JP2020102352A - カーボンナノチューブ電極、フラットケーブル、および、カーボンナノチューブ電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗化を可能としたカーボンナノチューブ電極、フラットケーブル、および、カーボンナノチューブ電極の製造方法を提供する。【解決手段】延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維１１であって、各炭素繊維１１がカーボンナノチューブ１１Ａを含む複数の炭素繊維１１と、複数の炭素繊維１１に担持された複数の金属粒子１２であって、複数の金属粒子１２は、延在方向において炭素繊維１１の全体に分散し、各炭素繊維１１を他の炭素繊維１１に電気的に接続する複数の金属粒子１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブ電極、カーボンナノチューブ電極を備えるフラットケーブル、および、カーボンナノチューブ電極の製造方法に関する。

半導体装置などの配線には、金属のなかでも低い抵抗を有したアルミニウムや銅が広く用いられている。アルミニウムや銅を用いた配線では、配線における電流密度が高くなるに伴って、エレクトロマイグレーションが生じやすくなる。これにより、配線の断裂が生じることがある。そこで、アルミニウムや銅よりも高い電流密度を許容するカーボンナノチューブが、配線材料として提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２４６３１７号公報

ところで、カーボンナノチューブは上述したように、電流密度に対する高い耐性を有する一方で、十分に小さい抵抗を有するとは言い難い。それゆえに、カーボンナノチューブを用いつつも、より低い抵抗を有した配線材料が求められている。

本発明は、低抵抗化を可能としたカーボンナノチューブ電極、フラットケーブル、および、カーボンナノチューブ電極の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのカーボンナノチューブ電極は、延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維であって、各炭素繊維がカーボンナノチューブを含む前記複数の炭素繊維と、前記複数の炭素繊維に担持された複数の金属粒子であって、前記複数の金属粒子は、前記延在方向において前記炭素繊維の全体に分散し、各炭素繊維を他の炭素繊維に電気的に接続する前記複数の金属粒子と、を備える。

上記課題を解決するためのフラットケーブルは、可撓性を有し、第１端部と第２端部とを有した帯状を有する本体部と、上記カーボンナノチューブ電極と、を備える。前記カーボンナノチューブ電極は、前記第１端部と前記第２端部との少なくとも一方において、前記本体部から露出している。

上記課題を解決するためのカーボンナノチューブ電極の製造方法は、延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維であって、各炭素繊維がカーボンナノチューブを含む前記複数の炭素繊維を形成することと、前記複数の炭素繊維に複数の金属粒子を形成するための材料を含むインクを接触させ、その後に、前記複数の炭素繊維を加熱することによって、前記延在方向において前記炭素繊維の全体に分散し、各炭素繊維を他の前記炭素繊維に電気的に接続する複数の金属粒子を前記複数の炭素繊維に担持させることと、を含む。

上記各構成によれば、カーボンナノチューブよりも抵抗が低い金属粒子によって各炭素繊維が他の炭素繊維と電気的に接続されるため、カーボンナノチューブ電極が複数の金属粒子を含まない場合に比べて、カーボンナノチューブ電極の抵抗を低くすることができる。

上記カーボンナノチューブ電極において、前記炭素繊維は、前記カーボンナノチューブの外表面を覆い、非晶質な炭素から形成された被覆部をさらに備え、各炭素繊維は、当該炭素繊維が備える前記被覆部によって、他の炭素繊維に架橋されていてもよい。

上記構成によれば、炭素繊維同士が被覆部によって架橋されることによって、複数の炭素繊維における荷重に対する耐性が高くなり、かつ、複数の炭素繊維が、荷重から開放されたときに復元する復元力を有することができる。

上記カーボンナノチューブ電極において、前記複数の金属粒子は、前記被覆部の外表面に接した前記金属粒子を含んでもよい。上記構成によれば、金属粒子が被覆部の外表面に位置するため、１つの炭素繊維が、その炭素繊維の近傍に位置する他の炭素繊維と金属粒子によって電気的に接続されやすい。そのため、カーボンナノチューブ電極の低抵抗化が図られやすい。

上記カーボンナノチューブ電極において、前記複数の金属粒子は、前記炭素繊維の一部によって貫かれた前記金属粒子を含んでもよい。上記構成によれば、炭素繊維に担持された金属粒子が、炭素繊維から脱離しにくい。

上記カーボンナノチューブ電極において、複数の炭素繊維は、炭素繊維束を形成し、前記炭素繊維束は、前記延在方向において第１端部と第２端部とを有し、前記複数の金属粒子において、前記第１端部に担持された前記金属粒子の平均径が、前記第２端部に担持された金属粒子の平均径よりも大きくてもよい。

上記構成によれば、炭素繊維束の第１端部をカーボンナノチューブ電極の接続対象との接続端部とすることによって、カーボンナノチューブ電極と接続対象とがより電気的に接続されやすくなる。

上記カーボンナノチューブ電極において、前記複数の炭素繊維における密度が１０^１０本／ｃｍ^２以上１０^１１本／ｃｍ^２以下であり、各炭素繊維の長さが１２５μｍ以上５３０μｍ以下であり、前記複数の炭素繊維を支持する金属製の基材をさらに備え、前記基材の厚さが２０μｍであり、かつ、前記複数の炭素繊維に印加した荷重が１２５Ｎである場合に、前記カーボンナノチューブ電極の抵抗が、６．５ｍΩ以上３７ｍΩ以下であってもよい。上記構成によれば、電極として用いることに適した低い抵抗を有するカーボンナノチューブ電極を得ることができる。

一実施形態におけるカーボンナノチューブ電極の構造を示す図。 同実施形態におけるカーボンナノチューブ電極の製造方法を説明するためのフローチャート。 同実施形態におけるフラットケーブルの構造を示す斜視図。 試験例１のカーボンナノチューブ電極を撮影したＳＥＭ画像。 図４のＳＥＭ画像における一部を拡大したＳＥＭ画像。 図４のＳＥＭ画像における一部を拡大したＳＥＭ画像。 試験例１のカーボンナノチューブ電極における抵抗を測定した結果を示すグラフ。 試験例２のカーボンナノチューブ電極における抵抗を測定した結果を示すグラフ。 試験例３のカーボンナノチューブ電極における抵抗を測定した結果を示すグラフ。 試験例４のカーボンナノチューブ電極における抵抗を測定した結果を示すグラフ。

図１から図１０を参照して、カーボンナノチューブ電極、フラットケーブル、および、カーボンナノチューブ電極の製造方法の一実施形態を説明する。以下では、カーボンナノチューブ電極の構造、カーボンナノチューブ電極の製造方法、フラットケーブルの構造、および、試験例を順に説明する。

［カーボンナノチューブ電極の構造］
図１を参照してカーボンナノチューブ電極の構造を説明する。
図１が示すように、カーボンナノチューブ電極１０は、複数の炭素繊維１１と、複数の金属粒子１２とを備えている。複数の炭素繊維１１は、延在方向に沿って延び、各炭素繊維１１がカーボンナノチューブ１１Ａを含んでいる。複数の金属粒子１２は、複数の炭素繊維１１に担持されている。各炭素繊維１１には、複数の金属粒子１２が担持されている。複数の金属粒子１２は、延在方向において炭素繊維１１の全体に分散している。複数の金属粒子１２は、延在方向においてほぼ均一に分散している。複数の金属粒子１２は、各炭素繊維１１を他の炭素繊維１１に電気的に接続している。

カーボンナノチューブ電極１０では、カーボンナノチューブ１１Ａよりも抵抗が低い金属粒子１２によって各炭素繊維１１が他の炭素繊維１１と電気的に接続される。そのため、カーボンナノチューブ電極１０が複数の金属粒子１２を含まない場合に比べて、カーボンナノチューブ電極１０の抵抗を低くすることができる。

各炭素繊維１１は、被覆部１１Ｂをさらに備えている。被覆部１１Ｂは、カーボンナノチューブ１１Ａの外表面を覆い、非晶質な炭素から形成されている。各炭素繊維１１は、当該炭素繊維１１が備える被覆部１１Ｂによって、他の炭素繊維１１に架橋されている。炭素繊維１１同士が被覆部１１Ｂによって架橋されることによって、複数の炭素繊維１１における荷重に対する耐性が高くなり、かつ、複数の炭素繊維１１が、荷重から開放されたときに復元する復元力を有することができる。

例えば、電気めっきなどを用いて、各炭素繊維１１の外表面を覆う金属膜を形成することが可能である。この場合には、各炭素繊維の外表面を覆う金属膜が、他の炭素繊維の外表面を覆う金属膜に電気的に接続されることによって、カーボンナノチューブ電極の抵抗を低くすることは可能である。しかしながら、複数の炭素繊維に荷重を印加した場合には、金属膜が割れたり、複数の炭素繊維が荷重から開放されても、金属膜の剛性によって炭素繊維が屈曲した状態に維持されたりする。加えて、電気めっきなどを用いた場合には、炭素繊維１１の外表面において、単位面積当たりの表面硬度が一律に上昇し、これによって、カーボンナノチューブ電極１０が電気的に接続する接続対象が有する接触面における面粗度に対する追従性が悪化する、結果として、電気的に有効な真実接触面積が減少する。そのため、こうしたカーボンナノチューブ電極は、複数の炭素繊維に対して荷重が印加される状況での使用に適さない。

この点で、本実施形態のカーボンナノチューブ電極１０は、金属粒子１２を備え、かつ、被覆部１１Ｂを備えることによって、後述するバンドル１１Ｃが、被覆部１１Ｂおよび金属粒子１２によってバンドル１１Ｃを形成する複数の炭素繊維１１同士が互いに架橋された三次元的な支持構造を有することが可能である。しかも、バンドル１１Ｃは、延在方向において分散された複数の金属粒子１２を担持するため、バンドル１１Ｃの延在方向において、カーボンナノチューブ電極１０は、表面硬度が互いに異なる部分を有する。これにより、カーボンナノチューブ電極１０の抵抗を低くし、かつ、炭素繊維１１の柔軟性を高めることが可能である。そのため、複数の炭素繊維１１に対して荷重が印加される状況での使用に適している。

また、カーボンナノチューブ電極１０は、カーボンナノチューブ電極１０が接続対象の接触面に接触した場合には、接続対象の接触面に対し、局部的な面圧の上昇を生じさせない構造である。そのため、接触面の単位面積当たりにおける面圧が、炭素繊維の外表面が金属膜で覆われた構造と同一であっても、当該構造よりも追従性が高まり、結果として、真実接触面積を増加させることによって、接触抵抗を減じることを可能としている。

各炭素繊維１１において、カーボンナノチューブ１１Ａの直径は、例えば１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、被覆部１１Ｂの厚さは、例えば１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。そのため、炭素繊維１１の直径は、例えば、１１ｎｍ以上１７ｎｍ以下である。カーボンナノチューブ電極１０において、各炭素繊維１１は、被覆部１１Ｂによって他の炭素繊維１１に架橋されたり、他の炭素繊維１１とファンデルワースル力によって凝集したり、他の炭素繊維１１と絡み合ったりすることによって、炭素繊維１１の束であるバンドル１１Ｃを形成している。バンドル１１Ｃは、炭素繊維束の一例である。延在方向において、バンドル１１Ｃは２つの端部を有している。２つの端部のうち、一方の端部が第１端部１１Ｃ１であり、他方の端部が第２端部１１Ｃ２である。

各炭素繊維１１が含むカーボンナノチューブ１１Ａは、単層カーボンナノチューブでもよいし、多層カーボンナノチューブでもよい。そのため、複数の炭素繊維１１は、単層カーボンナノチューブを備える炭素繊維のみを含んでもよいし、多層カーボンナノチューブを備える炭素繊維のみを含んでもよい。あるいは、複数の炭素繊維１１は、単層カーボンナノチューブを備える炭素繊維と、多層カーボンナノチューブを備える炭素繊維との両方を含んでもよい。

金属粒子１２の平均径は、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。金属粒子１２の平均径が炭素繊維１１の直径に対して大幅に大きい。そのため、１つの金属粒子１２は、互いに近傍に位置する複数の炭素繊維１１を当該金属粒子１２によって電気的に接続させることが可能である。金属粒子１２を形成するための材料は、例えば、銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）である。

複数の金属粒子１２は、被覆部１１Ｂの外表面に接した金属粒子１２を含んでいる。金属粒子１２が被覆部１１Ｂの外表面に位置しているため、１つの炭素繊維１１が、その炭素繊維１１の近傍に位置する他の炭素繊維１１と金属粒子１２によって電気的に接続されやすい。そのため、カーボンナノチューブ電極１０の低抵抗化が図られやすい。

複数の金属粒子１２は、炭素繊維１１の一部によって貫かれた金属粒子１２を含んでいる。これにより、炭素繊維１１に担持された金属粒子１２が、炭素繊維１１から脱離しにくい。

上述したように、バンドル１１Ｃは、延在方向において第１端部１１Ｃ１と第２端部１１Ｃ２とを有している。複数の金属粒子１２において、第１端部１１Ｃ１に担持された金属粒子１２の平均径が、第２端部１１Ｃ２に担持された金属粒子の平均径よりも大きい。カーボンナノチューブ電極１０の第１端部１１Ｃ１をカーボンナノチューブ電極１０の接続対象との接続端部とすることによって、カーボンナノチューブ電極１０と接続対象とがより電気的に接続されやすくなる。

複数の金属粒子１２において、金属粒子１２の直径は、第１端部１１Ｃ１から第２端部１１Ｃ２に向かう方向に沿って次第に小さくなる傾向を有している。すなわち、第１端部１１Ｃ１に位置する金属粒子１２の平均径は、延在方向におけるバンドル１１Ｃの中央部に位置する金属粒子１２の平均径よりも大きい。また、第２端部１１Ｃ２に位置する金属粒子１２の平均径は、延在方向におけるバンドル１１Ｃの中央部に位置する金属粒子１２の平均径よりも小さい。

カーボンナノチューブ電極１０は、バンドル１１Ｃを支持する基材１３をさらに備えてもよい。基材１３は、金属製である。基材１３は、炭素繊維１１を形成する工程において、炭素繊維１１を成長させるための処理対象でもある。バンドル１１Ｃの第２端部１１Ｃ２が、基材１３に固定されている。バンドル１１Ｃに複数の金属粒子１２を担持させる際には、第１端部１１Ｃ１から金属粒子１２を含むインクをバンドル１１Ｃに供給する。そのため、炭素繊維１１では、第１端部１１Ｃ１に含まれる部分から、第２端部１１Ｃ２に含まれる部分に向かって、順に金属粒子１２を含むインクに接触する。

複数の炭素繊維１１における密度が１０^１０本／ｃｍ^２以上１０^１１本／ｃｍ^２以下である。各炭素繊維１１の長さが１２５μｍ以上５３０μｍ以下である。基材１３の厚さが２０μｍであり、かつ、複数の炭素繊維に印加した荷重が１２５Ｎである場合に、カーボンナノチューブ電極の抵抗が、６．５ｍΩ以上３７ｍΩ以下であることが好ましい。これにより、電極として用いることに適した低い抵抗を有するカーボンナノチューブ電極を得ることができる。

なお、図１を参照して説明した例では、カーボンナノチューブ電極１０は、基材１３において対向する一対の面のうち、一方の面のみにバンドル１１Ｃおよび複数の金属粒子１２を備えている。しかしながら、カーボンナノチューブ電極１０は、基材１３において対向する一対の面の両方に、バンドル１１Ｃおよび複数の金属粒子１２を備えてもよい。

［カーボンナノチューブ電極の製造方法］
図２を参照してカーボンナノチューブ電極１０の製造方法を説明する。
カーボンナノチューブ電極１０の製造方法は、複数の炭素繊維１１を形成することと、複数の金属粒子１２を複数の炭素繊維１１に担持させることとを含んでいる。複数の炭素繊維１１を形成することは、延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維１１を形成し、各炭素繊維１１がカーボンナノチューブ１１Ａを含む。複数の金属粒子１２を複数の炭素繊維１１に担持させることは、複数の炭素繊維１１に複数の金属粒子１２を形成するための材料を含むインクを接触させ、その後に、複数の炭素繊維１１を加熱する。これによって、延在方向において炭素繊維１１の全体に分散し、各炭素繊維１１を他の炭素繊維１１に電気的に接続する複数の金属粒子１２を複数の炭素繊維１１に担持させる。以下、図２を参照して、カーボンナノチューブ電極１０の製造方法をより詳しく説明する。

図２が示すように、カーボンナノチューブ電極１０の製造方法は、繊維形成工程（ステップＳ１１）と、粒子形成工程（ステップＳ１２）とを含んでいる。繊維形成工程では、まず、金属製の基材１３を準備する。金属製の基材１３には、例えばニッケル箔（Ｎｉ箔）または銅箔（Ｃｕ箔）を用いることができる。次いで、基材１３が有する１つの面に、カーボンナノチューブ１１Ａを形成するための触媒として機能する触媒層を形成する。触媒層は金属製であり、単一の層から形成されてもよいし、複数の層から形成されてもよい。触媒層は、例えば、基材１３上に形成されたアルミニウム層（Ａｌ層）と、アルミニウム層上に形成された鉄層（Ｆｅ層）とによって形成される。

次いで、熱ＣＶＤ法を用いて、基材１３上に複数のカーボンナノチューブ１１Ａと、各カーボンナノチューブ１１Ａを覆う被覆部１１Ｂとが形成される。なお、熱ＣＶＤ法によって炭素繊維１１が形成される際には、まず、触媒層が加熱によって凝集することによって複数の触媒粒子が形成される。次いで、触媒粒子に対して炭素を含むガスが供給されることによって、触媒粒子ごとにカーボンナノチューブ１１Ａが成長する。その後に、カーボンナノチューブ１１Ａを覆う被覆部１１Ｂが形成される。

粒子形成工程では、金属粒子１２を形成するための材料を含むインクを準備する。インクは、金属粒子１２を形成するための材料として金属ナノ粒子を含む。金属ナノ粒子は、例えば銀ナノ粒子、または、金ナノ粒子である。金属ナノ粒子の平均径は、例えば５ｎｍ程度である。次いで、複数の炭素繊維１１から形成されたバンドル１１Ｃにインクを接触させる。この際に、バンドル１１Ｃの第１端部１１Ｃ１からバンドル１１Ｃに対してインクを供給し、かつ、バンドル１１Ｃが有する空隙にインクを供給する。

インクがバンドル１１Ｃに供給されると、インク内に含まれる金属ナノ粒子が分散した状態で、バンドル１１Ｃが有する空隙にインクが浸透するため、金属ナノ粒子がバンドル１１Ｃの延在方向における全体に分散している。

その後、インクが供給されたバンドル１１Ｃを加熱する。これにより、インクが含む金属ナノ粒子の分散媒が蒸発し、かつ、複数の金属ナノ粒子が集合して１つの金属粒子１２を形成する。上述したように、インクがバンドル１１Ｃに供給されることによって、金属ナノ粒子がバンドル１１Ｃの延在方向における全体に分散している。そして、バンドル１１Ｃの加熱時にも、金属ナノ粒子が分散した状態が維持されている。この状態でバンドル１１Ｃおよびインクが加熱される。インクの加熱に伴い分散媒の容積が減少することによって金属ナノ粒子が凝集し、この状態に熱が加えられることによって、金属ナノ粒子よりも大幅に大きい粒径を有した金属粒子１２がバンドル１１Ｃに担持される。なお、粒子形成工程では、バンドル１１Ｃをインクに接触させることと、バンドル１１Ｃを加熱することとを１サイクルとする場合に、単一のサイクルのみが行われてもよいし、２以上のサイクルが行われてもよい。

このように、バンドル１１Ｃに担持される金属粒子１２は、インクに含まれる金属ナノ粒子が集合して形成されるため、複数の金属粒子１２には、炭素繊維１１の一部によって貫かれた金属粒子１２が含まれる。

金属粒子１２を形成するための材料を含むインクは、例えば、分散媒と、分散媒中に分散した金属ナノ粒子とを含んでいる。インクにおいて、金属ナノ粒子の割合は、例えば２０質量％以上５０質量％以下であってよい。

分散媒には、有機溶剤を用いることが可能である。有機溶剤は、例えば、トルエン、オクタン、および、テトラデカンなどであってよい。金属ナノ粒子を分散させる分散媒が有機溶剤であることによって、分散剤が水である場合と比べて、インクの表面張力を低くすることができる。また、分散媒が有機溶剤であることによって、分散剤が水である場合に比べて、炭素繊維１１に対するインクの濡れ性が高まる。これにより、バンドル１１Ｃに対してインクを供給した場合に、バンドル１１Ｃが有する空隙中までインクが染み込みやすくなる。

なお、金属ナノ粒子の表面は、分散媒中において金属ナノ粒子を分散させやすくするための分散剤によって覆われていてもよい。分散剤には、例えば、炭素数が６から１８の脂肪酸、および、炭素数が６から１８の脂肪族アミンの少なくとも一方を用いることができる。脂肪酸は、例えばカルボン酸であってよい。

脂肪酸は、以下に列挙する脂肪酸における少なくとも１つであってよい。炭素数が６である脂肪酸は、例えば、炭素数６のヘキサン酸、２‐エチル酪酸、および、ネオヘキサン酸（２，２‐ジメチル酪酸）であってよい。炭素数が７である脂肪酸は、例えば、ヘプタン酸、２‐メチルヘキサン酸、および、シクロヘキサンカルボン酸であってよい。炭素数が８である脂肪酸は、例えば、オクタン酸、２‐エチルヘキサン酸、および、ネオオクタン酸（２，２‐ジメチルヘキサン酸）であってよい。炭素数が９である脂肪酸は、例えばノナン酸であってよい。炭素数が１０である脂肪酸は、例えば、デカン酸およびネオデカン酸（２，２‐ジメチルオクタン酸）であってよい。炭素数が１１である脂肪酸は、例えばウンデカン酸であってよい。炭素数が１２である脂肪酸は、例えばドデカン酸であってよい。炭素数が１４である脂肪酸は、例えばテトラデカン酸であってよい。炭素数が１６である脂肪酸は、例えばパルミチン酸であってよい。炭素数が１８である脂肪酸は、例えばステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、および、リノレン酸であってよい。

脂肪族アミンは、以下に列挙する脂肪族アミンにおける少なくとも１つであってよい。炭素数が６である脂肪族アミンは、例えばヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、および、アニリンであってよい。炭素数が７である脂肪族アミンは、例えばヘプチルアミンであってよい。炭素数が８である脂肪族アミンは、例えば、オクチルアミンおよび２‐エチルヘキシルアミンであってよい。炭素数が９である脂肪族アミンは、例えばノニルアミンであってよい。炭素数が１０である脂肪族アミンは、例えばデシルアミンであってよい。炭素数が１２である脂肪族アミンは、例えばドデシルアミンであってよい。炭素数が１４である脂肪族アミンは、例えばテトラドデシルアミンであってよい。

炭素繊維１１の空隙率が９５％以上であり、炭素の密度を２ｇ／ｃｍ^３とした場合には、炭素繊維１１の密度は、０．１ｍｇ／ｃｍ^３以下である。炭素繊維１１の長さが４００μｍ以上５５０μｍ以下である場合には、金属ナノ粒子の重量が４０ｍｇ以上６０ｍｇ以下となるように金属ナノ粒子を含むインクをバンドル１１Ｃに供給することが好ましい。

［フラットケーブルの構造］
図３を参照してフラットケーブルの構造を説明する。
図３が示すように、フラットケーブル２０は、本体部２１と、カーボンナノチューブ電極１０とを備えている。本体部２１は、可撓性を有し、第１端部２１Ｅ１と第２端部２１Ｅ２とを有した帯状を有している。カーボンナノチューブ電極１０は、第１端部２１Ｅ１と第２端部２１Ｅ２との少なくとも一方において、本体部２１から露出している。

本実施形態では、フラットケーブル２０は、複数のカーボンナノチューブ電極１０を備えている。各カーボンナノチューブ電極１０は、本体部２１が延びる方向と平行な方向に沿って延びている。複数のカーボンナノチューブ電極１０は、本体部２１が延びる方向と直交する方向に沿って隙間を空けて並んでいる。

本体部２１は、絶縁性を有している。本体部２１は、各カーボンナノチューブ電極１０の外表面を覆っている。これにより、各カーボンナノチューブ電極１０は、他のカーボンナノチューブ電極１０から電気的に絶縁されている。本体部２１は、第１端部２１Ｅ１および第２端部２１Ｅ２の各々において、各カーボンナノチューブ電極１０の端部における一部のみを覆い、これによって、各カーボンナノチューブ電極１０の端部を外部に露出させている。本体部２１は、合成樹脂によって形成されている。

本体部２１は、帯状を有し、カーボンナノチューブ電極１０を支持する支持部２１Ａと、支持部２１Ａ、および、支持部２１Ａ上に位置するカーボンナノチューブ電極１０を覆う被覆部２１Ｂとを備えている。支持部２１Ａと被覆部２１Ｂとは、一体に成形されている。本体部２１が延びる方向において、被覆部２１Ｂの長さが、支持部２１Ａの長さよりも短い。そのため、本体部２１における第１端部２１Ｅ１および第２端部２１Ｅ２の両方において、各カーボンナノチューブ電極１０が被覆部２１Ｂによって覆われないことによって、本体部２１の外部に露出している。

こうしたフラットケーブル２０によれば、接続対象である平板状の導体が有する接触面に対して、支持部２１Ａによって支持されたカーボンナノチューブ電極１０の端部を接触させることができる。これにより、接続対象に対するフラットケーブル２０の接続が安定に維持される。

フラットケーブル２０では、少なくとも第１端部２１Ｅ１および第２端部２１Ｅ２において、複数の金属粒子１２を担持したバンドル１１Ｃが、本体部２１から外部に露出していればよい。そのため、各カーボンナノチューブ電極１０は、複数の金属粒子１２を担持したバンドル１１Ｃを両端部のみに有する一方で、各端部に位置するバンドル１１Ｃが、基材１３によって電気的に接続されてもよい。各カーボンナノチューブ電極１０は、基材１３の全体にわたってバンドル１１Ｃを有する一方で、バンドル１１Ｃのなかで、カーボンナノチューブ電極１０の両端部に位置する部分のみに複数の金属粒子１２が担持されていてもよい。

フラットケーブル２０は、例えば以下の方法によって製造される。なお、以下では、カーボンナノチューブ電極１０が、基材１３の全体にわたってバンドル１１Ｃを有する一方で、バンドル１１Ｃのなかで、カーボンナノチューブ電極１０の両端部に位置する部分のみに複数の金属粒子１２が担持されている場合の製造方法を説明する。

まず、ＣＶＤ装置内に設置されている基材１３の表面に、熱ＣＶＤ法を用いて炭素繊維１１を成長させる。次いで、基材１３の表面および裏面に樹脂フィルムをラミネートすることによって、炭素繊維１１を樹脂フィルムによって覆う。これにより、バンドル１１Ｃを有した基材１３が樹脂フィルムによって挟まれた積層体を得る。そして、積層体を所望の幅に切断することによって、フラットケーブル２０の母材を得ることができる。その後、長さ方向におけるバンドル１１Ｃの両端部が樹脂フィルムから露出するように、フラットケーブル２０の母材の両端部において、樹脂フィルムの一部を取り除く。そして、母材の両端部から露出したバンドル１１Ｃに金属ナノ粒子を含むインクを塗布し、次いで、母材を加熱する。これにより、フラットケーブル２０を得ることができる。

なお、ロールツーロール方式の搬送装置を用いてフラットケーブル２０を製造することも可能である。これにより、フラットケーブル２０の生産効率を高めることが可能である。また、基材１３の表面および裏面に樹脂フィルムをラミネートする際に、長さ方向におけるバンドル１１Ｃの両端部が露出するように樹脂フィルムをラミネートする場合には、長さ方向における母材の両端部を切断する工程を省略することが可能である。

［試験例］
図４から図１０を参照して、カーボンナノチューブ電極の試験例を説明する。
［カーボンナノチューブ電極の低抵抗化］
［試験例１］
２０μｍの厚さを有したＮｉ箔を準備した。そして、電子線蒸着法を用いてＮｉ箔の表面に１５０ｎｍの厚さを有したＡｌ層を形成し、次いで、Ａｌ層上に２ｎｍの厚さを有したＦｅ層を形成した。次に、熱ＣＶＤ法を用いて、Ｎｉ箔の表面に対してほぼ垂直に延びる複数の炭素繊維を形成した。なお、炭素繊維を形成する際の条件は、以下のように設定した。

・Ｎｉ箔を支持するステージの温度 ７２０℃
・処理空間の圧力 １．０１３×１０^５Ｐａ（大気圧）
・供給ガス 窒素ガス ５０００ｓｃｃｍ
アセチレンガス ７５ｓｃｃｍ

複数の炭素繊維が形成されたＮｉ箔の一部を直径が１４ｍｍとなるように打ち抜いた。そして、マイクロピペットを用いて８０μｌのＡｇナノメタルインク（（株）アルバック製、Ｌ−Ａｇ１Ｔ）を複数の炭素繊維に滴下した（滴下工程）。その後、Ｎｉ箔を１９０℃のホットプレート上に３０分間静置した（加熱工程）。滴下工程と加熱工程とのサイクルを３サイクル繰り返した。なお、Ａｇナノメタルインクとして、以下の組成を有したインクを用いた。これにより、試験例１のカーボンナノチューブ電極を得た。

・Ａｇ濃度 ２３質量％
・分散媒 トルエンおよびオクタン
・平均粒径 約５ｎｍ

［試験例２］
試験例１において熱ＣＶＤ法の処理時間を短くした以外は、試験例１と同様の方法によって試験例２のカーボンナノチューブ電極を得た。

［試験例３］
試験例２において熱ＣＶＤ法の処理時間を短くした以外は、試験例２と同様の方法によって試験例３のカーボンナノチューブ電極を得た。

［試験例４］
試験例３において熱ＣＶＤ法の処理時間を短くした以外は、試験例３と同様の方法によって試験例４のカーボンナノチューブ電極を得た。

［評価方法］
［カーボンナノチューブ電極の外観］
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて各試験例のカーボンナノチューブ電極を観察した。この際に、バンドルにおける第１端部、第２端部、および、炭素繊維の延在方向における中央部をそれぞれ観察した。

図４は、試験例１のカーボンナノチューブ電極を撮影したＳＥＭ画像である。図５は、試験例１のカーボンナノチューブ電極のなかで、バンドルの第１端部を撮影したＳＥＭ画像であり、図４における領域Ａを撮影したＳＥＭ画像である。図６は、試験例１のカーボンナノチューブ電極のなかで、バンドルの第２端部を撮影したＳＥＭ画像であり、図４における領域Ｂを撮影したＳＥＭ画像である。

図４が示すように、試験例１のカーボンナノチューブ電極において、複数の炭素繊維がそれぞれ延在方向、すなわち、Ｎｉ箔の表面に対する垂直方向に沿って延びていることが認められた。また、図５および図６が示すように、複数のＡｇ粒子が、延在方向における全体にわたってバンドルに担持されていることが認められた。さらに、第１端部に担持されたＡｇ粒子が、第２端部に担持されたＡｇ粒子よりも大きいことが認められた。

なお、試験例１のカーボンナノチューブ電極に限らず、試験例２から試験例４のカーボンナノチューブ電極においても、試験例１のカーボンナノチューブ電極と同等の傾向が認められた。

また、試験例３のカーボンナノチューブ電極では、複数のＡｇ粒子が有する金属光沢が、他の試験例のカーボンナノチューブ電極において複数のＡｇ粒子が有する金属光沢よりも弱いことが認められた。さらに、試験例４のカーボンナノチューブ電極では、７μｍ程度の厚さを有したＡｇの膜が、バンドルの第１端部上に形成されていることが認められた。

［炭素繊維の長さ］
各試験例のカーボンナノチューブ電極を１辺の長さが１５ｍｍであり、厚さが１ｍｍである銅板で挟むことによって、測定試料を作成した。各測定試料において、銅板間の距離を各試験例のカーボンナノチューブが備える炭素繊維の長さとして測定した。なお、炭素繊維の長さの測定には、マイクロメーターを用いた。

［接触抵抗］
各試験例の測定試料について、接触抵抗測定器（（株）インテスコ製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠した方法によって接触抵抗を測定した。接触抵抗を測定する際には、まず、測定試料に印加する荷重を３０Ｎ、４０Ｎ、５０Ｎ、７０Ｎ、１００Ｎ、および、１２５Ｎに次第に増加させ、各荷重での接触抵抗を測定した。次いで、測定試料に印加する荷重を１００Ｎ、７０Ｎ、５０Ｎ、４０Ｎ、および、３０Ｎに次第に減少させ、各荷重での接触抵抗を測定した。なお、荷重を増加させつつ接触抵抗を測定すること、および、荷重を減少させつつ接触抵抗を測定することを１回の測定とし、３回の測定における平均値を各試験例における接触抵抗として算出した。

なお、各試験例について、複数の炭素繊維が形成されたＮｉ箔の一部を直径が１４ｍｍとなるように打ち抜いたのみの試験片を準備した。そして、１辺の長さが１５ｍｍであり、厚さが１ｍｍである銅板で挟むことによって、対照測定試料を作成した。対照測定試料についても、上述した測定試料と同様の方法によって接触抵抗を測定した。

［評価結果］
［炭素繊維の長さ］
試験例１のカーボンナノチューブ電極において、炭素繊維の長さが５２８μｍであり、試験例２のカーボンナノチューブ電極において、炭素繊維の長さが４６４μｍであることが認められた。また、試験例３のカーボンナノチューブ電極において、炭素繊維の長さが２２８μｍであり、試験例４のカーボンナノチューブ電極において、炭素繊維の長さが１２７μｍであることが認められた。

［接触抵抗］
図７から図１０を参照して、接触抵抗の評価結果を説明する。なお、図７は、試験例１の評価結果を示すグラフであり、図８は、試験例２の評価結果を示すグラフである。また、図９は、試験例３の評価結果を示すグラフであり、図１０は、試験例４の評価結果を示すグラフである。

図７が示すように、試験例１では、測定試料および対照測定試料の両方において、測定試料および対照測定試料に印加する荷重を大きくするほど、接触抵抗が小さくなることが認められた。また、荷重が１２５Ｎである場合に、対照測定試料での接触抵抗が２２６ｍΩであり、測定試料での接触抵抗が２２．５ｍΩであることが認められた。このように、試験例１によれば、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持することによって、カーボンナノチューブ電極が大幅に低抵抗化されることが認められた。

図８が示すように、試験例２では、測定試料および対照測定試料の両方において、測定試料および対照測定試料に印加する荷重を大きくするほど、接触抵抗が小さくなる傾向を有することが認められた。また、荷重が１２５Ｎである場合に、対照測定試料での接触抵抗が２２８ｍΩであり、測定試料での接触抵抗が８．１ｍΩであることが認められた。このように、試験例２によれば、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持することによって、カーボンナノチューブ電極が大幅に低抵抗化されることが認められた。

図９が示すように、試験例３では、測定試料および対照測定試料の両方において、測定試料および対照測定試料に印加する荷重を大きくするほど、接触抵抗が小さくなる傾向を有することが認められた。また、荷重が１２５Ｎである場合に、対照測定試料での接触抵抗が２３３ｍΩであり、測定試料での接触抵抗が３６．６ｍΩであることが認められた。このように、試験例３によれば、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持することによって、カーボンナノチューブ電極が大幅に低抵抗化されることが認められた。

図１０が示すように、試験例４では、測定試料および対照測定試料の両方において、測定試料および対照測定試料に印加する荷重を大きくするほど、接触抵抗が小さくなる傾向を有することが認められた。また、荷重が１２５Ｎである場合に、対照測定試料での接触抵抗が２１８ｍΩであり、測定試料での接触抵抗が６．８ｍΩであることが認められた。このように、試験例４によれば、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持することによって、カーボンナノチューブ電極が大幅に低抵抗化されることが認められた。

また、試験例１から試験例４によれば、カーボンナノチューブ電極が備える炭素繊維の長さに関わらず、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持することによって、カーボンナノチューブ電極における接触抵抗が低くなることが認められた。

なお、試験例３のカーボンナノチューブ電極では、上述したように、Ａｇ粒子の金属光沢が、他の試験例におけるＡｇ粒子の金属光沢が弱いことが認められた。そのため、試験例３のカーボンナノチューブ電極では、他の試験例のカーボンナノチューブ電極に比べて、Ａｇ粒子の加熱による分散剤の脱離が不十分であると考えられる。結果として、試験例３のカーボンナノチューブ電極では、他の試験例のカーボンナノチューブ電極に比べて、対照測定対象の接触抵抗に対する測定対象の接触抵抗の減少率が低いと考えられる。

［カーボンナノチューブ電極の柔軟性］
［試験例５］
試験例１において熱ＣＶＤ法の処理時間を短くし、かつ、バンドルにＡｇ粒子を担持させない以外は、試験例１と同様の方法によって試験例５のカーボンナノチューブ電極を得た。

［評価方法］
各試験例のカーボンナノチューブ電極について、炭素繊維の長さを上述した方法によって測定した。各試験例のカーボンナノチューブ電極に対して荷重を印加する前における炭素繊維の長さを、炭素繊維における初期の長さとした。そして、接触抵抗を測定するときと同様の段階的な荷重を１回印加した後、２回印加した後、および、３回印加した後のそれぞれにおいて、各試験例のカーボンナノチューブ電極における炭素繊維の長さを測定した。

［評価結果］
各試験例のカーボンナノチューブ電極について、炭素繊維の長さを４回ずつ測定した結果は、以下の表１に示す通りであった。

表１が示すように、試験例１において、初期の長さが５５１μｍであり、１回目の印加が終了したときの長さが５３０μｍであり、２回目の印加が終了したときの長さが５１７μｍであり、３回目の印加が終了したときの長さが５１０μｍであることが認められた。

試験例２において、初期の長さが４６２μｍであり、１回目の印加が終了したときの長さが４４８μｍであり、２回目の印加が終了したときの長さが４３８μｍであり、３回目の印加が終了したときの長さが４３４μｍであることが認められた。

試験例３において、初期の長さが２７６μｍであり、１回目の印加が終了したときの長さが２５３μｍであり、２回目の印加が終了したときの長さが２５４μｍであり、３回目の印加が終了したときの長さが２５３μｍであることが認められた。

試験例４において、初期の長さが１４９μｍであり、１回目の印加が終了したときの長さが１４９μｍであり、２回目の印加が終了したときの長さが１４８μｍであり、３回目の印加が終了したときの長さが１４９μｍであることが認められた。

試験例５において、初期の長さが４８７μｍであり、１回目の印加が終了したときの長さが４８１μｍであり、２回目の印加が終了したときの長さが４８０μｍであり、３回目の印加が終了したときの長さが４７５μｍであることが認められた。

試験例５によるように、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持しない状態では、３回目の印加が終了したときでも、炭素繊維の長さが初期の長さに対する９７．５％に維持されることが認められた。これに対して、試験例１では、３回目の印加が終了したときの長さが、初期の長さに対する９３．９％であり、試験例２では、３回目の印加が終了したときの長さが、初期の長さに対する９１．６％であることが認められた。また、試験例３では、３回目の印加が終了したときの長さが、初期の長さに対する９２．７％であり、試験例４では、３回目の印加が終了したときの長さが、初期の長さに対する１００％であることが認められた。

このように、カーボンナノチューブ電極において、バンドルが複数のＡｇ粒子を担持した状態であっても、３回目の印加が終了したときの長さが、初期の長さに対する９１．６％以上に維持されることが認められた。すなわち、試験例１から試験例４のカーボンナノチューブ電極は、柔軟性を有することが認められた。

以上説明したように、カーボンナノチューブ電極、フラットケーブル、および、カーボンナノチューブの製造方法の一実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）カーボンナノチューブ１１Ａよりも抵抗が低い金属粒子１２によって各炭素繊維１１が他の炭素繊維１１と電気的に接続されるため、カーボンナノチューブ電極１０が複数の金属粒子１２を含まない場合に比べて、カーボンナノチューブ電極１０の抵抗を低くすることができる。

（２）炭素繊維１１同士が被覆部１１Ｂによって架橋されることによって、複数の炭素繊維１１における荷重に対する耐性が高くなり、かつ、複数の炭素繊維１１が、荷重から開放されたときに復元する復元力を有することができる。

（３）金属粒子１２が被覆部１１Ｂの外表面に位置するため、１つの炭素繊維１１が、その炭素繊維１１の近傍に位置する他の炭素繊維１１と金属粒子１２によって電気的に接続されやすい。そのため、カーボンナノチューブ電極１０の低抵抗化が図られやすい。

（４）炭素繊維１１に担持された金属粒子１２が、炭素繊維１１から脱離しにくい。
（５）バンドル１１Ｃの第１端部１１Ｃ１をカーボンナノチューブ電極１０の接続対象との接続端部とすることによって、カーボンナノチューブ電極１０と接続対象とがより電気的に接続されやすくなる。

（６）電極として用いることに適した低い抵抗を有するカーボンナノチューブ電極１０を得ることができる。

なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［金属粒子］
・複数の金属粒子１２において、第１端部１１Ｃ１に位置する金属粒子１２の平均径が、第２端部１１Ｃ２に位置する金属粒子１２の平均径以下であってもよい。この場合であっても、バンドル１１Ｃに複数の金属粒子１２が担持されることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

・複数の金属粒子１２は、炭素繊維１１の一部によって貫かれた金属粒子１２を含まなくてもよい。この場合であっても、バンドル１１Ｃに複数の金属粒子１２が担持されることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

［炭素繊維］
・炭素繊維１１は、カーボンナノチューブ１１Ａを覆う被覆部１１Ｂを備えなくてもよい。あるいは、複数の炭素繊維１１は、被覆部１１Ｂを備える炭素繊維１１と、被覆部１１Ｂを備えていない炭素繊維１１とを含んでもよい。この場合であってもバンドル１１Ｃに複数の金属粒子１２が担持されることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

１０…カーボンナノチューブ電極、１１…炭素繊維、１１Ａ…カーボンナノチューブ、１１Ｂ，２１Ｂ…被覆部、１１Ｃ…バンドル、１１Ｃ１，２１Ｅ１…第１端部、１１Ｃ２，２１Ｅ２…第２端部、１２…金属粒子、１３…基材、２０…フラットケーブル、２１…本体部、２１Ａ…支持部。

Claims (8)

1. 延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維であって、各炭素繊維がカーボンナノチューブを含む前記複数の炭素繊維と、
   前記複数の炭素繊維に担持された複数の金属粒子であって、前記複数の金属粒子は、前記延在方向において前記炭素繊維の全体に分散し、各炭素繊維を他の炭素繊維に電気的に接続する前記複数の金属粒子と、を備える
   カーボンナノチューブ電極。
2. 前記炭素繊維は、前記カーボンナノチューブの外表面を覆い、非晶質な炭素から形成された被覆部をさらに備え、
   各炭素繊維は、当該炭素繊維が備える前記被覆部によって、他の炭素繊維に架橋されている
   請求項１に記載のカーボンナノチューブ電極。
3. 前記複数の金属粒子は、前記被覆部の外表面に接した前記金属粒子を含む
   請求項２に記載のカーボンナノチューブ電極。
4. 前記複数の金属粒子は、前記炭素繊維の一部によって貫かれた前記金属粒子を含む
   請求項１から３のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ電極。
5. 複数の炭素繊維は、炭素繊維束を形成し、前記炭素繊維束は、前記延在方向において第１端部と第２端部とを有し、
   前記複数の金属粒子において、前記第１端部に担持された前記金属粒子の平均径が、前記第２端部に担持された金属粒子の平均径よりも大きい
   請求項１から４のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ電極。
6. 前記複数の炭素繊維における密度が１０^１０本／ｃｍ^２以上１０^１１本／ｃｍ^２以下であり、各炭素繊維の長さが１２５μｍ以上５３０μｍ以下であり、
   前記複数の炭素繊維を支持する金属製の基材をさらに備え、
   前記基材の厚さが２０μｍであり、かつ、前記複数の炭素繊維に印加した荷重が１２５Ｎである場合に、前記カーボンナノチューブ電極の抵抗が、６．５ｍΩ以上３７ｍΩ以下である
   請求項１から５のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ電極。
7. 可撓性を有し、第１端部と第２端部とを有した帯状を有する本体部と、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ電極と、を備え、
   前記カーボンナノチューブ電極は、前記第１端部と前記第２端部との少なくとも一方において、前記本体部から露出している
   フラットケーブル。
8. 延在方向に沿って延びる複数の炭素繊維であって、各炭素繊維がカーボンナノチューブを含む前記複数の炭素繊維を形成することと、
   前記複数の炭素繊維に複数の金属粒子を形成するための材料を含むインクを接触させ、その後に、前記複数の炭素繊維を加熱することによって、前記延在方向において前記炭素繊維の全体に分散し、各炭素繊維を他の前記炭素繊維に電気的に接続する複数の金属粒子を前記複数の炭素繊維に担持させることと、を含む
   カーボンナノチューブ電極の製造方法。