JP6080738B2 - カーボンナノチューブシートの製造方法 - Google Patents

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本発明は、カーボンナノチューブシートの製造方法に関する。
電極材や放熱部材などにカーボンナノチューブを用いる場合、シート状つまり薄膜状のカーボンナノチューブ層を得る必要がある。ところで、従来、薄膜のカーボンナノチューブ層の製造方法としては、特許文献1に開示された方法がある。
このカーボンナノチューブ層の製造方法は、基板にカーボンナノチューブアレイを成長させるステップと、押し器具を利用してカーボンナノチューブアレイを押圧してカーボンナノチューブ薄膜を形成するステップとを具備した方法である。
特開2008−297195号公報
上述した特許文献1に記載の方法によると、カーボンナノチューブ薄膜を得るときに、押し器具によりカーボンナノチューブアレイを押圧しているだけであり、したがって基板からカーボンナノチューブ薄膜を剥がす際に、薄膜そのものに機械的強度がないため、破れてしまうという問題がある。
そこで、本発明は、基板の表面に形成されたカーボンナノチューブシートを破れることなく剥離させ得るカーボンナノチューブシートの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第1のカーボンナノチューブシートの製造方法は、
第1の基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、
この層形成工程により第1の基板に形成されたカーボンナノチューブ層を粘着剤が塗布された第2の基板に押圧させて当該第2の基板に転写する押圧・転写工程と、
この押圧・転写工程により転写されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させて粘着剤を溶解させる溶解工程とを具備する方法である。
また、本発明の第2のカーボンナノチューブシートの製造方法は、
基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、
この層形成工程により基板に形成されたカーボンナノチューブ層を押圧する押圧工程と、
この押圧工程により押圧されたカーボンナノチューブ層に粘着剤を塗布する塗布工程と、
この塗布工程により粘着剤が塗布されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させてカーボンナノチューブ層から粘着剤を溶解させる溶解工程とを具備する方法であり、
また上記押圧工程を塗布工程の後に配置する方法である。
また、上記各製造方法において、粘着剤として水溶性のものを用いるとともに溶解液として水を用いたもので、若しくは、粘着剤として有機性の糊を用いるとともに溶解液として当該糊を溶解させる有機溶媒を用いたものである。
さらに、上記各製造方法において、カーボンナノチューブ層の厚さを、転写工程における押圧の強さにより調節する方法である。
上記の各製造方法によると、カーボンナノチューブシートを得る際に、従来のように、基板からカーボンナノチューブ層を、直接、剥離させる方法とは異なり、カーボンナノチューブ層を粘着剤により保持させるようにしたので、剥離するときに、カーボンナノチューブ層が破れるのを防止することができる。
本発明の実施例1に係るカーボンナノチューブシートの概略製造方法を示す模式図である。 同実施例1の製造方法を説明する要部断面図である。 同実施例1の製造方法を説明する要部断面図である。 同実施例1におけるカーボンナノチューブ厚さと押圧力との関係を示すグラフである。 本発明の実施例2に係るカーボンナノチューブシートの概略製造方法を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブシートの製造方法を具体的に示した実施例に基づき説明する。
本発明に係るカーボンナノチューブシートは、基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブが多数並列に、言い換えれば、垂直配向性のカーボンナノチューブ群が層状に形成されたものである。
以下、本発明の実施例1に係るカーボンナノチューブシートの製造方法を、図1〜図4に基づき説明する。
まず、図1の(a)に示すように、ステンレス製の薄い鋼板からなる第1の基板1の表面に、例えばCVD法(化学的気相成長法:熱CVD法も含む)を用いて、垂直配向性のカーボンナノチューブ群Cを所定高さすなわち所定厚さでもって形成する(層形成工程)。以下、この所定厚さのカーボンナノチューブ群をカーボンナノチューブ層と称して説明する。
次に、図1の(b)および(d)に示すように、ステンレス製の薄い鋼板からなり且つ表面に粘着剤Vが塗布された第2の基板2の表面に、第1の基板1の表面に形成されたカーボンナノチューブ層Cの先端部分を接触・押圧(反転・押圧ともいい、押圧・転写工程である)させて、第1の基板1側のカーボンナノチューブ層Cを第2基板2側に転写する。上記粘着剤Vとしては、ポリビニールアルコール(以下、PVAと称す)が用いられるとともに、PVAの濃度が5〜15重量%の水溶液を、ドクターブレード法にて塗布し、その後、乾燥させることにより、所定厚さの粘着剤層を得た。なお、カーボンナノチューブ層Cの押圧を行うのは、垂直配向されたカーボンナノチューブ同士が絡み合い、自立性の向上を図るとともに、熱伝導性および電気伝導性の向上を図るためである。その押圧力は、1〜50kgf/cm(0.1〜4.9MPa)の範囲内が好ましい。また、粘着剤Vとしては、ポリビニールアルコール以外のもの、例えば水溶性の糊などを用いてもよい。
次に、図2に示すように、カーボンナノチューブ層Cが転写された第2の基板2を、粘着剤Vを溶かし得る溶解液Sに浸漬させることにより粘着剤Vを溶かす(溶解工程)。なお、粘着剤として使用したPVAが水溶性であるため、溶解液Sとしては80℃程度の温水(常温水でもよい)が用いられる。また、水溶性の粘着剤Vが溶けると、カーボンナノチューブ層Cそのものが第2の基板2から遊離(剥離)する。なお、粘着剤Vとして有機性の糊を用いるとともに溶解液として当該糊を溶解させる有機溶媒を用いてもよい(以下に示す実施例2においても同様である)。
次に、図3に示すように、剥離したカーボンナノチューブ層Cの下方に例えば四フッ化エチレン樹脂製(テフロン(登録商標)製)の繊維状シート11を配置するとともにこの繊維状シート11を下方から上方に移動させてカーボンナノチューブ層Cを掬い上げる。
次に、この掬い上げられたカーボンナノチューブ層Cを乾燥機(図示せず)にて温風を吹き付けることにより乾燥させれば、シート状のカーボンナノチューブ層C、つまり所定厚さのカーボンナノチューブシートが製造される。
ここで、カーボンナノチューブ層Cの第2の基板2への押圧力fとカーボンナノチューブ層Cの厚さtとの関係を調べると、図4に示すグラフのようになる。
図4のグラフにおいて、曲線Aは、カーボンナノチューブ層Cの押圧前の厚さtが200μmの場合を示し、曲線Bはカーボンナノチューブ層の押圧前の厚さが400μmの場合を示している。これらの曲線から分かるように、押圧力f(1〜50kgf/cm)に応じて、カーボンナノチューブ層Cの厚さtが変化しているのが分かる。すなわち、押圧力fによりカーボンナノチューブシートの厚さtを調整し得ることが分かる。なお、上記第1の基板1をカーボンナノチューブの生成用板材と呼ぶことができるとともに、上記第2の基板2をカーボンナノチューブの転写用板材と呼ぶことができる。
この製造方法によると、カーボンナノチューブシートを得る際に、従来のように、基板からカーボンナノチューブ層を、直接、剥離させる方法とは異なり、カーボンナノチューブ層を粘着剤により保持させるようにしたので、剥離するときに、カーボンナノチューブ層が破れるのを防止することができる。
また、この製造方法によると、一旦、カーボンナノチューブ層を粘着剤により一時的に保持させた後、溶解液に浸漬させて粘着剤を溶かすことにより、第2の基板からカーボンナノチューブ層を剥離させるようにしているので、例えばブレードなどの機械的手段を用いてカーボンナノチューブ層を剥離する場合に比べると、カーボンナノチューブシートの製造装置の簡略化を図ることができる。
なお、ここで、上記実施例に係る製造方法を簡単に纏めると、以下のようになる。
すなわち、この製造方法は、第1の基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、この層形成工程により第1の基板に形成されたカーボンナノチューブ層を粘着剤が塗布された第2の基板に押圧させて当該第2の基板に転写する押圧・転写工程と、この押圧・転写工程により転写されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させて粘着剤を溶解させる溶解工程とを具備する方法である。
ところで、上記実施例1においては、カーボンナノチューブ層が付着した基板ごと、溶解液に浸漬させてカーボンナノチューブ層を剥離するように説明したが、例えば、溶解液に浸漬させる前に、第2の基板からカーボンナノチューブ層を剥離しておき(剥離工程)、この剥離されたカーボンナノチューブ層を溶解液に浸漬させて粘着剤を溶かす(溶解工程)ようにしてもよい。
次に、本発明の実施例2に係るカーボンナノチューブシートの製造方法を、図5に基づき説明する。
上述した実施例1においては、転写用の第2の基板に粘着剤を塗布しておき、この第2の基板に第1の基板に形成されたカーボンナノチューブ層を押圧させるように説明したが、本実施例2においては、転写用の基板を用いずに、カーボンナノチューブ層が形成された第1の基板に表面から粘着剤を塗布するようにしたものである。
すなわち、図5の(a)に示すように、基板21の表面にCVD法により垂直配向性のカーボンナノチューブ層Cを形成し(層形成工程)、そして図5の(b)に示すように、このカーボンナノチューブ層Cを、板状の押圧部材22により、表面から下方に押圧する(押圧工程)。
次に、図5の(c)に示すように、押圧されたカーボンナノチューブ層Cの表面に、例えばスピンコート法により粘着剤Vを塗布する(塗布工程)。なお、粘着剤Vとしては、上記実施例1と同様に、ポリビニールアルコール(PVA)などが用いられる。すなわち、所定速度で回転されるカーボンナノチューブ層Cの表面に、5〜15%(重量%)濃度のポリビニールアルコールVの水溶液を滴下し、そして100℃で乾燥させることによりポリビニールアルコールVをカーボンナノチューブ層Cに含浸させた。この後、図5の(d)に示すように、粘着剤Vが塗布されたカーボンナノチューブ層Cを基板21から剥離させる(剥離工程)。次に、図5の(e)に示すように、カーボンナノチューブ層Cを溶解液Sである80℃程度の温水(常温水でもよい)に浸漬させて粘着剤Vを溶かした後(溶解工程)、実施例1の場合と同様に、四フッ化エチレン樹脂製(テフロン(登録商標)製)の繊維状シートにより掬い上げ、回収すればよい。
この製造方法によると、上述した実施例1の場合と同様に、カーボンナノチューブシートを得る際に、従来のように、基板からカーボンナノチューブ層を、直接、剥離させる方法とは異なり、カーボンナノチューブ層を粘着剤により保持させるようにしたので、剥離するときに、カーボンナノチューブ層が破れるのを防止することができる。
ところで、上記実施例2においては、カーボンナノチューブ層を押圧した後に、粘着剤を塗布するように説明したが、変形例として、例えば粘着剤を塗布した後のカーボンナノチューブ層を押圧するようにしてもよい。この場合、押圧されたカーボンナノチューブ層を基板から剥離した後、溶解液に浸漬し、そしてカーボンナノチューブ層を掬い上げて回収すればよい。
さらに、上記実施例2およびその変形例においては、カーボンナノチューブ層を基板から剥離させた後、このカーボンナノチューブ層を溶解液に浸漬させるように説明したが、カーボンナノチューブ層を基板から剥離させずに、基板に付着した状態のカーボンナノチューブ層を溶解液に浸漬させて、粘着剤を溶かすことによりカーボンナノチューブ層を基板から剥離させ、そして四フッ化エチレン樹脂製(テフロン(登録商標)製)の繊維状シートによりカーボンナノチューブ層を掬い上げるようにしてもよい。
すなわち、図5の(b)で押圧することにより、かなりの部分のカーボンナノチューブ層Cは基板21の表面から離脱された状態で基板に留まっており、敢えて図5の(d)で基板から剥離させる必要がないためである。
これら実施例2に係る製造方法を工程形式により纏めて示すと下記のようになる。
すなわち、この製造方法は、基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、この層形成工程により基板に形成されたカーボンナノチューブ層を押圧する押圧工程と、この押圧工程により押圧されたカーボンナノチューブ層に粘着剤を塗布する塗布工程と、この塗布工程により粘着剤が塗布されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させてカーボンナノチューブ層から粘着剤を溶解させる溶解工程とを具備する方法であり、
またこの製造方法における押圧工程を塗布工程の後に配置する方法である。
1 第1の基板
2 第2の基板
11 繊維状シート
21 基板
22 押圧部材
C カーボンナノチューブ層
S 溶解液
V 粘着剤

Claims (6)

  1. 第1の基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、
    この層形成工程により第1の基板に形成されたカーボンナノチューブ層を粘着剤が塗布された第2の基板に押圧させて当該第2の基板に転写する押圧・転写工程と、
    この押圧・転写工程により転写されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させて粘着剤を溶解させる溶解工程とを具備することを特徴とするカーボンナノチューブシートの製造方法。
  2. 基板の表面に垂直配向性のカーボンナノチューブ層を形成する層形成工程と、
    この層形成工程により基板に形成されたカーボンナノチューブ層を押圧する押圧工程と、
    この押圧工程により押圧されたカーボンナノチューブ層に粘着剤を塗布する塗布工程と、
    この塗布工程により粘着剤が塗布されたカーボンナノチューブ層を粘着剤の溶解液に浸漬させてカーボンナノチューブ層から粘着剤を溶解させる溶解工程と
    を具備することを特徴とするカーボンナノチューブシートの製造方法。
  3. 押圧工程を塗布工程の後に配置することを特徴とする請求項2に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
  4. 粘着剤として水溶性のものを用いるとともに溶解液として水を用いたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
  5. 粘着剤として有機性の糊を用いるとともに溶解液として当該糊を溶解させる有機溶媒を用いたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
  6. カーボンナノチューブ層の厚さを、押圧の強さにより調節することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
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