventional carbon nanotube, and the filling rate is higher. A composite wire could be manufactured. For example, when this composite wire is used as a conductor, the filling factor is high, the resistance value is low, and a large current can be passed.
[0019]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a composite wire of carbon nanotube and metal can be produced without a mixing step, the orientation of the carbon nanotube is controlled, and the orientation is improved as compared with the conventional carbon nanotube. Thus, a composite wire having a high filling rate can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an apparatus for generating, growing, and collecting carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1; Reaction tube 2; Carbon source 3; Hydrogen gas 4; Nozzle 5; Carbon source container 6; Liquid supply pump 7; Electric furnace 8; Pipe 9; Metal pipe 10; Exhaust port 11; Exhaust gas 12; Supply pipe 14; carbon source supply pipe 100; carbon nanotube synthesis unit
