JP5319437B2 - 電磁波信号を検出する方法及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電磁波信号を検出する方法及びデバイスに係り、特にカーボンナノチューブに基づく電磁波信号を検出する方法及びデバイスに関する。

偏波の方向及び強度は電磁波の二つの重要な性質である。現在の技術において、可視光信号の偏波の方向を検出する方法は、一束の光の伝播する径路に一つの偏波板をセットして、上記偏波板を回転して、及び偏波板を介する光信号の投影の輝度の変化を観察する方法である。光の輝度が最大時には、光信号の偏波の方向は偏波板の偏波の方向と平行する。一方、光の輝度が最小時には、光信号の偏波の方向は偏波板の偏波の方向と垂直である。現在の技術において、可視光信号の強度を検出する方法は、人の目で可視光信号の輝度を判断する。しかし、人の目では、赤外線と紫外線とその他の波長の電磁信号の偏波の方向を感知することができない。従って、光信号の投影の輝度の変化を直接観察することによって検出することはできない。上記不可視光とその他の波長の電磁波信号の強度を直接観察することによって検出することはできない。一般的に、検出された光信号が赤外線と紫外線とその他の波長の電磁波信号である時、偏波板によって偏波させた後の径路に光電センサをセットして、光信号を電気信号に変化して、それから偏波板の回転角の変化によって強度の変化を起こす。しかしながら、この方法は複雑であって、多くの光学及び電気機器の使用が必要である。そのほかに、一般的に、従来の偏波板は特定の電磁スペクトル（例えば、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線など）で良い偏波性能を有して、各波長の光に対して均一な偏波特徴を持つことができない。このように、電磁波信号の波長が変化する場合、多様な偏波板を使用することが必要である。

光音響効果は、周期的な強度の変調した光によって照射される物体が音信号を起こす現象である。物体が光によって照射される時、物体は光のエネルギーを吸収することによって励起されて、全部あるいは部分的に吸収した光のエネルギーを非放射によって熱に変化させる。照射する光が周期的な強度で変調する場合、物体内に周期的な温度の変化が起こり、この部分の物体及び隣の媒体は熱膨張して冷収縮することによって応力（あるいは圧力）の周期的な変化を起こす。従って、音の信号を生じさせる。この音の信号は光音響信号とも呼ばれる。光音響信号の周波数と光変調する周波数は同じであって、その強度と位相は物体の光学的、熱学的、弾性的及び幾何学的特徴によって決定される。現在では、光音響効果に基づいて製造される光ソノグラフ及び光音響顕微鏡は、物質成分分析の検出分野において広く使用されている。しかし、普通の材料が光を吸収する能力の限界に起因して、生じた光音信号の強度は弱く、しかも周波数の範囲がメガヘルツ以上であるので、マイクロフォンあるいは圧電センサなどのエネルギー変換デバイスのみで強度の変化が検出される。従って、従来の技術においては、光音響効果によって電磁波信号の強度及び偏波の方向を直接検出する方法が未だ存在していない。

１９９０年代の初めから、カーボンナノチューブ（非特許文献１を参照）を代表するナノ材料は独特の構造と性質によって人々の関心を集めている。近年では、カーボンナノチューブ及びナノ材料を深く研究することと伴って、その幅広い応用の前途が徐々に現れて来ている。例えば、カーボンナノチューブは独特の電磁学的、光学的、力学的及び化学的性能等を持っているので、電界放出電子源やセンサ、新型光学材料等の分野での応用研究が多く報告されている。しかしながら、従来の技術において、カーボンナノチューブが音を発するデバイスとして信号検出分野に応用することは報告されていない。

Ｓｕｍｉｏ Ｉｉｊｉｍａ，"Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ"，Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年、第３５４巻，ｐ５６ Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

上記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブに基づく電磁波信号を検出する方法及びデバイスを提供することを目的とする。

電磁信号を検出する方法は、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、該カーボンナノチューブ構造体によって電磁波信号を受信して音波を発生する第二ステップと、前記音波の強度によって電磁波信号の強度を検出する第三ステップとを含む。

前記電磁信号を検出する方法は、音波は大きいほど電磁波信号の強度が強いと検出する。

電磁信号を検出する方法は、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、該カーボンナノチューブ構造体によって電磁波信号を受信して音波を発生する第二ステップと、前記音波の強度によって電磁波信号の強度を検出する第三ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を回転させて、前記カーボンナノチューブ構造体が生じた音波によって電磁波信号の偏波方向を検出する第四ステップとを含む。

前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体を回転させる過程中で、前記音波が最大である時、電磁波信号の偏波方向がカーボンナノチューブの配列方向に平行する。

前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体を回転させる過程中で、前記音波が最小である時、電磁波信号の偏波方向がカーボンナノチューブの配列方向に垂直する。

前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体を０°から１８０°まで回転させる。

前記カーボンナノチューブ構造体において、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。

前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に接着された支持体を設置する。

信号検出システムは、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が電磁波信号を吸収することによって音波を発生する。

従来技術に比べて、本発明の検出方法は次の利点を有する。第一点では、前記検出方法はカーボンナノチューブ構造体を電磁波信号検出デバイスとし、カーボンナノチューブ構造体を利用して、電磁波信号の強度を判断する。従って、該電磁波信号を検出する方法は簡単である。第二点では、前記カーボンナノチューブ構造体は同じ方向に配列するカーボンナノチューブのみから構成され、その構造は簡単で、電磁信号を検出するコストを削減することができる。第三点では、カーボンナノチューブはいろいろな波長の電磁波に対して均一な偏波吸収性能を持つので、カーボンナノチューブ構造体を電磁信号検出デバイスとして、いろいろな波長の電磁波の偏波方向を検出することができる。

本発明の電磁信号を検出する方法を示すフローチャートである。 本発明の電磁信号を検出する方法の過程を示す図である。 本発明のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図３中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 本発明のもう一つのカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明のカーボンナノチューブが等方的に配列されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明のカーボンナノチューブが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の走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 濾過された綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体の写真である。 本発明のカーボンナノチューブフィルムのセグメントの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の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である。 本発明の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である。 本発明の支持体の構造を示す図である。 本発明の電磁信号を検出するシステムの構造を示す図である。 本発明の電磁信号の生じた音波の音圧曲線図である。 本発明の電磁信号の偏波方向と音波の強度の関係を示す図である。 本発明の電磁波の信号の強度と音波の強度の関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（実施例１）
図１〜図２を参照すると、本実施例において、電磁波信号の強度を検出する方法は下記のようなステップを含む。

第一ステップでは、信号検出デバイス１２０を準備する。第二ステップでは、カーボンナノチューブ構造体１１４によって電磁波信号源１１２からの電磁波信号１１８を受信し、音波を発生させる。第三ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体１１４が発生させた音波の強度によって電磁波信号１１８の強度を検出する。

前記第一ステップにおいて、前記信号検出デバイス１２０は、カーボンナノチューブ構造体１１４を含む。前記カーボンナノチューブ構造体１１４は音響素子として利用される。前記カーボンナノチューブ構造体１１４により、前記電磁波信号１１８を吸収して音波を発生させることができる。

前記カーボンナノチューブ構造体１１４は大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／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／ｃｍ^２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に、金属層を形成することができる。前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数の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構造体は、金属型カーボンナノチューブを含む必要がある。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。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又は多層カーボンナノチューブである。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。

前記カーボンナノチューブ構造体１１４が平板型である場合、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。前記カーボンナノチューブ構造体１１４が線形である場合、その直径は０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。

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）〜（六）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造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。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。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３及び図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。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果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、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、隙間なく並列されることもできる。

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。

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（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）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２）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。

本実施例において、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。

本実施例から提供された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してもいい。

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。

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、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。

（二）超長構造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。このカーボンナノチューブフィルムは超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ 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、相互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０〜５μｍ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。即ち、カーボンナノチューブの長さが超長である。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。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、反応容器を備える成長装置を提供する第一ステップと、一つの表面に触媒層を有する第二基板、及び第一基板を前記成長装置の反応容器の中に設置する第二ステップと、カーボンを含むガスを前記成長装置の中に導入して、前記第二基板にカーボンナノチューブを成長させる第三ステップと、前記カーボンを含むガスの導入を止めて、前記カーボンナノチューブの大部分を前記第一基板に付着させる第四ステップと、触媒を有する新たな第二基板を、前記カーボンナノチューブが成長された第二基板に替えて、前記成長装置の中に設置する第五ステップと、を含む。詳しい説明は、特願２００９−７００５号に掲載されている。

（三）プレシッド構造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。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。

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。

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。

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。

(四)綿毛構造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。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８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フィルムの製造方法は、下記のステップを含む。

第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。

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の原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。

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。

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。

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９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。

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するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、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。

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。

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だけを含む場合、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。

（五）カーボンナノチューブフィルムセグメント
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セグメントを含む。図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルムセグメントにおける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配列されている。前記カーボンナノチューブフィルム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セグメントの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、基板を提供する第一ステップと、該基板に、少なくとも一つのストリップ状の触媒層を堆積させる第二ステップと、ＣＶＤ法により、前記基板に少なくとも一つのカーボンナノチューブアレイを成長させる第三ステップと、前記基板の表面に平行な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを倒して、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムセグメントを形成する第四ステップと、を含む。詳しい説明は、特願２００９−１２８１４７に掲載されている。

（六）カーボンナノチューブワイヤ
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／ｃｍ^２・Ｋであり、５×１０^−５Ｊ／ｃｍ^２・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１１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。図１２を参照すると、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。

前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、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の長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記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することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。

さらに、図１３を参照すると、前記信号検出デバイス１２０は支持体１１６を含むこともできる。該カーボンナノチューブ構造体１１４は該支持体１１６の一つ表面に設置し、支持体１１６によって支える。前記カーボンナノチューブ構造体１１４の製造過程に利用した基板は、前記支持体１１６として利用できる。

前記支持体１１６の形状は特に限定されず、前記カーボンナノチューブ構造体１１４を支持することができる。該支持体１１６は平面あるいは曲面を有する。前記カーボンナノチューブ構造体１１４は接着性を有するので、支持体１１６の表面に直接に貼る。前記支持体１１６により該カーボンナノチューブ構造体１１４を保護し、該カーボンナノチューブ構造体１１４へ送信した電磁波信号の強度が大きくなる。そのほかに、該支持体１１６も枠型構造と竿型構造と不規則な形状の構造のいずれか一種である。この時、該カーボンナノチューブ構造体１１４の部分は該支持体１１６と接触し、このほかの部分が懸架される。このような設置方式によって、該カーボンナノチューブ構造体１１４が周囲の気体媒体とより良く熱交換することができる。該カーボンナノチューブ構造体１１４と空気の周囲媒体の接触する面積はより大きくなり、熱交換する速さはより速くなり、より効率良く音を発生させる。

該支持体１１６の材料は特に限定されず、硬性材料であってもよく、例えば、ダイヤモンドやガラス、石英等である。そのほかに、前記支持体１１６は柔らかい材料であってもよく、例えば、プラスチックや樹脂等である。該支持体１１６の材料は良い断熱性能を持つことが好ましく、従って、該カーボンナノチューブ構造体１１４から発する温度が支持体１１６に吸収され過ぎることを防止し、空気を加熱することによって音を発生させる目的を達することができない。そのほかに、該支持体１１６が粗い表面を持つと、前記支持体１１６の表面に設置されたカーボンナノチューブ構造体１１４と空気あるいはほかの外界の媒体の接触する面積はより大きくなる。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体１１４と所定の距離で離れるように、電磁波信号源１１２を設置する。前記電磁波信号源１１２は、電磁波信号１１８を発射する。前記カーボンナノチューブ構造体１１４は周辺の媒介と接触する。前記電磁波信号源１１２は前記カーボンナノチューブ構造体１１４へ電磁波信号１１８を送信して、カーボンナノチューブ構造体１１４は電磁波信号１１８を吸収して発熱し、気体媒体を加熱することによって音波を発生させる。

該電磁波信号源１１２と前記信号検出デバイス１２０とは間隔を空けて設置する。さらに、該電磁波信号源１１２と信号検出デバイス１２０は相対設置し、従って、該電磁波信号源１１２が発する電磁波信号１１８を信号検出デバイス１２０のカーボンナノチューブ構造体１１４の表面に伝送する。該電磁波信号１１８はカーボンナノチューブ構造体１１４に対して任意の入射角で入射することができる。一実施形態において、電磁波信号１１８の前進する方向はカーボンナノチューブ構造体１１の表面に垂直する。該電磁波の信号源１１２と信号検出デバイス１２０の距離は特に制限されない。さらに、該電磁波信号源１１２の一端に光ファイバを設置することができる。該光ファイバにより、該電磁波信号源１１２からの電磁波信号１１８は、信号検出デバイス１２０のカーボンナノチューブ構造体１１４の表面に伝送することができる。

電磁波信号源１１２からの電磁波信号１１８の強度及び周波数は変化することができる。該電磁波信号１１８の強度あるいは周波数は絶え間なく変化し、従って、カーボンナノチューブ構造体１１４は電磁波信号１１８を吸収し、空気を加熱し、空気が絶えず膨張及び収縮し、持続的に音を発する。該電磁波信号１１８の周波数の範囲は、無線周波数と赤外線と可視光と紫外線とマイクロウェーブとＸ線とγ線などを含む。該電磁波信号源１１２は光信号源を選択することが好ましく、生じた電磁波信号１１８は光信号であってもよく、該光信号の波長は紫外波長から赤外波長までのいろいろな光波を含む。該電磁波信号１１８の平均効率密度は１μＷ／ｍｍ^２〜２０μＷ／ｍｍ^２である。該電磁波信号１１８の強度はあまり弱くなることができなく、あまりにも弱くなると、カーボンナノチューブ構造体１１４が十分に周囲の空気を加熱することができなくなる。しかも、該電磁波信号１１８の強度はあまり強くなることができなく、あまりにも強くなると、カーボンナノチューブ構造体１１４が空気中の酸素と反応し、従って、カーボンナノチューブ構造体１１４を破る。該電磁波の信号源１１２はパルスレーザー発生装置を選択することが好ましい。

カーボンナノチューブが電磁波を吸収する特性は絶対的な黒体に近いものである。従って、カーボンナノチューブはいろいろな波長の電磁波に対して均一な偏波吸収性能を持つ。そのほかに、カーボンナノチューブ構造体１１４は小さい単位面積熱容量（該カーボンナノチューブ構造体の単位面積熱容量は２×１０^−４ジュール毎平方センチメートルケルビンより小さく、１×１０^−４ジュール毎平方センチメートルケルビンより小さいことが好ましい）と大きい放熱表面積を持つ。従って、カーボンナノチューブ構造体１１４はレーザーなどの電磁波のエネルギーを吸収してから、温度が急速に上昇し、しかも、周囲の空気あるいはほかの媒体と迅速に熱交換することができる。そして、電磁波の強度が周期的に変化することに対応して、カーボンナノチューブ構造体の温度は周期的に変化し、従って、周囲の空気あるいは液体媒体の温度も周期的に変化し、周囲の空気あるいはほかの媒体が迅速に膨張及び収縮することを引き起こし、従って、音を発する。前記カーボンナノチューブ構造体１１４は大量のカーボンナノチューブから構成される。従って、電磁波信号１１８の周波数は適当であって、カーボンナノチューブ構造体１１４の周囲の媒体が空気である時、カーボンナノチューブ構造体１１４が発した音は直接人の耳に感知される。

第三ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体１１４から発した音が大きくなるほど、電磁波信号１１８の強度は大きくなることが分かる。従って、前記音の強度によって電磁波信号１１８の強度を判断することができる。

（実施例２）
本実施例において、電磁波信号の偏波を検出する方法は下記のようなステップを含む。

第一ステップでは、信号検出デバイス１２０を準備する。第二ステップでは、該カーボンナノチューブ構造体１１４によって電磁気信号源１１２からの電磁波信号１１８を受信し、音波を発生させる。第三ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体１１４が発した音波の強度によって電磁波信号１１８の強度を検出する。第四ステップでは、前記信号検出デバイス１２０のカーボンナノチューブ構造体１１４を回転して、前記カーボンナノチューブ構造体１１４が発する音波の強度の変化によって電磁波信号１１８の偏波の方向を判断する。

本実施例は実施例１と異なる点は、第一ステップに準備したカーボンナノチューブ構造体は、その表面に平行し、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ことである。また、本実施例は、前記第四ステップを含む。

前記第一ステップにおいて、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。単一の前記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。前記カーボンナノチューブ構造体が複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含む場合、全てのカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されるように、前記複数のカーボンナノチューブフィルムを積層させ、又は隙間無く並列させる。

第四ステップでは、具体的に、前記信号検出デバイス１２０を、３６０°回転できるターンテーブル（図示せず）に配置することができる。前記ターンテーブルを回転させることによって、前記信号検出デバイス１２０を回転させる。前記カーボンナノチューブ構造体１１４のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列するので、電磁波信号１１８が入射する時、偏波方向がカーボンナノチューブの長さ方向に平行する電磁波信号１１８は吸収され、偏波方向がカーボンナノチューブの長さ方向に垂直する電磁波信号１１８は通過することができる。該電磁波信号１１８が偏波の電磁波信号１１８である時、偏波方向がカーボンナノチューブの長さ方向に平行する時、該カーボンナノチューブ構造体１１４の電磁波信号１１８に対する吸収は最も強烈であり、生じる音の強度が最大となる。偏波方向がカーボンナノチューブの長さ方向に垂直する時、該カーボンナノチューブ構造体１１４の電磁波信号１１８に対する吸収は最も微弱であり、生じる音の強度が最小となる。だから、電磁波信号１１８を検出するデバイスを連続的に回転させることによって、強さと弱さが交互に連絡して周期的に変化する音を聞くことができる。音の強度が最大である時、この時のカーボンナノチューブの方向によって電磁波信号１１８の偏波の方向を判断することができる。

（実施例３）
本実施例は定量的に電磁波信号１１８の強度を測定する方法を提供する。この方法は、前記カーボンナノチューブ構造体１１４に近接して音・電気変換装置１３０を設置し、該音・電気変換装置１３０と一つの電圧測量装置１４０は電気に接続する。その次に、標準音源によって前記音波の強度を定める。

前記音・電気変換装置１３０は前記カーボンナノチューブ構造体１１４から発生した音信号を電気信号に転換することができる。該音・電気変換装置１３０は高い感度を持ち、具体的には、コンデンサ式マイク、音信号検出器、高感度マイク、圧力センサなどであってもいい。本実施例において、該音・電気変換装置１３０は一つのコンデンサ式マイクである。該電圧測量装置１４０は前記音・電気変換装置１３０から発生した電気信号の電圧を測量することができる。だから、既知の強度の電磁波信号１１８に基づいて、測量対象の電磁波信号１１８を決定することができ、測量対象の電磁波信号１１８の強度を獲得する。具体的には、既知の強度の電磁波信号１１８（標準音源）を提供することによって前記カーボンナノチューブ構造体１１４から音を発生させる。前記音・電気変換装置１３０及び電圧測量装置１４０によってカーボンナノチューブ構造体１１４から発生した音に対して生じた電気信号の電圧を測量する。ここで、該電圧を標準電圧とする。そして、測量対象の電磁波信号１１８の強度を測量して、測量した電圧を標準電圧と比べ、測量対象の電磁波信号１１８の強度を計算する。

本発明において、該電圧測量装置１４０はオシロスコープである。そのほかに、該電圧測量装置１４０は電圧計であってもよい。前記カーボンナノチューブ構造体１１４、音・電気変換装置１３０及び電圧測量装置１４０を集積してもいいことは理解されたい。

図１４を参照すると、さらに、前記信号検出デバイス１２０は前記音・電気変換装置１３０及び電圧測量装置１４０を含め、従って、定量的に前記電磁波信号の強度及び偏波の方向を測量する信号検出デバイス１２０を形成する。前記音・電気変換装置１３０はカーボンナノチューブ構造体１１４の付近に設置され、カーボンナノチューブ構造体１１４から発生した音波を電気信号に転換する。前記電圧測量装置１４０と音・電気変換装置１３０は電気的に接続され、音・電気変換装置１３０から発生した電気信号の電圧を測量する。該音・電気変換装置１３０は高い感度を持ち、具体的には、コンデンサ式マイク、音信号検出器、高感度のマイク、圧力センサ等であってもよい。本実施例において、前記音・電気変換装置１３０は一つのコンデンサ式マイクであり、前記電圧測量装置１４０は電圧計あるいはオシロスコープである。

図１５〜図１７を参照すると、本発明実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１１４から発生した音信号の強度と、前記カーボンナノチューブ構造体１１４のカーボンナノチューブの配列する方向及び電磁波信号１１８の強度の関係を定量的に測量する。前記信号検出デバイス１２０において、カーボンナノチューブ構造体１１４は単層カーボンナノチューブフィルムであり、前記電磁波信号１１８は単パルスのフェムト秒レーザーであり、図１５は、カーボンナノチューブフィルムがレーザーを吸収してから生じた音圧‐時間の曲線である。図１６の横座標はカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブの配列する方向とレーザーの偏波方向の夾角である。図１６において、カーボンナノチューブの配列する方向がレーザーの偏波方向と平行すれば、カーボンナノチューブから発生した音の強度は最大となり、カーボンナノチューブの配列する方向がレーザーの偏波方向と垂直すれば、カーボンナノチューブから発生した音の強度は最小となる。図１７の横座標は前記レーザーの強度である。図１７において、レーザーの強度は強ければ強いほどカーボンナノチューブフィルムから発生した音の音圧が大きいことを意味する。

１１２ 電磁波信号源
１１４ カーボンナノチューブ構造体
１１６ 支持体
１１８ 電磁波信号
１２０ 信号検出デバイス
１３０ 音・電気変換装置
１４０ 電圧測量装置
１４３ 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 (3)

1. 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構造体を提供する第一ステップと、
   該カーボンナノチューブ構造体によって電磁波信号を受信して音波を発生する第二ステップと、
   前記音波の強度によって電磁波信号の強度を検出する第三ステップと、
   を含むことを特徴とする検出方法であって、
   前記カーボンナノチューブ構造体は前記電磁波信号を吸収することで発熱し、その熱を周囲の媒体と熱交換することにより前記媒体から音波を発生させていることを特徴とする検出方法。
2. 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構造体を提供する第一ステップと、
   該カーボンナノチューブ構造体によって電磁波信号を受信して音波を発生する第二ステップと、
   前記音波の強度によって電磁波信号の強度を検出する第三ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体を回転させて、前記カーボンナノチューブ構造体が生じた音波によって電磁波信号の偏波方向を検出する第四ステップと、
   を含むことを特徴とする検出方法であって、
   前記カーボンナノチューブ構造体は前記電磁波信号を吸収することで発熱し、その熱を周囲の媒体と熱交換することにより前記媒体から音波を発生させており、
   前記複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されていることを特徴とする検出方法。
3. 前記第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体を回転させる過程中で、前記音波が最大である時に電磁波信号の偏波方向がカーボンナノチューブの配列方向に平行し、前記音波が最小である時に電磁波信号の偏波方向がカーボンナンナノチューブの配列方向に垂直することを特徴とする請求項２に記載の検出方法。