JP2011103293A - ヒーター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒーターに関し、特にカーボンナノチューブを利用したヒーター及びその製造方法に関する。
【解決手段】第一電極１３０と、前記第一電極１３０と所定の距離を置いて離れた第二電極１４０と、加熱素子１０と、を含み、前記加熱素子は、第一基板１０２と、第二基板１２２と、第一接着剤層１０４と、第二接着剤層１２４と、カーボンナノチューブ構造体と、を含み、前記カーボンナノチューブ構造体が前記第一基板１０２と前記第二基板１２２との間に設置され、前記第一接着剤層１０４により前記第一基板１０２と接続され、前記第二接着剤層１２４により前記第二基板１２２と接続され、前記二つの電極は前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続されることを特徴とする、ヒーター及びその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒーターに関し、特にカーボンナノチューブを利用したヒーター及びその製造方法に関する。

一般に、ヒーターは、加熱素子と少なくとも二つの電極とを含む。前記少なくとも二つの電極は前記加熱素子の一つの表面に設置されて、前記加熱素子と電気的に接続されている。前記加熱素子は、良好な熱伝導性を有する金属材料、例えば金属タングステンからなる。前記金属材料からなる加熱素子には低電圧をかけても、高エネルギーの熱を放出させることができる。

米国特許第７０４５１０８号明細書 国際公開第２００７／０１５７１０号 米国特許出願公開第２００８／０２９９０３１号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１６６２２３号明細書 特開２００９−１８４９０６号公報

しかしながら、金属材料からなる加熱素子は、酸化しやすいので、ヒーターの使用寿命が短いという課題がある。また、金属材料は高密度を有し、前記金属材料からなる素子は重いので、前記ヒーターの軽量化が実現できないという課題もある。また、金属からなる加熱素子は、靭性が低く、曲げにくいので、所定の形状を有する加熱素子を加工する場合には、該加熱素子が折れやすいという課題もある。

従って、前記課題を解決するために、使用寿命が長く、重量が軽く、靭性が良いヒーター及びその製造方法を提供することが必要となる。

本発明のヒーターは、第一電極と、前記第一電極と所定の距離を置いて離れた第二電極と、加熱素子と、を含む。前記加熱素子は第一基板と、第二基板と、第一接着剤層と、第二接着剤層と、カーボンナノチューブ構造体と、を含み、前記カーボンナノチューブ構造体が前記第一基板と前記第二基板との間に設置され、前記第一接着剤層により、前記第一基板と接続され、前記第二接着剤層により、前記第二基板と接続され、前記二つの電極は前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続される。

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、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体、又はこれらの混合物を含む。

また、本発明のヒーターの製造方法は、第一基板とカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、前記第一基板の一つの表面に第一接着剤層予備体を形成して、該第一接着剤層予備体を前記カーボンナノチューブ構造体で被覆する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面又は該カーボンナノチューブ構造体の対向する両方の端部に第一電極と第二電極を設置する第三ステップと、第二基板と第二接着剤層予備体を提供して、前記第二基板と前記カーボンナノチューブ構造体との間に前記第二接着剤層予備体を設置し、積層構造体を形成する第四ステップと、前記積層構造体を熱圧する第五ステップと、を含む。

従来のヒーターと比べると、本発明のヒーター及びその製造方法は、次の優れた点がある。第一に、カーボンナノチューブは良好な機械的強度及び強靭性を有するので、カーボンナノチューブを含む前記ヒーターは、良好な機械的強度及び強靭性を有し、その耐久性を高めることができる。第二に、カーボンナノチューブは理想的な黒体構造であるので、前記カーボンナノチューブ構造体は、良好な伝導性及び熱安定性を有する。従って、カーボンナノチューブ構造体を利用する前記ヒーターは、電―熱転換の効率が高い。第三に、前記第一基板は断熱材料からなり、前記第二基板は熱伝導材料からなる場合、前記ヒーターの前記第二基板は、物を良好に加熱することができる。前記第一基板は、良好な保温性能を有する。従って、前記ヒーターの加熱性能を向上させることができる。

本発明の実施例のヒーターの構造を示す図である。 本発明の実施例のドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 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。 本発明の実施例のヒーターの製造方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１参照すると、本実施例のヒーター１００は、加熱素子１０と、第一電極１３０と、第二電極１４０と、を含む。前記加熱素子１０は、第一基板１０２と、第一接着剤層１０４と、第二基板１２２と、第二接着剤層１２４と、カーボンナノチューブ構造体１１０と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、前記第一基板１０２と前記第二基板１２２との間に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、前記第一接着剤層１０４により、前記第一基板と接続され、前記第二接着剤層１２４により、前記第二基板と接続される。前記第一電極１３０と前記第二電極１４０は間隔を置いて設置される。且つ、前記二つの電極は、それぞれ前記カーボンナノチューブ構造体１１０と電気的に接続される。

前記第一基板１０２と前記第二基板１２２の材料は、同じでも異なってもよい。また、柔軟性の材料でも硬性材料でもよい。前記第一基板１０２と前記第二基板１２２は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０を保護するために設置される。本実施例において、前記第一基板１０２は石英、ダイヤモンド、ガラス及びセラミックなどの断熱材料からなるので、前記ヒーター１００の保温性能を向上させる。前記第二基板１２２の材料は熱伝導材料からなる。該第二基板１２２により、前記カーボンナノチューブ構造体１１０に生じた熱を伝導し、加熱対象を加熱させる。前記第一基板１０２と前記第二基板１２２の材料は、例えば、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、織物（ｆａｂｒｉｃｓ）、金属（ｍｅｔａｌｓ）、石英（ｑｕａｒｔｚ）、ダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）、ガラス（ｇｌａｓｓ）、セラミック（ｃｅｒａｍｉｃｓ）などの材料である。前記ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒｓ）は、例えば、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリエチレン・テレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）、セルロースエステル（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｅｓｔｅｒｓ）、ベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、塩化ビニル樹脂（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、アクリル樹脂（ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）などの材料である。前記織物は、例えば、綿、麻、繊維、ナイロン（ｎｙｌｏｎ）、スパンデックス（ｓｐａｎｄｅｘ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ），ウール（ｗｏｏｌ）、シルク（ｓｉｌｋ）又はそれらの混合物のいずれか一種である。前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２のうち、少なくとも一つの基板が熱伝導材料、例えば金属材料からなる場合、前記カーボンナノチューブ構造体１１０は前記二つの基板を絶縁状態に保持することが必要である。前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２の厚さが１０ｃｍ〜１ｍである。その厚さは、実際の応用に応じて選択することができる。

前記ヒーター１００の熱応答速度は前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２の厚さに関係する。前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２の厚さが大きくなるほど、前記ヒーター１００の熱応答速度が遅くなる。この逆に、前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２の厚さが小さくなるほど、前記ヒーター１００の熱応答速度が速くなる。前記第一基板１０２及び前記第二基板１２２は、平面又は曲面の構造を有することができる。本実施例において、第一基板１０２の材料は、ポリエチレン・テレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）であって、前記第二基板１２２の材料は、金属である。

前記カーボンナノチューブ構造体１１０は大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体１１０の単位面積当たりの熱容量は、０（０含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２．Ｋであるが、好ましくは、０（０含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体１１０には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数カーボンナンチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造１１０は、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。ここで、自立構造体１１０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１１０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。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体１１０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構造体１１０を懸架させることがでえいることを意味する。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記カーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーｂ−ンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配列のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向にそって配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数の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。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。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構造体１１０が平板型である場合、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。前記カーボンナノチューブ構造体１１０が線形である場合、その直径は０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。

本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（五）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図２に示すように、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムは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。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（特許文献１と特許文献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１４３ａは、分子間力で長軸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。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、長軸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の長さは同じである。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の靭性及び機械強度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の厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられ、幅は前記超配列カーボンナノチューブアレイのサイズに関係する。

前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。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におけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接す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が０°以上の角度で交差する場合、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。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。

（二）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
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。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、１０μｍ以上であり、本実施列において、前記カーボンナノチューブの長さは、２００μｍ〜９００μｍ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、１μｍ〜１ｍである。本実施例において、該カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さは１００μｍである。

（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
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。

単一の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が配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

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傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。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と該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、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が該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。前記プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍ（特許文献３を参照）である。

（四）超長構造カーボンナノチューブフィルム
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超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ 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は、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブに結節がない。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、反応容器を備える成長装置を提供する第一ステップと、一つの表面に触媒層を有する第二基板、及び第一基板を前記成長装置の反応容器の中に設置する第二ステップと、カーボンを含むガスを前記成長装置の中に導入して、前記第二基板にカーボンナノチューブを成長させる第三ステップと、前記カーボンを含むガスの導入を止めて、前記カーボンナノチューブの大部分を前記第一基板に付着させる第四ステップと、触媒を有する新たな第二基板を、前記カーボンナノチューブが成長された第二基板に替えて、前記成長装置の中に設置する第五ステップと、を含む。詳しい説明は、特許文献５に記載されている。

（五）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、５×１０^−５Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。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）（特許文献４を参照）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、０．５ｎｍ〜１００ｎｍである。

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、０．５ｎｍ〜１００μｍ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ワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、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手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルム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を収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。

本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１１０は十枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。隣接す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は、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。

前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４によって、前記第一基板１０２及び第二基板１２２とを接続させることができる。それぞれ前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の接触部分と相互に結合する場合がある。又は、それぞれ前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０中に入り込む場合もある。この両方の場合に、前記第一接着剤層１０４と、前記第二接着剤層１２４と、前記カーボンナノチューブ構造体１１０とは、強固な複合構造体を形成することができる。

前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４は、ホットメルトグルーなどの低融点接着剤からなる。該低融点接着剤は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０と、前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４と良好な相容性を有する。前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４の材料は、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリアミド（ｐｏｌｙｍａｉｄｅ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、エチレンエチルアクリレート（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）などの材料である。前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４は、粉末状ホットメルトグルー又はフィルム状ホットメルトグルーからなる。前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４がフィルム状ホットメルトグルーからなる場合に、第一フィルム状ホットメルトグルー及び第二フィルム状ホットメルトグルーが直接前記第一基板１０２及び第二基板１２２の表面に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、前記第一フィルム状ホットメルトグルーと第二フィルム状ホットメルトグルーの間に設置されている。熱圧によって、前記第一フィルム状ホットメルトグルー及び第二フィルム状ホットメルトグルーは、それぞれ前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４を形成する。また、前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４が粉末状ホットメルトグルーからなる場合に、前記粉末状ホットメルトグルーを前記第一基板１０２に分散させる。次に、前記カーボンナノチューブ構造体１１０を、前記第一基板１０２の前記粉末状ホットメルトグルーが接着した表面に設置する。次に、前記粉末状ホットメルトグルーを第一基板１０２から離れた前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に分散させる。次に、前記第二基板１２２を前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に設置し、五層の積層構造体が形成される。最後に、前記五層の積層構造体を熱圧することにより、前記第一接着剤層１０４と前記第二接着剤層１２４を形成することができる。これにより、前記ヒーター１１０が形成される。本実施列において、前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４の材料は、いずれもエチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなるフィルム状ホットメルトグルーである。熱圧により、前記エチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなるフィルム状ホットメルトグルーが直接前記第一基板１０２及び第二基板１２２の表面にそれぞれ前記第一接着剤層１０４及び前記第二接着剤層１２４を形成する。

前記第一電極１３０及び第二電極１４０は、導電材料からなり、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面又は該カーボンナノチューブ構造体１１０の対向する両方の端部に設置されている。該第一電極１３０及び第二電極１４０形状は制限されず、例えば、薄膜状、線状、帯状、ブロック状を有することができる。前記第一電極１３０及び第二電極１４０の材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化アンチモンスズ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体である。前記金属及び合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウム、銀又はそれらの混合物のいずれか一種である。本実施例において、前記第一電極１３０及び第二電極１４０は銀からなり、ストリップ状に形成し、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面に設置されている。前記第一電極１３０及び前記第二電極１４０は、所定の距離を置いて設置され、該第一電極１３０及び該第二電極１４０の短絡を防止できる。更に、該第一電極１３０及び該第二電極１４０は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０より融点が高い。該第一電極１３０及び該第二電極１４０の位置は前記カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブの配列方向に関係する。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブは、前記第一電極１３０から前記第二電極１４０への方向に沿って配列される。

さらに、前記第一電極１３０と前記カーボンナノチューブ構造体１１０との間に、又は前記第二電極１４０と前記カーボンナノチューブ構造体１１０との間に、導電接着剤層（図示せず）を設置することができる。前記接着剤層により、前記第一電極１３０、前記第二電極１４０及び前記カーボンナノチューブ構造体１１０を電気的接続させると同時に、前記第一電極１３０、前記第二電極１４０を前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面によく固定させることができる。前記導電接着剤層は、銀ペーストである。

さらに、前記第一基板１０２と前記第一接着剤層１０４との間に赤外反射層（図示せず）を設置する。前記赤外反射層は、カーボンナノチューブ構造体１１０から放出された熱を反射し、該熱を一つの方向に沿って放出させ、加熱効率を高めるために用いられる。該反射層の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００μｍ〜０．５ｍｍである。勿論、前記反射層は、前記基板１０２の、カーボンナノチューブ構造体１１０から離れた表面に設置してもよい。即ち、前記基板１０２を、前記カーボンナノチューブ構造体１１０と前記反射層との間に設置させる。

前記第一電極１３０及び前記第二電極１４０に電圧をかけた後、前記ヒーター１００における前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象は、前記ヒーター１００と直接接触し、又は、前記ヒーター１００と所定の距離を置いて設置される。

前記カーボンナノチューブ構造体１１０は、良好な電気伝導特性と熱安定性を有する。且つ、前記カーボンナノチューブ構造体１１０におけるカーボンナノチューブは理想的な黒体構造であるので、該カーボンナノチューブ構造体１１０は、熱放出の効率が高い。従って、前記ヒーター１００は、酸化性気体又は空気雰囲気下に暴露されることができる。前記第一電極１３０及び第二電極１４０により、前記カーボンナノチューブ構造体１１０に１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該カーボンナノチューブ構造体１１０は、長波長有する電磁波を放出することができる。前記ヒーター１００の温度は５０℃〜５００℃に上昇することができる。理想的な黒体構造として、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の温度は２００℃〜４５０℃まで上げる場合、該カーボンナノチューブ構造体１１０は熱を放出する。熱放出の効率が高い。

図４参照すると、本発明の実施例のヒーター１００の製造方法は、第一基板１０２とカーボンナノチューブ構造体１１０を提供する第一ステップと、前記第一基板１０２の一つの表面に第一接着剤層予備体を形成して、該第一接着剤層予備体を前記カーボンナノチューブ構造体１１０で被覆する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の一つの表面又は該カーボンナノチューブ構造体１１０の対向する両方の端部に第一電極１３０と第二電極１４０を設置する第三ステップと、第二基板１２２と第二接着剤層予備体を提供して、前記第二基板１２２と前記カーボンナノチューブ構造体１１０との間に前記第二接着剤層予備体を設置し、積層構造体を形成する第四ステップと、前記積層構造体を熱圧する第五ステップと、を含む。

前記第一ステップにおいて、前記第一接着剤層予備体がフィルム状ホットメルトグルーからなる場合、該フィルム状ホットメルトグルーは直接前記第一基板１０２の表面に形成でき、前記第一接着剤層が粉末状ホットメルトグルーからなる場合、該粉末状ホットメルトグルーを前記第一基板１０２の表面に分散させるように、前記第一接着剤層予備体が形成できる。本実施列において、前記第一接着剤層予備体は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなって、直接前記第一基板１０２の表面に形成することができる。

赤外反射層は、前記第一基板１０２と第一接着剤層予備体との間、又は第一基板１０２の、前記第一接着剤層予備体から離れた表面に設置されることができる。

前記第二ステップにおいて、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、又は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体、又はこれらの混合物を含む。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１１０は十枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。該ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものである。該ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）において、一定の幅を有するテープ、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つ。ステップ（ｂ）において、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記ステップ（ｂ）において、前記複数のカーボンナノチューブを引き出す方向は、前記超配列カーボンナノチューブアレイの生長方向に垂直する。前記各々カーボンナノチューブセグメントにおけるカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って配列されている。

具体的には、前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合された複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率かつ簡単であり、工業化に実用される。

前記カーボンナノチューブフィルムの幅は前記カーボンナノチューブアレイのサイズによって設定され、前記カーボンナノチューブフィルムの長さは基材の寸法に限定されず、必要により製造されることができる。本実施例において、Ｐ型４インチシリコン基材を利用する場合、前記カーボンナノチューブフィルムの幅は０．５ｎｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

前記複数のドローンカーボンナノチューブフィルムは、前記第一接着剤層予備体の表面に設置され、前記カーボンナノチューブ構造体１１０を形成できる。前記カーボンナノチューブ構造体１１０における複数のカーボンナノチューブは、同じ方向又は異なる方向に沿って配列していることができる。前記カーボンナノチューブ構造体１１０が、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム、超長構造カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤからなる場合、該綿毛構造カーボンナノチューブフィルム、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム、超長構造カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤは、直接前記第一接着剤層予備体の表面に設置されることもでき、前記カーボンナノチューブ構造体１１０を形成できる。

本実施例において、十枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、前記第一接着剤層予備体の表面に設置され、前記カーボンナノチューブ構造体１１０を形成する。

前記第三ステップにおいて、前記第一電極１３０及び第二電極１４０は前記カーボンナノチューブ構造体１１０と電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極１３０及び第二電極１４０は銀からなり、ストリップ状に形成する。該第一電極１３０及び第二電極１４０は、塗布法、シルクスクリーン印刷法又は堆積法及びスパッタリング法により、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面又は対向する両方の端部に設置されている。

前記第四ステップにおいて、前記第二接着剤層予備体がフィルム状ホットメルトグルーからなる場合、該フィルム状ホットメルトグルーは、直接第二基板１２２の表面に設置され、前記第二接着剤層予備体が形成される。前記第二接着剤層予備体が粉末状ホットメルトグルーからなる場合、前記粉末状ホットメルトグルーを前記第一基板１２２に分散させ、前記第二接着剤層が形成される。本実施例において、前記第二接着剤層予備体はエチレン酢酸ビニル共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）からなり、直接第二基板１２２の表面に設置され、前記第二接着剤層予備体が形成される。前記第二基板１２２及び前記第二接着剤層予備体は、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の表面を被覆することができる。

前記第五ステップは熱圧機を利用して行われる（図示せず）。該熱圧機は上基板と下基板を含む。加熱素子は前記上基板／下基板に設置される。前記上基板及び下基板のサイズが前記第一基板１２２及び第二基板１０２のサイズと同じか、又はそれよりも大きい。本実施例において、前記上基板と前記下基板は平らな表面を有し、且つ相互に平行し、対向して設置される。前記上基板と前記下基板のそれぞれに、一つの加熱素子が設置されている。前記積層構造体は、前記上基板と下基板の間に設置されることができる。具体的には、前記積層構造体は、前記上基板と接続され、且つ前記下基板に設置され、又は前記上基板と間隔を置いて設置される。前記積層構造体は、前記上基板及び下基板における加熱素子により加熱される。該積層構造体の加熱温度がホットメルトグルーの融点より高い場合、前記上基板に圧力をかけることにより、前記積層構造体に圧力を提供し、前記ホットメルトグルーを融解させて流動状態にする。該ホットメルトグルーを前記カーボンナノチューブ構造体１１０に浸透／充填させる。前記上基板に所定の圧力をかけることにより、前記ホットメルトグルーの流動性を増加させ、前記ホットメルトグルー及び前記カーボンナノチューブ構造体１１０を容易に複合させることができる。前記の加熱手段で前記積層構造体を加熱することを停止して降温した後、前記ヒーター１００を形成できる。

少なくとも一部の第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４は前記カーボンナノチューブ構造体１１０中に入り込み、前記複合構造体を形成する。前記カーボンナノチューブ構造体１１０と前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４との複合度は前記ヒーター１００における前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４の量と関係する。即ち、前記ヒーター１００における前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４の量が大きいほど、その複合度が大きくなる。この逆に、前記ヒーター１００における前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４の量が小さいほど、その複合度が小さくなる。更に、前記カーボンナノチューブ構造体１１０と前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４との複合度は前記カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さにも関係する。前記ヒーター１００における前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４の量が一定である場合、前記カーボンナノチューブ構造体１１０の厚さが大きいほど、その複合度が大きくなる。これとは逆に、前記ヒーター１００における前記第一接着剤層１０４及び第二接着剤層１２４の厚さが小さいほど、その複合度が小さくなる。

前記積層構造体の加熱温度はホットメルトグルーの種類に関係がある。前記積層構造体にかけた圧力が１００Ｐａ以下である。本実施例において、前記積層構造体の加熱温度が８０℃以上であり、かけた圧力が３０Ｐａである。もう一つ例として、前記第一電極１３０及び第二電極１４０を利用して、前記カーボンナノチューブ構造体１１０に電圧をかけることにより、前記積層構造体を加熱させることもできる。

１００ ヒーター
１０ 加熱素子
１０２ 第一基板
１０４ 第一接着剤層
１１０ カーボンナノチューブ構造体
１２２ 第二基板
１２４ 第二接着剤層
１３０ 第一電極
１４０ 第二電極

Claims (3)

1. 第一電極と、前記第一電極と所定の距離を置いて離れた第二電極と、加熱素子と、を含むヒーターにおいて、
   前記加熱素子は第一基板と、第二基板と、第一接着剤層と、第二接着剤層と、カーボンナノチューブ構造体と、を含み、
   前記カーボンナノチューブ構造体が、前記第一基板と前記第二基板との間に設置され、前記第一接着剤層により前記第一基板と接続され、前記第二接着剤層により前記第二基板と接続され、
   前記第一電極及び第二電極は前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続されていることを特徴とするヒーター。
2. 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、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体、又はこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒーター。
3. 第一基板とカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、
   前記第一基板の一つの表面に第一接着剤層予備体を形成して、該第一接着剤層予備体を前記カーボンナノチューブ構造体で被覆する第二ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面又は該カーボンナノチューブ構造体の対向する両方の端部に第一電極と第二電極を設置する第三ステップと、
   第二基板と第二接着剤層予備体を提供して、前記第二基板と前記カーボンナノチューブ構造体との間に前記第二接着剤層予備体を設置し、積層構造体を形成する第四ステップと、
   前記積層構造体を熱圧する第五ステップと、
   を含むカーボンナノチューブ構造体を含有するヒーターの製造方法。