JP6008724B2 - カーボンナノ接合導電材料基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(I)カーボンナノチューブの転着に際し、転着前のエポキシ樹脂組成物層を常時高温にて加熱すること、および加熱温度を保持することが必須であるため、コストパフォーマンスおよび生産性において不利である。
(1)カーボンナノ接合導電材料基板の製造方法であって、転着用導電基板として繊維シートを用いるものであり、成長用基板の表面に垂直配向性を有するカーボンナノチューブを成長させた後、該カーボンナノチューブの先端を、表面に凹凸部を有する該転着用導電基板に対して略垂直方向に接触させ、次いで加圧することにより、該カーボンナノチューブを該成長用基板から該転着用導電基板に転着させ、
該転着用導電基板における該カーボンナノチューブが転着されている面の反対側の面から樹脂を浸透させることを特徴とするカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法。
転着用導電基板における垂直配向性を有するカーボンナノチューブが転着されている面の反対側の面から樹脂を浸透させ、該樹脂により該カーボンナノチューブを転着用導電基板に固着させることを特徴とするカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法。
本発明のカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法は、成長用基板の表面に垂直配向性を有するカーボンナノチューブ(以下、本明細書においては、単に「垂直配向性カーボンナノチューブ」または「カーボンナノチューブ」と称する場合がある)を成長させた後、該カーボンナノチューブの先端を、表面に凹凸部を有する転着用導電基板に対して略垂直方向に接触させ、次いで加圧するか、または加圧するとともに揺動することにより、該カーボンナノチューブを該成長用基板から該転着用導電基板に転着させるものである。
まず、ニッケル、コバルトまたは鉄などの金属、またはそれらの錯体などの化合物を含有する溶液を、成長用基板の片面または両面にスプレーや刷毛などを用いて塗布し、厚みが1〜100nm程度である皮膜を成膜する。この皮膜を、例えば700〜800℃で、かつアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で1〜30分間加熱し、該皮膜から触媒粒子を形成する。
上記のような表面処理がなされた金属箔においては、その表面粗さが顕著に増大しており、つまり表面に多数の微細な凹凸部が付与された状態となっている。このような金属箔を用いると、垂直配向性カーボンナノチューブの先端が金属箔表面の微細な凹部に挿入され、次いで加圧するか、または加圧ととともに揺動することにより該先端が凹部へ押し込まれていくため、より効率よくかつ強固に、該カーボンナノチューブを転着することができるという効果が奏される。
エッチング処理の具体例としては、例えば、酸処理、プラズマエッチングあるいはレーザーエッチングなどが挙げられる。酸処理とは、表面処理対象物(本発明の製造方法においては金属箔)を、酸性物質が含有された処理液などに対して浸漬させて該処理対象物の表面を腐食させることにより凹凸部を付与するものである。
転着用導電基板として、上記のようなカーボン繊維シート、金属繊維シート、またはカーボン繊維と金属繊維とを含有するシートを用いると、垂直配向性カーボンナノチューブの先端が、該繊維シートを構成する繊維同士により形成された空隙に挿入される。次いで、加圧するか、または加圧するとともに揺動することにより、該先端が繊維シート中の空隙に絡んで食い込んでいくため、効率よくかつ強固に垂直配向性カーボンナノチューブの転着をおこなうことができる。
まず、成長用基板1の表面に垂直に配向されて成長してなる垂直配向性カーボンナノチューブ2、および転着用導電基板3を準備し、これらを該カーボンナノチューブ2の先端が転着用導電基板3に向かうように対向させて配置する(工程A)。次いで、垂直配向性カーボンナノチューブ2の先端を転着用導電基板3に対して略垂直方向に接触させ、両者が接触している部分に対して加圧および揺動を同時にほどこす(工程B)。
第一の手法としては、モノマー溶液を繊維シートの反対面から浸透させた後、熱エネルギーや光エネルギーなどにより硬化する方法が挙げられる。
このような手法としては、例えば、溶液重合法を用いる手法が挙げられる。まず有機溶媒、樹脂モノマーおよび重合開始剤を含有するモノマー溶液を調製する。そしてこのモノマー溶液を、転着後の繊維シートにおける反対面から塗布することにより、該繊維シートの空隙からカーボンナノチューブが転着されている面へ向かって供給する。その後、例えば30〜60℃の低温での加熱によりモノマー溶液を重合に付して硬化し、次いで、適宜な方法で乾燥させて有機溶媒を除去する。これにより、繊維シートの反対面から樹脂(ポリマー)が浸透された状態となり、垂直配向性カーボンナノチューブが、樹脂により転着用導電基板に強固に固着された状態となる。
図2は加圧手段としての加圧ロール5を有する連続式の製造装置の概略図であり、いわゆるロール・ツー・ロール方式が適用された装置である。このような製造装置を用いると、転着用導電基板の全面において、連続的に、カーボンナノチューブを転着することが可能となる。
この製造装置は、図2および図3に示すように、転着作業室6内に設けられている。すなわち、下部の前方位置(進行方向11の上手側)には、転着用導電基板10の巻出しロール8が支持部材7を介して配置されているとともに、その後方位置(進行方向11の下手側)には、転着用導電基板10の巻取りロール9が支持部材7を介して配置されている。また、上部の前方位置には成長用導電基板16の巻出しロール18が吊持部材17を介して配置されるとともに、その後方位置には成長用導電基板16の巻取りロール20が吊持部材17を介して配置されている。
図4に示されたカーボンナノ接合導電材料基板の製造装置はプレス部を有し、いわゆるベルトコンベア方式が適用されたものである。このような製造装置においては、プレス部のサイズや形状を適宜に変更することにより、転着用導電基板上での転着対象となる面積や形状を特定して、垂直配向性カーボンナノチューブを転着することが可能である。
(1)電気抵抗率
実施例および比較例において製造されたカーボンナノ接合導電材料基板を電極として用い、4端子抵抗試験機により電気抵抗率を測定した。なお、各々の実施例および比較例においては2個の電極を作成し、電気抵抗率の測定を4回おこなった。
成長用基板としてのシリコン基板の片面に鉄触媒を担持させ、アセチレンガスを原料ガスとして、715℃でカーボンナノチューブ(直径:25nm、長さ:100μm、カーボンナノチューブ同士の平均間隔:150nm)を成長させた。このカーボンナノチューブはシリコン基板に対して略垂直に配向して成長していた。転着用導電基板としてチタン繊維およびカーボン繊維からなるシート(日工テクノ社製)(以下、繊維シートAと称する)を準備し、垂直配向性カーボンナノチューブの先端を、シートAに接触するように配置した。そして、図4に示されたような製造装置を用いてカーボンナノ接合導電材料基板を製造した。すなわち、空気雰囲気下でシリコン基板の上から10kg/cm2の圧力を負荷しつつ、2Hzの周波数で揺動させて垂直配向性カーボンナノチューブがシートAに転着されてなるカーボンナノ接合導電材料基板を製造した。なお、加圧および揺動は10秒間おこなった。このカーボンナノ接合導電材料基板を電極として電気抵抗率を測定した。その電気抵抗率の値を表1に示す。
転着用導電基板として、表面が研磨処理されたアルミ箔(日本製箔社製、厚み:50μm)(研磨に用いた紙鑢:80番手)を用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直配向性カーボンナノチューブの転着をおこない、垂直配向性カーボンナノチューブがアルミ箔に転着されてなるカーボンナノ接合導電材料基板を製造した。この導電材料基板を電極として電気抵抗率を測定した。その値を表1に示す。
特許文献1にて記載された従来の転着方法を用いて垂直配向性カーボンナノチューブの転着をおこない、導電材料基板を製造した。つまり、まず100質量部のエポキシ樹脂組成物(組成:エポキシ樹脂40質量%、メチルエチルケトン:50質量%)に対して、その割合が10質量部となるように導電性フィラーとしての導電性炭素繊維(繊維径:0.1μm、繊維長:5μm)を添加して、ペースト状の導電樹脂混合物を調整した。次いで、アルミ箔の表面に上記の導電樹脂混合物を塗布した後、オーブン中にて150℃で加熱することによりメチルエチルケトンを揮発除去し、エポキシ樹脂組成物層を形成した。
転着用導電基板として、表面が研磨処理されていないアルミ箔(日本製箔社製、厚み:50μm)を用いた以外は、実施例2と同様にして、カーボンナノ接合導電材料基板を製造しようとしたが、垂直配向性カーボンナノチューブをアルミ箔に転着することができなかった。
2 垂直配向性カーボンナノチューブ
3 転着用導電基板
4 カーボンナノ接合導電材料基板
5 加圧ロール
6 転着作業室
7 支持部材
8 転着用導電基板の巻出しロール
9 転着用導電基板の巻取りロール
10 転着用導電基板
11 転着用導電基板の進行方向
12 ガイド部材
13 支持板体
14 吊持部材
15 垂直配向性カーボンナノチューブ
16 成長用基板
17 吊持部材
18 成長用基板の巻出しロール
19 成長用基板の方向
20 成長用基板の巻取りロール
21 支柱部材
22 揺動付与部材
23 揺動方向
24 コンベア部
25 回転ロール
26 吊持部材
27 成長用基板移動部材
28 成長用基板納置部
29 転着作業室
30 移動用案内レール
31 支持部材
32 転着用導電基板の固定枠体
a 転着用導電基板の進行方向
33 シートA(チタン繊維およびカーボン繊維からなるシート)
34 転着された垂直配向性カーボンナノチューブ
35 転着された垂直配向性カーボンナノチューブ
36 シートAの構成繊維
37 転着された垂直配向性カーボンナノチューブ
38 エポキシ樹脂組成物層
Claims (3)
- カーボンナノ接合導電材料基板の製造方法であって、転着用導電基板として繊維シートを用いるものであり、成長用基板の表面に垂直配向性を有するカーボンナノチューブを成長させた後、該カーボンナノチューブの先端を、表面に凹凸部を有する該転着用導電基板に対して略垂直方向に接触させ、次いで加圧することにより、該カーボンナノチューブを該成長用基板から該転着用導電基板に転着させ、
該転着用導電基板における該カーボンナノチューブが転着されている面の反対側の面から樹脂を浸透させることを特徴とするカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法。 - 同一の転着用導電基板に対して、異なる成長用基板にて成長した垂直配向性を有するカーボンナノチューブの転着を複数回おこなうことを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法。
- カーボンナノ接合導電材料基板の製造方法であって、転着用導電基板として、カーボン繊維シート、金属繊維シートまたはカーボン繊維と金属繊維とを含有するシートを用いるものであり、成長用基板の表面に垂直配向性を有するカーボンナノチューブを成長させた後、該カーボンナノチューブの先端を、表面に凹凸部を有する該転着用導電基板に対して略垂直方向に接触させ、次いで加圧することにより、該カーボンナノチューブを該成長用基板から該転着用導電基板に転着させ、
転着用導電基板における垂直配向性を有するカーボンナノチューブが転着されている面の反対側の面から樹脂を浸透させ、該樹脂により該カーボンナノチューブを転着用導電基板に固着させることを特徴とするカーボンナノ接合導電材料基板の製造方法。
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