JP2017174690A - カーボンナノチューブ線材の接続方法及びカーボンナノチューブ線材接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブ線材の端部同士の接合部における良好な導電性を実現することができるカーボンナノチューブ線材の接続方法を提供する。【解決手段】ＣＮＴ線材１１，２１の接続方法では、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａを粗化し、長手方向端部１１ａ，２１ａ同士を接続すると共に、該長手方向端部同士の接続部を、はんだ以外の材料からなる導電性部材４０で接合する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数のカーボンナノチューブを束ねてなるカーボンナノチューブ束の複数を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材同士を接続する接続方法、及びカーボンナノチューブ線材接続構造体に関する。

従来、自動車や産業機器などの様々な分野における電力線や信号線として、一又は複数の線材からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁被覆とからなる電線が用いられている。芯線を構成する線材の材料としては、通常、電気特性の観点から銅又は銅合金が使用されるが、近年、軽量化の観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が提案されている。例えば、アルミニウムの比重は銅の比重の約１／３、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約２／３（純銅を１００％ＩＡＣＳの基準とした場合、純アルミニウムは約６６％ＩＡＣＳ）であり、アルミニウム線材に、銅線材と同じ電流を流すためには、アルミニウム線材の断面積を、銅の線材の断面積の約１．５倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウム線材を用いたとしても、アルミニウム線材の質量は、純銅の線材の質量の半分程度であることから、アルミニウム線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。

上記のような背景のもと、昨今では、自動車、産業機器等の高性能化・高機能化が進められており、これに伴い、各種電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配線数も増加する傾向にある。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、線材の軽量化が強く望まれている。

こうした更なる軽量化を達成するための新たな手段の一つとして、カーボンナノチューブを線材として活用する技術が新たに提案されている。カーボンナノチューブは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、あるいは略同軸で配された多層で構成される３次元網目構造体であり、軽量であると共に、導電性、電流容量、弾性、機械的強度等の特性に優れるため、電力線や信号線に使用されている金属に代替する材料として注目されている。

カーボンナノチューブの比重は、銅の比重の約１／５（アルミニウムの約１／２）であり、また、カーボンナノチューブ単体は、銅（抵抗率１．６８×１０^−６Ω・ｃｍ）よりも高導電性を示す。したがって理論的には、複数のカーボンナノチューブを撚り合わせてカーボンナノチューブ集合体を形成すれば、更なる軽量化、高導電率の実現が可能となる。しかしながら、ｎｍ単位のカーボンナノチューブを撚り合わせて、μｍ〜ｍｍ単位のカーボンナノチューブ線材を作製した場合、構成単位となる１本当たりの外径が非常に小さいため、カーボンナノチューブ間の接触抵抗や内部欠陥形成が要因となり、線材全体の抵抗値が増大してしまうという問題があることから、カーボンナノチューブをそのまま線材として使用することが困難であった。

そこで、共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、１５５０〜１６５０ｃｍ^−１の範囲内で最大のピーク強度をＧ、１３００〜１４００ｃｍ^−１の範囲内で最大のピーク強度をＤとしたとき、Ｇ／Ｄの比が１０以上であり、電気伝導度が５０Ｓ／ｃｍ以上であるカーボンナノチューブの凝集構造体が提案されている。１５５０〜１６５０ｃｍ^−１の範囲内のピークであるＧバンドは、カーボンナノチューブのグラファイト構造に由来し、１３００〜１４００ｃｍ^−１の範囲内のピークであるＤバンドは、アモルファスカーボンやカーボンナノチューブの格子欠陥に由来するため、Ｇ／Ｄ比が１０以上であると、格子欠陥の少ない高品質のカーボンナノチューブで構成されていることとなる。これにより、電気伝導性の高い凝集紡糸構造体を得ることができるとされている（特許文献１）。

特開２０１３−６７９３８号公報

ここで、カーボンナノチューブ線材を移動体などの接続構造体として用いた場合、配索時や保全時に、カーボンナノチューブ線材に切断、接合などの加工を施す必要がある。また、加工後の接続構造体には加工前と同等の電気的特性が求められることから、加工後のカーボンナノチューブ線材同士の接合部における導電性等を確保する必要がある。
しかしながら、上記特許文献では、複数のカーボンナノチューブを撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材それ自体の電気的特性を向上することが開示されているにすぎず、カーボンナノチューブ線材同士の接合部における導電性については開示されていない。特に、カーボンナノチューブ線材を構成するカーボンナノチューブは外径数ｎｍと超極細であるため、各線材端部の撚りをほどいた後に当該端部同士を互いに撚り合わせて確実な電気的接続を行うことができない。また、カーボンナノチューブに対するはんだの濡れ性が低いため、カーボンナノチューブ線材の端部同士の接合部をはんだで形成することができず、導電性を確保することが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、カーボンナノチューブ線材の端部同士の接合部における良好な導電性を実現することができるカーボンナノチューブ線材の接続方法及びカーボンナノチューブ接続構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るカーボンナノチューブ線材は、複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材の端部同士を接続するカーボンナノチューブ線材の接続方法であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を接続すると共に、前記長手方向端部同士の接続部を、はんだ以外の材料からなる少なくとも１つの導電性部材で接合することを特徴とする。

また、前記カーボンナノチューブ線材の接続方法では、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部を粗化して凹凸部を形成し、前記凹凸部同士を接続すると共に、前記凹凸部同士を前記少なくとも１つの導電性部材で接合する。

また、前記カーボンナノチューブ線材の接続方法では、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に金属微粒子を含有する接合材を塗布し、前記接合材を加熱することにより、導電性部材を形成するのが好ましい。

また、前記カーボンナノチューブ線材の接続方法では、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に導電性接着剤を塗布することにより、導電性部材を形成するのが好ましい。

また、前記カーボンナノチューブ線材の接続方法では、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を、カーボンナノチューブを含有するシート材で包むことにより、前記導電性部材を形成するのが好ましい。

前記カーボンナノチューブ線材に異種元素がドープされているのが好ましい。

また、前記カーボンナノチューブ線材を構成するカーボンナノチューブが、２層又は３層の層構造を有するのが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明に係るカーボンナノチューブ線材接続構造体は、複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材の端部同士が接続されたカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士の接合部に設けられ、はんだ以外の材料からなる少なくとも１つの導電性部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を接続すると共に、該長手方向端部同士の接続部を、はんだ以外の少なくとも１つの導電性部材で接合するので、導電性部材によってカーボンナノチューブ線材の長手方向端部間の導通が向上し、上記長手方向端部同士の良好な導電性を実現することができる。また、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を粗化して凹凸部を形成し、該凹凸部同士を接続すると共に、当該凹凸部同士を導電性部材で接合するので、カーボンナノチューブの端部同士の接合がより強固になり、カーボンナノチューブ線材間の導通を更に向上することができる。

また、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に、金属微粒子を含有する接合材又は導電性接着剤を塗布することにより導電性部材を形成するので、カーボンナノチューブ同士の直接接続による電子伝導パスに加えて、導電性部材を介した電子伝導パスを設けることができ、カーボンナノチューブ線材間の導通を更に向上することができる。更に、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部を、カーボンナノチューブを含有するシート材で包むことにより、該シート材を介した電子伝導パスを設けることができ、カーボンナノチューブ線材間の導通を更に向上することができ、加えて、カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士の接合部における屈曲性を確保し易くなり、加工前と同等の機械的特性を実現することが可能となる。

本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ線材接続構造体の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はカーボンナノチューブ線材同士の接合部を示す部分拡大図である。 は、図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｆ）は、図２のカーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法における各工程を説明するための斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜カーボンナノチューブ線材接続構造体の構成＞
本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ線材接続構造体の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はカーボンナノチューブ線材同士の接合部を示す部分拡大図である。なお、図１におけるカーボンナノチューブ線材接続構造体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図１のものに限られないものとする。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ線材接続構造体１（以下、ＣＮＴ線材接続構造体という）は、複数のカーボンナノチューブ束１１Ａ（以下、ＣＮＴ束という）を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材１１，２１（以下、ＣＮＴ線材という）の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接合部３０に設けられ、はんだ以外の材料からなる少なくとも１つの導電性部材４０を備える。本実施形態では、ＣＮＴ電線１０が、ＣＮＴ線材１１と、該ＣＮＴ線材を被覆する絶縁被覆１２とを有すると共に、ＣＮＴ電線２０が、ＣＮＴ電線１０と同様、ＣＮＴ線材２１と、該ＣＮＴ線材を被覆する絶縁被覆２２とを有しており、ＣＮＴ電線１０，２０の端部同士が互いに接続されている。

（導電性部材の構成）
導電性部材４０は、金属微粒子を含有する接合材、導電性接着剤、及びＣＮＴを含有するシート材のうちのいずれか又は複数で形成されている。
導電性部材４０が上記のうちの複数で形成される場合、導電性部材４０は、例えば、長手方向端部１１ａ、２１ａ同士の接合部３０に設けられ、且つ金属微粒子を含有する接合材又は導電性接着剤からなる第１導電性部材と、該第１導電性部材に外装され、且つＣＮＴを含有するシート材からなる第２導電性部材とで構成される。

上記金属微粒子を含有する接合材は、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）からなる群から選択された１又は複数の金属からなる微粒子を含有する材料からなり、該微粒子はナノ粒子であるのが好ましい。また、接合材は、上記群から選択された１又は複数の金属からなる微粒子を含有するペースト状材料からなるのが好ましい。接合材における金属微粒子の含有量は、５０〜９０％が好ましく、より好ましくは５０〜７０ｗｔ％である。５０ｗｔ％以下であるとＣＮＴ内に付着させる金属微量粒子が少なく、金属焼結体が形成されない、９０ｗｔ％以上であると、ペーストの粘度が低くＣＮＴ内に金属微粒子が分散されない。これらの金属微粒子における酸化物と金属の割合が、７６〜９４％金属であることが好ましい。また、その微粒子の直径は、１０ｎｍ〜４０ｎｍであるのが好ましい。

上記導電性接着剤は、例えばエポキシ系などの樹脂に、導電性材料からなるフィラーが充填されてなる。

上記ＣＮＴを含有するシート材は、ＣＮＴを含有するシート材、あるいはＣＮＴのみからなるシート材であり、シート材におけるＣＮＴの含有量は、６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％であるのが好ましい。上記シート材は、例えば複数のＣＮＴの向きをほぼ一定方向に揃えた状態でシート状に成形することにより得られる。
このシート材は、当該シート材に含有されるＣＮＴ全体重量に対する、２層又は３層構造を有するＣＮＴの合計重量が８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。

（ＣＮＴ線材及びＣＮＴの構成）
ＣＮＴ線材１１は、１層以上の層構造を有するＣＮＴの複数が束ねられてなるＣＮＴ束１１Ａ，１１Ａ同士（図１（ｂ））を撚り合わせて構成されている。ＣＮＴ線材１１の外径は、０．０１〜１ｍｍである。ＣＮＴ線材２１も同様、１層以上の層構造を有するＣＮＴの複数が束ねられてなるＣＮＴ束２１Ａ，２１Ａ同士を撚り合わせて構成されている。すなわちＣＮＴ線材１１，２１は、複数のＣＮＴが纏められた束状体となっており、これら複数のＣＮＴの軸方向がほぼ揃って配されている。
ＣＮＴ線材１１は、ＣＮＴ束１１Ａに異種元素がドープされてなるカーボンナノチューブ複合体の複数を撚り合わせて構成されてもよく、ＣＮＴ線材２１も同様に、ＣＮＴ束２１Ａに異種元素がドープされてなるカーボンナノチューブ複合体の複数を撚り合わせて構成されてもよい。

ＣＮＴ線材１１は、該ＣＮＴ線材の長手方向端部１１ａに設けられた凹凸部１１−１を備える。また、ＣＮＴ線材２１は、該ＣＮＴ線材の長手方向端部２１ａに設けられた凹凸部２１−１を備える。そして、導電性部材４０は、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接合部３０において、凹凸部１１−１，２１−１を覆うように配置されている。

凹凸部１１−１は、例えば長手方向端部１１ａの粗化処理によって形成される粗化部である。凹凸部１１−１は、ＣＮＴ線材１１の一部が延出してなる複数の延出部１１−１ａ，１１−１ａ，・・・によって形成されている。これら複数の延出部１１−１ａは、例えばＣＮＴ単体、ＣＮＴ束、ＣＮＴ束の複数本の集合体等からなり、これらがランダムに延出している。凹凸部２１−１も、上記同様に、複数の延出部２１−１ａ，２１−１ａ，・・・によって形成されている。
接合部３０では、図１（ｂ）に示すように、凹凸部１１−１の表面、及び凹凸部２１−１の表面からＣＮＴがランダムに延出し、凹凸部１１−１側のＣＮＴと凹凸部２１−１側のＣＮＴとが絡み合い、凹凸部１１−１，１２−１同士が密に接続されている。そして、凹凸部１１−１，１２−１を被覆するように導電性部材４０が配置されることにより、接合部３０が形成されている。

ＣＮＴ線材１１を構成するＣＮＴは、単層構造又は複層構造を有する筒状体であり、それぞれＳＷＮＴ（single-walled nanotube）、ＭＷＮＴ（multi-walled nanotube）と呼ばれる。例えば、２層構造を有するＣＮＴは、六角形格子の網目構造を有する２つの筒状体が略同軸で配された３次元網目構造体となっており、ＤＷＮＴ（Double-walled nanotube）と呼ばれる。構成単位である六角形格子は、その頂点に炭素原子が配された六員環であり、他の六員環と隣接してこれらが連続的に結合している。

ＣＮＴの性質は、上記のような筒状体のカイラリティ（chirality）に依存する。カイラリティは、アームチェア型、ジグザグ型、及びそれ以外のカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、カイラル型は半導体性、ジグザグ型はその中間の挙動を示す。よってＣＮＴの導電性はいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なり、ＣＮＴ集合体の導電性を向上させるには、金属性の挙動を示すアームチェア型のＣＮＴの割合を増大させることが重要とされてきた。一方、半導体性を有するカイラル型のＣＮＴに電子供与性もしくは電子受容性を持つ物質（異種元素）をドープすることにより、金属的挙動を示すことが分かっている。また、一般的な金属では、異種元素をドープすることによって金属内部での伝導電子の散乱が起こって導電性が低下するが、これと同様に、金属性ＣＮＴに異種元素をドープした場合には、導電性の低下を引き起こす。

このように、金属性ＣＮＴ及び半導体性ＣＮＴへのドーピング効果は、導電性の観点からはトレードオフの関係にあると言えることから、理論的には金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴとを別個に作製し、半導体性ＣＮＴにのみドーピング処理を施した後、これらを組み合わせることが望ましい。しかし、現状の製法技術では金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴとを選択的に作り分けることは困難であり、金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴが混在した状態で作製される。このため、金属性ＣＮＴと半導体性ＣＮＴの混合物からなるＣＮＴ線材の導電性を向上させるには、異種元素・分子によるドーピング処理が効果的となるＣＮＴ構造を選択することが好ましい。

複数のＣＮＴの集合体で構成されるＣＮＴ束１１Ａにおいて、複数のＣＮＴの個数に対する、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの個数の和の比率が５０％以上であるのが好ましく、７５％以上であるのがより好ましい。すなわち、一のＣＮＴ束を構成する全ＣＮＴの総数をＮ_TOTAL、上記全ＣＮＴのうち２層構造を有するＣＮＴ（２）の数の和をＮ_CNT(2)、上記全ＣＮＴのうち３層構造を有するＣＮＴ（３）の数の和をＮ_CNT(3)としたとき、下記式（１）で表すことができる。
（Ｎ_CNT(2)＋Ｎ_CNT(3)）／Ｎ_TOTAL×１００（％）≧５０（％） ・・・（１）

２層構造又は３層構造のような層数が少ないＣＮＴは、それより層数の多いＣＮＴよりも比較的導電性が高い。また、ドーパントは、ＣＮＴの最内層の内部、もしくは複数のＣＮＴで形成されるＣＮＴ間の隙間に導入される。ＣＮＴの層間距離はグラファイトの層間距離である０．３３５ｎｍと同等であり、多層ＣＮＴの場合その層間にドーパントが入り込むことはサイズ的に困難である。このことからドーピング効果はＣＮＴの内部および外部にドーパントが導入されることで発現するが、多層ＣＮＴの場合は最外層および最内層に接していない内部に位置するチューブのドープ効果が発現しにくくなる。以上のような理由により、複層構造のＣＮＴにそれぞれドーピング処理を施した際には、２層構造又は３層構造を有するＣＮＴでのドーピング効果が最も高い。また、ドーパントは、強い求電子性もしくは求核性を示す、反応性の高い試薬であることが多い。単層構造のＣＮＴは多層よりも剛性が弱く、耐薬品性に劣るためにドーピング処理を施すと、ＣＮＴ自体の構造が破壊されてしまうことがある。よって本発明ではＣＮＴ集合体に含まれる２層構造又は３層構造を有するＣＮＴの個数に着目する。また、２層又は３層構造のＣＮＴの個数の和の比率が５０％未満であると、単層構造又は４層構造を有するＣＮＴの比率が高くなり、ＣＮＴ集合体全体としてドーピング効果が小さくなり、高導電率が得にくくなる。よって、２層又は３層構造のＣＮＴの個数の和の比率を上記範囲内の値とする。

ＣＮＴにドープされるドーパントは、導電性が向上すれば特に限定はないが、例えば硝酸、硫酸、ヨウ素、臭素、カリウム、ナトリウム、ホウ素及び窒素からなる群から選択される１つ以上の異種元素もしくは分子である。

また、ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径は５．０ｎｍ以下であるのが好ましい。ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径が５．０ｎｍを超えると、ＣＮＴ間および最内層の隙間に起因する空孔率が大きくなり、導電性が低下してしまうため、好ましくない。したがって、ＣＮＴ束１１Ａを構成するＣＮＴの最外層の外径を５．０ｎｍ以下とする。

ＣＮＴ線材１１は、線材全体の強度及び導電性の観点から、当該線材に分散配置された他の金属部材を有していてもよい。他の金属部材は、例えば長尺状の線材或いは粒子であり、このような形状を有する他の金属部材がＣＮＴに混合されている。上記他の金属部材の金属は、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を主成分とする材料である。

本発明における導電性部材４０が、金属微粒子を含有する接合材で形成される場合、導電性部材４０は、上述のように、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａとＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａとの接合部３０に配置されるものであり、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向全体に亘って含有される他の金属部材とは異なる。また、ＣＮＴ線材１１におけるＣＮＴに対する上記所定金属の金属含有量は、当該ＣＮＴに対する上記他の金属部材の金属含有量よりも大きい。尚、本発明のＣＮＴ線材１１は、炭素（Ｃ）を主成分とする線材であり、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を主成分とする線材と異なることは言うまでもない。

＜カーボンナノチューブ線材接続構造体の製造方法＞
図２は、図１のカーボンナノチューブ線材接続構造体１の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図３（ａ）〜（ｆ）は、図２の製造方法における各工程を説明するための斜視図である。
先ず、ＣＮＴ電線１０の絶縁被覆１２の一部を剥いで、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａを露出させたものを準備する（ステップＳ１、図２（ａ））。同様にして、ＣＮＴ電線２０の絶縁被覆２２の一部を剥いで、ＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａを露出させたものを準備する。このとき、露出したＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａ及びＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａの少なくとも一方に酸処理を施してもよい。例えば、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａ及びＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａの少なくとも一方を、７０〜８０℃に熱した濃塩酸に３０分程度浸漬する。これにより、長手方向端部１１ａのＣＮＴにおいて、炭素原子の規則格子配列内に存在する五員環及び七員環等の格子欠陥が酸処理により破壊され、この格子欠陥に相当する部分に開口部が形成される。

次いで、超音波発生装置Ｄを用いて、露出したＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに超音波を付与し、当該長手方向端部１１ａを粗化する（ステップＳ２、図２（ｂ））。また、同様にして、露出したＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａに超音波を付与し、長手方向端部２１ａを粗化する。この粗化処理は、超音波以外に、レーザ或いはブラストを用いて行ってもよい。これにより、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａに、複数の延出部１１−１ａ，１１−１ａからなる凹凸部１１−１（粗化部）が形成され、また、ＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１ａに、複数の延出部２１−１ａ，２１−１ａからなる凹凸部２１−１（粗化部）が形成される（図３（ｃ）参照）。複数の延出部１１−１ａ，２１−１ａの長手方向長さ或いは凹凸部１１−１，２１−１の長手方向長さは、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接続部の必要長さに因って決定される。

次に、ＣＮＴ線材１１の長手方向端部１１ａにおける凹凸部１１−１と、ＣＮＴ線材２１の長手方向端部２１aにおける凹凸部２１−１とを接続する（ステップＳ３、図３（ｃ））。このとき、凹凸部１１−１，２１−１のそれぞれから延出したＣＮＴ同士が絡み合い、凹凸部１１−１，２１−１同士が強固に接続される。

次に、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接続部に、金属微粒子を含有する接合材４０−１’を塗布する（ステップＳ４、図２（ｄ））。接合材４０−１’の塗布は、例えば浸漬や噴霧により行う。これにより、凹凸部１１−１，２１−１から延出した複数のＣＮＴに金属微粒子が近接或いは隣接して配置され、また、凹凸部１１−１のＣＮＴと凹凸部２１−１のＣＮＴとの間に金属微粒子が介在する。更に、一の凹凸部から延出する複数のＣＮＴ間にも上記金属微粒子が介在する。このとき、金属微粒子を含有する接合材４０−１’に代えて、導電性接着剤を上記接続部に塗布してもよい。

そして、ステップＳ４で形成した接合材４０−１’を、ＣＮＴを含有するシート材４０−２’で包む（ステップＳ５、図２（ｅ））。このとき、接合材４０−１’の外周部全体を覆ってシート材を配置し、接合材４０−１'の周りにシート材４０−２’を所定の締付け圧で１回以上巻回するのが好ましい。これにより、凹凸部１１−１，２１−１のＣＮＴとシート材４０−２’のＣＮＴとを当接させることができる。なお、ステップＳ４において接合材及び導電性接着剤のいずれも塗布せず、本ステップにおいて、ＣＮＴ線材１１の凹凸部１１−１，２１−１同士の接続部をシート材４０−２’で直接包んでもよい。これにより、凹凸部１１−１，２１−１のＣＮＴとシート材４０−２’のＣＮＴとを確実に当接させることができる。

その後、水素（Ｈ_２）ガス或いは不活性ガス雰囲気中で、接合材４０−１’及びシート材４０−２’を加熱して、凹凸部１１−１，２１−１同士を接合し、はんだ以外の材料からなる接合材４０−１及びシート材４０−２で導電性部材４０を形成する（ステップＳ６、図３（ｆ））。これにより、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接合部３０が形成される。上記加熱は、例えばレーザ光Ｌの照射により、接合材４０−１’及びシート材４０−２’の双方を加熱することができる。また、接合材４０−１’の加熱温度は、２００〜３００℃であるのが好ましい。

このとき、接合材４０−１’に含有される金属微粒子が融点降下し、その後固化することで、凹凸部１１−１，２１−１間に電子伝導パスが形成される。特に、接合材４０−１'に含有される金属微粒子が銅ナノ粒子である場合、銅ナノ粒子が、上述したＣＮＴの格子欠陥に由来する開口部と選択的に結合する。そして、凹凸部１１−１のＣＮＴと結合した銅ナノ粒子が成長すると共に、凹凸部２１−１のＣＮＴと結合した銅ナノ粒子が成長し、更に、これらの銅ナノ粒子が互いに結合する。これにより、凹凸部１１−１のＣＮＴと凹凸部２１−１のＣＮＴとの間に銅ナノ粒子が介在し、これらＣＮＴ間に、接合材４０−１内の銅ナノ粒子を介して電子伝導パスを形成することができる。更に、凹凸部１１−１のＣＮＴと凹凸部２１−１のＣＮＴとの間に、シート材４０−２内のＣＮＴを介して電子伝導パスが形成される。

上述したように、本実施形態によれば、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士を接続すると共に、該長手方向端部同士の接続部を、はんだ以外の材料からなる導電性部材４０で接合するので、導電性部材４０によってＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ間の導通が向上し、上記長手方向端部同士の良好な導電性を実現することができる。また、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士を粗化して凹凸部１１−１，２１−１を形成し、該凹凸部同士を接続すると共に、凹凸部１１−１，２１−１同士を導電性部材４０で接合するので、ＣＮＴの端部同士の接合がより強固になり、ＣＮＴ線材１１，２１間の導通を更に向上することができる。

また、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａに、金属微粒子を含有する接合材又は導電性接着剤を塗布することにより導電性部材４０を形成するので、ＣＮＴ同士の直接接続による電子伝導パスに加えて、導電性部材４０を介した電子伝導パスを設けることができ、ＣＮＴ線材１１，２１間の導通を更に向上することができる。更に、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａを、ＣＮＴを含有するシート材で包むことにより、該シート材を介した電子伝導パスを設けることができ、ＣＮＴ線材１１，２１間の導通を更に向上することができ、加えて、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接合部３０における屈曲性を確保し易くなり、加工前と同等の機械的特性を実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態に係るＣＮＴ接続構造体およびその製造方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

例えば上記実施形態では、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａに粗化処理を施すが、これに限らず、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａに粗化処理を施さなくてもよい。すなわち、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａに凹凸部１１−１，２１−１が設けられているが、これに限らず、長手方向端部１１ａ，２１ａに凹凸部が設けられなくてもよい。

また、ＣＮＴ線材１１，２１の長手方向端部１１ａ，２１ａ同士の接合部３０を形成した後、テーピング等により、接合部３０を被覆する被覆部を形成してもよい。

また、上記実施形態では、ＣＮＴ線材同士を接続するが、これに限らず、ＣＮＴ線材と、銅、アルミニウム或いはこれらの合金等からなる金属線材とを接続する際に上記製造方法を用いてもよい。

１ ＣＮＴ線材接続構造体
１０ ＣＮＴ電線
１１ ＣＮＴ線材
１１Ａ ＣＮＴ束
１１ａ 長手方向端部
１１−１ 凹凸部
１１−１ａ 延出部
１２ 絶縁被覆
２０ ＣＮＴ電線
２１ ＣＮＴ線材
２１Ａ ＣＮＴ束
２１ａ 長手方向端部
２１−１ 凹凸部
２１−１ａ 延出部
２２ 絶縁被覆
３０ 接合部
４０ 導電性部材
４０−１ 接合材
４０−１’ 接合材
４０−２ シート材
４０−２’ シート材
Ｄ 超音波発生装置

Claims (8)

1. 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材の端部同士を接続するカーボンナノチューブ線材の接続方法であって、
   前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を接続すると共に、前記長手方向端部同士の接続部を、はんだ以外の材料からなる少なくとも１つの導電性部材で接合することを特徴とする、カーボンナノチューブ線材の接続方法。
2. 前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部を粗化して凹凸部を形成し、
   前記凹凸部同士を接続すると共に、前記凹凸部同士を前記少なくとも１つの導電性部材で接合することを特徴とする、請求項１記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
3. 前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に金属微粒子を含有する接合材を塗布し、前記接合材を加熱することにより、導電性部材を形成することを特徴とする、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
4. 前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部に導電性接着剤を塗布することにより、導電性部材を形成することを特徴とする、請求項１又は２記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
5. 前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士を、カーボンナノチューブを含有するシート材で包むことにより、前記導電性部材を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
6. 前記カーボンナノチューブ線材に異種元素がドープされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
7. 前記カーボンナノチューブ線材を構成するカーボンナノチューブが、２層又は３層の層構造を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ線材の接続方法。
8. 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせてなるカーボンナノチューブ線材の端部同士が接続されたカーボンナノチューブ線材接続構造体であって、
   前記カーボンナノチューブ線材の長手方向端部同士の接合部に設けられ、はんだ以外の材料からなる少なくとも１つの導電性部材を備えることを特徴とする、カーボンナノチューブ線材接続構造体。

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