JP5048722B2 - Hollow heat source - Google Patents
Hollow heat source Download PDFInfo
- Publication number
- JP5048722B2 JP5048722B2 JP2009165133A JP2009165133A JP5048722B2 JP 5048722 B2 JP5048722 B2 JP 5048722B2 JP 2009165133 A JP2009165133 A JP 2009165133A JP 2009165133 A JP2009165133 A JP 2009165133A JP 5048722 B2 JP5048722 B2 JP 5048722B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- heating element
- hollow
- electrode
- heat source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Description
本発明は、中空熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した中空熱源に関するものである。 The present invention relates to a hollow heat source, and more particularly to a hollow heat source using carbon nanotubes.
熱源は、人々の生活及び科学の研究などの分野において重要な役割を果たす。例えば、電気加熱器、電気ストーブ及び赤外線治療器などに応用される。立体的な熱源は、熱源の一種であり、加熱対象の各々の部分を同時に加熱することができ、加熱する面積が大きく、加熱の均一性がよく、効率が高い。 Heat sources play an important role in areas such as people's life and scientific research. For example, it is applied to an electric heater, an electric heater, an infrared therapy device, and the like. The three-dimensional heat source is a kind of heat source, and can heat each part to be heated at the same time, has a large heating area, good heating uniformity, and high efficiency.
従来技術として、立体的な熱源は、加熱素子及び少なくとも、二つの電極を含む。該少なくとも、二つの電極は、前記加熱素子の表面に設置され、該加熱素子に電気的に接続される。前記少なくとも二つの電極によって前記加熱素子に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。従来の立体的な熱源は、金属のフィラメントを加熱素子として、電気エネルギーを熱エネルギーに転換するものである。 As a prior art, a three-dimensional heat source includes a heating element and at least two electrodes. The at least two electrodes are disposed on the surface of the heating element and are electrically connected to the heating element. When a current is passed through the heating element by the at least two electrodes, heat is released from the heating element. A conventional three-dimensional heat source converts electric energy into heat energy using a metal filament as a heating element.
しかし、前記金属のフィラメントは、強度が低く、折れやすい。特に前記金属のフィラメントを所定の角度に曲げる場合には、該金属のフィラメントがより折れやすく、寿命が短いという欠点がある。また、前記金属のフィラメントから放出された熱は、標準的な波長で外部に放射されるので、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が低く、エネルギーが浪費されるという欠点がある。該金属のフィラメントは、密度及び重量が大きいので、その利用が不便である。 However, the metal filament has low strength and is easy to break. In particular, when the metal filament is bent at a predetermined angle, the metal filament is more likely to be broken and has a short life. In addition, since the heat emitted from the metal filament is radiated to the outside at a standard wavelength, there is a disadvantage that the efficiency of converting electric energy into heat energy is low and energy is wasted. The metal filaments are inconvenient to use because of their high density and weight.
従って、本発明は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、寿命が長い中空熱源を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hollow heat source that has high efficiency in converting electric energy into heat energy and has a long lifetime.
中空熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む中空の三次元構造であり、該単一のカーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。 The hollow heat source includes a heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element. Whether the heating element has a hollow three-dimensional structure including at least one carbon nanotube film, the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are arranged isotropically. , Arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions.
中空の三次元支持体を含み、前記加熱素子が該中空の三次元支持体の表面に設置される。 Including a hollow three-dimensional support, the heating element is placed on the surface of the hollow three-dimensional support.
反射層を含み、前記加熱素子が該中空の三次元支持体の外表面に設置され、前記反射層が、前記加熱素子の、前記中空の三次元支持体と対向する面とは反対の表面に設置される。 Including a reflective layer, wherein the heating element is disposed on an outer surface of the hollow three-dimensional support, and the reflective layer is disposed on a surface of the heating element opposite to the surface facing the hollow three-dimensional support. Installed.
反射層を含み、前記加熱素子が該中空の三次元支持体の内表面に設置され、前記反射層が、前記加熱素子と前記中空の三次元支持体との間に設置されるか、又は、前記中空の三次元支持体の、前記加熱素子と対向する面とは反対の表面に設置される。 Including a reflective layer, wherein the heating element is disposed on an inner surface of the hollow three-dimensional support, and the reflective layer is disposed between the heating element and the hollow three-dimensional support, or The hollow three-dimensional support is installed on the surface opposite to the surface facing the heating element.
保護層を含み、該保護層が前記加熱素子の内表面に設置され、該加熱素子を保護することに用いられる。 A protective layer is included, and the protective layer is disposed on the inner surface of the heating element and is used to protect the heating element.
前記複数の各カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブフィルムの表面とが成す角度が、０°〜１５°である。 An angle formed by each of the plurality of carbon nanotubes and the surface of the carbon nanotube film is 0 ° to 15 °.
前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが、１マイクロメートル〜１ミリメートルである。 The carbon nanotube film has a thickness of 1 micrometer to 1 millimeter.
従来の中空熱源と比べると、本発明の中空熱源において、加熱素子が少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む中空の三次元構造であり、該単一のカーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２ ・Ｋ以下である。従って、前記中空熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。 Compared to a conventional hollow heat source, in the hollow heat source of the present invention, the heating element has a hollow three-dimensional structure including at least one carbon nanotube film, and the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes. . Since the plurality of carbon nanotubes are uniformly arranged and the heating element has a uniform thickness and resistance, the heating element can uniformly dissipate heat and convert electrical energy into thermal energy. high efficiency, heat capacity per unit area of the carbon nanotube structure is less 2 × 10 -4 J / c m 2 · K. Therefore, the hollow heat source has a high temperature increase rate, a high thermal response speed, and a high heat exchange rate.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、前記中空熱源は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記加熱素子を利用して、柔軟性の中空熱源を製造することができる。 The definitive carbon nanotubes to the heating element, excellent mechanical properties, because it has excellent toughness and good mechanical strength, the hollow heat source, excellent mechanical properties, have excellent toughness and mechanical strength, service life is long Become. Furthermore, a flexible hollow heat source can be manufactured using the heating element.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の中空熱源を製造することができ、該小型の中空熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。 Since the diameter of the definitive carbon nanotubes to the heating element is small, the heating element has a small thickness. Therefore, an extremely small hollow heat source can be manufactured, and a small element to be heated can be heated using the small hollow heat source.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（実施例１）
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、中空熱源１００を提供する。該中空熱源１００は、中空の三次元支持体１０２、加熱素子１０４、第一電極１１０、第二電極１１２及び反射層１０８を含む。前記加熱素子１０４は、前記中空の三次元支持体１０２の外表面に設置される。前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、それぞれ、前記加熱素子１０４に電気的に接続され、該加熱素子１０４を電源に電気的に接続させることに用いられる。前記反射層１０８は、前記加熱素子１０４の、前記中空の三次元支持体１０２と対向する面とは反対の表面に設置される。
Example 1
Referring to FIGS. 1 and 2, Example 1 of the present invention provides a hollow heat source 100. The hollow heat source 100 includes a hollow three-dimensional support 102, a heating element 104, a first electrode 110, a second electrode 112, and a reflective layer 108. The heating element 104 is installed on the outer surface of the hollow three-dimensional support 102. The first electrode 110 and the second electrode 112 are each electrically connected to the heating element 104 and used to electrically connect the heating element 104 to a power source. The reflective layer 108 is disposed on the surface of the heating element 104 opposite to the surface facing the hollow three-dimensional support 102.
前記中空の三次元支持体１０２は、前記加熱素子１０４を支持し、該加熱素子１０４を中空の立体構造体に形成することに用いられる。前記中空の三次元支持体１０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔らかい繊維などの柔軟性の材料であってもよい。前記中空の三次元支持体１０２は、柔軟性の材料を採用する場合、実際の応用に応じて、任意の形状に湾曲させることができる。 The hollow three-dimensional support 102 is used to support the heating element 104 and form the heating element 104 in a hollow three-dimensional structure. The material of the hollow three-dimensional support 102 may be, for example, a hard material such as ceramics, glass, resin, or quartz, or may be a flexible material such as plastic or soft fiber. The hollow three-dimensional support 102 can be bent into an arbitrary shape according to the actual application when a flexible material is employed.
本実施例において、前記中空の三次元支持体１０２は、硬性材料からなる。該中空の三次元支持体１０２は、中空の構造を有する。該中空の構造は、加熱対象の形状によって、変えることができる。前記中空の三次元支持体１０２の形状は、管形状、球形状又は直方体形状などである。本実施例において、前記中空の三次元支持体１０２は、断面の形状が環状である中空のセラミックス管である。 In this embodiment, the hollow three-dimensional support 102 is made of a hard material. The hollow three-dimensional support 102 has a hollow structure. The hollow structure can be changed depending on the shape of the object to be heated. The shape of the hollow three-dimensional support 102 is a tube shape, a spherical shape, a rectangular parallelepiped shape, or the like. In this embodiment, the hollow three-dimensional support 102 is a hollow ceramic tube having a circular cross section.
前記加熱素子１０４は、前記中空の三次元支持体１０２の内表面又は外表面に設置される。前記中空の三次元支持体１０２の内表面とは、該中空の三次元支持体１０２の、その中空の構造に面した表面である。前記中空の三次元支持体１０２の外表面とは、該中空の三次元支持体１０２の、その中空の構造に面した表面と対向する反対の表面である。本実施例において、該加熱素子１０４は、前記中空の三次元支持体１０２の外表面に設置される。前記加熱素子１０４は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体自体が接着性を有するので、それ自体の接着性を利用して、前記中空の三次元支持体１０２の外表面に接着することができる。前記カーボンナノチューブ構造体は、接着剤を利用し、前記中空の三次元支持体１０２の表面に接着することもできる。前記カーボンナノチューブ構造体は、長さ、幅及び厚さが制限されない。前記加熱素子１０４が自立構造である場合、前記中空の三次元支持体１０２がなくてもよい。 The heating element 104 is installed on the inner or outer surface of the hollow three-dimensional support 102. The inner surface of the hollow three-dimensional support 102 is a surface of the hollow three-dimensional support 102 facing the hollow structure. The outer surface of the hollow three-dimensional support 102 is the opposite surface of the hollow three-dimensional support 102 facing the surface facing the hollow structure. In this embodiment, the heating element 104 is installed on the outer surface of the hollow three-dimensional support 102. The heating element 104 includes a carbon nanotube structure, and the carbon nanotube structure itself has adhesiveness. Therefore, the heating element 104 adheres to the outer surface of the hollow three-dimensional support 102 using its own adhesiveness. be able to. The carbon nanotube structure may be bonded to the surface of the hollow three-dimensional support 102 using an adhesive. The carbon nanotube structure is not limited in length, width and thickness. When the heating element 104 has a self-supporting structure, the hollow three-dimensional support 102 may not be provided.
前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造であってもよい。自立構造とは、支持体を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立的に利用するというものである。前記自立構造のカーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続される。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。 The carbon nanotube structure may be a self-supporting structure. The self-supporting structure means that the carbon nanotube structure is used independently without using a support. The self-supporting carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are connected by an intermolecular force. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged with or without orientation. According to the arrangement method of the plurality of carbon nanotubes, the carbon nanotube structure is classified into two types: a non-oriented carbon nanotube structure and an oriented carbon nanotube structure.
本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブの中の一種又はこれらの組み合わせである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。 In the non-oriented carbon nanotube structure in the present embodiment, the carbon nanotubes are arranged or entangled along different directions. In the oriented carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged along the same direction. Alternatively, in the oriented carbon nanotube structure, when the oriented carbon nanotube structure is divided into two or more regions, a plurality of carbon nanotubes in each region are arranged along the same direction. In this case, the arrangement directions of the carbon nanotubes in different regions are different. The carbon nanotube is one or a combination of single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes. When the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, the diameter is set to 0.5 nm to 50 nm. When the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 nm to 50 nm. In the case of a nanotube, the diameter is set to 1.5 nm to 50 nm.
前記カーボンナノチューブ構造体の熱応答速度は、該カーボンナノチューブ構造体の厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体は、同じ表面積を有する場合、その厚さが厚ければ、熱応答速度が遅くなり、その厚さが薄ければ、熱応答速度が速くなる。前記カーボンナノチューブ構造体の純度が高く、該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が非常に低い場合、前記加熱素子１０４を速やかに加熱させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体の密度が低く、１．３５ｇ／ｃｍ３程度に達するので、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過性が高い。 The thermal response speed of the carbon nanotube structure is related to the thickness of the carbon nanotube structure. When the carbon nanotube structures have the same surface area, the thermal response speed is slow if the thickness is large, and the thermal response speed is fast if the thickness is thin. The purity of the carbon nanotube structure is high, and the carbon nanotube structure has a large specific surface area (for example, 100 m 2 / g or more). The heat capacity per unit area of the carbon nanotube structure is 0 (not including 0) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, and preferably 0 (not including 0) to 1.7. × 10 −6 J / cm 2 · K, and in the present example, it is 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K. When the heat capacity of the carbon nanotube structure is very low, the heating element 104 can be quickly heated. Since the density of the carbon nanotube structure is low and reaches about 1.35 g / cm 3 , the light transmittance of the carbon nanotube structure is high.
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（五）のものが挙げられる。
（一）端と端が接続されたカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図３に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが１０μｍ以下である場合、該カーボンナノチューブフィルム１４３ａの透光率が９０％以上程度に達するため、透明熱源に用いられることも可能である。
Examples of the carbon nanotube structure of the present invention include the following (1) to (5).
(1) Carbon nanotube film composed of carbon nanotubes with ends connected to each other The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film 143a shown in FIG. The carbon nanotube film 143a is obtained by pulling out from a super aligned carbon nanotube array (see Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 1). In the single carbon nanotube film 143a, the ends of the plurality of carbon nanotubes are connected along the same direction. That is, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotubes whose end portions in the length direction are connected to each other by intermolecular force. Referring to FIG. 4, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotube segments 143b. The plurality of carbon nanotube segments 143b are connected to each other by an intermolecular force along the length direction. Each carbon nanotube segment 143b includes a plurality of carbon nanotubes 145 connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the plurality of carbon nanotubes 145 have the same length. By soaking the carbon nanotube film 143a in an organic solvent, the toughness and mechanical strength of the carbon nanotube film 143a can be increased. The carbon nanotube film 143a has a width of 100 μm to 10 cm and a thickness of 0.5 nm to 100 μm. When the thickness of the carbon nanotube film 143a is 10 μm or less, the transmissivity of the carbon nanotube film 143a reaches about 90% or more, so that it can be used as a transparent heat source.
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく同一面に並列されることもできる。 The carbon nanotube structure may include a plurality of stacked carbon nanotube films. In this case, the adjacent carbon nanotube films are bonded by intermolecular force. The carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect each other at an angle of 0 ° to 90 °. When the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films intersect at an angle of 0 ° or more, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube structure. Alternatively, the plurality of carbon nanotube films may be juxtaposed on the same surface without a gap.
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。 The method for manufacturing the carbon nanotube film includes the following steps.
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイであり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。 In the first step, a carbon nanotube array is provided. The carbon nanotube array is a super aligned carbon nanotube array, and a chemical vapor deposition method is adopted as a method of manufacturing the super aligned carbon nanotube array. The manufacturing method includes the following steps. In step (a), a flat substrate is provided, and the substrate is any one of a P-type silicon substrate, an N-type silicon substrate, and a silicon substrate on which an oxide layer is formed. In this embodiment, it is preferable to select a 4-inch silicon substrate. In step (b), a catalyst layer is uniformly formed on the surface of the substrate. The material of the catalyst layer is any one of iron, cobalt, nickel and two or more alloys thereof. In step (c), the substrate on which the catalyst layer has been formed is annealed with air at 700 ° C. to 900 ° C. for 30 minutes to 90 minutes. In step (d), the annealed substrate is placed in a reaction furnace, heated with a protective gas at a temperature of 500 ° C. to 740 ° C., and then a carbon-containing gas is introduced to react for 5 to 30 minutes Thus, it is possible to grow a super aligned carbon nanotube array (Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 1). The carbon nanotube array has a height of 100 micrometers or more. The carbon nanotube array is composed of a plurality of carbon nanotubes that grow parallel to each other and perpendicular to the substrate. Since the carbon nanotubes are long, the carbon nanotubes are partially entangled with each other. By controlling the growth conditions, the carbon nanotube array does not contain impurities such as amorphous carbon and remaining metal particles as a catalyst.
前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。 As the gas containing carbon, for example, active hydrocarbons such as acetylene, ethylene, and methane are selected, and ethylene is preferably selected. The protective gas is nitrogen gas or inert gas, preferably argon gas.
前記カーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造されてもよい。 The carbon nanotube array is not limited to be manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by an arc discharge method or a laser evaporation method.
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。 In the second step, at least one carbon nanotube film is stretched from the carbon nanotube array. First, using a tool such as tweezers, a plurality of carbon nanotube ends are provided. For example, a plurality of carbon nanotube ends are used by using a tape having a certain width. Next, the plurality of carbon nanotubes are pulled out at a predetermined speed to form a continuous carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotube segments.
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルムが形成される。 In the step of drawing out the plurality of carbon nanotubes, when the plurality of carbon nanotubes are detached from the base material, the carbon nanotube segments are joined to each other by an intermolecular force to form a continuous carbon nanotube film. .
（二）カーボンナノチューブの長さが基本的に同じで、平行に配列されたカーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図５に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ｎｍ〜１００μｍである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は０μｍ〜５μｍである。前記距離が０μｍである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムにおける各々の前記カーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブ１４５に結節がない。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは１０μｍである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０ｃｍである。
(2) Carbon nanotube films whose carbon nanotubes have basically the same length and are arranged in parallel, the carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film shown in FIG. The single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes having substantially the same length. In the single carbon nanotube film, the plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel along the same direction. The thickness of the single carbon nanotube film is 10 nm to 100 μm. The plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel to the surfaces of the plurality of carbon nanotube films, respectively. Adjacent carbon nanotubes are separated and installed at a predetermined distance. The distance is 0 μm to 5 μm. When the distance is 0 μm, the adjacent carbon nanotubes are connected by intermolecular force. The length of each carbon nanotube in the carbon nanotube film is the same as the length of the carbon nanotube film. The length of the single carbon nanotube is 1 cm or more, and preferably 1 cm to 30 cm. Further, each carbon nanotube 145 has no nodules. In the present embodiment, the carbon nanotube film has a thickness of 10 μm. The length of the single carbon nanotube 145 is 10 cm.
前記カーボンナノチューブ構造体が、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムのみを含む場合、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚の積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度αは、０°〜９０°である。少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。 When the carbon nanotube structure includes only one carbon nanotube film, both ends of the carbon nanotube in the carbon nanotube film are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively. When the carbon nanotube structure includes a plurality of stacked carbon nanotube films, an angle α formed by the carbon nanotubes between adjacent carbon nanotube films is 0 ° to 90 °. Both ends of the carbon nanotubes in the at least one carbon nanotube film are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively.
（三）カーボンナノチューブが等方的、または同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは、図６又は図７に示される。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
(3) Carbon nanotube film in which carbon nanotubes are arranged isotropically or along the same direction The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. The carbon nanotube film is shown in FIG. 6 or FIG. The plurality of carbon nanotubes in the single carbon nanotube film are arranged isotropically, arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions. The carbon nanotube film has a sheet-like self-supporting structure formed by pressing the carbon nanotube array by applying a predetermined pressure by using a pushing tool and depressing the carbon nanotube array with the pressure. is there. The arrangement direction of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is determined by the shape of the pushing device and the pushing direction of the carbon nanotube array.
図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。 Referring to FIG. 6, the carbon nanotubes in a single carbon nanotube film are arranged without being oriented. The carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged isotropically. Adjacent carbon nanotubes attract each other by intermolecular force and connect. The carbon nanotube structure has planar isotropy. The carbon nanotube film is formed by pressing the carbon nanotube array along a direction perpendicular to the substrate on which the carbon nanotube array is grown using a pressing device having a flat surface.
図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。 Referring to FIG. 7, the carbon nanotubes in a single carbon nanotube film are aligned and arranged. The carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction. When the carbon nanotube array is simultaneously pressed along the same direction using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in the same direction is formed. In addition, when the carbon nanotube array is simultaneously pressed along different directions using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in a selective direction along the different directions Is formed.
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。該カーボンナノチューブフィルムの厚さが１マイクロメートル〜１ミリメートルであることが好ましい。 The degree of inclination of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is related to the pressure applied to the carbon nanotube array. The carbon nanotubes in the carbon nanotube film and the surface of the carbon nanotube film form an angle α, and the angle α is not less than 0 ° and not more than 15 °. Preferably, the carbon nanotubes in the carbon nanotube film are parallel to the surface of the carbon nanotube film. The greater the pressure, the greater the degree of tilt. The thickness of the carbon nanotube film is related to the height of the carbon nanotube array and the pressure applied to the carbon nanotube array. That is, as the height of the carbon nanotube array increases and the pressure applied to the carbon nanotube array decreases, the thickness of the carbon nanotube film increases. On the contrary, as the height of the carbon nanotube array becomes smaller and as the pressure applied to the carbon nanotube array becomes larger, the thickness of the carbon nanotube film becomes smaller. The carbon nanotube film preferably has a thickness of 1 micrometer to 1 millimeter.
（四）綿毛構造のカーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図８及び図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであると好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
(4) Fluffy carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. 8 and 9, in the single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are entangled and isotropically arranged. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are uniformly distributed. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented. The length of the single said carbon nanotube is 100 nm or more, and it is preferable in it being 100 nm-10 cm. The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. The plurality of carbon nanotubes are close to each other by intermolecular force and entangled with each other to form a carbon nanotube net. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented to form many minute holes. Here, the diameter of the single minute hole is 10 μm or less. Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are arranged so as to be entangled with each other, the carbon nanotube structure is excellent in flexibility and can be formed to be bent into an arbitrary shape. Depending on the application, the length and width of the carbon nanotube structure can be adjusted. The carbon nanotube structure has a thickness of 0.5 nm to 1 mm.
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。 The method for producing the carbon nanotube film includes the following steps.
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（カーボンナノチューブアレイ等）を提供する。 In the first step, a carbon nanotube raw material (such as a carbon nanotube array) is provided.
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料（カーボンナノチューブアレイ等）が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブ原料（カーボンナノチューブアレイ等）においては、該カーボンナノチューブの長さは、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであることが好ましい。 The carbon nanotubes are peeled from the base material with a tool such as a knife to form a carbon nanotube raw material (carbon nanotube array or the like). The carbon nanotubes are intertwined with each other to some extent. In the carbon nanotube raw material (carbon nanotube array or the like), the length of the carbon nanotube is 10 micrometers or more, and preferably 200 micrometers to 900 micrometers.
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料（カーボンナノチューブアレイ等）を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料（カーボンナノチューブアレイ等）を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。 In the second step, the carbon nanotube raw material (carbon nanotube array or the like) is immersed in a solvent, and the carbon nanotube raw material (carbon nanotube array or the like) is processed to form a fluffy carbon nanotube structure.
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。 After the carbon nanotube raw material is immersed in the solvent, the carbon nanotube is formed into a fluff structure by a method such as ultrasonic dispersion, high intensity stirring or vibration. The solvent is water or a volatile organic solvent. Treatment is performed for 10 to 30 minutes with respect to the solvent containing carbon nanotubes by an ultrasonic dispersion method. Since the carbon nanotube has a large specific surface area and a large intermolecular force is generated between the carbon nanotubes, the carbon nanotubes are entangled and formed into a fluff structure.
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。 In the third step, the solution containing the fluff structure carbon nanotube structure is filtered to take out the final fluff structure carbon nanotube structure.
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１０を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。 First, provide a funnel with filter paper. When the solvent containing the fluffy carbon nanotube structure is applied to the funnel on which the filter paper is placed and then left standing for a while to dry, the fluffy carbon nanotube structure is separated. Referring to FIG. 10, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure having the fluff structure are entangled with each other to form an irregular fluff structure.
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱し、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図８と図９に示す綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。 The separated fluff structure carbon nanotube structure is placed in a container, the fluff structure carbon nanotube structure is expanded into a predetermined shape, and a predetermined pressure is applied to the expanded fluff structure carbon nanotube structure, When the solvent remaining in the fluffy carbon nanotube structure is heated or the solvent spontaneously evaporates, the fluffy carbon nanotube film shown in FIGS. 8 and 9 is formed.
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。 The thickness and surface density of the fluffy carbon nanotube film can be controlled by the area where the fluffy carbon nanotube structure is developed. That is, the fluff-structured carbon nanotube structure having a certain volume has a smaller thickness and areal density of the fluff-structured carbon nanotube film as the developed area increases.
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。 In addition, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed using a microporous film and an air pump funnel. Specifically, a microporous membrane and an air pump funnel are provided, and the solvent containing the fluff-structured carbon nanotube structure is passed through the microporous membrane to the air pump funnel, and then extracted to the air pump funnel and dried. As a result, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed. The microporous film has a smooth surface. In the microporous membrane, the diameter of a single micropore is 0.22 micrometers. Since the microporous membrane has a smooth surface, the carbon nanotube film can be easily peeled off from the microporous membrane. Furthermore, since air pressure is applied to the fluffy carbon nanotube film by using the air pump, a uniform fluffy carbon nanotube film can be formed.
（五）セグメントを有するカーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、一つのカーボンナノチューブフィルムのセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおける全てのカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って並列されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおいて、少なくとも一本のカーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの全長と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの一つの寸法は、前記カーボンナノチューブの長さによって制限されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
(5) Carbon nanotube film having segments The carbon nanotube structure includes a segment of one carbon nanotube film. All the carbon nanotubes in the segments of the carbon nanotube film are parallel to each other and arranged in parallel along a predetermined direction. In the segment of the carbon nanotube film, the length of at least one carbon nanotube is the same as the total length of the segment of the carbon nanotube film. Accordingly, one dimension of the carbon nanotube film segment is limited by the length of the carbon nanotube. The carbon nanotube structure may include a plurality of laminated carbon nanotube film segments. In this case, the adjacent segments of the carbon nanotube film are bonded by intermolecular force. The thickness of the segment of the carbon nanotube film is 0.5 nm to 100 μm.
本実施例において、前記加熱素子１０４は、積層された百枚のカーボンナノチューブフィルムである。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力で緊密に接続される。図３と図４を参照すると、各々のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブ１４５を含む。前記加熱素子１０４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が垂直する。前記カーボンナノチューブ構造体自体が接着性を有するので、それ自体の接着性を利用して、前記中空の三次元支持体１０２の外表面を被覆することができる。 In this embodiment, the heating element 104 is a stack of hundred carbon nanotube films. Adjacent carbon nanotube films are closely connected by intermolecular forces. Referring to FIGS. 3 and 4, each carbon nanotube film 143a includes carbon nanotubes 145 connected end to end and arranged along the same direction. In the heating element 104, the arrangement direction of the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube film is vertical. Since the carbon nanotube structure itself has adhesiveness, the outer surface of the hollow three-dimensional support 102 can be coated using the adhesiveness of the carbon nanotube structure itself.
前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、導電材料からなり、前記第一電極１１０及び前記第二電極の形状は制限されず、導電フィルム、導電シート又はリード線であってもよい。前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、構造と材料が制限されず、電流を前記加熱素子１０４に流すための機能を確保してもよい。極めて小型の立体的な熱源に応用される場合には、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２が導電フィルムであることが好ましく、該導電フィルムの厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。該導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の少なくとも一枚の図３又は図５に示すカーボンナノチューブフィルムである。 The first electrode 110 and the second electrode 112 are made of a conductive material, and the shapes of the first electrode 110 and the second electrode are not limited, and may be a conductive film, a conductive sheet, or a lead wire. The first electrode 110 and the second electrode 112 are not limited in structure and material, and may have a function for causing a current to flow through the heating element 104. When applied to an extremely small three-dimensional heat source, the first electrode 110 and the second electrode 112 are preferably conductive films, and the thickness of the conductive film is 0.5 nanometer to 100 micrometers. Meter. The material of the conductive film is a metal, an alloy, an indium tin oxide (ITO) film, antimony tin oxide (ATO), a silver paste, a conductive polymer, or a carbon nanotube structure. The metal is aluminum, copper, tungsten, molybdenum, gold, titanium, neodymium, palladium, cesium, or the like. The alloy is an alloy of the metal. The carbon nanotube structure is the at least one carbon nanotube film shown in FIG. 3 or FIG.
前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、間隔を置いて前記加熱素子１０４の同一表面又は異なる表面に設置され、該加熱素子１０４に電気的に接続される。前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、導電接着剤で前記加熱素子１０４の表面に接着してもよく、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２を前記加熱素子１０４に電気的に接続させると同時に、該加熱素子１０４の表面によく固定させる。前記導電接着剤は、銀ペーストである。 The first electrode 110 and the second electrode 112 are disposed on the same surface or different surfaces of the heating element 104 at an interval, and are electrically connected to the heating element 104. The first electrode 110 and the second electrode 112 may be bonded to the surface of the heating element 104 with a conductive adhesive, and the first electrode 110 and the second electrode 112 are electrically connected to the heating element 104. At the same time as the connection, the surface of the heating element 104 is well fixed. The conductive adhesive is a silver paste.
本実施例において、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、積層された複数の図３を示すようなカーボンナノチューブフィルムであり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、配列されている。前記加熱素子１０４における前記カーボンナノチューブ構造体が接着性を有し、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２におけるカーボンナノチューブフィルムも接着性を有するので、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２は、直接前記加熱素子１０４の外表面に接着されることができる。前記加熱素子１０４のカーボンナノチューブ構造体における少なくとも一部のカーボンナノチューブを、前記第一電極１１０から前記第二電極１１２に向かう方向に沿って配列させ、その端部をそれぞれ、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２に電気的に接続させる。 In the present embodiment, the first electrode 110 and the second electrode 112 are stacked carbon nanotube films as shown in FIG. 3, and the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films are along the same direction. It is arranged. Since the carbon nanotube structure in the heating element 104 has adhesiveness, and the carbon nanotube film in the first electrode 110 and the second electrode 112 also has adhesiveness, the first electrode 110 and the second electrode 112 Can be directly adhered to the outer surface of the heating element 104. At least some of the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure of the heating element 104 are arranged along the direction from the first electrode 110 to the second electrode 112, and ends thereof are respectively connected to the first electrode 110 and the first electrode 110. The second electrode 112 is electrically connected.
前記反射層１０８は、前記加熱素子１０４から放出された熱を反射し、該熱を前記中空の三次元支持体１０２の中空の構造に放出させ、加熱効率を高めることに用いられる。前記加熱素子１０４が前記中空の三次元支持体１０２の内表面に設置される場合、前記反射層１０８は、前記中空の三次元支持体１０２と前記加熱素子１０４の間に設置してもよく、前記中空の三次元支持体１０２の外表面に設置してもよい。前記加熱素子１０４が前記中空の三次元支持体１０２の外表面に設置される場合、前記反射層１０８は、前記加熱素子１０４の、前記中空の三次元支持体１０２と対向する面とは反対の表面に設置される。前記反射層１０８は、材料が、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。 The reflective layer 108 is used to reflect the heat released from the heating element 104 and release the heat to the hollow structure of the hollow three-dimensional support 102 to increase the heating efficiency. When the heating element 104 is installed on the inner surface of the hollow three-dimensional support 102, the reflective layer 108 may be installed between the hollow three-dimensional support 102 and the heating element 104, You may install in the outer surface of the said hollow three-dimensional support body 102. FIG. When the heating element 104 is installed on the outer surface of the hollow three-dimensional support 102, the reflective layer 108 is opposite to the surface of the heating element 104 that faces the hollow three-dimensional support 102. Installed on the surface. The reflective layer 108 is made of an insulating material such as metal oxide, metal salt, and ceramics.
本実施例において、前記加熱素子１０４が前記中空の三次元支持体１０２の外表面に設置されるので、前記反射層１０８は、前記加熱素子１０４の前記中空の三次元支持体１０２と対向する面とは反対の表面に設置される。即ち、前記加熱素子１０４は、前記中空の三次元支持体１０２と前記反射層１０８との間に設置される。前記反射層１０８は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さは、１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。勿論、前記反射層１０８を設置しなくてもよい。これによって、前記中空熱源１００の加熱方向が制限されず、前記中空熱源１００の内表面又は外表面から熱を放出することができる。 In this embodiment, since the heating element 104 is installed on the outer surface of the hollow three-dimensional support 102, the reflective layer 108 is a surface facing the hollow three-dimensional support 102 of the heating element 104. It is installed on the opposite surface. That is, the heating element 104 is installed between the hollow three-dimensional support 102 and the reflective layer 108. The reflective layer 108 is an aluminum oxide film and has a thickness of 100 micrometers to 0.5 millimeters. Of course, the reflective layer 108 may not be provided. Accordingly, the heating direction of the hollow heat source 100 is not limited, and heat can be released from the inner surface or the outer surface of the hollow heat source 100.
図１１を参照すると、前記中空熱源１００は、複数の第一電極１１０及び複数の第二電極１１２を含んでもよい。該複数の第一電極１１０及び複数の第二電極１１２は、間隔を置いて前記加熱素子１０４の、前記中空の三次元支持体１０２と対向する面とは反対の表面に設置され、それぞれ、該加熱素子１０４に電気的に接続される。前記複数の第一電極１１０及び複数の第二電極１１２は、交互に間隔を置いて、設置される。即ち、隣接する二つの前記第一電極１１０の間に前記第二電極１１２が設置され、隣接する二つの前記第二電極１１２の間に前記第一電極１１０が設置される。前記複数の第一電極１１０は、リード線（図に示せず）により電気的に接続され、前記複数の第二電極１１２は、リード線（図に示せず）により電気的に接続され、隣接する二つの前記電極の間の距離が同じで、平行に設置される。 Referring to FIG. 11, the hollow heat source 100 may include a plurality of first electrodes 110 and a plurality of second electrodes 112. The plurality of first electrodes 110 and the plurality of second electrodes 112 are disposed on the surface of the heating element 104 opposite to the surface facing the hollow three-dimensional support 102 at intervals, respectively, It is electrically connected to the heating element 104. The plurality of first electrodes 110 and the plurality of second electrodes 112 are installed at alternately spaced intervals. That is, the second electrode 112 is installed between two adjacent first electrodes 110, and the first electrode 110 is installed between two adjacent second electrodes 112. The plurality of first electrodes 110 are electrically connected by lead wires (not shown), and the plurality of second electrodes 112 are electrically connected by lead wires (not shown) and are adjacent to each other. The distance between the two electrodes is the same and they are installed in parallel.
前記加熱素子１０４とするカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブフィルムに制限されず、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造を含んでもよい。 The carbon nanotube structure used as the heating element 104 is not limited to the carbon nanotube film, and may include at least one carbon nanotube linear structure.
前記カーボンナノチューブ線状構造は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であり、０（０は含まず）〜５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１μｍ〜１ｃｍであることが好ましい。該カーボンナノチューブ線状構造が二本以上のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、各々のカーボンナノチューブワイヤが平行に配列され、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１２に示すように）又は各々のカーボンナノチューブワイヤが、螺旋状に配列され、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１３に示すように）。即ち、図１２を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブ線状構造１６０の長手方向に沿って、配列される。図１３を参照すると、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、前記線状構造１７０の軸向に沿って、螺旋状に配列される。 The carbon nanotube linear structure includes at least one carbon nanotube wire. The heat capacity of one carbon nanotube wire is 2 × 10 −4 J / cm 2 · K or less, preferably 0 (not including 0) to 5 × 10 −5 J / cm 2 · K. . The diameter of one carbon nanotube wire is 4.5 nm to 1 cm, and preferably 1 μm to 1 cm. When the carbon nanotube linear structure includes two or more carbon nanotube wires, each carbon nanotube wire is arranged in parallel to form a non-twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 12) or Each carbon nanotube wire is spirally arranged to form a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 13). That is, referring to FIG. 12, the carbon nanotube wires 161 in the non-twisted carbon nanotube linear structure 160 are arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure 160. Referring to FIG. 13, the carbon nanotube wires 171 in the twisted carbon nanotube linear structure 170 are spirally arranged along the axial direction of the linear structure 170.
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１及び、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、それぞれ非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１４に示すように）又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５に示すように）である。 The carbon nanotube wire 161 in the non-twisted carbon nanotube linear structure 160 and the carbon nanotube wire 171 in the twisted carbon nanotube linear structure 170 are respectively non-twisted carbon nanotube wires (as shown in FIG. 14). ) Or twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 15).
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、２０マイクロメートル〜２ミリメートルであり、該直径の大きさが前記カーボンナノチューブワイヤの数量及びその直径に関係がある。前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きいほど、数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が大きくなる。これとは逆に、前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さいほど、数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が小さくなる。 The diameter of the carbon nanotube linear structure is 20 micrometers to 2 millimeters, and the size of the diameter is related to the number of the carbon nanotube wires and the diameter thereof. The larger the carbon nanotube wire diameter and the larger the number, the larger the diameter of the carbon nanotube linear structure. On the contrary, the smaller the carbon nanotube wire diameter and the smaller the number, the smaller the diameter of the carbon nanotube linear structure.
図１４を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で処理して、得られたものである。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、その長手方向に沿って、配列し、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。図１５を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。 Referring to FIG. 14, the non-twisted carbon nanotube wire is obtained by treating a carbon nanotube film drawn from a carbon nanotube array with an organic solvent. The non-twisted carbon nanotube wire includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the longitudinal direction and connected end to end. In this case, one carbon nanotube wire includes a plurality of carbon nanotube segments (not shown) connected end to end. The carbon nanotube segments have the same length and width. Further, a plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel in each of the carbon nanotube segments. The plurality of carbon nanotubes are arranged parallel to the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one non-twisted carbon nanotube wire is 0.5 nm to 100 μm. Referring to FIG. 15, the non-twisted carbon nanotube wire can be twisted to form a twisted carbon nanotube wire. Here, the plurality of carbon nanotubes are arranged in a spiral shape around the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 0.5 nm to 100 μm.
前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されるので、該カーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。 Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube wire are oriented and arranged, the carbon nanotubes in the carbon nanotube linear structure made of the carbon nanotube wire are oriented and arranged.
また、前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを揮発性有機溶剤で処理してもよい。前記揮発性有機溶剤の表面力の作用で前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に接続されるので、該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、大きな密度、優れた機械強度及び優れた強靭性を有する。 Further, the twisted carbon nanotube wire may be treated with a volatile organic solvent. Adjacent carbon nanotubes in the twisted carbon nanotube wire are tightly connected by intermolecular force due to the action of the surface force of the volatile organic solvent, so that the twisted carbon nanotube wire has a small diameter and specific surface area. It has a large density, excellent mechanical strength and excellent toughness.
前記カーボンナノチューブ構造体が、一つの前記カーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造が平行に配列され、又は交叉して配列される。前記平行に配列された隣接するカーボンナノチューブ線状構造の間の距離は、０マイクロメートル〜３０マイクロメートルである。前記交叉して配列されたカーボンナノチューブ線状構造の交叉する角度は、制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造の設置する方式が制限されず、均一な加熱素子１０４を形成することができることを確保してもよい。 When the carbon nanotube structure includes one carbon nanotube linear structure, both ends of the carbon nanotube in the carbon nanotube linear structure are electrically connected to the first electrode 110 and the second electrode 112, respectively. Is done. When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube linear structures, the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged in parallel or crossed. The distance between the adjacent carbon nanotube linear structures arranged in parallel is 0 to 30 micrometers. The crossing angle of the crossed carbon nanotube linear structure is not limited. The method of installing each of the carbon nanotube linear structures is not limited, and it may be ensured that a uniform heating element 104 can be formed.
図１６を参照すると、前記加熱素子１０４が一本のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該カーボンナノチューブ線状構造が前記中空の三次元支持体１０２の外表面に巻き付けられ、該カーボンナノチューブ線状構造の両端がそれぞれ、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１２に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１３に示すように）である。また、前記カーボンナノチューブ線状構造は、一本のカーボンナノチューブワイヤだけを含んでもよい。 Referring to FIG. 16, the heating element 104 includes a single carbon nanotube linear structure, and the carbon nanotube linear structure is wound around the outer surface of the hollow three-dimensional support 102. Are electrically connected to the first electrode 110 and the second electrode 112, respectively. The carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 12) or a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 13). The carbon nanotube linear structure may include only one carbon nanotube wire.
図１７を参照すると、前記加熱素子１０４が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該複数のカーボンナノチューブ線状構造は交叉して配列されている。例えば、一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は平行に配列され、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２に電気的に接続され、他の一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は、前記第一電極１１０及び前記第二電極１１２に電気的に接続された前記カーボンナノチューブ線状構造に、垂直に配列される。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１２に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１３に示すように）である。 Referring to FIG. 17, the heating element 104 includes a plurality of carbon nanotube linear structures, and the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged so as to cross each other. For example, some of the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged in parallel, and are electrically connected to the first electrode 110 and the second electrode 112, and the other part of the plurality of carbon nanotube linear structures. Are vertically arranged in the carbon nanotube linear structure electrically connected to the first electrode 110 and the second electrode 112. The carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 12) or a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 13).
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルムとカーボンナノチューブ線状構造との複合構造であってもよい。前記カーボンナノチューブ線状構造が前記カーボンナノチューブフィルムに設置され、加熱素子１０４を形成する。 The carbon nanotube structure may be a composite structure of a carbon nanotube film and a carbon nanotube linear structure. The carbon nanotube linear structure is installed on the carbon nanotube film to form a heating element 104.
また、前記第一電極１１０及び第二電極１１２は、前記カーボンナノチューブ線状構造であってもよい。 Further, the first electrode 110 and the second electrode 112 may have the carbon nanotube linear structure.
本実施例は、前記中空熱源１００を利用し、加熱対象を加熱する方法を提供する。 The present embodiment provides a method for heating a heating target using the hollow heat source 100.
まず、加熱対象を提供する。 First, an object to be heated is provided.
次に、前記加熱対象を前記中空熱源１００の中空の構造の内部に置く。 Next, the heating target is placed inside the hollow structure of the hollow heat source 100.
前記中空熱源１００の第一電極１１０及び第二電極１１２を電圧が１０ボルト〜２０ボルトである電源（図示せず）に電気的に接続すると、該中空熱源１００は、波長が長い電磁波を放出することができる。温度測量器具で測ると、前記中空熱源１００における加熱素子１４０の表面温度が５０℃〜５００℃に上昇し、前記加熱対象を加熱することが分かる。これによって、前記カーボンナノチューブ構造体は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高いことが分かる。前記加熱素子１０４の表面の熱が熱輻射で前記加熱対象に伝わるので、該加熱対象を均一的に加熱することができる。 When the first electrode 110 and the second electrode 112 of the hollow heat source 100 are electrically connected to a power source (not shown) having a voltage of 10 to 20 volts, the hollow heat source 100 emits an electromagnetic wave having a long wavelength. be able to. When measured with a temperature measuring instrument, it can be seen that the surface temperature of the heating element 140 in the hollow heat source 100 rises to 50 ° C. to 500 ° C. and heats the object to be heated. Accordingly, it can be seen that the carbon nanotube structure has high efficiency in converting electric energy into heat energy. Since the heat of the surface of the heating element 104 is transmitted to the object to be heated by heat radiation, the object to be heated can be uniformly heated.
前記加熱対象が、前記中空熱源１００に直接接触し、又は、前記中空熱源１００と所定の距離を置いて設置されてもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波を利用して、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子１０４の寸法及び該加熱素子１０４に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子１０４から放出された熱を制御することができる。前記電圧が一定である場合、前記加熱素子１０４の厚さを変換させることにより、前記加熱素子１０４から放出した電磁波の波長を調整することができる。即ち、前記加熱素子１０４が厚くなるほど、前記加熱素子１０４から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１０４の厚さが一定である場合、前記加熱素子１０４に印加された電圧が大きくなるほど、記加熱素子１０４から放出した電磁波の波長は短くなる。従って、前記中空熱源１０を簡単に制御することができる。 The heating object may be installed in direct contact with the hollow heat source 100 or at a predetermined distance from the hollow heat source 100. The heating target is heated using electromagnetic waves emitted from the carbon nanotube structure. By controlling the dimensions of the heating element 104 and the voltage applied to the heating element 104, the heat released from the heating element 104 can be controlled. When the voltage is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 104 can be adjusted by changing the thickness of the heating element 104. That is, the thicker the heating element 104, the shorter the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 104. When the thickness of the heating element 104 is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 104 becomes shorter as the voltage applied to the heating element 104 increases. Therefore, the hollow heat source 10 can be easily controlled.
（実施例２）
図１８、図１９及び図２０を参照すると、本実施例は、中空熱源２００を提供する。本実施例の中空熱源２００は、加熱素子２０４、反射層２０８、二つの第一電極２１０及び二つの第二電極２１２を含む。前記加熱素子２０４は、中空の直方体に形成されるカーボンナノチューブ構造体であり、該カーボンナノチューブ構造体が上述のカーボンナノチューブ構造体のいずれかの一種である。前記二つの第一電極２１０及び前記二つの第二電極２１２は、それぞれ、前記中空の直方体の中空の構造の各々の側面が接合する位置に設置され、前記加熱素子２０４に電気的に接続される。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２は、前記加熱素子２０４を支持する役割を果たす。前記反射層２０８は、前記加熱素子２０４の、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２と対向する面とは反対の表面に設置される。
(Example 2)
Referring to FIGS. 18, 19, and 20, the present embodiment provides a hollow heat source 200. The hollow heat source 200 according to this embodiment includes a heating element 204, a reflective layer 208, two first electrodes 210, and two second electrodes 212. The heating element 204 is a carbon nanotube structure formed in a hollow rectangular parallelepiped, and the carbon nanotube structure is one of the carbon nanotube structures described above. The two first electrodes 210 and the two second electrodes 212 are respectively installed at positions where the side surfaces of the hollow rectangular parallelepiped hollow structure are joined, and are electrically connected to the heating element 204. . The first electrode 210 and the second electrode 212 serve to support the heating element 204. The reflective layer 208 is disposed on the surface of the heating element 204 opposite to the surface facing the first electrode 210 and the second electrode 212.
前記中空熱源２００において、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の数量が制限されず、該第一電極２１０及び該第二電極２１２が所定の形状に並べて、上述のカーボンナノチューブ構造体を前記所定の形状に並べられた前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２に巻き付け、中空の加熱素子２０４を形成しさえすればよい。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２は、電流を前記カーボンナノチューブ構造体に流すと同時に、該カーボンナノチューブ構造体を支持することに用いられる。 In the hollow heat source 200, the number of the first electrode 210 and the second electrode 212 is not limited, the first electrode 210 and the second electrode 212 are arranged in a predetermined shape, and the above-described carbon nanotube structure is It is only necessary to wrap around the first electrode 210 and the second electrode 212 arranged in a predetermined shape to form a hollow heating element 204. The first electrode 210 and the second electrode 212 are used to support the carbon nanotube structure at the same time as a current flows through the carbon nanotube structure.
（実施例３）
図２１と図２２を参照すると、本実施例は、中空熱源３００を提供する。本実施例の中空熱源３００は、中空の三次元支持体３０２、加熱素子３０４、第一電極３１０、第二電極３１２、反射層３０８及び保護層３０９を含む。前記反射層３０８は、前記中空の三次元支持体３０２の内表面に設置される。前記加熱素子３０４は、前記反射層３０８の、前記中空の三次元支持体３０２と対向する面とは反対の表面に設置される。前記保護層３０９は、前記加熱素子３０４の、前記反射層３０８と対向する面とは反対の表面に設置される。前記第一電極３１０及び前記第二電極３１２は、それぞれ、前記加熱素子３０４と前記反射層３０８との間に設置され、該加熱素子３０４に電気的に接続され、該加熱素子３０４を電源に電気的に接続させる。
(Example 3)
Referring to FIGS. 21 and 22, the present embodiment provides a hollow heat source 300. The hollow heat source 300 of this embodiment includes a hollow three-dimensional support 302, a heating element 304, a first electrode 310, a second electrode 312, a reflective layer 308, and a protective layer 309. The reflective layer 308 is installed on the inner surface of the hollow three-dimensional support 302. The heating element 304 is installed on the surface of the reflective layer 308 opposite to the surface facing the hollow three-dimensional support 302. The protective layer 309 is disposed on the surface of the heating element 304 opposite to the surface facing the reflective layer 308. The first electrode 310 and the second electrode 312 are respectively disposed between the heating element 304 and the reflective layer 308, and are electrically connected to the heating element 304. The heating element 304 is electrically connected to a power source. Connect.
本実施例において、前記中空の三次元支持体３０２は、中空の半楕円球体であり、該中空の半楕円球体が中空の構造を有する。前記反射層３０８は、前記中空の半楕円球体の、その中空の構造に面した表面に設置される。前記加熱素子３０４は、上述のカーボンナノチューブ構造体のいずれかの一種であり、前記反射層３０８の、前記中空の半楕円球体と対向する面とは反対の表面を覆う。前記第一電極３１０は、前記加熱素子３０４の底部の、前記反射層３０８と接触する表面に設置され、該加熱素子３０４に電気的に接続される。前記第二電極３１２は、環状であり、前記加熱素子３０４の開口部の、前記反射層３０８と接触する表面に設置され、該加熱素子３０４に電気的に接続される。前記保護層３０９は、塗布又はスパッタリンク法を利用し、前記加熱素子３０４の、前記反射層３０８と対向する面とは反対の表面に形成される。前記保護層の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができ、該保護層の厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであることが好ましい。前記保護層は、前記中空熱源３００を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子３０４に付着することを防止し、該加熱素子３０４を保護することに用いられる。前記中空の三次元支持体３０２は、加熱対象を収容する空間を有し、該加熱対象を加熱することが可能であればいずれの形状でもよい。 In this embodiment, the hollow three-dimensional support 302 is a hollow semi-elliptical sphere, and the hollow semi-elliptical sphere has a hollow structure. The reflective layer 308 is placed on the surface of the hollow semi-elliptical sphere facing the hollow structure. The heating element 304 is one of the carbon nanotube structures described above, and covers the surface of the reflective layer 308 opposite to the surface facing the hollow semi-elliptical sphere. The first electrode 310 is installed on the surface of the bottom of the heating element 304 that contacts the reflective layer 308 and is electrically connected to the heating element 304. The second electrode 312 has a ring shape, is disposed on the surface of the opening of the heating element 304 that contacts the reflective layer 308, and is electrically connected to the heating element 304. The protective layer 309 is formed on the surface of the heating element 304 opposite to the surface facing the reflective layer 308 by coating or sputtering. The material of the protective layer is, for example, an insulating material such as plastic, rubber and resin. The thickness of the protective layer is not limited and can be selected according to actual application, and the thickness of the protective layer is preferably 0.5 millimeters to 2 millimeters. The protective layer is used to protect the heating element 304 by using the hollow heat source 300 in an insulated state, preventing dust from adhering to the heating element 304. The hollow three-dimensional support 302 has a space for accommodating a heating target, and may have any shape as long as the heating target can be heated.
前記中空熱源において、加熱素子が少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む中空の三次元構造であり、該単一のカーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２ ・Ｋ以下である。従って、前記中空熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。 In the hollow heat source, the heating element has a hollow three-dimensional structure including at least one carbon nanotube film, and the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes. Since the plurality of carbon nanotubes are uniformly arranged and the heating element has a uniform thickness and resistance, the heating element can uniformly dissipate heat and convert electrical energy into thermal energy. high efficiency, heat capacity per unit area of the carbon nanotube structure is less 2 × 10 -4 J / c m 2 · K. Therefore, the hollow heat source has a high temperature increase rate, a high thermal response speed, and a high heat exchange rate.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該中空熱源は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記加熱素子を利用して、柔軟性の中空熱源を製造することができる。 Carbon nanotubes definitive to the heating element has excellent mechanical properties, because it has excellent toughness and good mechanical strength, hollow heat source, excellent mechanical properties, have excellent toughness and mechanical strength, service life is long Become. Furthermore, a flexible hollow heat source can be manufactured using the heating element.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の中空熱源を製造することができ、該小型の中空熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。
Since the diameter of the definitive carbon nanotubes to the heating element is small, the heating element has a small thickness. Therefore, an extremely small hollow heat source can be manufactured, and a small element to be heated can be heated using the small hollow heat source.
本発明の実施例は、前記中空熱源の製造方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。 An embodiment of the present invention provides a method for manufacturing the hollow heat source. Specifically, the following steps are included.
第一ステップでは、中空の三次元支持体を提供し、該中空の三次元支持体が中空の構造を有する。 In the first step, a hollow three-dimensional support is provided, and the hollow three-dimensional support has a hollow structure.
前記中空の三次元支持体の形状が制限されず、前記中空の三次元支持体３０２は、中空の構造を有し、即ち、加熱対象を収容する空間を有し、該加熱対象を加熱することが可能であればいずれの形状でもよい。 The shape of the hollow three-dimensional support is not limited, and the hollow three-dimensional support 302 has a hollow structure, that is, has a space for accommodating a heating target, and heats the heating target. Any shape is possible as long as it is possible.
第二ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供し、該カーボンナノチューブ構造体を前記中空の三次元支持体の表面に設置し、加熱素子とする。 In the second step, a carbon nanotube structure is provided, and the carbon nanotube structure is placed on the surface of the hollow three-dimensional support to form a heating element.
カーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法は、上述のカーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法と同様である。該カーボンナノチューブ構造体は、前記中空の三次元支持体の内表面又は外表面に設置してもよい。 The structure of the carbon nanotube structure and the manufacturing method thereof are the same as the structure of the carbon nanotube structure and the manufacturing method thereof. The carbon nanotube structure may be installed on the inner surface or the outer surface of the hollow three-dimensional support.
第三ステップでは、第一電極及び第二電極を提供し、該第一電極及び第二電極を、前記加熱素子に電気的に接続させ、中空熱源を形成する。 In the third step, a first electrode and a second electrode are provided, and the first electrode and the second electrode are electrically connected to the heating element to form a hollow heat source.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子に電気的に接続する方法は、制限されず、リード線により前記加熱素子に電気的に接続してもよく、又は、前記加熱素子の表面に直接設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子の同一表面又は異なる表面に設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、所定の距離を置いて設置され、該第一電極と該第二電極と間に所定の抵抗を生じ、該第一電極及び該第二電極のショートを防止することができる。前記加熱素子自体が優れた接着性を有するので、該接着性を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記加熱素子の表面に接着することができる。また、例えば銀ペーストなどの導電接着剤を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記加熱素子の表面に接着してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、上述の少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルム又は、少なくとも、一つのカーボンナノチューブ線状構造であってもよい。 The method of electrically connecting the first electrode and the second electrode to the heating element is not limited, and the first electrode and the second electrode may be electrically connected to the heating element by a lead wire, or the surface of the heating element You may install it directly. The first electrode and the second electrode may be disposed on the same surface or different surfaces of the heating element. The first electrode and the second electrode are installed at a predetermined distance, generate a predetermined resistance between the first electrode and the second electrode, and short-circuit the first electrode and the second electrode. Can be prevented. Since the heating element itself has excellent adhesiveness, the first electrode and the second electrode can be bonded to the surface of the heating element using the adhesiveness. Moreover, you may adhere | attach the said 1st electrode and said 2nd electrode on the surface of the said heating element using conductive adhesives, such as a silver paste, for example. The first electrode and the second electrode may be at least one carbon nanotube film described above or at least one carbon nanotube linear structure.
また、前記加熱素子が空気雰囲気下に置かれる場合、該加熱素子を覆うように保護層を形成する。該保護層の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層は、前記中空熱源を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子に付着することを防止でき、該加熱素子を保護することに用いられる。 In addition, when the heating element is placed in an air atmosphere, a protective layer is formed to cover the heating element. The material of the protective layer is an insulating material such as plastic, rubber and resin. The thickness of the protective layer is not limited and can be selected according to actual application. The protective layer allows the hollow heat source to be used in an insulating state, can prevent dust from adhering to the heating element, and is used to protect the heating element.
１００、２００、３００ 中空熱源
１１０、２１０、３１０ 第一電極
１１２、２１２、３１２ 第二電極
１０４、２０４、３０４ 加熱素子
１０８、２０８、３０８ 反射層
１０２、２０２、３０２ 中空の三次元支持体
３０９ 保護層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
１６０ 非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１７０ ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１６１、１７１ カーボンナノチューブワイヤ
100, 200, 300 Hollow heat source 110, 210, 310 First electrode 112, 212, 312 Second electrode 104, 204, 304 Heating element 108, 208, 308 Reflective layer 102, 202, 302 Hollow three-dimensional support 309 Protection Layer 143a Carbon nanotube film 143b Carbon nanotube segment 145 Carbon nanotube 160 Non-twisted carbon nanotube linear structure 170 Twisted carbon nanotube linear structure 161, 171 Carbon nanotube wire
Claims (3)
前記加熱素子が少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む中空の三次元構造であり、該単一のカーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されており、
前記加熱素子が前記中空の三次元支持体の外表面に設置され、前記反射層が、前記加熱素子の、前記中空の三次元支持体と対向する面とは反対の表面に設置されることを特徴とする中空熱源。 A heating element, at least two electrodes electrically connected to the heating element, a hollow three-dimensional support, and a reflective layer ,
Whether the heating element has a hollow three-dimensional structure including at least one carbon nanotube film, the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are arranged isotropically. , Arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions ,
The heating element is installed on the outer surface of the hollow three-dimensional support, and the reflective layer is installed on the surface of the heating element opposite to the surface facing the hollow three-dimensional support. A featured hollow heat source.
前記加熱素子が少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む中空の三次元構造であり、該単一のカーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されており、Whether the heating element has a hollow three-dimensional structure including at least one carbon nanotube film, the single carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are arranged isotropically. , Arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions,
前記加熱素子が前記中空の三次元支持体の内表面に設置され、前記反射層が、前記加熱素子と前記中空の三次元支持体との間に設置されるか、又は、前記中空の三次元支持体の、前記加熱素子と対向する面とは反対の表面に設置されることを特徴とする中空熱源。The heating element is installed on the inner surface of the hollow three-dimensional support, and the reflective layer is installed between the heating element and the hollow three-dimensional support, or the hollow three-dimensional support. A hollow heat source, wherein the support is installed on a surface opposite to a surface facing the heating element.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100684621A CN101626642B (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Hollow heat source |
| CN200810068462.1 | 2008-07-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010021148A JP2010021148A (en) | 2010-01-28 |
| JP5048722B2 true JP5048722B2 (en) | 2012-10-17 |
Family
ID=41522251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009165133A Active JP5048722B2 (en) | 2008-07-11 | 2009-07-13 | Hollow heat source |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5048722B2 (en) |
| CN (1) | CN101626642B (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102147148A (en) | 2010-02-08 | 2011-08-10 | 清华大学 | Fluid heater and using method thereof |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60159591A (en) * | 1984-01-27 | 1985-08-21 | 住友電気工業株式会社 | Heating furnace |
| JPS6460988A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | Dainippon Screen Mfg | Heat treatment furnace for semiconductor substrate |
| JP2000077167A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Kyocera Corp | Planar heating element |
| JP5017522B2 (en) * | 2005-09-13 | 2012-09-05 | 株式会社アイ．エス．テイ | Planar heating element and manufacturing method thereof |
| KR100749886B1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-21 | (주) 나노텍 | Heating element using Carbon Nano tube |
| JP2007280752A (en) * | 2006-04-06 | 2007-10-25 | Fuji Xerox Co Ltd | Heating body and fixing device |
| CN200994196Y (en) * | 2006-12-19 | 2007-12-19 | 深圳市宝安唐锋电器厂 | Electric heating film heating device |
| CN101409961B (en) * | 2007-10-10 | 2010-06-16 | 清华大学 | Surface heat light source, preparation method thereof and method for heating object using the same |
| CN101407312B (en) * | 2007-10-10 | 2011-01-26 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Apparatus and method for preparing carbon nano-tube film |
-
2008
- 2008-07-11 CN CN2008100684621A patent/CN101626642B/en active Active
-
2009
- 2009-07-13 JP JP2009165133A patent/JP5048722B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101626642A (en) | 2010-01-13 |
| CN101626642B (en) | 2011-06-22 |
| JP2010021148A (en) | 2010-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5746235B2 (en) | Surface heat source | |
| JP2009302057A (en) | Planar heat source, and its manufacturing method | |
| JP5638639B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5390273B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5473454B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5390280B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5048731B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5319599B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5175248B2 (en) | Surface heat source | |
| JP4669060B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5319598B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5441545B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5638207B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5048722B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5059808B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5059809B2 (en) | Manufacturing method of hollow heat source | |
| JP4791566B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5390288B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5175246B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5778113B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5048730B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP4669059B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5243480B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5421183B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP2010021146A (en) | Manufacturing method for linear heat source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120124 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120413 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120619 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120719 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150727 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5048722 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |