JP2011026192A

JP2011026192A - ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法

Info

Publication number: JP2011026192A
Application number: JP2010161696A
Authority: JP
Inventors: Kai Ryo; ▲カイ▼ 劉; Rui-Feng Zhou; 睿風周; ying-hui Sun; 穎慧孫; Kaili Jiang; 開利姜; Liang Liu; 亮劉; 守善 ▲ハン▼; Feng-Yan Fan
Original assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: US20110020210A1; JP5243495B2; US8668896B2; CN101964229B; CN101964229A

Abstract

【課題】本発明は、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法に関する。
【解決手段】本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、カーボンナノチューブアレイから少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き出し、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている第一ステップと、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムに同じ大きさで反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、前記引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する第三ステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法に関するものである。

カーボンナノチューブ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は１９９１年に飯島によって発見され、２１世紀において重要な新素材の１つであると期待されている。カーボンナノチューブは機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。非特許文献１に掲載されて以来、カーボンナノチューブを微視的尺度の分野に広く応用させているが、それらの製造処理や、操作などが困難である。従って、カーボンナノチューブフィルムのような操作可能な巨視的尺度を有するカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブの利用に重要な意味を有している。

特許文献１には、従来の一種のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ及びその製造方法が掲示されている。前記カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、一つのカーボンナノチューブアレイを提供して、前記カーボンナノチューブアレイから、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持ち、直接的にねじりながら引き出すことによってねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。

米国特許出願公開第２００８／０１７０９８２号明細書

ＳｕｍｉｏＩｉｊｉｍａ、"ＨｅｌｉｃａｌＭｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓｏｆＧｒａｐｈｉｔｉｃＣａｒｂｏｎ"、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年１１月７日、第３５４巻、ｐ．５６‐５８ＫａｉｌｉＪｉａｎｇ、ＱｕｎｑｉｎｇＬｉ、ＳｈｏｕｓｈａｎＦａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、前記製造方法によってねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する過程に、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、前記カーボンナノチューブアレイからの弱い引力（即ち隣接したカーボンナノチューブの間の分子間力）を受けて前記カーボンナノチューブアレイに接続しているので、形成されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブの間に間隙が存じる。従って、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの密度及び抗張力は比較的小さい。

従って、前記課題を解決するために、本発明は高密度及び高い抗張力を有するねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法を提供する。

本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、カーボンナノチューブアレイから少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き出し、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている第一ステップと、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムに同じ大きさで反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、前記引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する第三ステップと、を含む。

本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、引き出し装置を利用して、カーボンナノチューブアレイから少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き出し、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている第一ステップと、少なくとも一つの支持体を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムを支持させる第二ステップと、前記引き出し装置及び支持体を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムに同じ大きさで反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第三ステップと、前記引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する第四ステップと、を含む。

従来の技術と比べて、本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムを、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に牽引して、前記カーボンナノチューブフィルムを十分的に引き伸ばしてから、前記カーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成するので、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの間の間隙を、更に減少することができる。従って、密度が高く、牽引応力が大きいねじれ状カーボンナノチューブワイヤを得ることができる。

本発明の実施例１におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造工程を示す図である。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。図２中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。本発明の実施例２におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造工程を示す図である。本発明の実施例２における複数のカーボンナノチューブフィルムをねじって形成したねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造工義のフローチャートである。本発明の実施例３におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造工程を示す図である。本発明の実施例４におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造工程を示す図である。本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は、一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０の製造方法を提供する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０の製造方法は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１００を提供するステップＳ１１と、二つの固定装置１２０を提供して、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの長軸方向に垂直な方向の両側面に、前記二つの固定装置１２０を固定させるステップＳ１２と、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記二つの固定装置１２０の各々に同じ大きさで反対方向の力を加えるステップＳ１３と、少なくとも一つの前記固定装置１２０を回転させて、前記カーボンナノチューブフィルム１００をねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０を形成するステップＳ１４と、を含む。

前記ステップＳ１１では、前記カーボンナノチューブフィルム１００は、ドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１００は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１００は、分子間力で長さ方向に沿って端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１００は、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３は、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３において、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブセグメント１４３には、隣接するカーボンナノチューブ１４５の間に間隙があり、従って前記カーボンナノチューブフィルム１００の隣接するカーボンナノチューブ１４５の間には間隙がある。前記カーボンナノチューブフィルム１００の幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

前記カーボンナノチューブフィルム１００は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１００は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブフィルム１００を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブフィルム１００を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブフィルム１００の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブフィルム１００を懸架させることができることを意味する。

更に、複数の前記カーボンナノチューブフィルム１００を設置する場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１００は、積み重ねられている。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１００は、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブは、互いに平行である。

前記カーボンナノチューブフィルム１００の製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１００を引き伸ばす第二ステップと、を含む。

前記ステップＳ１２において、前記固定装置１２０は、ピンセット、一定の幅を有するテープ又は鋏であることができる。前記ステップＳ１１で、前記カーボンナノチューブフィルム１００を引き出した後、前記カーボンナノチューブフィルム１００をカットして、前記二つの固定装置１２０に固定させる。

前記ステップＳ１３では、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記二つの固定装置１２０を、反対方向で引き出す。同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブを含む前記カーボンナノチューブフィルム１００は、大きい正ポアソン比（ポアソン比は、弾性限界内で、例えば引張りを加えた時に荷重方向の伸びと、前記荷重方向に直角な方向の寸法の縮みの比をいう）を有するので、前記カーボンナノチューブフィルム１００を引き出すと、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの間の間隙は減少する。この場合、前記カーボンナノチューブフィルム１００における各々のカーボンナノチューブは、その長軸方向に沿う力で引かれているので、前記カーボンナノチューブフィルム１００における前記複数のカーボンナノチューブの配列はより順序的となることができる。前記二つの固定装置１２０に加えた力Ｆの大きさは、前記カーボンナノチューブフィルム１００の幅に関連している。前記力Ｆと前記カーボンナノチューブフィルム１００の幅Ｌの間の関係は以下の式（１）を満足する。

［数１］
０．００５（Ｎ／ｃｍ）＜Ｆ／Ｌ＜０．０２（Ｎ／ｃｍ）（１）

前記二つの固定装置１２０を動作させる方法は、次の二種がある。第一種では、一つの前記固定装置１２０を固定させて、もう一つの前記固定装置１２０を一つの方向を沿って回転させる。第二種では、前記二つの固定装置１２０を、互いに反対の方向に沿って回転させる。前記固定装置１２０の回転平面は、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの長軸方向に垂直する。本実施例において、前記二つの固定装置１２０を、それぞれ回転モーター（図示せず）に固定させて、連続的に回転させる。前記固定装置１２０の回転数は、前記カーボンナノチューブフィルム１００の長さに関連する。前記カーボンナノチューブフィルム１００の長さが１ｍである場合、前記固定装置１２０の回転数は１０００回から１５００回である。

前記カーボンナノチューブフィルム１００をねじる過程で、前記二つの固定装置１２０を用いて、前記カーボンナノチューブフィルム１００におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルム１００に反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルム１００を十分に引き伸ばす。

更に、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０の製造方法は、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０を有機溶剤に浸漬させるステップＳ１５を含むことができる。これによって前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０の直径を小さくさせることができる。前記有機溶剤は、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムなどの揮発性有機溶剤である。本実施例において、前記有機溶剤は、エタノールである。これにより、前記有機溶剤の表面張力によって、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０における複数のカーボンナノチューブを縮ませて、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０をさらに緊密にさせる。

前記ステップＳ１５は、前記ステップＳ１３とステップＳ１４の間に実施することができる。即ち、前記ステップＳ１３で形成された前記カーボンナノチューブフィルム１００を有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルム１００における複数のカーボンナノチューブを縮ませた後、前記カーボンナノチューブフィルム１００をねじる。これによって得られたねじれ状カーボンナノチューブワイヤ１０の直径は小さくなり、その比表面積が減少し、その接着性が低くなる。

（実施例２）
図４を参照すると、本実施例は、一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０の製造方法を提供する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０の製造方法は、一つのカーボンナノチューブアレイ２１０を提供して、引き出し装置２２０によって前記カーボンナノチューブアレイ２１０から少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム２３０を引き出すステップＳ２１と、前記カーボンナノチューブフィルム２３０を支持するために、少なくとも一つの支持軸２４０を提供するステップＳ２２と、前記引き出し装置２２０及び前記少なくとも一つの支持軸２４０により、前記カーボンナノチューブフィルム２３０におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム２３０の各々に、同じ大きさで反対方向の力を加えるステップＳ２３と、前記カーボンナノチューブフィルム２３０をねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を形成するステップＳ２４と、を含む。

本実施形例に係るステップＳ２１は、実施例１に係るステップＳ１１と同じである。

前記ステップＳ２２では、前記支持軸２４０は支持体として前記カーボンナノチューブフィルム２３０に対して支持力を提供する。前記支持軸２４０は平滑な支持表面を有する円柱体である。前記支持軸２４０の長軸の長さは、前記カーボンナノチューブフィルム２３０の幅より大きく、又は等しく設けられている。この場合、前記カーボンナノチューブフィルム２３０は、前記支持軸２４０を経過する時、その幅を変更できない。

一つの例として、三つの前記支持軸２４０を設置した場合、第一支持軸２４０、第二支持軸２４０及び第三支持軸２４０は、それぞれ間隔をおいて、前記カーボンナノチューブアレイ２１０から離れるように、順次に配置されている。前記第一支持軸２４０、第二支持軸２４０及び第三支持軸２４０を異なる高さで設置することにより、前記カーボンナノチューブフィルム２３０を波状に形成させる。且つ隣接する二つの支持軸２４０は、前記波状のカーボンナノチューブフィルム２３０において、波の谷及び波の峰を交互的に配置させて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に反対方向の支持力を提供する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイ２１０に一番近い第一支持軸２４０は、前記波状のカーボンナノチューブフィルム２３０の波の峰に位置されて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に第一方向の支持力を提供する。前記第一支持軸２４０に隣接する第二支持軸２４０は、前記波状のカーボンナノチューブフィルム２３０の波の谷に位置されて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に第二方向の支持力を提供する。前記カーボンナノチューブアレイ２１０に一番遠い第三支持軸２４０は、前記波状のカーボンナノチューブフィルム２３０の波の峰に位置されて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に第一方向の支持力を提供する。ここで、前記第二方向は、前記第一方向と反対する。

本実施例において、複数の前記カーボンナノチューブフィルム２３０を積み重ねて、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を形成することができる。図５を参照すると、一つの例として、前記ステップＳ２１で、複数のカーボンナノチューブアレイ２１０及び複数の引き出し装置２２０を提供する。一つの引き出し装置２２０によって一つの前記カーボンナノチューブアレイ２１０から少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム２３０を引き出す。この後、前記複数のカーボンナノチューブフィルム２３０を、それぞれ前記一つの支持軸２４０に付ける。これにより、前記複数のカーボンナノチューブフィルム２３０を、前記支持軸２４０の上に積み重ね、一つのカーボンナノチューブ構造体を形成させる。この後、前記複数の引き出し装置２２０を除去して、一つの前記引き出し装置２２０によって前記カーボンナノチューブ構造体を固定させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体は、より良い強靭性を有する。

前記少なくとも一つの支持軸２４０は、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に支持力を提供しているので、前記ステップＳ２３において、前記引き出し装置２２０により前記カーボンナノチューブフィルム２３０に対してその移動方向に沿って牽引力を提供する場合、前記支持軸２４０は、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に前記引き出し装置２２０からの牽引力に反する牽引力を提供する。前記支持軸２４０が前記カーボンナノチューブフィルム２３０に提供した牽引力は、前記支持軸２４０から前記カーボンナノチューブフィルム２３０に提供した支持力と渦動摩擦力の合力である。前記支持軸２４０の数量がより多く、又は／及び前記カーボンナノチューブフィルム２３０が前記支持軸２４０を通じて屈んだ方向と、前記カーボンナノチューブフィルム２３０が屈まない時の方向との間の角度がより大きい場合、前記支持軸２４０は、前記カーボンナノチューブフィルム２３０により大きい牽引力を提供することができる。

前記カーボンナノチューブフィルム２３０は、前記カーボンナノチューブアレイ２１０と分子間力によって接続しているので、前記カーボンナノチューブフィルム２３０と前記カーボンナノチューブアレイ２１０との間の結合力が弱い。従って、前記カーボンナノチューブアレイ２１０に近い支持軸２４０を配置する場合、以下の条件を満足させる。即ち、前記カーボンナノチューブアレイ２１０に近い支持軸２４０によって支持されるカーボンナノチューブフィルム２３０は、前記カーボンナノチューブアレイ２１０の生成基板との間に形成される角度が３０度より小さいことが好ましい。前記支持軸２４０によって前記カーボンナノチューブフィルム２３０に加えた牽引力Ｆの大小は、前記カーボンナノチューブフィルム２３０の幅に関連している。前記牽引力Ｆと前記カーボンナノチューブフィルム２３０の幅Ｌの間の関係が、上述の式（１）を満足する。この場合、前記カーボンナノチューブフィルム２３０は容易に破壊されない。前記引き出し装置２２０で前記カーボンナノチューブフィルム２３０に加えた牽引力が、前記支持軸２４０で前記カーボンナノチューブフィルム２３０に加えた牽引力と等しい場合、前記カーボンナノチューブフィルム２３０は静止状態となる。前記引き出し装置２２０で前記カーボンナノチューブフィルム２３０に加えた牽引力が、前記支持軸２４０で前記カーボンナノチューブフィルム２３０に加えた牽引力と、前記カーボンナノチューブフィルム２３０と前記カーボンナノチューブアレイ２１０との間の分子間力の和より大きい場合、前記カーボンナノチューブアレイ２１０からカーボンナノチューブフィルム２３０を引き出して得ることができる。反対の場合、前記カーボンナノチューブアレイ２１０からカーボンナノチューブフィルム２３０を引き出すことができない。

前記ステップＳ２４では、前記引き出し装置２２０の回転平面は、前記カーボンナノチューブフィルム２３０の長軸方向に垂直する。本実施例において、前記引き出し装置２２０を、回転モーター（図示せず）に固定させて、連続的に回転することを実現する。前記カーボンナノチューブフィルム２３０をねじる過程で、前記カーボンナノチューブフィルム２３０におけるカーボンナノチューブの長軸方向に平行する軸方向に沿って、前記引き出し装置２２０は前記カーボンナノチューブフィルム２３０に牽引力を与えて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０を引き伸ばすと同時に前記カーボンナノチューブフィルム２３０をねじる。更に、前記引き出し装置２２０により、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に連続的に牽引力を与えることにより、前記カーボンナノチューブフィルム２３０は前記カーボンナノチューブアレイ２１０から連続的に引き出されて、長いねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を得ることができる。

複数のカーボンナノチューブアレイ２１０から引き出して得られた複数のカーボンナノチューブフィルム２３０を、少なくとも一つの前記支持軸２４０に積層された場合、前記ステップＳ２４で前記引き出し装置２２０を連続的に回転させることにより、前記複数のカーボンナノチューブフィルム２３０をねじって、直径が大きく、牽引応力が高いねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を製造することができる。

本実施例において、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０の製造方法は、更に前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を有機溶剤に浸漬させるステップＳ２５を含むことができる。これによって、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０は、更に小さい直径を有することができる。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０の全ての表面が前記有機溶剤で浸漬される。前記有機溶剤は、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムなどの揮発性有機溶剤である。本実施例において、前記有機溶剤はエタノールである。これにより、前記有機溶剤の表面張力によって、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０における複数のカーボンナノチューブを縮ませて、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０をさらに緊密にさせる。

前記ステップ２５は、前記ステップＳ２３とステップＳ２４の間に実施することができる。即ち、前記ステップＳ２３で牽引された前記カーボンナノチューブフィルム２３０を有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルム２３０におけるカーボンナノチューブの間の間隙を減少させる。この場合、前記有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルム２３０をねじって得られたねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０の直径は更に小さくなり、比表面積が減少し、接着性が低くなる。

（実施例３）
図６を参照すると、本実施例は、一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０の製造方法を提供する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０の製造方法は、少なくとも一つのカーボンナノチューブアレイ３１０を提供して、一つの引き出し装置３２０によって各々の前記カーボンナノチューブアレイ３１０から少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム３３０を引き出すステップＳ３１と、前記カーボンナノチューブフィルム２３０を支持するために、少なくとも一つのプレス装置３４０を提供するステップＳ３２と、前記引き出し装置３２０及び前記プレス装置３４０により、前記カーボンナノチューブフィルム３３０におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、それぞれ前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム３３０に、同じ大きさで反対方向の力を加えるステップＳ３３と、前記カーボンナノチューブフィルム３３０をねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０を形成するステップＳ３４と、を含む。

本実施形例に係るステップＳ３１は、実施例１に係るステップＳ１１と同じである。

前記ステップＳ３２では、前記プレス装置３４０は支持体として前記カーボンナノチューブフィルム３３０に対して支持力を提供する。前記プレス装置３４０の長さは、前記カーボンナノチューブフィルム３３０の幅より大きく、又は等しく設けられている。本実施例において、前記プレス装置３４０は、互いに平行し近接するように配置されている二つの円柱体からなる。前記カーボンナノチューブフィルム３３０が、前記プレス装置３４０の二つの円柱体の間の隙間を通過する場合、前記カーボンナノチューブフィルム３３０は、その幅が変更せず、且つ前記プレス装置３４０によって挟んで固定される。前記プレス装置３４０は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０に、前記カーボンナノチューブフィルム３３０の表面に垂直する方向に圧力を提供する。即ち、前記プレス装置３４０の二つの円柱体の間に相互作用力を有する。

前記プレス装置３４０の数量に対しては特に制限がなく、複数の前記プレス装置３４０を設置する場合、前記複数のプレス装置３４０は、同じ高度の水平面に配列される。且つ、前記複数のプレス装置３４０が位置する高度は、前記カーボンナノチューブアレイ３１０が位置する水平面の高度と同じとすることができる。

本実施例において、複数の前記カーボンナノチューブフィルム３３０を積み重ねることができる。前記複数のカーボンナノチューブフィルム３３０を積み重ねることは、前記ステップＳ３１及びステップＳ３２によって実現することができ、具体的には、前記実施例２の複数のカーボンナノチューブフィルム２３０を積み重ねることと同じである。

前記プレス装置３４０は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０に圧力を提供しているので、前記ステップＳ３３で、前記カーボンナノチューブフィルム２３０に、前記引き出し装置３２０からその移動方向に牽引力を提供する場合、前記プレス装置３４０は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０に前記引き出し装置３２０からの牽引力に反する牽引力を提供する。前記プレス装置３４０が前記カーボンナノチューブフィルム３３０に提供した牽引力と、前記プレス装置３４０が前記カーボンナノチューブフィルム３３０に提供した圧力とは正比例の関係がある。前記プレス装置３４０は固定不動に配置させているので、前記カーボンナノチューブフィルム３３０に対する前記プレス装置３４０からの牽引力の最大値は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０に対する前記プレス装置３４０からの摩擦力である。前記プレス装置３４０の数量がより多い場合、前記プレス装置３４０は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０により大きい牽引力を提供することができる。

前記カーボンナノチューブフィルム３３０に対して前記プレス装置３４０からの牽引力Ｆの大小は、前記カーボンナノチューブフィルム３３０の幅に関連している。前記牽引力Ｆと前記カーボンナノチューブフィルム３３０の幅Ｌの間の関係は、上記式（１）を満足する。

この場合、前記カーボンナノチューブフィルム３３０は容易に破壊されない。

本実施例に係るステップＳ３４は、実施例２に係るステップＳ２４と同じである。本実施例において、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０の製造方法は、更に前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０を有機溶剤に浸漬させるステップを含む。該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ３０を有機溶剤に浸漬させるステップは、実施例２に係るねじれ状カーボンナノチューブワイヤ２０を有機溶剤に浸漬させるステップと同じである。

（実施例４）
図７を参照すると、本実施例は、一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０の製造方法を提供する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０の製造方法は、少なくとも一つのカーボンナノチューブアレイ４１０を提供して、一つの引き出し装置によって前記各々のカーボンナノチューブアレイ４１０から少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム４３０を引き出すステップＳ４１と、前記カーボンナノチューブフィルム４３０を収束するために、少なくとも一つの収束装置４４０を提供するステップＳ４２と、前記引き出し装置及び前記収束装置４４０により、前記カーボンナノチューブフィルム４３０におけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、それぞれ前記少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム４３０に、同じ大きさで反対方向の力を加えるステップＳ４３と、前記カーボンナノチューブフィルム４３０をねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０を形成するステップＳ４４と、を含む。

本実施例に係るステップＳ４１は、実施例１に係るステップＳ１１と同じである。

前記ステップＳ４２では、前記収束装置４４０は前記カーボンナノチューブフィルム４３０に、前記カーボンナノチューブフィルム４３０の表面に垂直する支持力を提供する。前記収束装置４４０は、前記カーボンナノチューブフィルム４３０を収束して、その幅を減少させる。前記収束装置４４０は、曲率が小さい鉤又は環状物である。前記収束装置４４０を前記カーボンナノチューブフィルム４３０に対して配置する方式は、実施例２に係るステップＳ２２で支持軸２４０を配置する方式と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルム４３０に支持力を提供する。前記収束装置４４０の数量に対しては特に制限がない。

本実施例において、複数の前記カーボンナノチューブフィルム４３０を積み重ねることができる。前記複数のカーボンナノチューブフィルム４３０を積み重ねることは、前記ステップＳ４１及びステップＳ４２によって実現することができ、具体的には、前記実施例２の複数のカーボンナノチューブフィルム２３０を積み重ねることと同じである。

前記ステップＳ４３で、前記引き出し装置によってカーボンナノチューブフィルム４３０を連続的に引き出すことができる。該ステップＳ４３は、実施例２に係るステップＳ２３と類似である。前記カーボンナノチューブフィルム４３０は、前記引き出し装置及び前記収束装置４４０と共同の作用で張られて、隣接するカーボンナノチューブの間の間隙を減少させ、前記カーボンナノチューブフィルム４３０におけるカーボンナノチューブの配列状態を改善させる。前記カーボンナノチューブフィルム４３０に対して前記収束装置４４０からの牽引力Ｆの大小は、前記カーボンナノチューブフィルム４３０の幅に関連している。前記牽引力Ｆと前記カーボンナノチューブフィルム４３０の幅Ｌの間の関係は、上記式（１）を満足する。

前記ステップＳ４４は、実施例２に係るステップＳ２４と同じとすることができる。又は、更に回転機４５０及びスプール４５５を提供して、前記ステップＳ４３からの収束されたカーボンナノチューブフィルム４３０を前記回転機４５０によりねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０得ることができる。その後、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０を前記スプール４５５に巻く。前記回転機４５０及びスプール４５５は同軸で配置されている。

前記ステップＳ４４において、回転機４５０及びスプール４５５を用いる段階は、次に階段によって行われる。第一階段では、前記ステップＳ４３からの収束されたカーボンナノチューブフィルム４３０の前記引き出し装置と接続されている端部を、前記引き出し装置から取り出して、前記回転機４５０に通過させた後、前記スプール４５５に接続させる。第二階段では、前記回転機４５０及びスプール４５５を同じ方向に、同じ速度で回転させる。第二階段で、前記回転機４５０及びスプール４５５の回転速度を変更させて、前記回転機４５０の回転速度を、前記スプール４５５の回転速度より大きく、又は小さくなるように調整する。これによって前記スプール４５５に巻いたねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０を得る。

前記回転機４５０を回転させることにより、前記ステップＳ４３からの収束されたカーボンナノチューブフィルム４３０をねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０を形成させる。前記スプール４５５を回転させることにより、前記回転機４５０からのねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０を、前記スプール４５５に巻く。前記回転機４５０及びスプール４５５の回転速度を異なるように調整することにより、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０は、連続的に回転されるとともに連続的に推進される。従って、前記カーボンナノチューブアレイ４１０から前記カーボンナノチューブフィルム４３０が連続的に引き出され、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０が連続的に形成されて、前記スプール４５５に巻かれる。

前記回転機４５０及びスプール４５５は、それぞれのモーターに接続され、均速的に回転させることができる。前記回転機４５０及びスプール４５５の回転速度を制御すると、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０のピッチを１ｍｍ／回より大きくできる。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ４０のピッチがより大きくなるほど、その牽引応力がより大きくなる。

カーボンナノチューブフィルム４３０を、前記回転機４５０及びスプール４５５によって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤに形成し、且つ前記スプール４５５に巻くことは、本実施例と類似の方法で、前記実施例１、２、３に係るステップＳ１４、Ｓ２４、Ｓ３４において実施することができる。

図８を参照すると、前記実施例１、２、３、４によって得られた本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおける複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。且つ、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１００μｍである。

一枚のカーボンナノチューブフィルムをねじって形成したねじれ状カーボンナノチューブワイヤの抵抗率の測定値は１×１０^−５Ω・ｍ〜２×１０^−５Ω・ｍである。一つの実施例として、一枚のカーボンナノチューブフィルムをねじって形成したねじれ状カーボンナノチューブワイヤの抵抗率の測定値は１．９１×１０^−５Ω・ｍである。従来の直接的にねじって引き出すことにより形成されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤに較べると、本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの密度が高く、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの断面面積が２０％〜４０％で減少する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの密度が高められるので、その抵抗率が５０％まで減少し、且つその最大の耐力が６０％〜１２０％まで増加する。具体的に、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの牽引応力は１２００Ｍｐａより大きい。一つの実施例として、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの直径は１０μｍであり、その牽引応力が１．５Ｇｐａである。

１００、２３０、３３０、４３０カーボンナノチューブフィルム
１２０固定装置
２２０、３２０引き出し装置
１０、２０、３０、４０ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ
１４３カーボンナノチューブセグメント
１４５カーボンナノチューブ
２１０、３１０、４１０カーボンナノチューブアレイ
２４０支持軸
３４０プレス装置
４４０収束装置
４５０回転機
４５５スプール

Claims

カーボンナノチューブアレイから少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き出し、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている第一ステップと、
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムに同じ大きさで反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、
前記引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する第三ステップと、
を含むことを特徴とするねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法。
引き出し装置を利用して、カーボンナノチューブアレイから少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き出し、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている第一ステップと、
少なくとも一つの支持体を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムを支持させる第二ステップと、
前記引き出し装置及び支持体を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長軸方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムに同じ大きさで反対方向の力を加えて、前記カーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第三ステップと、
前記引き伸ばされたカーボンナノチューブフィルムをねじって、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成する第四ステップと、
を含むことを特徴とするねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法。