JP2011088813A - カーボンナノチューブ複合材料体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のカーボンナノチューブ複合材料体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体及び増強体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体において、隣接したカーボンナノチューブは、分子間力で接続されている。前記増強体は、カーボンナノチューブ構造体における各々のカーボンナノチューブの表面に被覆される。隣接するカーボンナノチューブは、前記増強体によって緊密的に接続されている。
【選択図】図8
Description
以下、本発明のカーボンナノチューブ複合材料体の実形態について説明する。本発明のカーボンナノチューブ複合材料体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体及び増強体を備える。前記複数のカーボンナノチューブは、前記増強体によって、互いに緊密的に接続されている。
前記カーボンナノチューブ構造体は、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ドローン構造カーボンナノチューブフィルム(drawn carbon nanotube film)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(図3を参照)。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向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。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図1及び図2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143aは、複数のカーボンナノチューブセグメント143bを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント143b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143b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143b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フィルム143aを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム143aの強靭性及び機械強度を高めることができる。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の単位面積当たりの熱容量は低くなるので、その加熱効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム143aの幅は100μm〜10cmに設けられ、厚さは0.5nm〜100μmに設けられる。
図4を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ(非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ)は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント(図示せず)を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、1μm〜1cmである。図5を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数の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。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、1μm〜1cmである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。前記カーボンナノチューブ構造体が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行するように配置されることができ、又は、互いに交叉するように配置されることができ、又は、隙間なく並列されることもできる。この場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔を形成している。前記微孔の孔径が10nmである。
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム(pressed carbon nanotube film)である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。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配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム(flocculated carbon nanotube film)である。図7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において、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、100nm以上であり、100nm〜10cmであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が10μm以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、0.5nm〜1mmである。
図8及び図9を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体10を提供する。前記カーボンナノチューブ複合材料体10は、カーボンナノチューブ構造体110及び増強体120を含む。前記カーボンナノチューブ構造体110は、積層された20層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブ112からなる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、複数の隣接するカーボンナノチューブ112の間に間隙を有するが、複数のカーボンナノチューブ112は互いに接触するように配置されている。隣接するドローン構造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112の長さ方向は、それぞれ90°の角度で交差している。この場合、前記カーボンナノチューブ構造体110に複数の微孔が形成される。
図10〜12を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体20を提供する。本実施例のカーボンナノチューブ複合材料体20と実施例1のカーボンナノチューブ複合材料体10と比べて、次の異なる点がある。本実施例のカーボンナノチューブ構造体210は、積層された6層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。増強体220は、層状体である。前記層状増強体220は、カーボンナノチューブ構造体210の少なくとも一つのカーボンナノチューブ212の外表面に被覆されている。前記層状増強体220によって、前記カーボンナノチューブ構造体210のカーボンナノチューブ212を互いに緊密的に接続させている。前記層状増強体220の厚さは、1nm〜1μmである。好ましくは、前記層状増強体220の厚さは、1nm〜100nmである。より好ましくは、前記層状増強体220の厚さは、1nm〜15nmである。前記増強体220は、一層のプラチナ金属からなることができる。前記増強体220は、異なる金属材料からなる二層構造又は多層構造を有することができる。前記増強体220が一層の構造を有する場合、該一層増強体220は、異なる材料からなる金属粒子を接続して形成することができる。
図13を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体30を提供する。本実施例のカーボンナノチューブ複合材料体30と実施例2のカーボンナノチューブ複合材料体20と比べて、次の異なる点がある。本実施例のカーボンナノチューブ構造体310は、一層の綿毛構造カーボンナノチューブフィルムからなる。前記綿毛構造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312は、絡み合い、等方的に配列されている。増強体320は、ナノサイズの複数の酸化亜鉛粒子からなる。一部の前記酸化亜鉛粒子は互いに接続して層状構造で、前記複数のカーボンナノチューブ312の外表面に被覆されているが、一部の酸化亜鉛粒子は、間隔をおいて粒子状で複数のカーボンナノチューブ312の外表面に形成されている。前記増強体320は、異なる材料からなる金属粒子からなることができる。前記増強体320によって、前記カーボンナノチューブ構造体310の隣接するカーボンナノチューブ312を、更に相互に絡み合って配置されているカーボンナノチューブ312を、互いに緊密的に接続させている。
図15を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体40を提供する。本実施例のカーボンナノチューブ複合材料体40と実施例1のカーボンナノチューブ複合材料体10と比べて、次の異なる点がある。本実施例のカーボンナノチューブ構造体410は、一層又は積層された複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。カーボンナノチューブ構造体410が積層された複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる場合、隣接するドローン構造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412の長さ方向は、0°の角度を形成している。増強体420は、層状体である。前記増強体420は、ただ前記カーボンナノチューブ構造体410の隣接するカーボンナノチューブの間の間隙に形成されている。
図16及び図17を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体50を提供する。本実施例のカーボンナノチューブ複合材料体50は実施例1のカーボンナノチューブ複合材料体10と比べて、次の異なる点がある。本実施例の粒子状増強体520は、カーボンナノチューブ構造体510の複数の微孔及びカーボンナノチューブ512の間の間隙に形成されない。ただカーボンナノチューブ構造体510のカーボンナノチューブ512の外表面に形成されている。
図18及び図19を参照すると、本実施例は、カーボンナノチューブ複合材料体を提供する。本実施例のカーボンナノチューブ複合材料体は実施例2のカーボンナノチューブ複合材料体20と比べて、次の異なる点がある。本実施例のカーボンナノチューブ構造体は、図4又は図5に示すカーボンナノチューブワイヤからなる。増強体は、Fe2O3の層状体である。前記層状増強体は、カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一つのカーボンナノチューブの外表面に被覆されている。好ましくは、前記層状増強体は、カーボンナノチューブ構造体の各々のカーボンナノチューブの外表面に被覆されている。
本実施例は、図10及び図11に示すカーボンナノチューブ複合材料体20の製造方法を提供する。前記カーボンナノチューブ複合材料体20の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体210を形成させるステップS101と、塩化白金酸溶液を提供して、前記塩化白金酸溶液に前記カーボンナノチューブ構造体210を浸漬させるステップS102と、窒素ガス雰囲気で、前記塩化白金酸溶液に浸漬された前記カーボンナノチューブ構造体210を300℃まで加熱させ、前記塩化白金酸を分解させて、前記カーボンナノチューブ構造体210に白金ナノ粒子を形成させたカーボンナノチューブ複合材料体20を形成するステップS103と、を含む。
本実施例は、図8及び図9に示すカーボンナノチューブ複合材料体10の製造方法を提供する。前記カーボンナノチューブ複合材料体10の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体110を形成させるステップS201と、硝酸コバルト溶液を提供して、前記硝酸コバルト溶液に前記カーボンナノチューブ構造体110を浸漬させるステップS202と、水素ガス雰囲気で、前記硝酸コバルト溶液に浸漬された前記カーボンナノチューブ構造体110を300℃まで加熱させ、前記硝酸コバルトを分解させて、前記カーボンナノチューブ構造体110にCo3O4ナノ粒子を形成させたカーボンナノチューブ複合材料体10を形成するステップS203と、を含む。
本実施例は、図18及び図19に示すカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法を提供する。前記カーボンナノチューブ複合材料体の製造方法は、図4又は図5に示すカーボンナノチューブワイヤを形成させるステップS301と、硝酸鉄溶液を提供して、前記硝酸鉄溶液に前記カーボンナノチューブワイヤを浸漬させるステップS302と、水素ガス雰囲気で、前記硝酸鉄溶液に浸漬された前記カーボンナノチューブワイヤを300℃まで加熱させ、前記硝酸鉄を分解させて、前記カーボンナノチューブワイヤにFe2O3ナノ粒子を形成させたカーボンナノチューブ複合材料体を形成するステップS303と、を含む。
110、210、310、410、510 カーボンナノチューブ構造体
120、220、320、420、520 増強体
143a カーボンナノチューブフィルム
143b カーボンナノチューブセグメント
145、112、212、312、412、512 カーボンナノチューブ
201 第一電極
202 第二電極
205 セパレータ
206 電解液
207 容器
Claims (2)
- 複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体及び増強体を含むカーボンナノチューブ複合材料体であって、
前記カーボンナノチューブ構造体において、隣接したカーボンナノチューブは、分子間力で接続され、
前記増強体は、前記カーボンナノチューブ構造体における各々のカーボンナノチューブの表面に被覆され、
隣接するカーボンナノチューブは、前記増強体によって緊密的に接続されていることを特徴とするカーボンナノチューブ複合材料体。 - 前記カーボンナノチューブ構造体には、複数の間隙及び微孔が形成され、
前記複数の間隙及び微孔には前記増強体が分布されていることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノチューブ複合材料体。
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