JP2019067657A - カーボンナノチューブ線材、カーボンナノチューブ線材接続構造体及びカーボンナノチューブ線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせて構成されるカーボンナノチューブ線材であって、前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に沿って設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の主として表層部に配されためっき部を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ線材。
[2]前記カーボンナノチューブ線材の前記表層部に配された第1カーボンナノチューブ束群と、前記カーボンナノチューブ線材の内部に配された第2カーボンナノチューブ束群とを有し、
前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に垂直な方向の断面視において、前記第1カーボンナノチューブ束群を構成する各カーボンナノチューブ束の表面全長に対する、当該カーボンナノチューブ束の表面に厚さ1μm以上のめっき部が形成された部分の長さの比が0.5以上であることを特徴とする、上記[1]記載のカーボンナノチューブ線材。
[3]前記めっき部は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、スズ(Sn)、白金(Pt)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、クロム(Cr)及びニッケル(Ni)からなる群から選択された1又は複数を主成分とする材料で形成されることを特徴とする、上記[1]又は[2]記載のカーボンナノチューブ線材。
[4]前記めっき部の下地を構成し、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)またはこれらを主成分とする合金で形成された下地部を更に有することを特徴とする、上記[1]〜[3]のいずかに記載のカーボンナノチューブ線材。
[5]異種元素がドープされていることを特徴とする、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ線材。
[6]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、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のカーボンナノチューブ線材。
[7]複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせて構成されるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続されるはんだ部とを備える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は、該カーボンナノチューブ線材の長手方向に沿って設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の主として表層部に配されためっき部を備え、
前記はんだ部が、前記めっき部を介して前記カーボンナノチューブ線材と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線材接続構造体。
[8]複数のカーボンナノチューブ束で構成されるカーボンナノチューブ線材本体に無電界めっき処理を施して下地部を形成する工程と、
前記無電界めっき処理を施したカーボンナノチューブ線材本体に電界めっき処理を施して、前記カーボンナノチューブ線材本体の長手方向に沿って、該カーボンナノチューブ線材本体の主として表層部にめっき部を形成する工程と、
前記無電界めっきを施す工程の前か又は前記電界めっきを施す工程の後に、前記複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせる工程と、
を有することを特徴とする、カーボンナノチューブ線材の製造方法。
図1は、本実施形態に係るカーボンナノチューブ線材の構成の一例を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は断面図である。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。
CNT束11は、複数のCNTが纏められた束状体となっている。CNT線材1は、異種元素がドープされていてもよい。この場合、CNT束11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。
(NCNT(2)+NCNT(3))/NTOTAL×100(%)≧50(%) ・・・(1)
本実施形態に係るCNT線材の製造方法は、複数のカーボンナノチューブ束で構成されるカーボンナノチューブ線材本体に無電界めっき処理を施す工程と、上記無電界めっき処理を施したカーボンナノチューブ線材本体に電界めっき処理を施して、上記カーボンナノチューブ線材本体の長手方向に沿って、該カーボンナノチューブ線材本体の主として表層部にめっき部を形成する工程と、上記無電界めっきを施す工程の前か又は上記電界めっきを施す工程の後に、上記複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせる工程と、を有する。
図2は、本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の一例を示す断面図である。なお、図2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2のものに限られないものとする。
図2に示すように、カーボンナノチューブ線材接続構造体10(以下、CNT線材接続構造体ともいう)は、複数のCNT束11,11,・・・を撚り合わせて構成されるCNT線材1と、CNT線材1に接続されるはんだ部2とを備える。はんだ部2は、めっき部12を介してCNT線材1と接続されると共に、銅板などの被接続部材20と接続されている。
また、CNT線材1が主として表層部1aにめっき部12を備えるので、CNT線材1の内部1bにめっき部が実質的に形成されていない構成とすることができ、CNT線材1における金属の含有割合を抑制することができ、良好な接合と軽量化の両立を実現することができる。
先ず、浮遊触媒気相成長(FCCVD)法を用い、電気炉によって1300℃に加熱された、内径φ60mm、長さ1600mmのアルミナ管内部に、炭素源であるデカヒドロナフタレン、触媒であるフェロセン、及び反応促進剤であるチオフェンを、体積比率にてそれぞれ100:4:1で含む原料溶液Lを、スプレー噴霧により供給した。キャリアガスは、水素を9.5L/minで供給した。得られたCNTを回収機にて回収した。得られたCNT線材を、大気下において500℃に加熱し、さらに酸処理を施すことによって高純度化を行った。
得られたCNT50mgとコール酸ナトリウム450mgを24.5gの水に加え超音波攪拌装置を用いて30分攪拌した後、超音波ホモジナイザーを用いて分散液とした。続いて、内径1mmの注入ノズルを介して、前記CNT分散液をイソプロピルアルコール中に注入し、糸状に凝集させ、さらに乾燥させることで、直径が50μmのCNTからなる3mの素線を得た。同様の操作で38本の素線を作製した。
続いて38本の素線を200T/mで撚り、直径が356μmのCNT線材本体を得た。
その後、硫酸銅と硫酸の水溶液からなるめっき液にCNT線材本体を浸漬し、1Aで40分電解めっきすることで、当該CNT線材本体に電界めっき処理が施されたCNT線材を作製した。
実施例1と同じ方法で、直径が50μmのCNTからなる素線を38本得た。続いて、38本の素線を200T/mで撚り、直径が356μmの撚り線であるCNT線材を得た。続いて実施例1と同様の方法で、CNT線材本体を硫酸銅、ホルマリン、ロシェル塩からなるめっき液に浸漬し、無電解銅めっきした。
その後、硫酸銅と硫酸の水溶液からなるめっき液にCNT線材本体を浸漬し、1Aで8分電解めっきすることで、当該CNT線材本体に電界めっき処理が施されたCNT線材を作製した。
(比較例2)
実施例1と同じ方法で、直径が50μmのCNTからなる素線を38本得た。続いて、これを実施例1と同じ方法で無電解銅めっきした。その後、硫酸銅と硫酸の水溶液からなるめっき液にCNT線材本体を浸漬し、1Aで160分電解めっきすることで、38本の素線を電解めっきした。続いて、めっきした38本の素線を200T/mで撚り、撚り線であるCNT線材を得た。
(CNT線材の表層部における素線本数の測定)
1.0mのCNT撚り線を長手方向に10cm毎に測定した断面写真において、めっき部まで含めたCNT撚り線の断面形状の重心を求めこれをXとした。続いて、各素線ごとに、めっき部を含まない素線の断面形状から、各素線の重心を求めこれをYiとした。続いて、重心Xと重心Yiを通る直線を引き、この直線とCNT撚り線の断面形状の外縁との交点をZiとした。線分X−Yiの長さ及び線分X−Ziの長さを測定し、線分X−Yiの長さを線分X−Ziの長さで除した値が0.7以上である素線を表層部素線とし、各断面におけるその本数の平均を求めた。
(表層部における、めっき部が形成された素線(CNT束)本数の測定)
1.0mのCNT撚り線(CNT線材)を長手方向に10cm毎に垂直な面で切断し、イオンミリングによって断面を研磨した。つづいてSEM観察を行った。CNT線材の表層部に配された各素線の表面の全長を求めこれをAとした。つづいて、当該素線の表面のうちめっきされている部分の長さをBとした。B/Aが0.5以上の素線を、めっき部が形成されている素線とし、その本数を求めた。
上記にて求めためっき部が形成された素線の本数を表層部の素線の総数で除した値の比率を、CNT線材の断面におけるめっき割合(%)とした。めっき割合が60%以上である場合を良好であるとした。
CNT撚り線の末端と銅板をはんだにて接続して、はんだ部が形成されたCNT接続構造体を作製し、銅板とCNT撚り線の間の接続抵抗を測定した。接続抵抗が10mΩ以下である場合を良好であるとした。
密度勾配管を用いて、上記CNT撚り線の密度を測定した。長手方向の長さが2cmのサンプルを用いた。CNT撚り線の密度は、アルミの密度と同等の2.7g/cm3未満である場合を、軽量電線として良好であるとした。
1a 表層部
1b 内部
2 はんだ部
10 カーボンナノチューブ線材接続構造体(CNT線材接続構造体)
11 カーボンナノチューブ束(CNT束)
11A 第1カーボンナノチューブ束群(第1CNT束群)
11a カーボンナノチューブ束(CNT束)
11B 第2カーボンナノチューブ束群(第2CNT束群)
11b カーボンナノチューブ束(CNT束)
12 めっき部
20 被接続部材
Claims (8)
- 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせて構成されるカーボンナノチューブ線材であって、
前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に沿って設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の主として表層部に配されためっき部を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ線材。 - 前記カーボンナノチューブ線材の前記表層部に配された第1カーボンナノチューブ束群と、前記カーボンナノチューブ線材の内部に配された第2カーボンナノチューブ束群とを有し、
前記カーボンナノチューブ線材の長手方向に垂直な方向の断面視において、前記第1カーボンナノチューブ束群を構成する各カーボンナノチューブ束の表面全長に対する、当該カーボンナノチューブ束の表面に厚さ1μm以上のめっき部が形成された部分の長さの比が0.5以上であ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。 - 前記めっき部は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、スズ(Sn)、白金(Pt)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、クロム(Cr)及びニッケル(Ni)からなる群から選択された1又は複数を主成分とする材料で形成され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。
- 前記めっき部の下地を構成し、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)及びコバルト(Co)またはこれらを主成分とする合金で形成された下地部を更に有することを特徴とする、請求項1〜3のいずか1項に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 異種元素がドープされていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 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1〜5のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせて構成されるカーボンナノチューブ線材と、前記カーボンナノチューブ線材に接続されるはんだ部とを備える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は、該カーボンナノチューブ線材の長手方向に沿って設けられ、前記カーボンナノチューブ線材の主として表層部に配されためっき部を備え、
前記はんだ部が、前記めっき部を介して前記カーボンナノチューブ線材と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線材接続構造体。 - 複数のカーボンナノチューブ束で構成されるカーボンナノチューブ線材本体に無電界めっき処理を施して下地部を形成する工程と、
前記無電界めっき処理を施したカーボンナノチューブ線材本体に電界めっき処理を施して、前記カーボンナノチューブ線材本体の長手方向に沿って、該カーボンナノチューブ線材本体の主として表層部にめっき部を形成する工程と、
前記無電界めっきを施す工程の前か又は前記電界めっきを施す工程の後に、前記複数のカーボンナノチューブ束を撚り合わせる工程と、
を有することを特徴とする、カーボンナノチューブ線材の製造方法。
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