JP5139457B2 - カーボンナノチューブ構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1を参照すると、本実施例1のカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法は、少なくとも一本のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体を提供するステップS101と、前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に金属被覆層を形成するステップS102と、真空条件でカーボンナノチューブ構造体に電流を通して、前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、該金属被覆層における金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成するS103と、を含む。
前記カーボンナノチューブ構造体は、図2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。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム(drawn carbon nanotube film)である。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(非特許文献2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(図18を参照する)。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2及び図3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。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム(pressed carbon nanotube film)である。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。
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。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム(flocculated carbon nanotube film)である。図5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であることが好ましい。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。
前記カーボンナノチューブ構造体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、0(0は含まず)〜2×10−4J/cm2・Kであり、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である。図6を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ(非ねじれ状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、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、1μm〜1cmである。前記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、1μm〜1cmである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
図7を参照すると、本実施例2のカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを提供するステップS201と、前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に金属被覆層を形成させるステップS202と、真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第一温度まで加熱させ、前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、該金属被覆層の金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成させるS203と、真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第二温度まで加熱することにより、前記カーボンナノチューブワイヤを断裂させ、前記カーボンナノチューブワイヤの断裂した部位に尖端が形成されるS204と、を含む。
図8を参照すると、本実施例3のカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法は、実施例1のドローン構造カーボンナノチューブフィルムと2つの電極を提供するステップS301と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に金属被覆層を形成させるステップS302と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成させるステップS303と、真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第一温度まで昇温させ、前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、該金属被覆層の金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成させるS304と、真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第二温度まで加熱させて、前記カーボンナノチューブワイヤを断裂させ、前記カーボンナノチューブワイヤの断裂した部位に尖端が形成されるS305と、を含む。
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
Claims (4)
- 少なくとも一本のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、
前記カーボンナノチューブ構造体における少なくとも一本のカーボンナノチューブの表面に金属被覆層を形成させる第二ステップと、
真空条件でカーボンナノチューブ構造体に電流を通して、前記少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、金属被覆層における金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成させる第三ステップと、
を含み、
前記第三ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体を2つの電極の間に固定させ、且つ前記カーボンナノチューブ構造体を前記2つの電極にそれぞれ電気的に接続させて、前記2つの電極に電圧を印加して、前記カーボンナノチューブ構造体に電流を通し、
前記金属被覆層の材料が、ハフニウム、タンタル、チタン又はジルコニウムのいずれか一種の遷移金属であることを特徴とするカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法。 - 複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤを提供する第一ステップと、
前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの表面に金属被覆層を形成させる第二ステップと、
真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第一温度まで昇温させ、前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、該金属被覆層の金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成させる第三ステップと、
真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第二温度まで加熱させて、前記カーボンナノチューブワイヤを断裂させ、前記カーボンナノチューブワイヤの断裂した部位に尖端を形成させる第四ステップと、
を含み、
前記第三ステップ及び前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤを2つの電極の間に固定させ、且つ前記カーボンナノチューブワイヤを前記2つの電極にそれぞれ電気的に接続させて、前記2つの電極に電圧を印加して、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通し、
前記金属被覆層の材料が、ハフニウム、タンタル、チタン又はジルコニウムのいずれか一種の遷移金属であることを特徴とするカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法。 - 複数のカーボンナノチューブからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを提供する第一ステップと、
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの少なくとも一本のカーボンナノチューブの表面に金属被覆層を形成させる第二ステップと、
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成させる第三ステップと、
真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第一温度まで昇温させ、前記カーボンナノチューブワイヤの少なくとも一本のカーボンナノチューブの外表面に形成された金属被覆層を溶融させると同時に、該金属被覆層の金属をカーボンナノチューブの炭素と反応させて、前記カーボンナノチューブの外表面に複数の金属炭化物粒子を形成させる第四ステップと、
真空条件で前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、前記カーボンナノチューブワイヤを第二温度まで加熱させて、前記カーボンナノチューブワイヤを断裂させ、前記カーボンナノチューブワイヤの断裂した部位に尖端を形成させる第五ステップと、
を含み、
前記第四ステップ及び前記第五ステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤを2つの電極の間に固定させ、且つ前記カーボンナノチューブワイヤを前記2つの電極にそれぞれ電気的に接続させて、前記2つの電極に電圧を印加して、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を通し、
前記金属被覆層の材料が、ハフニウム、タンタル、チタン又はジルコニウムのいずれか一種の遷移金属であることを特徴とするカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法。 - 前記第二温度は、前記第一温度より高いことを特徴とする請求項2又は3に記載のカーボンナノチューブ複合材料体の製造方法。
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