JP2005154887A - 複合材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 官能基が結合した複数のカーボンナノチューブの当該官能基間を化学結合させて相互に架橋した網目構造を構成してなるカーボンナノチューブ構造体と、金属含有材料と、が複合されてなる複合材。並びに、官能基が結合された複数のカーボンナノチューブを含む溶液を基体表面に供給する供給工程と、複数の前記官能基間を化学結合させて、前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体を形成する架橋工程と、前記カーボンナノチューブ構造体に金属含有材料を複合する複合工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【選択図】 なし
Description
例えば、特許文献1には金属粉末と結晶性カーボン(黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ)とを混合し、加圧、微細化させて得られる複合粒子を成形して、高熱伝導率複合材を得ることが開示されている。
また、本文献において混合物は、微粉末状に形成したものをホットプレス法により成形するものであり、この複合材を特に薄膜化して利用することには困難が伴う。
(本発明の複合材)
すなわち、本発明の複合材は、カーボンナノチューブ構造体と金属含有材料とが複合されてなる複合材であって、
前記カーボンナノチューブ構造体が、官能基が結合した複数のカーボンナノチューブの当該官能基間を化学結合させて相互に架橋した網目構造を構成してなることを特徴とする。
このうち、前記架橋部位として好ましい第1の構造は、前記溶液中に含まれる架橋剤により複数の前記官能基間を架橋した構造であり、該架橋剤は非自己重合性であることがより好ましい。
この結果、本発明の複合材における充填材としての金属含有材料が、機械的補強材や熱や電流の伝導のパスとなり、高い強度と伝導率を有するものとすることができる。なお、本発明において「自己重合性」とは、架橋剤同士が、水分等他の成分の存在の下、あるいは他の成分の存在なしに、相互に重合反応を生じ得る性質をいい、「非自己重合性」とは、そのような性質を有しないことを言う。
一方、本発明の複合材の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」という場合がある。)は、官能基が結合された複数のカーボンナノチューブを含む溶液を基体表面に供給する供給工程と、
複数の前記官能基間を化学結合させて、前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体を形成する架橋工程と、
前記カーボンナノチューブ構造体に金属含有材料を複合させる複合工程と、
を含むことを特徴とする。
この官能基間の化学結合を形成するとき、架橋部位を形成するのに好ましい第1の方法は、前記溶液中に含まれる架橋剤により複数の前記官能基間を架橋する方法であり、該架橋剤は非自己重合性であることがより好ましい。前記架橋剤として自己重合性の架橋剤を用い、架橋工程における架橋反応中あるいはそれ以前に、架橋剤同士が相互に重合反応を起こしてしまうと、架橋剤同士の結合が巨大化・長大化し、必然的にこれらに結合するカーボンナノチューブ相互の間隙自体が大きく離間してしまう。このとき、架橋剤同士の自己重合性による反応の程度を制御することは事実上困難であるため、カーボンナノチューブ相互間の架橋構造が、架橋剤同士の重合状態のばらつきに応じて、ばらついてしまう。
このようにすることで、結合させる官能基によってカーボンナノチューブ間を結合させる架橋部位のサイズが一定となる。カーボンナノチューブは極めて安定な化学構造であるため、修飾させようとした官能基以外の官能基等が結合する可能性は低く、この官能基同士を化学結合させた場合は、設計した架橋部の構造とすることができ、カーボンナノチューブ構造体を均質なものとすることができる。
官能基同士を化学結合させる反応としては、縮合、置換反応、付加反応、酸化反応が特に好ましい。
前記供給工程においては、前記官能基同士の化学結合を生じさせる添加剤をさらに前記基体表面に供給することができる。
脱水縮合で用いる前記官能基としては、−COOHを特に好適なものとして挙げることができる。カーボンナノチューブにカルボキシル基を導入することは、比較的容易であり、しかも得られる物質(カーボンナノチューブカルボン酸)は、反応性に富む。このため網目構造を形成するための官能基を、一本のカーボンナノチューブの複数箇所に導入しやすく、さらにこの官能基は脱水縮合しやすいことから、カーボンナノチューブ構造体の形成に適している。
前記官能基同士を化学結合させる反応が酸化反応である場合、前記官能基としては、−SHであることが好ましい。また、この場合、必ずしも前記添加剤が要求されるわけではないが、前記添加剤として酸化反応促進剤を添加することも好ましい態様である。好適に添加することができる酸化反応促進剤としては、ヨウ素を挙げることができる。
[複合材]
本発明の複合材は、充填材としての金属含有材料と複合される材料を、複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体で構成することを特徴とするものである。
本発明においては、複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体を用いているため、CNT間が1ユニットの架橋剤を介して結合し、ネットワーク(NW)構造化しているという状態になっており、特性が均一で高密度のカーボンナノチューブ−ネットワーク(CNT−NW)が形成されるとなるため、熱伝導性や機械的特性に優れたものとなり、この構造体と金属含有材料を複合させるため、複合材の機械的強度や、熱的あるいは電気的伝導特性が向上する。
なお、カーボンナノチューブ構造体へ金属含有材料を複合させる複合方法については、本発明の製造方法の複合工程の箇所で説明する。
本発明において「カーボンナノチューブ構造体」とは、複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成する構造体である。相互に架橋した網目構造を構成するようにカーボンナノチューブの構造体を形成することができれば、当該カーボンナノチューブ構造体は如何なる方法で形成されたものであっても構わないが、後述する本発明の複合材の製造方法により製造されたものであることが、容易に製造可能であるとともに、低コストでしかも高性能な複合材を得ることができ、しかも特性の均一化や制御が容易である点で好ましい。
以下、当該製造方法による例を挙げて、本発明の複合材における前記カーボンナノチューブ構造体について説明する。なお、特に説明しない場合は、架橋部位の構造を問わない事項である。
本発明において、主要な構成要素であるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブでも、二層以上の多層カーボンナノチューブでも構わない。いずれのカーボンナノチューブを用いるか、あるいは双方を混合するかは、複合材の用途により、あるいはコストを考慮して、適宜、選択すればよい。ただし、機械的強度の高いマルチウォールカーボンナノチューブであることが、機械的強度を向上させるための補強材の機能を発揮させることを目的とする場合に、特に好ましい。また、他の機能を発揮させることを目的とする場合にも、電気伝導性の高いマルチウォールカーボンナノチューブとすると、官能基を結合させる場合に、内層のグラフェンシート構造の破壊が少ない点から、カーボンナノチューブの特性を劣化させにくい点で好ましい。
以下、第1の方法と第2の方法に分けて、カーボンナノチューブ構造体の形成に供し得る構成成分について説明する。
架橋剤を用いて架橋部位を形成する前記第1の方法では、カーボンナノチューブに接続される官能基としては、カーボンナノチューブに化学的に付加させることができ、かつ、何らかの架橋剤により架橋反応を起こし得るものであれば、特に制限されず、如何なる官能基であっても選択することができる。具体的な官能基としては、−COOR、−COX、−MgX、−X(以上、Xはハロゲン)、−OR、−NR1R2、−NCO、−NCS、−COOH、−OH、−NH2、−SH、−SO3H、−R'CHOH、−CHO、−CN、−COSH、−SR、−SiR'3(以上、R、R1、R2およびR'は、それぞれ独立に、置換または未置換の炭化水素基である。これらは、好ましくはそれぞれ独立に、−CnH2n-1、−CnH2nまたは−CnH2n+1から選ばれ、nは1〜10の整数であり、これらが置換されたものを含む。中でも、より好ましくはメチル基またはエチル基である。)等の基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
なお、カーボンナノチューブへの官能基の導入方法については、後述の[複合材の製造方法]の項において説明する。
前記第1の方法では、架橋剤が必須成分となる。当該架橋剤としては、カーボンナノチューブの有する前記官能基と架橋反応を起こすものであればいずれも用いることができる。換言すれば、前記官能基の種類によって、選択し得る架橋剤の種類は、ある程度限定されてくる。また、これらの組み合わせにより、その架橋反応による硬化条件(加熱、紫外線照射、可視光照射、自然硬化等)も、自ずと定まってくる。
架橋剤によらず、複数の前記官能基同士を直接化学結合させて架橋部位を形成する前記第2の方法では、カーボンナノチューブが有する官能基としては、カーボンナノチューブに化学的に付加させることができ、かつ、何らかの添加剤により官能基同士を反応させ得るものであれば、特に制限されず、如何なる官能基であっても選択することができる。
また、脱水縮合で用いる前記官能基としては、−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基)、−COOH、−COX(Xはハロゲン原子)、−OH、−CHO、−NH2からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つであることが好ましい。
具体的に好ましい前記塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ピリジンおよびナトリウムエトキシド等を挙げることができ、これらからなる群より選ばれる少なくとも1つの塩基を選択することが好ましく、その場合、前記官能基として、選択された塩基により官能基同士が置換反応を起こし得るものを選択する。また、このとき前記官能基としては、−NH2、−X(Xはハロゲン原子)、−SH、−OH、−OSO2CH3および−OSO2(C6H4)CH3からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つであることが好ましい。
前記官能基同士を化学結合させる反応が酸化反応である場合も、必ずしも添加剤は必要としないが、前記添加剤として酸化反応促進剤を添加することが好ましい。添加するのに好適な酸化反応促進剤としては、ヨウ素を挙げることができる。また、このとき前記官能基としては、−SHであることが好ましい。
前記架橋溶液における前記添加剤の含有量としては、前記添加剤の種類(自己重合性か非自己重合性かの別を含む)は勿論、カーボンナノチューブの長さ・太さ、単層か多層か、有する官能基の種類・量、溶剤やその他添加剤の有無・種類・量、等により一概には言えない。特に、グリセリンやエチレングリコールなどは、それ自身粘度があまり高くなく、溶剤の特性を兼ねさせることが可能であるため、過剰に添加することも可能である。
前記架橋溶液において、溶剤は、前記架橋剤もしくは官能基結合用の添加剤のみでは塗布適性が十分で無い場合に添加する。使用可能な溶剤としては、特に制限は無く、用いる添加剤の種類に応じて選択すればよい。具体的な溶剤の種類おより添加量としては、第1の方法で述べた溶剤の場合と同様である。
前記架橋溶液(第1の方法と第2の方法の双方を含む)においては、粘度調整剤、分散剤、架橋促進剤等の各種添加剤が含まれていてもよい。
粘度調整剤は、前記架橋剤もしくは官能基結合用の添加剤のみでは塗布適性が十分で無い場合に添加する。使用可能な粘度調整剤としては、特に制限は無く、用いる架橋剤や官能基結合用の添加剤の種類に応じて選択すればよい。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、トルエン、ベンゼン、アセトン、クロロホルム、塩化メチレン、アセトニトリル、ジエチルエーテル、THF等が挙げられる。
次に、架橋溶液の調製方法について説明する。
前記架橋溶液は、官能基を有するカーボンナノチューブに、前記官能基と架橋反応を起こす架橋剤、あるいは、官能基同士を化学結合させる添加剤を必要に応じて混合することで調製される(混合工程)。当該混合工程に先立ち、カーボンナノチューブに官能基を導入する付加工程を含んでもよい。
前記付加工程は、カーボンナノチューブに所望の官能基を導入する工程である。官能基の種類によって導入方法が異なり、一概には言えない。直接的に所望の官能基を付加させてもよいが、一旦、付加が容易な官能基を導入した上で、その官能基ないしその一部を置換したり、その官能基に他の官能基を付加させたり等の操作を行い、目的の官能基としても構わない。
また、カーボンナノチューブにメカノケミカルな力を与えて、カーボンナノチューブ表面のグラフェンシートをごく一部破壊ないし変性させて、そこに各種官能基を導入する方法もある。
前記官能基の中でも、特に好適な−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基である。Rは、好ましくは−CnH2n-1、−CnH2nまたは−CnH2n+1から選ばれ、nは1〜10の整数であり、これらが置換されたものを含む。)を導入する方法について説明する。カーボンナノチューブに−COOR(Rは上記同様)を導入するには、一旦、カーボンナノチューブにカルボキシル基を付加し(i)、さらにこれをエステル化(ii)すればよい。
カーボンナノチューブにカルボキシル基を導入するには、酸化作用を有する酸とともに還流すればよい。この操作は比較的容易であり、しかも反応性に富むカルボキシル基を付加することができるため、好ましい。当該操作について、簡単に説明する。
得られたカーボンナノチューブカルボン酸に、アルコールを添加し脱水してエステル化することで、目的の官能基−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基である。好ましいものについては既述の通り。)を導入することができる。
一般にエステル化には触媒が用いられるが、本発明においても従来公知の触媒、例えば、硫酸、塩酸、トルエンスルホン酸等を用いることができる。本発明では、副反応を起こさないという観点から触媒として硫酸を用いることが好ましい。
前記混合工程は、官能基を有するカーボンナノチューブに、前記官能基と架橋反応を起こす架橋剤あるいは官能基結合用の添加剤を必要に応じて混合し、架橋溶液を調製する工程である。混合工程においては、官能基を有するカーボンナノチューブおよび架橋剤のほか、(その他の添加剤)の項で既に説明したその他の添加剤も混合する。そして、好ましくは、塗布適性を考慮して溶剤や粘度調整剤の添加量を調整することで、基体への供給(塗布)直前の架橋溶液を調製する。
例えば、前記基体表面と前記カーボンナノチューブ構造体との間に、両者の接着性を向上させるための接着層を設けることは、カーボンナノチューブ構造体の接着強度を高めることができ、好ましい。接着層の形成方法やその他詳細は、[複合材の製造方法]の項にて説明することとする。
本発明の複合材の製造方法は、上記本発明の複合材を製造するのに適した方法である。具体的には、(A)基体の表面に、官能基が結合された複数のカーボンナノチューブを含む溶液(架橋溶液)を供給する供給工程と、(B)供給後の前記溶液を硬化して、前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体を形成する架橋工程と、(C)前記カーボンナノチューブ構造体に金属含有材料を複合させる複合工程とを含む。(A)供給工程における架橋溶液としては、既述の如く、前記第1の方法による場合と、前記第2の方法による場合とで、その配合が異なってくる。
ここで図1(a)〜(d)は、本発明の複合材の製造方法の一例(後述する(C−A−2))を説明するための、製造工程中の基体表面の模式断面図である。図中、12および12'は基板状の基体、14はカーボンナノチューブ構造体、15は有機金属化合物溶液、15'は金属含有材料、16はカーボンナノチューブ構造体複合体膜である。
なお、以下の説明においては、前記第1の方法による一例を挙げるが、勿論、本発明は、当該例示に限定されるものではない。
本発明において、「供給工程」とは、前記基体の表面に、官能基を有するカーボンナノチューブを供給する工程である。なお、供給工程で前記架橋溶液は、前記基体の表面の全面に供給しなければならないわけではない。図1(a)に、当該(A)供給工程を経た後の基体表面の状態を表す模式断面図を示す。
本工程において、供給は既述の架橋溶液を用いて行えばよく、簡便には、それを前記基体表面に塗布すればよい。塗布することにより、簡便で低コスト、かつ短時間でカーボンナノチューブ構造体を形成するための層を供給することができる。
なお、基体、官能基を有するカーボンナノチューブ、架橋剤、添加剤並びに架橋溶液の内容については、[複合材]の項で説明した通りである。
本発明において、「架橋工程」とは、供給後の前記カーボンナノチューブにおける前記官能基間を化学結合させることにより架橋部位を形成し、前記カーボンナノチューブ構造体を形成する工程である。供給工程が架橋溶液を塗布する構成の場合には、塗布後の前記架橋溶液を硬化して、前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体の層を形成する工程である。なお、架橋工程で前記架橋溶液を硬化して、カーボンナノチューブ構造体を形成すべき領域は、前記所望の領域を全て含んでさえいればよく、前記基体の表面に供給された前記架橋溶液を全て硬化しなければならないわけではない。
本発明における複合工程とは、カーボンナノチューブ構造体に金属含有材料を適用し、カーボンナノチューブと金属含有材料との複合体を形成する工程である。得られる本発明の複合体は、カーボンナノチューブ構造体が金属含有材料で充填されている構造である。
前記他の固形物は、前記塊の外を完全に取り囲んだ状態、前記塊のうち空隙にのみ存在する状態、前記塊が一部表出した状態、基体とともに前記塊の全体または一部を取り囲んでいる状態等、各種態様をとることができる。
前記有機金属化合物溶液としては、焼成により金属含有材料を複合化させ得る有機金属化合物の溶液であれば、いずれも適用することが可能であるが、具体的には、Si、Ti、Cu、Co、Al、In、Zn、Zrなどのアルコキシド等が挙げられる。
さらに、その他の金属含有材料の前駆体としては、第一リン酸アルミニウム、第一リン酸マグネシウム、第一リン酸マンガン(酸化することにより金属塩となる)等を挙げることができる。
以上のようにして、図1(d)に模式断面図で示される態様の複合材を製造することができる。
具体的な基体の材料としては、シリコンウエファーや石英ガラス、サファイヤ、フッ素樹脂(例えば、テフロン(登録商標))等を挙げることができる。
以上の各工程を経ることで、本発明の複合材を製造することができるが、本発明の複合材の製造方法においては、その他の工程を含めることもできる。
例えば、前記供給工程に先立ち、前記基体の表面を予め処理する表面処理工程を設けるのも好適である。表面処理工程は、例えば、供給される架橋溶液の吸着性を高めるため、上層として形成されるカーボンナノチューブ構造体と前記基体表面との接着性を高めるため、前記基体表面を清浄化するため、前記基体表面の電気伝導度を調整するため、等の目的で行われる。
本発明の複合材としては、上記[複合材の製造方法]の項で説明した図1(d)に示される態様(基体表面に金属含有材料とカーボンナノチューブ構造体とが保持された形状)以外にも、各種態様のものを挙げることができる。図2に、本発明の複合材の各種態様を模式断面図にて例示する。なお、図2においては、図1と同一の機能を有する部材に対して、図1と同一の符号を用いている。
なお、本発明の複合材は、以上に例示した態様に限定されるものではない。
[実施例1]
図1に記載の複合材の製造方法の流れにより、複合材を製造した。なお、本実施例の説明においては、図1の符号を用いる場合がある。
(A−1)架橋溶液の調製(付加工程)
(i)カルボキシル基の付加・・・カーボンナノチューブカルボン酸の合成
多層カーボンナノチューブ粉末(純度90%、平均直径30nm、平均長さ3μm;サイエンスラボラトリー製)30mgを濃硝酸(60質量%水溶液、関東化学製)20mlに加え、120℃の条件で還流を20時間行い、カーボンナノチューブカルボン酸を合成した。以上の反応スキームを図3に示す。なお、図3中カーボンナノチューブ(CNT)の部分は、2本の平行線で表している(反応スキームに関する他の図に関しても同様)。
上記工程で調製されたカーボンナノチューブカルボン酸30mgを、メタノール(和光純薬製)25mlに加えた後、濃硫酸(98質量%、和光純薬製)5mlを加えて、65℃の条件で還流を6時間行い、メチルエステル化した。以上の反応スキームを図4に示す。
上記工程で得られたメチルエステル化したカーボンナノチューブカルボン酸30mgを、グリセリン(関東化学製)4gに加え、超音波分散機を用いて混合した。さらに、これを粘度調整剤としてのメタノール4gに加え、架橋溶液(1)を調製した。
基体12としてのシリコンウエハー(アドバンテック製、76.2mmφ(直径3インチ)、厚さ380μm、表面酸化膜の厚さ1μm)を用意した。この上に塗布する架橋溶液(1)と、当該シリコンウエハーとの吸着性を上げるために、アミノプロピルトリエトキシシランにより、前記シリコンウエハーの表面処理を行った。
工程(A−1)で調製された架橋溶液(1)(1μl)を、表面処理が施されたシリコンウエハー表面にスピンコーター(ミカサ社製、1H−DX2)を用い、100rpm,30秒の条件で塗布した。表面処理を施さない比較のためのシリコンウエハーについても、同様にして塗布を行った。
架橋溶液(1)を塗布した後、当該架橋体膜が形成されたシリコンウエハー(基体12)を、200℃で2時間加熱し構造体を硬化し、カーボンナノチューブ構造体14を形成した(図1(a))。
次にピコアンメータ4140B(ヒューレットパッカード製)を使って、直流電流−電圧特性測定を2端子法で行い、得られたカーボンナノチューブ構造体14の直流導電率を求めた。その結果、導電率は17S・cm-1であった。カーボンナノチューブ構造体がネットワーク化されていることが確認された。
工程(B)によって作製したカーボンナノチューブ構造体14を基体12'より、かみそりを使用し、スクレイブすることで剥離して、濃度10質量%の第一リン酸アルミニウム溶液15に含浸し(図1(b))、これをシリコンウエハー(基体12)表面に塗布し、約1.33kPa(10torr)以下に減圧、1時間保持した。その後、空気中120℃で乾燥させた(図1(c))。さらに、これを600℃で2時間熱処理することにより、第一リン酸アルミニウムを水、アルコールに不溶のリン酸アルミニウムに変化させ、カーボンナノチューブ構造体14と複合化した(図1(d))。
第一リン酸アルミニウムは無機質骨材との反応や、加熱脱水による縮合および高温加熱による結晶の転移等により硬化し結合性を発現する。加熱による脱水過程は、まず170〜200℃で第一段階の脱水が起こる。この段階では、主として遊離水および分子内の一部の水分子が失われて縮合化、高分子化が起こり、結合力が確立される。第二段階の脱水は、230〜280℃で起こる。この段階で分子内の水分子は大半が失われ、水溶性はほとんどなくなり、硬化結合性はさらに強化される。次に、500℃付近で第三段階の脱水が起こり、水分子は完全に失われる。以後は、結晶転移が起こり、さらに硬化する。
工程(B)によって作製したカーボンナノチューブ構造体14を基体12'より、かみそりを使用し、スクレイブすることで剥離した。200℃のホットプレート上にインジウムの小片を置き、溶融状態にして、先のカーボンナノチューブ構造体14をこのインジウム溶液に浸漬させた。その後、ホットプレートをインジウムの融点以下に冷却することにより、カーボンナノチューブ構造体とインジウムの複合材を得ることができた。
Claims (37)
- カーボンナノチューブ構造体と金属含有材料とが複合されてなる複合材であって、
前記カーボンナノチューブ構造体が、官能基が結合した複数のカーボンナノチューブの当該官能基間を化学結合させて相互に架橋した網目構造を構成してなることを特徴とする複合材。 - 前記金属含有材料が、Al、B、Mg、K、Ca、Ag、Cr、Co、Sm、Dy、Hg、Sn、Ce、Th、Pb、Hf、Ni、Nd、Ba、Bi、Pr、Be、Mn、La、Li、Rb、Zn、Mn、Fe、Cu、YおよびCdからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記カーボンナノチューブ構造体が、官能基を有するカーボンナノチューブおよび前記官能基と架橋反応を起こす架橋剤を含む溶液を硬化させることにより、前記カーボンナノチューブが有する前記官能基と前記架橋剤とを架橋反応させて架橋部位が形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記架橋剤が、非自己重合性の架橋剤であることを特徴とする請求項3に記載の複合材。
- 前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋する架橋部位が、−COO(CH2)2OCO−、−COOCH2CHOHCH2OCO−、−COOCH2CH(OCO−)CH2OHおよび−COOCH2CH(OCO−)CH2OCO−からなる群より選ばれるいずれかの化学構造であることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記架橋部位が、複数の前記官能基同士の化学結合により形成されていることを特徴とする請求項3に記載の複合材。
- 前記化学結合を生ずる反応が、脱水縮合、置換反応、付加反応および酸化反応から選ばれる一つであることを特徴とする請求項6に記載の複合材。
- 前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋する架橋部位が、−COOCO−、−O−、−NHCO−、−COO−、−NCH−、−NH−、−S−、−O−、−NHCOO−、および、−S−S−からなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 前記複数のカーボンナノチューブが、マルチウォールカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項1に記載の複合材。
- 官能基が結合された複数のカーボンナノチューブを含む溶液を基体表面に供給する供給工程と、
複数の前記官能基間を化学結合させて、前記複数のカーボンナノチューブが相互に架橋した網目構造を構成するカーボンナノチューブ構造体を形成する架橋工程と、
前記カーボンナノチューブ構造体に金属含有材料を複合する複合工程と、
を含むことを特徴とする複合材の製造方法。 - 前記金属含有材料が、Al、B、Mg、K、Ca、Ag、Cr、Co、Sm、Dy、Hg、Sn、Ce、Th、Pb、Hf、Ni、Nd、Ba、Bi、Pr、Be、Mn、La、Li、Rb、Zn、Mn、Fe、Cu、Y、およびCdからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項10に記載の複合材の製造方法。
- 前記溶液が、複数の前記官能基間を架橋する架橋剤を含むことを特徴とする請求項10に記載の複合材の製造方法。
- 前記架橋剤が、非自己重合性の架橋剤であることを特徴とする請求項12に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−OH、−COOH、−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基)、−COX(Xはハロゲン原子)、−NH2および−NCOからなる群より選ばれる少なくとも1つの基であり、前記架橋剤が、選択された前記官能基と架橋反応を起こし得る架橋剤であることを特徴とする請求項13に記載の複合材の製造方法。
- 前記架橋剤が、ポリオール、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル、ポリカルボン酸ハライド、ポリカルボジイミドおよびポリイソシアネートからなる群より選ばれる少なくとも1つの架橋剤であり、
前記官能基が、選択された前記架橋剤と架橋反応を起こし得る官能基であることを特徴とする請求項12に記載の複合材の製造方法。 - 前記官能基が、−OH、−COOH、−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基)、−COX(Xはハロゲン原子)、−NH2および−NCOからなる群より選ばれる少なくとも1つの基であり、
前記架橋剤が、ポリオール、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル、ポリカルボン酸ハライド、ポリカルボジイミドおよびポリイソシアネートからなる群より選ばれる少なくとも1つの架橋剤であり、
前記官能基と前記架橋剤とが、相互に架橋反応を起こし得る組み合わせとなるようにそれぞれ選択されたことを特徴とする請求項13に記載の複合材の製造方法。 - 前記官能基が、−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基)であることを特徴とする請求項13に記載の複合材の製造方法。
- 前記架橋剤が、グリセリン、エチレングリコール、ブテンジオール、ヘキシンジオール、ヒドロキノンおよびナフタレンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項17に記載の複合材の製造方法。
- 前記溶液が、さらに溶剤を含むことを特徴とする請求項10に記載の複合材の製造方法。
- 前記架橋剤が、溶剤を兼ねることを特徴とする請求項19に記載の複合材の製造方法。
- 前記化学結合を生ずる反応が、複数の前記官能基同士を化学結合させる反応であることを特徴とする請求項10に記載の複合材の製造方法。
- 前記溶液が、前記官能基同士の化学結合を生じさせる添加剤を含むことを特徴とする請求項21に記載の複合材の製造方法。
- 前記反応が脱水縮合であって、前記添加剤が縮合剤であることを特徴とする請求項22に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−COOR(Rは、置換または未置換の炭化水素基)、−COOH、−COX(Xはハロゲン原子)、−OH、−CHOおよび−NH2からなる群より選ばれる少なくとも1つの基であることを特徴とする請求項23に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−COOHであることを特徴とする請求項24に記載の複合材の製造方法。
- 前記縮合剤が、硫酸、N−エチル−N'−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドおよびジシクロヘキシルカルボジイミドからなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項23記載の複合材の製造方法。
- 前記反応が置換反応であって、前記添加剤が塩基であることを特徴とする請求項22に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−NH2、−X(Xはハロゲン原子)、−SH、−OH、−OSO2CH3および−OSO2(C6H4)CH3からなる群より選ばれる1つの基であることを特徴とする請求項27に記載の複合材の製造方法。
- 前記塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ピリジンおよびナトリウムエトキシドからなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項27に記載の複合材の製造方法。
- 前記反応が、付加反応であることを特徴とする請求項21に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−OHおよび/または−NCOであることを特徴とする請求項30に記載の複合材の製造方法。
- 前記反応が、酸化反応であることを特徴とする請求項21に記載の複合材の製造方法。
- 前記官能基が、−SHであることを特徴とする請求項32に記載の複合材の製造方法。
- 前記溶液に、酸化反応促進剤を含むことを特徴とする請求項33に記載の複合材の製造方法。
- 前記酸化反応促進剤が、ヨウ素であることを特徴とする請求項34に記載の複合材の製造方法。
- 前記供給工程において、前記官能基が結合された複数のカーボンナノチューブおよび溶剤を含む溶液を前記基体表面に供給することを特徴とする請求項21に記載の複合材の製造方法。
- 前記供給工程において、前記官能基が結合された複数のカーボンナノチューブ、前記添加剤および溶剤を含む溶液を前記基体表面に供給することを特徴とする請求項22に記載の複合材子の製造方法。
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