JP2017149627A - カーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置 - Google Patents

カーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】長いＣＮＴ配向膜をもつ部材、その製造方法、および製造装置を提供する。【解決手段】カーボンナノチューブ付部材１は、アルミニウムを主成分とする基材１１と、配向方向ＯＲＤに沿って配向されたＣＮＴ配向膜３１とを有する。ＣＮＴ配向膜３１を形成するカーボンナノチューブ／ＣＮＴは、２００μｍ以上の長さをもつ。ＣＮＴは、アセチレン、水素、およびアルゴンの混合ガスを原料として合成される。さらに、触媒の活性を維持するために、二酸化炭素が添加される。アセチレン：二酸化炭素の比は、１：１０から１：３００に調整される。ＣＮＴ配向膜３１は、部分的に形成される。ＣＮＴ配向膜３１の形成範囲は、粗面、または炭素含有物によって、ＣＮＴの合成および／または配向された成長を阻害することによって設定される。【選択図】図７

Description

この明細書における開示は、カーボンナノチューブ付部材、その製造方法およびその製造装置に関する。
カーボンナノチューブ（以下ＣＮＴという）の合成方法、すなわち製造方法として、基板上に触媒となる金属を形成し、加熱された炉内に配した後、原料となるアセチレンやエタノールなど炭素を含むガスを炉内に供給する方法が知られている。ガスの分解と触媒活性の維持のために、炉内の温度は通常７００℃〜８００℃程度に維持される。しかし、この技術では、多様な基板材料への適用と、複数のＣＮＴが一方向に配向され束状に配置されたＣＮＴ配向膜を求められる範囲に形成するパターン化と、ＣＮＴの長尺化とが困難であった。
特許文献１は、ＣＮＴ配向膜を、基板上の所定の範囲に形成する技術を開示する。特許文献１は、ＣＮＴ合成に必要な触媒を、求められる範囲に形成することにより、すなわちパターン化することにより、パターン化されたＣＮＴ配向膜の形成を可能としている。
特許文献２は、比較的低温でＣＮＴを合成する方法を提案する。特許文献２は、６００℃以上６６０℃未満においてＣＮＴを合成するために、通常の熱分解に加え、先端放電型プラズマＣＶＤを用いる。これにより、Ｈ２ガスとＣＨ４とを活性化し、ＣＮＴ配向膜を合成している。
特許文献３は、アルミニウムやマグネシウムの上にＣＮＴを合成する方法を提案する。
従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特表２００２−５３０８０５号公報 特開２００９−７８９５６号公報 特開２０１１−１３２０６８号公報
特許文献１の手法は、パターン化された触媒を、求められる場所に形成する手段が必要である。たとえば、ステンシルマスクやフォトリソグラフィなどを必要とするから、製造工程が複雑になる。また、特許文献１の手法は、平坦な基板への適用に限られる。この結果、例えば、立体的な構造体の表面へ、パターン化されたＣＮＴ配向膜を形成することができない。
特許文献２の手法では、触媒の活性が、長時間に渡って維持されない。このため、長尺のＣＮＴを得ることができない。
特許文献３の手法では、ＣＮＴはランダムに配置されるから、配向膜が形成されない。
上述の観点において、または言及されていない他の観点において、カーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置にはさらなる改良が求められている。
開示されるひとつの目的は、長いＣＮＴが配向されたカーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置を提供することである。
開示される他のひとつの目的は、ＣＮＴ配向膜が部分的に形成されたカーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置を提供することである。
開示されるさらに他のひとつの目的は、アルミニウムを主成分とする基材の表面上に長いＣＮＴにより形成されたＣＮＴ配向膜が形成されたカーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置を提供することである。
開示されるさらに他のひとつの目的は、簡単な装置によってアルミニウムを主成分とする基材のろう付けと、ＣＮＴの合成とが可能なＣＮＴ配向膜が形成されたカーボンナノチューブ付部材、その製造方法、およびその製造装置を提供することである。
ここに開示されたカーボンナノチューブ付部材は、アルミニウムを主成分とする基材（１１）と、長さ２００μｍ以上の複数のカーボンナノチューブが所定の配向方向に沿って配向されており、基材の表面に配置されたＣＮＴ配向膜（３１、９３１）とを備える。
開示されるカーボンナノチューブ付部材によると、アルミニウムを主成分とする基材に、長さ２００μｍ以上の複数のカーボンナノチューブが配向されたＣＮＴ配向膜を設けることができる。
ここに開示されたカーボンナノチューブ付部材の製造方法は、アルミニウムを主成分とする基材の表面にカーボンナノチューブを合成するための触媒（２１、２２１）を配置する工程（１８３、２８３）と、触媒の活性を維持するための二酸化炭素を供給するとともに、カーボンナノチューブの原料としてのアセチレンと二酸化炭素との体積比が１：１０以上である雰囲気中において基材の表面にカーボンナノチューブを合成する工程（１８９、９８９）とを備える。
開示される製造方法によると、二酸化炭素によって低温においても触媒の活性が維持される。よって、低温においてカーボンナノチューブの合成が可能となる。この結果、アルミニウムを主成分とする基材の表面にＣＮＴ配向膜を形成することができる。
ここに開示されたカーボンナノチューブ付部材の製造装置は、少なくとも一部にろう材（３１３）を有しており、アルミニウムを主成分とする基材（１１）を収容し、基材を加熱することによりろう材を溶融させ、基材をろう付けする加熱室（６１）、および、ろう付けと、複数のカーボンナノチューブが所定の配向方向に沿って配向されたＣＮＴ配向膜（３１、９３１）の基材の表面における合成とを、加熱室において行うように、加熱室にカーボンナノチューブの原料を供給する原料供給器（６６）を備える。
開示される製造装置によると、ろう付けと、カーボンナノチューブの合成とを、共通の加熱室において実行することができる。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
第１実施形態に係るカーボンナノチューブ付部材（ＣＮＴ付部材）の基材を示す断面図である。 第１実施形態の中間段階における断面図である。 第１実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第１実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 第１実施形態のＣＮＴ高さを示すグラフである。 第２実施形態中間段階における断面図である。 第２実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第２実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 第３実施形態の中間段階における断面図である。 第３実施形態の中間段階における断面図である。 第３実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第３実施形態のＣＮＴ高さを示すグラフである。 第３実施形態のＣＮＴ高さを示すグラフである。 第３実施形態のろう材層の成分を示す表である。 第４実施形態の中間段階における断面図である。 第４実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 第４実施形態のＣＮＴ付部材を示すＳＥＭ画像である。 図１７に図示されるＳＥＭ画像を説明するための線図である。 第４実施形態の変形例を示す断面図である。 第５実施形態の中間段階における断面図である。 第５実施形態の中間段階における断面図である。 第５実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第５実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 第６実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す斜視図である。 第７実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す斜視図である。 第８実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す斜視図である。 第９実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す斜視図である。 第９実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第９実施形態に係るＣＮＴ付部材を示す断面図である。 第９実施形態の製造装置を示すブロック図である。 第９実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 第９実施形態の変形例を示す断面図である。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
第１実施形態
この実施形態では、カーボンナノチューブ付部材（ＣＮＴ付部材）とその製造方法とが開示される。カーボンナノチューブ配向膜（ＣＮＴ配向膜）は、多数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が配向された膜である。ＣＮＴ配向膜は、金属製の基材の表面上に配置されている。一例において、ＣＮＴは、基材の表面が提供する平面に対して垂直に延びるように配向されている。ＣＮＴ付部材は、ＣＮＴで被覆された部材、ＣＮＴ複合材料、またはＣＮＴ構造体とも呼ばれる。図１、図２、図３は、ＣＮＴ付部材の製造工程の各段階における材料の形状を示す。
図１は、ＣＮＴが形成される基材１１の断面を示す。基材１１は、アルミニウム製の金属板である。基材１１は、純度９９％を上回るアルミニウム製またはアルミニウム合金製である。アルミニウム合金には、添加金属として、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、およびＣｒのなかから選択される少なくともひとつまたは複数を含むことができる。基材１１は、厚さＴｈＡＬを有する。基材１１は、任意の厚さを有することができる。例えば、基材１１は、箔と呼びうる厚さをもつ場合がある。基材１１は、二次元に広がる平面を提供する。基材１１は、表面形状を自ら維持可能な構造物である。また、基材１１は、放熱器または熱交換器などの熱伝達製品を形成しうる構造部材としての厚さをもつ場合がある。
図２は、基材１１の表面に形成された触媒層２１を示す。触媒層２１は、ＣＮＴを合成するための金属材料によって形成されている。触媒層２１は、例えば鉄、ニッケル、コバルトなどによって形成されている。この実施形態では、基材１１の表面の全体を覆うように触媒層２１が形成されている。触媒層２１は、厚さＴｈＦｅを有する。
図３は、ＣＮＴ付部材１の断面を示す。基材１１の表面に触媒層２１が配置されている。触媒層２１の上には、ＣＮＴ配向膜３１が形成されている。ＣＮＴ配向膜３１は、多数のＣＮＴを有する。これら多数のＣＮＴは、配向方向ＯＲＤに向けて配向されている。図示の例では、多数のＣＮＴは、ＣＮＴの長手方向が、基材１１の表面に対して垂直方向に沿って延びるように配向されている。配向方向ＯＲＤは、基材１１の表面に対して傾斜していてもよい。なお、ＣＮＴは、やや蛇行しながら配向方向ＯＲＤに沿って延びている。ＣＮＴ配向膜３１は、配向方向ＯＲＤに沿って高さＨｔＣＮＴを有する。
ＣＮＴ配向膜３１は、基材１１の表面の全体にわたって広がっている。ＣＮＴ配向膜３１は、基材１１の上に凸部３２を形成するように突出している。高さＨｔＣＮＴは、ひとつのＣＮＴの長さに概略相当する。ひとつのＣＮＴは屈曲しながら配向方向ＯＲＤへ延びている。よって、ひとつのＣＮＴの長さは、高さＨｔＣＮＴより長い。高さＨｔＣＮＴは、ＣＮＴがもつ高い熱伝導性を、放熱器または熱交換器などの熱伝達製品として有効に利用しうる高さである。例えば、ＣＮＴが空気と接触する場合、ＣＮＴ配向膜３１は空気に対して広い表面積を提供する。さらに、ＣＮＴは、基材１１からＣＮＴの長さ方向に沿って高い熱伝導率を提供する。この結果、ＣＮＴ配向膜３１は、空気と基材１１との間の熱交換を促進する。
図４において、ＣＮＴ付部材１の製造方法１８０は、基材１１の表面上にＣＮＴ配向膜３１を形成するための複数の段階を有している。製造方法１８０は、ＣＮＴを合成するための加熱炉の中に基材１１を配置した後に実行される。図示される順序は一例であり、付加的な要請に応じて変更される場合がある。
製造方法１８０は、複数の処理、すなわち工程を有する。製造方法１８０は、触媒付与処理１８３を有する。触媒付与処理１８３は、基材１１の表面上に触媒層２１を形成する。触媒層２１は、液コート、蒸着、スパッタリング、気相中添加など多様な手法のいずれかによって形成することができる。製造方法１８０は、形状加工処理１８５を有することができる。形状加工処理１８５は、オプションとして用意されている。形状加工処理１８５では、基材１１が所定の形状、例えば三次元的な形状に加工される。ここでは、切断、曲げなどの機械的な加工が加えられる。製造方法１８０は、予熱処理１８７を有する。予熱処理１８７は、基材１１と触媒層２１とをＣＮＴの合成に適した温度に予熱する。
製造方法１８０は、ＣＮＴ合成処理１８９を有する。ＣＮＴ合成処理１８９では、加熱炉の中にＣＮＴの原料が供給される。原料は、加熱炉の中で加熱され、分解される。触媒層２１を形成する触媒の上に、ＣＮＴが合成される。ＣＮＴは、配向方向ＯＲＤに沿って成長する。この結果、ＣＮＴ配向膜３１が形成される。製造方法１８０は、冷却処理１９１を有する。冷却処理１９１は、ＣＮＴ付部材１を、例えば常温まで冷却する。
図５は、製造方法１８０における複数のパラメータとＣＮＴ高さＨｔＣＮＴ（μｍ：マイクロメートル）との関係を示すグラフである。パラメータは、ＣＮＴ原料の体積比ＣＯ２／Ｃ２Ｈ２（ｖ／ｖ）、および触媒層２１の厚さＴｈＦｅ（ｎｍ：ナノメートル）である。このグラフは、下記の条件におけるＣＮＴ高さＨｔＣＮＴを示している。
触媒付与処理１８３において、基材１１の上にスパッタ法により触媒層２１が形成される。触媒層２１は、鉄を０ｎｍから８ｎｍの範囲で堆積させることによって形成されている。基材１１は、純度９９％を上回るアルミニウム製であって、厚さ０．２ｍｍの箔である。この例では、形状加工処理１８５は実行されない。
予熱処理１８７において、基材１１と触媒層２１とは、アルゴンと水素との混合ガスの中で６００℃まで昇温され、６００℃の雰囲気中で５分間保持される。
ＣＮＴ合成処理１８９において、触媒層２１の上に、ＣＮＴの原料ガスが供給される。原料ガスは、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）とを、体積比１：０〜１：２６６で混合したものである。この結果、ＣＮＴ合成処理における雰囲気、すなわち原料ガスは、アセチレン、水素、二酸化炭素、およびアルゴンの混合ガスである。二酸化炭素は、触媒の活性を維持するためのガスとして添加されている。ＣＮＴ合成処理１８９は、ＣＮＴの原料としてのアセチレンと二酸化炭素との体積比が１：１０以上１：３００以下である雰囲気中において基材１１の表面にＣＮＴを合成する。ＣＮＴ合成は、熱ＣＶＤ処理とも呼ぶことができる。ＣＮＴ合成処理１８９は、１２０分間実行される。なお、製造装置は、アセチレンの量と、二酸化炭素の量とを調節する制御装置を備える。
図示されるように、体積比１：３．３〜１：２６６の範囲、または体積比１：１０〜１：２６６の範囲においてＣＮＴ配向膜３１の成長が促進されている。すべての体積比において、触媒層２１の厚さＴｈＦｅが約２ｎｍ〜３ｎｍであるときにＣＮＴ配向膜３１の高さＨｔＣＮＴが最高値となっている。すべての体積比において、４００μｍを上回る高さのＣＮＴ配向膜３１が得られている。
図示されるように、体積比１：３．３において、４００μｍを上回る高さのＣＮＴ配向膜３１が得られている。体積比１：１０では、３ｎｍを上回る厚さの触媒層２１において４００μｍを上回る高さのＣＮＴ配向膜３１が得られている。体積比１：１００において最も高いＣＮＴ配向膜３１が得られている。さらに、体積比１：２６６においても、５００μｍ、または６００μｍを上回る高さのＣＮＴ配向膜３１が得られている。
発明者らの知見によると、体積比１：１０未満では、ＣＮＴの合成が不安定であると考えられた。その一方で、体積比１：３００でも、高いＣＮＴ配向膜３１が合成されると考えられた。よって、体積比１：１０以上、１：３００以下の範囲内においては、２００μｍ、３００μｍ、または４００μｍ、さらに望ましくは５００μｍを上回る高さのＣＮＴ配向膜３１が得られると考えられる。
ＣＮＴ原料中のアセチレンと二酸化炭素の体積比は、１：１０以上、１：３００以下に設定することができる。ＣＮＴ原料の体積比は、１：３０以上、１：１００以下に設定されてもよい。触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、触媒が鉄である場合、３ｎｍ付近に設定することができる。例えば、触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、２ｎｍ以上に設定することができる。触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、３ｎｍ以上に設定されてもよい。これらの設定は、高いＣＮＴ配向膜３１を安定的に合成することを可能とする。触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、６ｎｍ以下に設定することができる。触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、５ｎｍ以下に設定されてもよい。これらの下限と上限とは、所定の高さ以上のＣＮＴ配向膜３１を得るように選択することができる。高さＨｔＣＮＴの傾斜は、触媒層２１の厚さＴｈＦｅが３ｎｍを上回る領域において緩い。そこで、触媒層２１の厚さＴｈＦｅは、比較的厚い領域、例えば３ｎｍ以上、５ｎｍ以下に設定されてもよい。
この実施形態によると、アルミニウム製の基材１１の上に、高いＣＮＴ配向膜３１が形成される。具体的には、２００μｍ以上、または２００μｍを上回る高さをもつＣＮＴ配向膜３１が得られる。さらに、３００μｍ以上の高さをもつＣＮＴ配向膜３１が得られる。さらに望ましい態様では、４００μｍ以上の高さをもつＣＮＴ配向膜３１が得られる。
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、ＣＮＴ配向膜３１は、基材１１の表面の全体に形成されている。これに代えて、この実施形態では、ＣＮＴ配向膜３１は、基材１１の表面の一部分に形成される。
図６において、基材１１の表面上には、基材１１の表面の一部分だけを覆うように部分的な触媒層２２１が形成されている。触媒層２２１は、ＣＮＴ配向膜３１の形成が意図される配向領域４１に形成されている。触媒層２２１は、ＣＮＴ配向膜３１の形成が意図されない非形成領域４２には形成されていない。この結果、基材１１の表面上には、配向領域４１と、非形成領域４２とが形成される。非形成領域４２ではＣＮＴ配向膜３１が合成されないか、または長く成長しない。
図７において、ＣＮＴ付部材１は、凸部３２と、凹部３３とを有する。凸部３２は、基材１１から突出するように形成された長いＣＮＴの束である。凸部３２は、島状のＣＮＴ配向膜３１とも呼ぶことができる。基材１１の表面上には、任意の断面において互いに離れた複数の凸部３２が形成されている。凹部３３は、２つの凸部３２の間に位置している。凹部３３においては、ＣＮＴが合成されていないか、またはＣＮＴがＣＮＴ配向膜３１より乱れて伸びている。
図８において、この実施形態の製造方法では、触媒付与処理２８３が採用されている。触媒付与処理２８３は、触媒を配置する工程である。触媒付与処理２８３は、部分的な触媒層２２１を形成する。触媒層２２１は、ステンシルマスクまたはフォトリソグラフィなどを利用して形成することができる。触媒付与処理２８３は、ＣＮＴ配向膜３１を所定のパターン形状に形成するためのパターン形成処理とも呼ばれる。触媒付与処理２８３は、基材１１の表面のうち、ＣＮＴが形成されない非形成領域４２に触媒を設けることなく、ＣＮＴが形成される配向領域４１に触媒を設ける工程である。この実施形態では、製造工程におけるパラメータは、先行する実施形態と同じである。後続の処理１８５−１９１は、先行する実施形態と同じである。触媒を設ける工程の後に、基材１１を所定の形状に加工する形状加工処理１８５が実行される。
この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、長いＣＮＴ配向膜３１が形成される。さらに、ＣＮＴ配向膜３１を、基材１１上に部分的に形成することができる。
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、基材１１は、アルミニウムを主成分とする単一材料製である。これに代えて、この実施形態では、基材１１は、主層３１２とろう材層３１３とを有する。
図９において、基材１１は、アルミニウム製の主層３１２と、ろう材層３１３とを有する。ろう材層３１３は、アルミニウムを主成分とする合金層である。ろう材層３１３は、主層３１２より低い融点をもつ。ろう材層３１３は、厚さＴｈＢｒｚを有する。この実施形態では、ろう材層３１３の上に、ＣＮＴ配向膜３１が形成される。
図１０に図示されるように、ろう材層３１３の上に、触媒層２２１が形成される。触媒層２２１は、配向領域４１と非形成領域４２とを形成するように部分的に配置される。
図１１において、ＣＮＴ付部材１は、ろう材層３１３の上に形成されたＣＮＴ配向膜３１を有する。この実施形態でも、ＣＮＴ配向膜３１は、凸部３２と凹部３３とを形成する。
図１２、図１３は、ろう材の成分とＣＮＴ高さＨｔＣＮＴとの関係を示すグラフである。図１４は、試料とされたろう材層の成分を示す。ＴｙｐｅＡ１と名付けられたろう材は、アルミニウムを主成分とし、Ｚｎを２〜３．２％含有する点が特徴的である。ＴｙｐｅＢと名付けられたろう材は、アルミニウムを主成分とし、Ｓｉを０．６〜０．９％、Ｃｕを０．２〜０．４％、Ｍｎを１％〜２％、Ｔｉを０．１〜０．２％含有する点が特徴的である。ＴｙｐｅＡ２と名付けられたろう材は、ＴｙｐｅＡ１よりＺｎが少ない点が特徴的である。ＴｙｐｅＣと名付けられたろう材は、アルミニウムを主成分とし、Ｓｉを９〜１１％含有させたものである。このグラフは、下記の条件におけるＣＮＴ高さＨｔＣＮＴを示している。 触媒付与処理１８３において、基材１１の上にスパッタ法により触媒層２１が形成される。触媒層２１は、鉄を０ｎｍから７ｎｍの範囲で堆積させることによって形成されている。基材１１は、厚さ０．２ｍｍの箔である。ろう材層３１３の厚さＴｈＢｒｚは、厚さＴｈＡＬの約１０％以上である。予熱処理１８７は先行する実施形態と同じである。
ＣＮＴ合成処理１８９において、触媒層２１の上に、ＣＮＴの原料ガスが供給される。原料ガスは、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）とを、体積比１：３０で混合したものである。二酸化炭素は１．８体積百分率（ｖｏｌ％）を占める。アセチレンは０．０６体積百分率（ｖｏｌ％）を占める。体積ＣＮＴ合成処理は、１２０分間実行される。
図中には、ろう材層３１３をもたない基準品（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）が図示されている。図示されるように、ろう材層３１３があっても、基準品と同様の高さをもつＣＮＴ配向膜３１が形成される。この実施形態によると、ろう付け工程に利用可能なＣＮＴ付部材１が提供される。この場合、ＣＮＴ付部材１は、ろう付け工程に供給される。ＣＮＴ付部材１は、ろう付け工程において所定の形状の物品をなすように他の部材と接合される。
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、部分的な触媒層２２１によって、ＣＮＴ配向膜３１の形状が制御される。これに代えて、ＣＮＴの合成および／または配向された成長を積極的に阻害する要素を基材１１の表面上に設けてもよい。この実施形態は、阻害要素として、基材１１の表面に設けられた粗面を利用する。
図１５において、基材１１の表面上には、複数の溝４１４によって粗面が形成されている。この実施形態では、溝４１４が阻害要素である。また、粗面も阻害要素である。粗面は、ひとつの溝４１４に対応する。ひとつの溝４１４は、Ｕ字型の凹面によって区画形成されている。溝４１４は、基材１１の本来の表面（平面）より凹んだ部分である。Ｕ字型の凹面は、基材１１の本来の表面に対して交差する面を提供している。Ｕ字型の凹面は、基材１１の本来の表面（平面）とは異なる方向を指向する面によって区画形成されている。２つの溝４１４の間には、基材１１の本来の表面が残されている。基材１１の本来の表面は、配向領域４１を提供する。溝４１４は、非配向領域４３を提供する。より具体的には、溝４１４は、ＣＮＴの配向された成長を阻害する。非配向領域４３では、ＣＮＴは配向方向ＯＲＤに沿って配向されることなく、ランダムに配置されている。
図１６において、この実施形態の製造方法では、粗面加工処理４８１が採用されている。粗面加工処理４８１は、基材１１に対する機械的または化学的な表面加工によって、基材１１の表面に部分的な粗面を形成する。粗面は、基材１１の表面上の他の部位よりも粗い表面を形成する。粗面は、基材１１の表面を規定する平面に対して傾斜する多様な面によって形成される。粗面は、基材１１の表面にキズを付けることによって形成することができる。また、粗面は、基材１１の研磨加工前の表面を残すことによって形成されてもよい。粗面加工処理４８１は、ＣＮＴ配向膜３１を所定のパターン形状に形成するためのパターン形成処理とも呼ばれる。粗面加工処理４８１は、阻害要素を設けるための工程である。粗面加工処理４８１は、ＣＮＴが形成される配向領域４１の表面よりも凹凸状の粗面をＣＮＴが形成されない非配向領域４３に設ける工程である。この実施形態では、粗面は、基材１１の表面に溝４１４を形成することによって形成される。
ひとつの例において、基材１１は、純度９９％を上回るアルミニウム製の板である。なお、基材１１はアルミニウム合金製でもよい。粗面加工処理４８１において、溝４１４は、半導体製造工程において使用されるスクライブ装置によって形成される。溝４１４は、深さ２０μｍ、幅１０μｍのＵ字型の断面をもつ溝である。残る処理工程１８３−１９１は先行する実施形態と同じである。粗面加工処理４８１によって提供される阻害要素を設ける工程の後に、基材１１を所定の形状に加工する形状加工処理１８５が実行される。
図１７は、この実施形態の一例によるＣＮＴ付部材１のＳＥＭ画像である。図１８は、ＳＥＭ画像における各部を説明するための線図である。図１７および図１８は、ＣＮＴ付部材１からＣＮＴ配向膜３１の一部を剥ぎ取った後の破断面を斜め上から見た斜視図に相当する。図の上部には、ＣＮＴ配向膜３１の上端面ＴＰが表れている。上端面ＴＰは、多数のＣＮＴの上端によって形成されている。上端面ＴＰには、ＣＮＴ配向膜３１の一部を剥ぎ取る際に発生したひび割れＣＶが見られる。図の中部には、ＣＮＴ配向膜３１の破断面ＳＤが表れている。破断面ＳＤは、多数のＣＮＴの側面によって形成されている。破断面ＳＤには、ＣＮＴを示す縦方向の多数の条線が見られる。また、破断面ＳＤには、ＣＮＴ配向膜３１の一部を剥ぎ取る際に発生したランダムなＣＮＴの塊ＦＺが見られる。図の下部には、基材１１の表面が表れている。基材１１の表面には溝４１４が見られる。
図示されるように、平面状の配向領域４１の上には、配向された多数のＣＮＴが見られる。このため、配向領域４１の上には、ＣＮＴ配向膜３１によって形成された凸部３２が位置している。
一方、溝４１４の上には、配向がランダムに乱れた領域が見られる。溝４１４を形成する傾斜した面に起因して、ＣＮＴは斜面垂直方向に成長するため、対向する斜面から成長するＣＮＴ同士が成長を阻害し、ＣＮＴの基板垂直方向への成長が妨げられる。成長の阻害は、上端面ＴＰにおいて顕著に表れている。溝４１４に対応する位置には、細い凹部３３が形成されている。この凹部３３は、密度の低下したＣＮＴ（換言すると空隙）によって形成されている。溝４１４によって形成された粗面によって溝４１４の上にはＣＮＴ配向膜３１が形成されない。この結果、溝４１４の上には、凹部３３が形成されている。なお、凸部３２と凹部３３との境界となる角部では、ＣＮＴの上端部がやや傾き、膨らんだように見える。
この実施形態では、基材１１の上に、ＣＮＴが配向されたＣＮＴ配向膜３１の領域と、ＣＮＴが低密度ないしランダムに延びる領域とが形成されている。言い換えると、ＣＮＴの密度ないし配向状態の差、端的には配向の有無によってＣＮＴ配向膜３１の形状が規定されている。なお、この実施形態では、複数の溝４１４は、互いに平行に延びるように形成されている。これに代えて、複数の溝４１４は、互いに交差しながら、複数の方向に延びるように形成されていてもよい。複数の溝４１４は、非配向領域４３においてランダムな方向に延びるように形成されていてもよい。
図１９は、溝４１４の他の例を示している。溝４１４は、Ｖ字型の断面を有する。ひとつの溝４１４は、Ｖ字型に配置された一対の斜面４１５によって区画形成されている。ＣＮＴは、面に対して垂直に成長してゆくから、斜面４１５は、溝４１４の中において、ＣＮＴが配向方向ＯＲＤへ成長することを妨げる。なお、溝４１４の形状は、Ｕ字型、Ｖ字型に限定されない。溝４１４は、例えば、半円形断面、または長方形断面など多様な形状をもつことができる。 この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、長いＣＮＴ配向膜３１が形成される。さらに、ＣＮＴ配向膜３１を、基材１１上に部分的に形成することができる。また、細長い範囲を占めるＣＮＴ配向膜３１が形成される。複数の溝４１４に沿って複数の細長い島状のＣＮＴ配向膜３１が形成される。別の観点では、複数の線状の凹部３３がＣＮＴ配向膜３１の間に形成される。複数の島状のＣＮＴ配向膜３１は、基材１１の表面において空気などの熱媒体との熱交換面積を増加させる。細長い島状のＣＮＴ配向膜３１は、板状でもある。複数の板状のＣＮＴ配向膜３１は、それらの間に、熱媒体を導入可能な隙間を有している。複数の板状ＣＮＴ配向膜３１は、それらの間のすきまに熱媒体が流れこむことで、フィンのような機能を発揮する。
第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、溝４１４および／または粗面によって阻害要素が提供されている。これに代えて、ＣＮＴの成長および／または配向を積極的に阻害する材料層を基材１１の表面上に設けてもよい。この実施形態は、阻害要素として、炭素（Ｃ）を含む有機材料層が利用される。
図２０において、基材１１の表面上には、炭素を含む有機材料層５１６が部分的に形成されている。有機材料層５１６は、容易に入手可能な塗料、サインペンなどによって形成することができる。一例では、基材１１の表面の一部を油性サインペンによって塗り潰すことによって有機材料層５１６が形成されている。この実施形態では、有機材料層５１６が阻害要素である。有機材料層５１６は、非配向領域４３に配置されている。言い換えると、有機材料層５１６によって配向領域４１と非配向領域４３とが形成されている。
図２１に図示されるように、触媒層２１は、有機材料層５１６の上にも形成される。有機材料層５１６は、触媒層２１に隣接して配置されている。有機材料層５１６は、有機材料層５１６と接する触媒の活性を低下させる。有機材料層５１６は、触媒の活性を失わせる場合もある。この結果、有機材料層５１６の上にはＣＮＴが成長しないか、または配向されない。この実施形態では、有機材料層５１６の上に触媒層２１が形成される。これに代えて、触媒層２１の上に有機材料層５１６が設けられてもよい。有機材料層５１６は、触媒層２１に隣接して設けられることが望ましい。なお、有機材料層５１６は、炭素含有材料層とも呼ばれる。
図２２において、ＣＮＴ付部材１は、凸部３２と、凹部３３とを有する。凹部３３の下に有機材料層５１６の痕跡が残されている。この痕跡は、ＣＮＴ合成処理における高温によって有機材料層５１６が変質することによって形成される残留層である。ＣＮＴ合成処理における高温に起因して、有機材料層５１６は、触媒層と混じりあい、残留層を形成する。よって、残留層は触媒層２１を構成する元素と炭素とを含む。残留層は、炭素含有材料層とも、炭素含有残留層とも呼ばれる。
図２３において、この実施形態の製造方法では、有機層形成処理５８１が採用されている。有機層形成処理５８１は、阻害要素を設ける工程である。有機層形成処理５８１は、ＣＮＴが形成されない非配向領域４３に、炭素を含む有機材料層５１６が設けられる。有機層形成処理５８１は、ＣＮＴ配向膜３１を所定のパターン形状に形成するためのパターン形成処理とも呼ばれる。残る処理工程１８３−１９１は先行する実施形態と同じである。有機層形成処理５８１によって提供される阻害要素を設ける工程の後に、基材１１を所定の形状に加工する形状加工処理１８５が実行される。有機層形成処理５８１は触媒付与処理１８３の後に行っても良いし、触媒付与処理１８３は形状加工処理１８５の後ないし予熱処理１８７の後に行っても良い。
この実施形態でも、先行する実施形態と同様に、長いＣＮＴ配向膜３１が形成される。さらに、ＣＮＴ配向膜３１を、基材１１上に部分的に形成することができる。
第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。ＣＮＴ配向膜３１は、多様な形状の基材に形成することができる。また、ＣＮＴ配向膜３１は、多様な形状に形成することができる。
図２４に図示されるＣＮＴ付部材１は、板または箔と呼べる形状を有する。ＣＮＴ付部材１の厚さなどは、自らの形状を維持できるように設定されている。ＣＮＴ付部材１は、二次元に広がる平面を提供する。ＣＮＴ付部材１は、表面形状を自ら維持可能な構造物である。ＣＮＴ付部材１は、自立可能な二次元構造体と呼ぶことができる。ＣＮＴ配向膜３１は、縞模様を形成している。すなわち、ＣＮＴ配向膜３１は、ストライプ状に並べられた凸部３２と凹部３３とを提供するように形成されている。
第７実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２５に図示されるＣＮＴ付部材１は、パイプと呼べる形状を有する。ＣＮＴ付部材１の厚さなどは、自らの形状を維持できるように設定されている。ＣＮＴ付部材１は、三次元に広がる曲面を提供する。ＣＮＴ付部材１は、表面形状を自ら維持可能な構造物である。ＣＮＴ付部材１は、自立可能な三次元構造体と呼ぶことができる。ＣＮＴ配向膜３１は、三次元に連続的に滑らかに広がる面上に形成されている。ＣＮＴ配向膜３１は、三次元の面の一部を占める凸部３２と、それに隣接する凹部３３とを提供するように形成されている。ＣＮＴ付部材１は、ブロック、メッシュなど、多様な立体形状を採用することができる。
第８実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２６に図示されるＣＮＴ付部材１は、立体的な形状を有する。ＣＮＴ付部材１の厚さなどは、自らの形状を維持できるように設定されている。ＣＮＴ付部材１は、互いに交差するように広がる複数の平面を有する。ＣＮＴ付部材１は、複数の平面と、それらの間をつなぐ微小な曲面が提供されている。ＣＮＴ付部材１は、自立可能な三次元構造体と呼ぶことができる。
この実施形態では、純度９９％を上回るアルミニウム製の板をブラケット状に曲げることによって基材が形成されている。この実施形態の製造方法では、基材は、電気炉内へ設置され、アルゴン気流の下で、６００℃まで加熱される。次に、８０℃に加熱されたフェロセンからの蒸気をアルゴンに含ませる。基材は、この雰囲気内に３分間にわたって暴露される。続いて、先行する実施形態と同様の処理によってＣＮＴ配向膜が合成される。
なお、基材の表面に阻害要素が設けられてもよい。また、平板に阻害要素を設けた後に、平板を立体形状に加工し、その後、ＣＮＴ配向膜を合成しても良い。この実施形態によると、ブラケット状の基材の表面全体にＣＮＴ配向膜が形成される。
第９実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図２７に図示されるように、ＣＮＴ付部材１は、２つの媒体Ｍ１、Ｍ２の間の熱交換を提供する熱交換器の形状を有している。ＣＮＴ付部材１は、複雑で多様な面を提供している。この実施形態でも、ＣＮＴ付部材１は、基材１１と、基材１１の表面上に形成されたＣＮＴ配向膜３１、９３１とを有する。
この実施形態では、熱交換器を形成するための形状に加工された複数の基材１１が組み合わせられて熱交換器の形状を提供している。基材１１は、アルミニウムおよびアルミニウム合金である。基材１１の表面には、ろう材およびろう付けに適したアルミニウムまたはアルミニウム合金が露出している。基材１１は、一対のヘッダ５１、および一対のヘッダ５１の間を連結する複数のチューブ５２を有する。さらに、基材１１は、一次媒体Ｍ１に対する表面積を増加させるための複数のフィン５３を有する。一次媒体Ｍ１は、ＣＮＴ付部材１の外表面上を流れる。二次媒体Ｍ２は、一対のヘッダ５１と複数のチューブ５２との中を流れる。
図２８に図示されるように、ＣＮＴ付部材１の表面には、ＣＮＴ配向膜３１によって凸部３２と凹部３３とが形成されている。一次媒体Ｍ１は、ＣＮＴ配向膜３１に接して流れる。ただし、図２８に図示される形状では、一次媒体Ｍ１とＣＮＴ配向膜３１との熱交換が十分に得られない場合がある。
図２９は、この実施形態における整形されたＣＮＴ配向膜９３１を示す。整形されたＣＮＴ配向膜９３１は、台形である。整形されたＣＮＴ配向膜９３１は、基材１１に近い基部と、基材１１から離れた端部とを有している。基部は、端部より太い。整形されたＣＮＴ配向膜９３１は、基材１１側において太く、基材１１から離れるにつれて細くなるように整形されている。整形されたＣＮＴ配向膜９３１においては、島状のＣＮＴの束の中において、やや傾斜して延びるＣＮＴが含まれる。ただし、島状のＣＮＴの束に含まれる多数のＣＮＴは、依然として、基材１１の表面の平面に対して垂直に配向されているといえる。整形されたＣＮＴ配向膜９３１においても、複数のＣＮＴは、概ね基材１１の表面の平面に対して垂直に配向されているといえる。整形されたＣＮＴ配向膜９３１は、凹部３３の中に、一次媒体Ｍ１を導入しやすい。この結果、熱交換器として高い熱交換性能を発揮できるＣＮＴ付部材１が製造される。
図３０に図示される製造装置は、既存の熱交換器のための製造装置を改造して構成することができる。ＣＮＴ付部材１の製造装置は、加熱室（ＨＥＡＴＣ）６１と、冷却処理を実行するための冷却室（ＣＯＯＬＣ）６２とを有する。
加熱室６１は、少なくとも一部にろう材を有しており、アルミニウムを主成分とする複数の基材１１を収容する。加熱室は、複数の基材１１を加熱することによりろう材を溶融させ、複数の基材１１をろう付けする。加熱室６１は、熱交換器としての複数の部材をろう付けするためのろう付け炉である。同時に、加熱室６１は、ＣＮＴを合成するための反応炉でもある。ＣＮＴは、ろう付けと同時に、またはろう付けの前またはろう付けの後に合成される。
冷却室６２は、加熱室６１においてろう付けされ、ＣＮＴ配向膜３１が形成されたＣＮＴ付部材１を冷却するための室である。冷却室６２は、ＣＮＴ配向膜３１を整形するための整形室でもある。なお、加熱室６１の前に、予熱処理を実行するための予熱室を設けてもよい。製造装置は、搬送装置６３、および各室６１、６２内の雰囲気を維持するためのゲート装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有する。ゲート装置６４ａ、６４ｂ、６４ｃはエアカーテンまたはゲートバルブによって提供することができる。
製造装置は、加熱室６１に触媒の原料を供給する触媒供給器（ＣＡＴ−ＳＵＰ）６５を有する。触媒供給器６５は、ＣＮＴを合成するための触媒を基材１１の表面に設けるように触媒の原料を供給する。よって、加熱室６１は、基材１１の表面に触媒を付与するための炉、言い換えると触媒層を形成するための反応炉でもある。触媒は、ろう付けと同時に、または、ろう付けの前に、またはろう付けの後に基材１１に付与される。触媒は、ＣＮＴ合成の前に、またはＣＮＴ合成と同時に基材１１に付与される。
製造装置は、加熱室６１にＣＮＴの原料を供給するＣＮＴ原料供給器（ＣＮＴ−ＳＵＰ）６６を有する。ＣＮＴ原料供給器６６によってアセチレンなどの原料が加熱室６１内に供給され、ＣＮＴが合成される。ＣＮＴ原料供給器６６は、ろう付けと、ＣＮＴ配向膜３１の合成とを、加熱室６１において行うように、加熱室６１にＣＮＴの原料を供給する。ＣＮＴ原料供給器６６は、アセチレンを供給する装置と、二酸化炭素を供給する装置と、それらを制御する制御装置とを含むことができる。制御装置は、基材の表面にＣＮＴが合成されるときに、求められるＣＮＴが合成されるように適した量のアセチレンを供給する。同時に、制御装置は、アセチレンと二酸化炭素との体積比が１：１０以上１：３００以下となるようにアセチレンと二酸化炭素との供給量を調節する。
製造装置は、整形液を供給する整形液供給器（ＬＱＤ−ＳＵＰ）６７を有する。整形液供給器６７は、冷却室６２に整形液を供給するように構成されている。整形液は、例えばエタノールである。整形液は蒸気として供給され、冷却室内で液化しても良い。製造装置は、整形液を回収し再利用するための整形液回収器（ＬＱＤ−ＲＥＣ）６８を有する。整形液回収器６８は、冷却室６２から整形液を回収するよう構成されている。
図３１において、この実施形態の製造方法では、上述の処理１８３−１８７、および１９１に加えて、パターン形成処理９８１と、整形処理９９３とが実行される。パターン形成処理９８１は、先行する実施形態で開示された処理のいずれかを採用することができる。この実施形態では、阻害要素としての粗面および／または有機材料層が採用される。これらの手法は、触媒に依存することなくＣＮＴ配向膜３１を部分的に形成できる。よって、形状加工処理１８５の前に実行することができる。 この製造方法では、触媒付与処理１８３の前に、形状加工処理１８５が実行される。形状加工処理１８５は、熱交換器を形成する複数の部材を、ろう材層を含む基材によって組み立てる工程でもある。この実施形態では、形状加工処理１８５の後に、予熱処理１８７が実行される。さらに、予熱処理１８７の後に、触媒付与処理１８３が実行される。触媒付与処理１８３では、例えば、予熱された加熱室６１の中に、フェロセン蒸気などの触媒含有ガスを供給することにより、予熱された基材１１に触媒が付与される。この実施形態では、複数の面を有する熱交換器の形状をもつ基材の表面に、触媒が付与される。
この製造方法では、先行する実施形態におけるＣＮＴ合成処理１８９に代えて、処理９８９が実行される。処理９８９は、触媒付与処理１８３の後に実行される。処理９８９は、ろう付けとＣＮＴ合成とを共通の加熱室６１において実行する処理である。
整形処理９９３は、ＣＮＴ配向膜３１を熱交換器に適した形状に整形する。整形処理９９３は、複数のＣＮＴを集め、または束ねることによって、島状のＣＮＴの束の先端部において細く収縮させる凝集処理でもある。複数のＣＮＴを集め、それらの間隔を減少させるために、液体を利用することができる。液体は、整形液とも呼ぶことができる。整形液の一例は、揮発性の液体である。冷却室６２に整形液が供給されることにより、整形液はＣＮＴ配向膜３１を濡らす。また整形液は蒸気として冷却室６２に供給され、冷却室内にて液化してＣＮＴ配向膜３１を濡らすこともできる。雰囲気ガス中の整形液蒸気濃度を低下させる、ないし雰囲気温度を上昇させる、ないし時間の経過により整形液が蒸発する。このＣＮＴ配向膜３１が濡れて乾燥する過程で、複数のＣＮＴは凝集して束ねられる。この結果、台形状の整形されたＣＮＴ配向膜９３１が得られる。このときの整形液の作用は、髪を整える整髪料の作用に似ている。整形液としては、有機溶剤を利用することができる。
この実施形態によると、長いＣＮＴを熱交換器の表面に形成することができる。しかも、所定の形状をもったＣＮＴ配向膜３１を熱交換器の表面に形成することができる。さらに、ＣＮＴ配向膜３１の形状を熱交換器に適した形状に整形することができる。
図３２は、整形されたＣＮＴ配向膜９３１の他の例を示している。ＣＮＴ配向膜９３１の形状は、製造方法における各種の条件を変更することによって調節することができる。例えば、島状の一群のＣＮＴ配向膜９３１におけるＣＮＴの密度、および整形液の種類、整形液の蒸発速度などによってＣＮＴ配向膜９３１の形状、言い換えると細さを調節することが可能である。ＣＮＴ配向膜９３１が細いほど、隣接する２つのＣＮＴ配向膜９３１の間に空気などの熱媒体が導入されやすくなる。
ＣＮＴ配向膜９３１が細いほど、基材１１のより近くにまで熱媒体が導入されやすくなる。また、整形されたＣＮＴ配向膜９３１は、基材１１と熱媒体との直接的な接触面積を増加させる。複数のＣＮＴ配向膜９３１が縞状に配置されている場合には、整形されたＣＮＴ配向膜９３１はマイクロフィンとも呼びうるフィン形状を提供する。それら複数のＣＮＴ配向膜９３１の間には、熱媒体が流れ込むことができるマイクロチャネルとも呼びうる通路形状が提供される。この結果、優れた熱交換性能を発揮するカーボンナノチューブ付部材が提供される。
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
上記実施形態では、ＣＮＴ付部材の用途として、熱伝達製品を例示した。これに代えて、ＣＮＴ付部材を多様な用途に利用してもよい。例えば、電池など電気機器の部材、および構造物をつくる部材などに利用することができる。部分的なＣＮＴ配向膜３１、すなわち所定のパターン形状に形成されたＣＮＴ配向膜３１は、多様な用途のそれぞれにおいて求められる効果を発揮する。また、整形されたＣＮＴ配向膜も、多様な用途のそれぞれにおいて求められる効果を発揮する。
上記実施形態では、基材１１は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。これに代えて、基材は、表層にアルミニウム層またはアルミニウム合金層をもつ多層材料でもよい。
上記実施形態では、スクライブ装置を用いて基材１１の表面上に溝４１４が形成されている。これに代えて、切削、圧延、研磨、化学的腐食など多様な金属加工方法を用いて粗面、ないし溝を形成してもよい。
１ カーボンナノチューブ付部材（ＣＮＴ付部材）、
１１ 基材、３１２ 主層、３１３ ろう材層、４１４ 溝、４１５ 斜面、
２１ 触媒層、２２１ 触媒層、
３１ ＣＮＴ配向膜、３２ 凸部、３３ 凹部、９３１ 整形されたＣＮＴ配向膜、
４１ 配向領域、４２ 非形成領域、４３ 非配向領域、
５１ ヘッダ、５２ チューブ、５３ フィン。

Claims (30)

  1. アルミニウムを主成分とする基材（１１）と、
    長さ２００μｍ以上の複数のカーボンナノチューブが所定の配向方向に沿って配向されており、前記基材の表面に配置されたＣＮＴ配向膜（３１、９３１）とを備えるカーボンナノチューブ付部材。
  2. 複数の前記カーボンナノチューブは、前記基材の表面に対して垂直に配向されている請求項１に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  3. 前記基材は、アルミニウム製である請求項１または請求項２に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  4. 前記基材は、添加金属として、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、およびＣｒから選択される少なくともひとつまたは複数を含むアルミニウム合金製である請求項１から請求項３のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  5. 前記基材は、二次元に広がる平面を有し、前記ＣＮＴ配向膜は、前記平面上に形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  6. 前記基材は、三次元に広がる面を有し、前記ＣＮＴ配向膜は、前記面上に形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  7. 前記基材は、表面形状を自ら維持可能な構造物である請求項１から請求項６のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  8. 前記ＣＮＴ配向膜は、前記基材の表面に部分的に形成されている請求項１から請求項７のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  9. 前記ＣＮＴ配向膜は、前記基材の表面にストライプ状に形成されている請求項８に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  10. 前記カーボンナノチューブを合成するための触媒を含む触媒層（２２１）を備え、
    前記触媒層は、前記基材の表面のうち、前記ＣＮＴ配向膜が形成されている領域（４１）に設けられており、前記ＣＮＴ配向膜が形成されていない領域（４２）に設けられていない請求項８または請求項９に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  11. 前記基材の表面のうち、前記ＣＮＴ配向膜が形成されていない領域（４３）には、前記ＣＮＴ配向膜の合成および／または配向された成長を阻害する阻害要素（４１４、４１５、４１５、５１６）が設けられている請求項８または請求項９に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  12. 前記阻害要素は、前記ＣＮＴ配向膜が形成される領域（４１）の表面よりも凹凸状の粗面（４１４、４１５、４１５）を有する請求項１１に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  13. 前記粗面は、溝（４１４）によって形成されている請求項１２に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  14. 前記溝は、Ｕ字型又はＶ字型に配置された斜面（４１５、４１５）によって区画されている請求項１３に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  15. 前記阻害要素は、炭素を含む炭素含有材料層を有する請求項１１に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  16. さらに、前記基材の表面に設けられ、前記カーボンナノチューブを合成するための触媒が配置された触媒層（２２１）を備え、
    前記炭素含有材料層は前記触媒層の構成元素と炭素とを含む請求項１５に記載のカーボンナノチューブ付部材。
  17. 前記基材の表面には、
    前記ＣＮＴ配向膜が形成されている凸部（３２）と、
    前記カーボンナノチューブが合成されていないか、または前記カーボンナノチューブが前記ＣＮＴ配向膜より乱れて伸びている又は低密度に伸びている凹部（３３）とがある請求項８から請求項１６のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  18. 前記基材の表面には、
    前記ＣＮＴ配向膜が形成されている配向領域（４１）と、
    前記ＣＮＴ配向膜が形成されていない非形成領域（４２）とがある請求項１から請求項１７のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  19. 前記基材の表面には、
    前記ＣＮＴ配向膜が形成されている配向領域（４１）と、
    前記カーボンナノチューブがランダムに配置された非配向領域（４３）とがある請求項１から請求項１７のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  20. 前記ＣＮＴ配向膜（９３１）は、前記基材に近い基部と、前記基材から離れた端部とを有しており、前記基部は、前記端部より太い請求項１から請求項１９のいずれかに記載のカーボンナノチューブ付部材。
  21. アルミニウムを主成分とする基材の表面にカーボンナノチューブを合成するための触媒（２１、２２１）を配置する工程（１８３、２８３）と、
    前記触媒の活性を維持するための二酸化炭素を供給するとともに、前記カーボンナノチューブの原料としてのアセチレンと二酸化炭素との体積比が１：１０以上である雰囲気中において前記基材の表面にカーボンナノチューブを合成する工程（１８９、９８９）とを備えるカーボンナノチューブ付部材製造方法。
  22. 前記触媒を配置する工程は、前記基材の表面のうち、前記カーボンナノチューブが形成されない領域（４２）に前記触媒を設けることなく、前記カーボンナノチューブが形成される領域（４１）に前記触媒を設ける工程（２８３）であり、
    さらに、前記触媒を設ける工程の前または後に、前記基材を所定の形状に加工する工程（１８５）を備える請求項２１に記載のカーボンナノチューブ付部材製造方法。
  23. アルミニウムを主成分とする基材（１１）を所定の形状に加工する工程（１８５）と、
    さらに、前記基材の表面のうち、配向された前記カーボンナノチューブが形成されない領域（４３）に、前記カーボンナノチューブの合成および／または配向された成長を阻害する阻害要素（４１４、４１５、４１５、５１６）を設ける工程（４８１、５８１、９８１）と、
    前記阻害要素を設ける工程の後に、前記基材を所定の形状に加工する工程を備える請求項２１に記載のカーボンナノチューブ付部材製造方法。
  24. 前記阻害要素を設ける工程は、前記カーボンナノチューブが形成される領域（４１）の表面よりも凹凸状の粗面（４１４、４１５、４１５）を前記カーボンナノチューブが形成されない領域（４３）に設ける工程（４８１）である請求項２３に記載のカーボンナノチューブ付部材製造方法。
  25. 前記阻害要素を設ける工程は、前記カーボンナノチューブが形成されない領域（４３）に、炭素を含む炭素含有材料層（５１６）を設ける工程（５８１）である請求項２３に記載のカーボンナノチューブ付部材製造方法。
  26. 少なくとも一部にろう材（３１３）を有しており、アルミニウムを主成分とする基材（１１）を収容し、前記基材を加熱することにより前記ろう材を溶融させ、前記基材をろう付けする加熱室（６１）、および
    前記ろう付けと、複数のカーボンナノチューブが所定の配向方向に沿って配向されたＣＮＴ配向膜（３１、９３１）の前記基材の表面における合成とを、前記加熱室において行うように、前記加熱室に前記カーボンナノチューブの原料を供給する原料供給器（６６）を備えるカーボンナノチューブ付部材製造装置。
  27. さらに、前記カーボンナノチューブを合成するための触媒を前記基材の表面に設けるように、前記加熱室に前記触媒を供給する触媒供給器（６５）を備える請求項２６に記載のカーボンナノチューブ付部材製造装置。
  28. さらに、前記ＣＮＴ配向膜（３１、９３１）を整形するための整形液を供給する整形液供給器（６７）を備える請求項２６または請求項２７に記載のカーボンナノチューブ付部材製造装置。
  29. さらに、前記整形液を回収する整形液回収器（６８）を備える請求項２８に記載のカーボンナノチューブ付部材製造装置。
  30. さらに、前記加熱室においてろう付けされ、前記ＣＮＴ配向膜が形成されたカーボンナノチューブ付部材を冷却する冷却室（６２）を備え、前記整形液供給器は前記冷却室に前記整形液を供給し、前記整形液回収器は前記冷却室から前記整形液を回収するよう構成されている請求項２９に記載のカーボンナノチューブ付部材製造装置。
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