JP2018524255A - カーボンナノチューブフォレスト積層体及びカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、カーボンナノチューブフォレストからカーボンナノチューブシートを容易に製造することを可能にするカーボンナノチューブフォレスト積層体、及びカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法を提供することである。本発明のカーボンナノチューブフォレスト積層体は、接着性（粘着性）表面を持つ支持体と、支持体の表面上に設けられたカーボンナノチューブフォレストとを備える。支持体表面は、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有し、カーボンナノチューブフォレストはその表面上に設けられる。【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、カーボンナノチューブフォレスト積層体及びカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法に関する。より詳細には、カーボンナノチューブフォレストからカーボンナノチューブシートを適切に引き出すことを可能にするカーボンナノチューブフォレスト積層体及びカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法に関する。

カーボンナノチューブなどのナノ繊維から、シート及びリボンを作製することができる。カーボンナノチューブフォレストは、化学蒸着（ＣＶＤ）を介して基板上で成長させることができ、カーボンナノチューブフォレストからシートまたはリボンの長さに引き出すことができる。得られるシート及びリボンは、極めて薄いものが可能であり、優れた強度だけでなく独自の電気的性質を示す。

一態様において、カーボンナノチューブフォレスト積層体が提供され、このカーボンナノチューブフォレスト積層体は、接着性表面を有する支持体と、支持体表面に設けられたカーボンナノチューブフォレストとを備え、支持体表面は、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する。支持体は、自己接着性シートまたは接着剤で被覆もしくは接着剤が積層された基材としてもよい。支持体は、樹脂フィルムとしてもよい。支持体とフォレストとの接着強度は、フォレストとフォレストが成長する成長基板との間の接着力より強いものがよい。実施形態によっては、フォレストは、元は成長基板と接触していた近位表面と、成長基板の表面とは反対側であった遠位表面を有し、近位表面が、接着性表面に貼り合わされる。他の実施形態において、フォレストは、元は成長基板と接触していた近位表面と、成長基板の表面とは反対側であった遠位表面を有し、遠位表面が、接着性表面に貼り合わされる。積層体は、フォレストの頂部が剥離シートに覆われている場合がある。さらなる実施形態において、カーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブフォレスト積層体から引き出される。

別の態様において、カーボンナノチューブフォレストの製造方法が提供され、本方法は、カーボンナノチューブフォレストを、カーボンナノチューブフォレストが設けられている基板から、支持体表面へと移動させることを含み、この表面は、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する。実施形態によっては、上記表面は、０．０１５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０２５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０４Ｎ／２５ｍｍ以上、又は０．０５Ｎ／２５ｍｍ以上の接着強度を有する。実施形態によっては、フォレストは、移動前は成長基板と接触しており、移動後は支持体と接触している近位表面を有する。他の実施形態において、フォレストは、移動前は成長基板と接触している近位表面と、移動後は支持体と接触している反対側の遠位表面とを有する。カーボンナノチューブシート、リボン、及び繊維は、フォレストから引き出すことができる。実施形態によっては、剥離シートをフォレストの頂部に置き、積層体を遠隔地に輸送してそこで使用することができる。

本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法の別例を示す図である。 本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法の別例を示す図である。 カーボンナノチューブフォレスト積層体の断面図を模式的に示す。 図４Ａのフォレスト及び基板の断面図で、基板の一部分を曲げて離してフォレストの一部分を露出させた状態を模式的に示す。 図４Ａのカーボンナノチューブフォレストを成長基板から重合体基板へと移している状態の断面図を模式的に示す。 図４のカーボンナノチューブフォレストが完全に重合体基板に移された状態の断面図を模式的に示す。 ナノ繊維フォレスト積層体が第二基板上にあり、フォレストが剥離シートに覆われている実施形態の模式図を示す。

林立して成長したカーボンナノチューブからカーボンシートを製造する方法が開発されてきている。例えば、特許第５３５０６３５号には、カーボンナノチューブシートの製造方法が記載されており、この方法では、化学蒸着（ＣＶＤ）により基板上で成長したカーボンナノチューブをジグで引き出し、次いで引き出したリボン様カーボンナノチューブをフィルム上に配置して、カーボンナノチューブシートを形成する。次に、フィルムの付いたカーボンナノチューブシートにアセトンまたは類似溶媒を含浸させて、高密度化する。この処理は、カーボンナノチューブシートを、より高い強度及びより高い透光率を有するように修飾する。

しかしながら、特許第５３５０６３５号に記載されるカーボンナノチューブシートの製造方法を用いた場合、カーボンナノチューブフォレストは、基板と基板上に設けられたカーボンナノチューブフォレストとの間の相互作用が原因で、基板から分離してしまうか、カーボンナノチューブフォレストから容易に引き出せないかのいずれかになることが多い。本明細書中に記載される方法は、時期尚早に基板から分離することがなく、それでいて容易に引き出してシート、繊維、及びリボンを形成することできる、カーボンナノチューブフォレストを提供する。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態は、本発明を実施するために適切に改変することができる。以下の実施形態は、本発明を実施するために適切に組み合わせることができる。以下の実施形態で共通する構成要素は、同じ符号で示し、説明を繰り返すことはしない。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の２つの実施形態に係るカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フォレスト積層体の模式的な断面図である。ＣＮＴは、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）でも、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）でもよい。図１Ａに例示するとおり、本実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体１は、接着性（粘着性）の表面１１ａを持つ支持体１１と、この支持体１１の表面１１ａ上に設けられたカーボンナノチューブフォレスト１２とを備える。カーボンナノチューブフォレスト積層体１を使用して、支持体１１上に設けられたカーボンナノチューブフォレスト１２から、カーボンナノチューブシートを引き出すことにより、カーボンナノチューブシートを製造する。

カーボンナノチューブフォレスト１２に面する表面１１ａは、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有し、この接着強度は、当該技術分野で公知の任意の方法を用いて、例えばＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して求めることができる。この範囲にすることで、支持体１１は、カーボンナノチューブフォレスト１２に関して適切な範囲の接着強度を有することになり、こうして、カーボンナノチューブシートを、支持体１１に支持されたカーボンナノチューブフォレスト１２から容易に引き出すことができ、一方で、カーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１から時期尚早に分離することを防ぐ。カーボンナノチューブフォレストが基板から時期尚早に分離する傾向にある場合、積層体は、フォレストを損傷することなく貯蔵及び輸送することが困難である。その上さらに、カーボンナノチューブフォレスト１２の形成後、埃の付着を防ぐ、または付着した埃を除去する目的で、フォレストにガスを流すことが多い。付着の弱いナノチューブは、この処理の結果、意図していない除去が起こる可能性がある。

図１Ａに示す例では、支持体１１は、カーボンナノチューブフォレスト１２に面する表面１１ａを有する自己接着性シートであり、この表面１１ａは、例えばＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して求める０．０１Ｎ／２５ｍｍ〜２Ｎ／２５ｍｍの接着強度を有する。本明細書では、自己接着性シートとは、どのような接着剤も他の手段も必要とせずにシート自身の接着性によりカーボンナノチューブフォレスト１２が接着することができる表面を有する接着シートである。

一組の実施形態では、支持体１１に支持されたカーボンナノチューブフォレスト１２から、カーボンナノチューブシートを容易に引き出し、一方で同時に、カーボンナノチューブフォレスト１２の一部または全部が支持体１１から時期尚早に分離することを防ぐ目的で、自己接着性シートで構成される支持体１１の厚さは、１０μｍ以上で４００μｍ以下である。支持体１１は、ナノチューブフォレスト積層体を巻き上げたり又は湾曲した面に貼り合わせたりすることができる可撓性を有してもよい。

カーボンナノチューブフォレスト１２の厚さ（高さ）は、カーボンナノチューブシートの効率的な引き出しを可能とし、かつカーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１から時期尚早に分離することを防ぐ目的で、例えば、２０μｍ以上で１，５００μｍ以下としてもよい。

図１Ｂに示す例では、支持体１１は、基材１１Ａと、基材１１Ａ上に設けられた接着層１１Ｂとを備える。基材１１Ａは、それ自身が接着性である必要はない。カーボンナノチューブフォレスト１２は、接着層１１Ｂの表面１１ａ上に設けられる。基材１１Ａは、接着層１１Ｂと恒久的に又は一時的に貼り合わせることができる。このような支持体１１では、カーボンナノチューブフォレスト１２に面する接着層１１Ｂの表面１１ａは、例えばＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して求める０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２．０Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する。このような接着層１１Ｂにより支持体１１の表面１１ａが上記範囲内の接着強度を有する実施形態は、図１Ａで説明したものと同様に、カーボンナノチューブシートを支持体１１から容易に引き出すことができる。

特定の実施形態において、支持体１１の接着強度は、０．０１５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０２５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０４Ｎ／２５ｍｍ以上、又は０．０５Ｎ／２５ｍｍ以上であり、更に１．５Ｎ／２５ｍｍ以下、１Ｎ／２５ｍｍ以下、０．５Ｎ／２５ｍｍ以下、又は０．３Ｎ／２５ｍｍ以下であることで、カーボンナノチューブシートの効率的な引き出しを可能にしながらも、カーボンナノチューブフォレスト１２が時期尚早に接着から分離することを防ぐことができる。特定の実施形態において、支持体１１の接着強度は、０．０１５Ｎ／２５ｍｍ以上で１．５Ｎ／２５ｍｍ以下、０．０２５Ｎ／２５ｍｍ以上で１Ｎ／２５ｍｍ以下、又は０．０４Ｎ／２５ｍｍ以上で０．５Ｎ／２５ｍｍ以下、又は０．０５Ｎ／２５ｍｍ以上で０．３Ｎ／２５ｍｍ以下である。

基材１１Ａは、可撓性であっても剛性であってもよく、例えば、プラスチックフィルム、紙、金属箔、またはガラスフィルムなどの場合がある。プラスチックフィルムの例として、ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート、及びポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）などのフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、セロハン、ジアセチルセルロースフィルム、トリアセチルセルロースフィルム、アセチルセルロースブチラートフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ポリアミドフィルム、アクリル樹脂フィルム、ノルボルネン樹脂フィルム、及びシクロオレフィン樹脂フィルムが挙げられる。本発明者らは、基板を複数の小片に切断しても粉塵の過剰な形成を回避する場合には、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂のフィルムや、例えばポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂のフィルムが上手く機能することを見出した。

基材１１Ａの厚さは、支持体１１に支持されたカーボンナノチューブフォレスト１２からカーボンナノチューブシートを滑らかに引き出すことを可能にし、かつカーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１から時期尚早に分離することを防ぐ目的で、１０μｍ以上で３００μｍ以下としてもよい。

接着層１１Ｂは、カーボンナノチューブフォレスト１２を支持することが可能であれば、どのような層であってもよく、例えば、ゴム系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、及びポリビニルエーテル系接着剤などの接着剤を使用して形成することができる。一実施形態において、接着層１１Ｂは、アクリル系接着剤であってもよい。アクリル重合体は、より高いガラス転移温度を示し、当業者が層の接着強度を調整することを可能にする架橋剤を高濃度で含むことができる。

接着層１１Ｂの厚さは、支持体１１に支持されたカーボンナノチューブフォレスト１２からカーボンナノチューブシートを容易に引き出し、かつカーボンナノチューブフォレスト１２からのナノ繊維が支持体１１から分離することを防ぐ目的で、好ましくは１μｍ以上で９０μｍ以下である。

次に、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法を説明する。本実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法は、化学蒸着、または別のプロセスにより、基板（成長基板）上に設けられたカーボンナノチューブフォレスト１２を、例えばＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して求める０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する支持体１１の表面１１ａ上に移動させるステップを含む。方法によっては、形成基板と接触しているフォレスト表面（近位表面）が、移動させられて、接着シートまたは接着層と接触する。他の方法では、形成基板と反対側のフォレスト表面（遠位表面）が、接着シートまたは接着層と接触する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法例を説明する図である。この例では、支持体１１は自己接着性シート（フィルム）であるが、カーボンナノチューブフォレスト積層体１は、支持体１１が図１Ｂで示した基材１１Ａと接着層１１Ｂの積層体である場合でも、同様に製造することができる。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、積層体２は、化学蒸着または別のプロセスにより基板１３上で成長したカーボンナノチューブフォレスト１２を備え、これを基板１３の端から剥離させ、次いで支持体１１の表面１１ａ上に移す。支持体１１の表面１１ａは、予め決められた接着強度を有し、したがって、カーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１から離れることを防ぐことができる。また、カーボンナノチューブフォレスト１２は、基板をスライス又はカットすることにより、目的の大きさにすることができる。このようにしてカーボンナノチューブフォレスト１２を移すことにより、基板１３と接触しているカーボンナノチューブフォレスト１２の近位表面を、単一のステップで、支持体１１の表面１１ａと接触する表面とすることができる。

図２Ａ及び図２Ｂに示す方法では、カーボンナノチューブフォレスト１２を成長させる基板１３は、例えば、可撓性のある金属基板が可能である。そのような金属基板の使用は、カーボンナノチューブフォレスト１２の支持体１１上への効率的な移動を促進する。なぜなら、金属基板を曲げることで、カーボンナノチューブフォレスト１２を金属基板の端から剥離させていくことができ、カーボンナノチューブフォレスト１２を支持体１１上へと移動させることができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法の別例を説明する図である。この例では、カーボンナノチューブフォレスト積層体１の支持体１１は、図１Ａに示すように自己接着性シート（フィルム）であるが、カーボンナノチューブフォレストは、図１Ｂに示す基材１１Ａと接着層１１Ｂとの接着シートを備える支持体１１上で、同様に製造することができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示す製造方法では、支持体１１を、化学蒸着（ＣＶＤ）または別のプロセスにより成長基板１３上で成長したカーボンナノチューブフォレスト１２と接触させる。支持体１１の接着性によって、カーボンナノチューブフォレスト１２は基板１３から剥離して、支持体１１の表面１１ａ上に移動する。このステップでは、カーボンナノチューブフォレスト１２が基板１３から支持体１１の表面１１ａ（予め決めた接着強度を有する）上へと移動し、したがってカーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１から分離することを防ぐことができる。また、カーボンナノチューブフォレスト１２は、移動の時点で、様々な大きさ及び形状に分割することができる。このようにしてカーボンナノチューブフォレスト１２を移すことにより、基板１３と接触していたカーボンナノチューブフォレスト１２の表面は、フォレストを損傷することなく、カーボンナノチューブフォレスト積層体１の表面へと転じることができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示す一実施形態に係るカーボンナノチューブフォレスト積層体の製造方法では、カーボンナノチューブフォレスト１２を設ける基板１３は、上記の金属基板に加えて、例えば、ケイ素ウエハなどのケイ素基板であってもよい。

図４Ａから図４Ｄまでに、ナノ繊維フォレストの向きを維持したままフォレストを第二基板に移す方法を示す。この場合、成長基板２４と接触しているフォレストの近位表面２２ｂが、第二基板２６の表面に移される。これを達成するため、ステンレス鋼の成長基板２４の端２４ａを下げて剥離させ、ナノ繊維フォレスト２２の端２２ｃが突き出るようにする。この突出させた端２２ｃを、ナノ繊維フォレスト２２の近位表面２２ｂが、第二基板２６に接着するように、可撓性で接着性のある第二基板２６と接触させる。図４Ｃに示すように、ステンレス鋼の基板２４を、更に続けてフォレスト２２から剥離する際に、第二基板２６（例えば、ＰＥＴシート）を上向きに前進させることで、フォレストをステンレス鋼の基板２４から剥離するのに合わせて捕捉することができる。図４Ｄに示すように、最終的に、すべてのフォレストが、ステンレス鋼の基板２４から第二基板２６へと移される。注目すべきは、ステンレス鋼の基板２４とかつて接触していた表面２２ｂが、今度は接着基板２６と接触している点である。これは、図３Ａ及び図３Ｂの方法とは対照的である。図３Ａ及び図３Ｂの方法では、フォレストの露出した反対側の表面が、第二基板に接着する。すなわち、本明細書中に記載される方法を使用すれば、フォレストの向きを裏返して又は裏返さずに、フォレストを第二基板に移すことができる。その上さらに、これらの製造方法は、成長基板の表面特性に関係なく、１つの基板から別の基板へのフォレストの移動を行うことができる。

上記のとおり、一実施形態では、カーボンナノチューブフォレスト１２を設ける支持体１１の表面１１ａを、０．０１Ｎ／２５ｍｍ超で２Ｎ／２５ｍｍ未満の接着強度を有するようにしたため、支持体１１に、カーボンナノチューブフォレスト１２に関して適切な範囲の接着強度を持たせることができる。このようにして、カーボンナノチューブフォレスト積層体１は、カーボンナノチューブフォレスト１２が支持体１１の表面１１ａから分離することを防ぐことができ、かつ支持体１１に支持されたカーボンナノチューブフォレスト１２からカーボンナノチューブシートを容易に引き出すことが可能になる。また、カーボンナノチューブフォレスト１２は、目的の大きさを有する支持体１１上に移動させることができ、したがって、目的の大きさを有するカーボンナノチューブシートを容易に得ることができる。

図５は、基板、例えば接着剤または接着シートなどに貼り合わせられたナノ繊維フォレストを保護するために用いられる別の実施形態の断面図である。剥離シート２８を、フォレスト２２の露出した表面に貼り付けて、片側を接着シート２６で反対側を剥離シート２８で挟んだナノ繊維のサンドイッチを形成することができる。図示するように、剥離シートは接着剤と接触しない。剥離シート２８は、低い又は非常に低い接着強度を有することができ、例えば、シリコーン剥離シートなどのシリコーン処理した材料としてもよい。剥離シートは、フォレストを、塵、埃、湿気などから保護することができる。剥離シートはまた、フォレストを、巻いてロールにすることもでき、ナノ繊維フォレスト、例えばカーボンナノチューブフォレストの更により効率的な貯蔵及び輸送を行うことができる。ロールは、剥離シート２８または接着基板２４のいずれかが内向きになるようにして巻くことができる。このようにして、平方メートル単位の多くのナノ繊維フォレストを、１メートル長及び１０ｃｍ径のロールで貯蔵することができる。フォレストを引き出してシート、リボン、または繊維にする前に、剥離シートを剥がして、接着層の引き出し用にナノ繊維フォレストを露出させることができる。巨大ロールは、連続引き出し作業用にナノ繊維フォレストを連続的に供給することを可能にする。

＜シート引き出し技法＞
様々な技法を用いて、フォレストからカーボンナノチューブシートを引き出すことができる。一組の実施形態では、国際公開第２００７／０１５７１０号に記載される方法を使用して、高強度を有する連続した透明ナノチューブシートを、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する支持体上のカーボンナノチューブフォレスト、例えば多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）フォレストなどから引き出すことができる。すなわち、引き出しは、接着条片（adhesive strip）を使用して、フォレストの側壁からはみ出たＭＷＣＮＴと接触させることにより開始することができる。接着テープによるナノチューブフォレストの頂部または側壁（端）いずれかとの接触は、シート引き出しの開始を可能にする機械的接触を提供するのに有用である。シート引き出しを開始するのに様々な種類の接着剤が上手く機能し、例えば、３Ｍ Ｐｏｓｔ−ｉｔ Ｎｏｔｅに付着した接着剤、Ｓｃｏｔｃｈ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｔａｐｅ（６００、３Ｍ製）、Ｓｃｏｔｃｈ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔａｐｅ（３Ｍ ３８５０シリーズ）、及びアルミフォイルダクトテープ（Ｎａｓｈｕａ ３２２）が挙げられる。真っ直ぐな接着条片の接触（接着条片が引き出し方向に対して直交するようにして）は、高い構造完全性のシートの引き出しを開始するのに特に効率的に作用した。この頂部接触法が特に有利である理由は、ナノチューブフォレストが、大抵、真っ直ぐではない側壁を有し、よって、真っ直ぐな接着条片の使用が、フォレストの引き出しのための真っ直ぐな接触を行いやすいからである。

密集したピン配列も、上記の接着支持体上のナノ繊維フォレストからシートの引き出しを開始するのに採用することができる。例えば、１列に並んだピンからなるピン配列を使用することができる。機械的接触は、直線状のピン配列を、ナノチューブフォレストに部分的に挿入することにより開始することができる。具体例として、ピン直径は１００ミクロンとしてもよく、ピン先端は１ミクロン未満としてもよく、隣接するピンの縁の間隔は、１ミリメートル未満としてもよい。必要十分なシートの引き出しを行うには、フォレストの高さの１／３〜３／４（例えば、２００〜３００ミクロン）にピンを貫入させることにより達成することができる。

例えば、幅が最大５ｃｍでメートル規模の長さのシートは、手動の引き出しによって、メートル／分で作製することができる。測定された面密度が約２．７μｇ／ｃｍ^２しかないにもかかわらず、得られる５００ｃｍ^２シートは、引き出しの間、自立性（self-supporting）である。０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する支持体に支持された長さ１ｃｍ、高さ２４５μｍのフォレストを、約３メートル長の自立型（free-standing）ＭＷＣＮＴシートに変換することが可能であり、これは、シートの接着性がナノチューブを上向きに維持するためにより容易になっている。シートの製造速度は、自動直線移動ステージを用いてさらに向上させることが可能であり、ｃｍ規模の直径の回転プラスチック円柱にシートを巻くことによって最大１０ｍ／分での引き出しを達成することができる。シートの製造プロセスは、非常に堅固であり、シートの幅及び長さに根本的な制限はないことが明らかである。なぜなら、ナノチューブは、支持体の接着性のために、そこから落ちることが防止されているからである。ナノチューブは、支持体上でも、シート上でも引き出し方向で、高く整列した状態を維持する。

リボン、リボンアレイ、繊維、または繊維アレイも、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する支持体に支持されたナノチューブフォレストからより容易に引き出すことができる。例えば、ナノ繊維シートの幅は、任意に、リボン型の幅に増加または低下させることができる。これは、リボン引き出しを開始するときに接触するナノチューブフォレストの側壁（または他の一次ナノ繊維集合体の前駆体）の幅を制御することにより、フォレスト蒸着をパターン形成することにより、または引き出された幅の広いシートをリボンへと分割する（例えば、機械的またはレーザーによる切断により）ことにより、任意に達成することができる。リボンの幅は、例えば、少なくとも０．５ｍｍが可能である。他の実施形態において、リボンの幅は、１ミリメートル超である。

次に、本発明を、実施例及び比較例に基づいて詳細に説明するが、これらは、本発明の有利な効果を実証する目的で行われたものである。本発明は、以下の実施例及び比較例に限定されるものではない。

＜カーボンナノチューブフォレストの接着性評価＞
ケイ素ウエハなどの支持体上にＣＮＴフォレストを形成した後、ジメチルエーテルと二酸化炭素の混合ガスを、ダストブロワーからフォレストに吹き付け、基板から分離したカーボンナノチューブの痕跡について、基板を検査した。評価基準を以下に示す。結果を表１に提示する。
離れたカーボンナノチューブとして目立つものがない：○
カーボンナノチューブの目立った減少：×

＜カーボンナノチューブシートの引き出し特性評価＞
特定のフォレストを引き出してシートにすることができるかどうかを評価するため、カーボンナノチューブフォレストの端を、ピンセットでひねって引き出し、カーボンナノチューブシートを形成させて、得られるシートを評価した。評価基準を以下に示す。結果を表１に記載する。
連続したカーボンナノチューブシートが滑らかに形成された：○
カーボンナノチューブシートは破断した、及び／または使用可能なシートを形成するのに失敗した：×

［実施例１］
キャリアガスとしてアルゴンガス、及び炭素源としてアセチレンを含有する３つの炉を持つ熱ＣＶＤ装置を使用して、触媒化学蒸着を通じて、金属基板（ステンレス鋼板）上にカーボンナノチューブフォレストを形成させた。カーボンナノチューブフォレストは、高さが３００μｍであった。

続いて、カーボンナノチューブフォレストが形成された基板としての金属基板を、端から折り曲げ、カーボンナノチューブフォレストの末端部分を剥離させた。剥離部分を、基板端から支持体としての接着シート（製品名：ＡＳＤ３８−Ｊ１５２５、Ｌｉｎｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）に移動させ、カーボンナノチューブフォレスト積層体を形成させた。接着シートは、０．０３Ｎ／２５ｍｍの接着強度を有し、この接着強度は、ＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して決定された。

この実施例では、カーボンナノチューブフォレストは、金属基板から接着支持体上へと容易に移動することができた。接着シートは、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で０．５Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有していた。接着試験では、支持体から分離したカーボンナノチューブはなかった。引き出し試験では、引き出し特性は良好であり、高品質のシートを引き出すことができた。

［実施例２］
接着シート（製品名：ＡＳＤ３８−ＪＫ１５２５、Ｌｉｎｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を支持体として使用した点を除き、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブフォレスト積層体を製造して評価を行た。接着シートは、０．０７Ｎ／２５ｍｍの接着強度を有していた。接着試験では、支持体から分離したカーボンナノチューブはなかった。引き出し試験では、引き出し特性は良好であり、高品質のシートを引き出すことができた。

［実施例３］
接着シート（製品名：ＡＳＢ３８−Ｋ２０２５、Ｌｉｎｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を支持体として使用した点を除き、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブフォレスト積層体を製造して評価を行った。接着シートは、０．０６Ｎ／２５ｍｍの接着強度を有していた。接着試験では、支持体から分離したカーボンナノチューブはなかった。引き出し試験では、引き出し特性は良好であり、高品質のシートを引き出すことができた。

［参照例１］
金属基板の代わりに６インチケイ素ウエハの四半円上にカーボンナノチューブフォレストを形成させた点を除き、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブフォレスト積層体を製造した。参照例１では、金属基板を使用しなかったため、カーボンナノチューブフォレストは、ケイ素ウエハから離れず、カーボンナノチューブフォレストを支持体上に移すことができなかった。

［比較例１］
基材として厚さ５０μｍのポリエチレンシートにアクリル接着剤（製品名：ＰＡ−Ｔ１、Ｌｉｎｔｅｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を塗布することにより調製された厚さ３０μｍの接着層を、接着シートとして使用した点を除き、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブフォレストを支持体上に形成させた。比較例１の接着シートは、１６Ｎ／２５ｍｍの接着強度を有していた。この接着強度は、ＪＩＳ Ｚ０２３７：２０００に準拠して求めた。比較例１では、カーボンナノチューブフォレストを支持体に移した時に高い接着強度のものが使用されたため、ＣＮＴフォレストは、接着試験中に分離しなかった。しかしながら、シートの接着強度が高すぎるため、カーボンナノチューブシートを引き出すことができず、ナノチューブを引き出してシートにすることができなかった。

［比較例２］
参照例１でケイ素ウエハ上に形成させたカーボンナノチューブフォレストは、支持体に移動または移されなかったが、カーボンナノチューブフォレストの接着性評価及びカーボンナノチューブシートの引き出し特性評価に供した。結果として、カーボンナノチューブシートは、ケイ素ウエハから引き出すことができたが、カーボンナノチューブはケイ素ウエハから分離し、接着試験で不合格であった。

表１にまとめたように、カーボンナノチューブフォレストを０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有する支持体の表面上に設けた場合、接着評価及び引き出し特性評価の両方が良好であった（実施例１〜３を参照）。この結果は、カーボンナノチューブフォレストに関して適切な範囲の接着強度を有する支持体が、カーボンナノチューブフォレストが支持体から分離することを防ぐとともに、支持体に接着したカーボンナノチューブからカーボンナノチューブシートを容易に引き出すことも可能にすることを示す。

対照的に、接着強度が２Ｎ／２５ｍｍ超であった場合、接着評価は良好であったが、引き出し特性の評価は不良であったことがわかる（比較例１を参照）。これらの場合、支持体の高すぎる接着強度が、シートの引き出しを困難にした。カーボンナノチューブフォレストを、予め定めた接着強度範囲を有する支持体の表面上に設けなかった場合、引き出し特性は良好であったが、接着評価は不良であったこともわかる（比較例２を参照）。この結果は、カーボンナノチューブと支持体との間の不十分な接着性のせいでカーボンナノチューブが支持体から分離したという事実から推測される。

本開示の実施形態の上記の説明は、例示を目的として提供するものであって、全てを網羅することや、特許請求の範囲を、開示する形態そのものに限定することを意図するものではない。当業者には当然のことながら、上記の開示に照らして、多くの修正及び変形が可能である。

明細書中に使用される用語は、主として読みやすさ及び教示目的として選ばれたものであり、本発明の主題を描写または制限するために選ばれたものではない。したがって、本開示の範囲は、この発明の詳細な説明によって限定されるものではなく、本明細書とともに出願に添付される特許請求の範囲によって規定されるものとする。したがって、実施形態の開示は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を、例示するものであって、限定するものではない。

Claims (17)

1. 接着性の表面を有する支持体と、
   前記支持体の前記表面に設けれたカーボンナノチューブフォレストと
   を備えるカーボンナノチューブフォレスト積層体であって、前記支持体の前記表面が、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有するカーボンナノチューブフォレスト積層体。
2. 前記支持体が自己接着性シートである請求項１に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
3. 前記支持体が、基材と、前記基材上に設けられた接着層とを備える接着性シートである請求項１に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
4. 前記基材が樹脂フィルムである請求項３に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
5. 前記支持体の前記接着強度が、前記フォレストと前記カーボンナノチューブフォレストが成長した成長基板との間の接着力より強い請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
6. 前記フォレストが、成長基板と接触していた近位表面と、前記成長基板の表面とは反対側であった遠位表面とを有し、前記近位表面が、前記接着性の表面に貼り合わせられる請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
7. 前記フォレストが、成長基板と接触していた近位表面と、前記成長基板の表面とは反対側であった遠位表面とを有し、前記遠位表面が、前記接着性の表面と貼り合わせられる請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
8. 前記フォレストの表面であって前記支持体とは反対側の表面に、剥離シートを更に備える請求項１〜７のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブフォレスト積層体から引き出されたカーボンナノチューブシート。
10. カーボンナノチューブフォレストを、前記カーボンナノチューブフォレストが設けられている基板から、支持体の表面の上へと移動させるステップであって、前記表面が、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上で２Ｎ／２５ｍｍ以下の接着強度を有するステップ
    を含むカーボンナノチューブフォレストの製造方法。
11. 前記表面が、０．０１５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０２５Ｎ／２５ｍｍ以上、０．０４Ｎ／２５ｍｍ以上、又は０．０５Ｎ／２５ｍｍ以上の接着強度を有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記フォレストが、移動前は前記基板と接触しており、移動後は前記支持体と接触する近位表面を有する請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記フォレストが、移動前は前記基板と接触しており、移動後は前記支持体と接触する近位表面を有する、請求項１０または１１に記載の方法。
14. 前記フォレストが、移動前は前記基板と接触している近位表面と、移動後は前記支持体と接触する反対側の遠位表面を有する、請求項１０または１１に記載の方法。
15. カーボンナノチューブシートを、前記支持体上の前記ナノチューブフォレストから引き出すステップを更に含む請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記支持体の前記表面上の前記ナノチューブフォレストを輸送するステップと、続いて前記ナノチューブフォレストから引き出すステップとを更に含む請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
17. 剥離シートを、前記ナノチューブフォレストの前記支持体とは反対側の表面に置くステップを更に含む請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。