JP2006036630A - カーボンナノチューブミクロ繊維 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明はナノテクノロジーの分野に関する。特定的には、本発明は分散されたカーボンナノチューブ断片からのカーボンナノチューブミクロ繊維の製造に関し、分散されたカーボンナノチューブ断片は続いて電場に暴露される。
【選択図】 なし
Description
本発明はナノテクノロジーの分野に関する。特定的には、本発明は分散されたカーボンナノチューブ(carbon nanotube)断片からのカーボンナノチューブミクロ繊維の製造に関し、分散されたカーボンナノチューブ断片は続いて電場に暴露される。
一定の(DC)電場中の帯電粒子がそれらを動かす電気泳動力を経験することは、ほとんど200年前から既知である。さらに最近、カーボンナノチューブを含むコロイド粒子を、接触電極により作られる電場の適用により、多様な小規模の構造に集成する(assemble)ことができることが観察された。しかしながら、電気泳動法は、粒子上に強い表面電荷が存在し且つ適用される電圧が低い(加水分解に関する閾値より低い)コロイド系に限られる。交流(AC)電場及び誘電泳動力(dielectrophoretic force)の使用によりこれらの制限を克服することができる。例えば、非特許文献1、非特許文献2及び非特許文献3を参照されたい。
T.B.Jones著,Electromechanics of Particles:Cambridge University Press,Cambridge,1995年 H.A.Pohl著,Dielectrophoresis,Cambridge University Press,Cambridge,1978年 R.Pethig,et al.著,J.Phys.D:Appl.Phys.,24,1992年,881 T.Muller,et al.著,J.Phys.D:Appl.Phys.,29,1996年,340 Krupke et al.著,Science,301,2003年,344 M.S.Kumar,et al.著,Chemical Physics Letters,383,2004年,235
本発明は:
(a)分散されたCNT断片を含んでなる分散されたカーボンナノチューブ溶液を1対の電極の間に置き;そして
(b)多数のカーボンナノチューブ断片を分散されたCNT断片の平均長より大きい長さのカーボンナノチューブ繊維に集成するのに有効なAC電圧を電極に適用し、ここで適用される有効電圧の周波数は1MHz又はそれ未満である
段階を含んでなるカーボンナノチューブ繊維の製造法に関する。
(a)分散されたCNT断片を含んでなる分散されたカーボンナノチューブ溶液を1対の電極の間に置き;そして
(b)多数のカーボンナノチューブ断片を分散されたCNT断片の平均長より大きい長さのカーボンナノチューブ繊維に集成するのに有効なDC電圧を電極に適用する
段階を含んでなるカーボンナノチューブ繊維の製造法に関する。
図1(a)は、ミクロワイアの成長のために用いられる電極配置の写真である。図1(b)は、ミクロワイアの成長のために用いられる電極配置の略図である。
本発明は、カーボンナノチューブのミクロ−スケール繊維への誘電泳動集成に関する。これらのミクロ繊維をサブ−ミクロン直径及び100nm〜数mmの長さの電線として用いることができる。
超純水はBarnstead EasypureR 逆浸透系から得た。単−及び多−層カーボンナノチューブはMER Corp.,Tucson AZから得た。これらのナノチューブは約15nm(走査型電子顕微鏡を介して観察)の直径を有したが、他の直径のナノチューブを用いることもできる。超音波プローブを用い、ナノチューブを約0.01重量%の濃度で水中に分散させた(Sonics & Materials Vibra−Cell,20kHzで2分間運転)。
本明細書でミクロワイアとも称されるミクロ繊維を2つの電極間の交流電場内で集成した;これらの電極間の間隙は10μm〜3mmの範囲であった。2つの型の電極アセンブリを準備した。第1の型では100nmの厚さの金電極をガラススライド上に付着させ、付着の間のマスクとして働くTeflonRテープの幅により電極間の間隙を決定した。電極間隙は4〜8mmの範囲である。第2の型の電極構造(10ミクロン〜100ミクロンの範囲の間隙寸法を有する)は、写真平版を介してガラス基質上に二次加工された。これらの電極は、10nmのクロムの層上に100nmの厚さの金の層を付着させることにより形成された。電極の寸法及び形を区画するフォトマスクを用いてエッチング−抵抗層(etch−resist layer)を適用し、次いで過剰の金属を除去した。典型的な電極配置の写真及び略図を図1に示す。
実験は、SWCNTs又はMWCNTsの水性コロイドを調製し、それを交流電場に供し、ミクロ繊維の成長を観察することにより行なわれた。複数の実験パラメーター:粒度、濃度、組成、電極間隙、電極に適用される根平均二乗(RMS)電圧及び周波数を変化させた。観察は繊維成長の間にコロイドを通過するRMS電流、繊維成長を開始させるのに必要な閾電圧、成長速度、集成されるミクロ繊維の直径及び形態ならびに完成したミクロ繊維の電気抵抗を含んだ。
コロイド粒子上の誘電泳動力はそれらを最大電場強度の領域に向かって動かし、それはこの形状の場合、ガラススライドの表面に沿って存在する。粒子が分散されると、それらの間の反発相互作用は凝集を妨げる。しかしながら高濃度の領域において、反発相互作用は誘電泳動力により克服され、粒子をワイアチップ上に凝集させる。
Claims (24)
- (a)分散されたCNT断片を含んでなる分散されたカーボンナノチューブ溶液を1対の電極の間に置き;そして
(b)多数のカーボンナノチューブ断片を分散されたCNT断片の平均長より大きい長さのカーボンナノチューブ繊維に集成するのに有効なAC電圧を電極に適用し、ここで適用される有効電圧の周波数は1MHz又はそれ未満である
ことを含んでなるカーボンナノチューブ繊維の製造法。 - (a)分散されたCNT断片を含んでなる分散されたカーボンナノチューブ溶液を1対の電極の間に置き;そして
(b)多数のカーボンナノチューブ断片を分散されたCNT断片の平均長より大きい長さのカーボンナノチューブ繊維に集成するのに有効なDC電圧を電極に適用する
段階を含んでなるカーボンナノチューブ繊維の製造法。 - 適用される有効電圧の周波数が100Hzもしくはそれ未満である請求項1の方法。
- CNT断片を音波処理により分散させる請求項1又は請求項2の方法。
- 集成されたカーボンナノチューブ繊維の長さが分散されたCNT断片の平均長の少なくとも3倍である請求項1又は請求項2の方法。
- 集成されたカーボンナノチューブ繊維の長さが分散されたCNT断片の平均長の少なくとも5倍である請求項1又は請求項2の方法。
- 集成されたカーボンナノチューブ繊維の長さが分散されたCNT断片の平均長の少なくとも100倍である請求項1又は請求項2の方法。
- 集成されたカーボンナノチューブ繊維の抵抗が少なくとも2.5MΩである請求項1又は請求項2の方法。
- カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブ(SWCNTs)である請求項1又は請求項2の方法。
- カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)である請求項1又は請求項2の方法。
- 該電極の少なくとも1つがCNT溶液と直接接触している請求項1又は請求項2の方法。
- 該電極のいずれもCNT溶液と直接接触していない請求項1又は請求項2の方法。
- CNTsを精製する請求項1又は請求項2の方法。
- 金属性CNTsを半導体CNTsから分離する請求項14の方法。
- CNT断片をCNT凝集物から抽出する請求項14の方法。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる電気装置。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる複合材料。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる電界放出ディスプレー(field emission display)。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる電子エミッタ(electron emitter)。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる電池。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる燃料電池。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる電磁干渉(EMI)シールド。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる化学的センサー。
- 請求項1又は請求項2の方法により製造される1種もしくはそれより多いCNT繊維を含んでなる生物学的センサー。
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