JP7295687B2 - カーボンナノチューブ線材 - Google Patents
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ることを発見したことに基づく。すなわち、本発明は、高い導電性を有するカーボンナノチューブ線材を提供することを目的とする。
[1]複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の単数または複数を有するカーボンナノチューブ線材であって、
前記カーボンナノチューブ集合体の共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、1550~1650cm-1の範囲内で最大のピーク強度をG、1300~1400cm-1の範囲内で最大のピーク強度をDとしたとき、前記カーボンナノチューブ集合体内においてG/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を示す領域の長さが0.8μm以上である、カーボンナノチューブ線材。
[2]前記カーボンナノチューブ線材は、複数の前記カーボンナノチューブ集合体を有し、
各々の前記カーボンナノチューブ集合体の長さは、前記カーボンナノチューブ集合体の平均長さの0.65~1.35倍である、上記[1]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[3]前記カーボンナノチューブ線材は、複数の前記カーボンナノチューブ集合体を有し、
前記カーボンナノチューブ集合体の平均長さは1.5μm以上である、上記[1]または[2]に記載のカーボンナノチューブ線材。
[4]前記G/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を示す領域の長さが1.0μm以上である、上記[1]から[3]までの何れか1項に記載のカーボンナノチューブ線材。
以下に、一実施形態に係るカーボンナノチューブ線材について説明する。
した後、カーボンナノチューブ集合体が分散状態を保った状態で測定を行う。この測定では、AFM(Atomic Force Microscope;原子間力顕微鏡)測定とラマン分光測定を同時に行うことでカーボンナノチューブ集合体のマッピングを行う。この測定法では、20本のカーボンナノチューブ集合体のそれぞれについて200nmごとにG/D比を測定、算出する。より具体的には、単一のカーボンナノチューブ集合体について200nmごとにG/D比をそれぞれ測定し、G/D比を算出する。そして、20本のカーボンナノチューブ集合体について得られたG/D比の中で最大値を示すものを特定する。次いで、20本のカーボンナノチューブ集合体について200nmごとに測定されたG/D比の中で最大値の20~100%の範囲内の値を連続的に示す領域の長さを算出する。本実施形態では、このようにして算出されたG/D比の最大値の20~100%の範囲内の値を連続的に示す領域の長さが、20本の全てのカーボンナノチューブ集合体について0.8μm以上となっている。
または複数が束ねられて形成されている。図1では、カーボンナノチューブ線材10は、カーボンナノチューブ集合体11が、複数、束ねられた構成となっている。カーボンナノチューブ集合体11の長手方向が、カーボンナノチューブ線材10の長手方向を形成している。従って、カーボンナノチューブ集合体11は、線状となっている。カーボンナノチューブ線材10における複数のカーボンナノチューブ集合体11,11,・・・は、その長軸方向がほぼ揃って配されている。従って、カーボンナノチューブ線材10における複数のカーボンナノチューブ集合体11,11,・・・は、配向している。素線であるカーボンナノチューブ線材10の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、0.01mm以上4.0mm以下である。また、撚り線としたカーボンナノチューブ線材10の円相当直径は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上15mm以下である。
カーボンナノチューブ11aのみを記載しているが、カーボンナノチューブ集合体11には、3層構造以上の層構造を有するカーボンナノチューブや単層構造の層構造を有するカーボンナノチューブも含まれていてもよく、3層構造以上の層構造を有するCNTまたは単層構造の層構造を有するカーボンナノチューブから形成されていてもよい。
を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を適宜混合して使用してもよい。
カーボンナノチューブ線材(素線)の製造方法は特に限定されないが、適宜、所望の製造方法を選択することができる。例えば、乾式紡糸法(特許第5819888号公報、特許第5990202号公報、特許第5350635号公報)、湿式紡糸法(特許第5135620号公報、特許第5131571号公報、特許第5288359号公報)、液晶紡糸法等の公知の方法により、カーボンナノチューブ線材(素線)を作製することができる。例えば、湿式紡糸法では特定の溶媒中にカーボンナノチューブを添加して分散液を得た後、押出成形器などにより該分散液を凝固液中に押し出すことによって、カーボンナノチューブ線材(素線)を得ることができる。また、撚り線の形態のカーボンナノチューブ線材を得る場合は、撚り器によってカーボンナノチューブ線材(素線)を撚ることによって得ることができる。
まず、炭素源をトルエンとし、チオフェンとフェロセンをトルエンに対してモル比で3%含む混合液を調製し、該混合液を用いて炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブの合成を行なった。この際、炉内の反応温度は850℃、炉長は800mmとした。回収したカーボンナノチューブを500℃の大気下で20分熱処理を行ない、カーボンナノチューブ集合体を得た。このカーボンナノチューブ集合体10mgを、0.1質量%
コール酸ナトリウム水溶液中に超音波処理で分散させることで分散液を調製し、該分散液を測定用の基板である金基板上に滴下した後、カーボンナノチューブ集合体が分散状体を保った状態で測定を行った。ここでは、走査周波数1.0Hzの条件に設定したAFM(原子間力顕微鏡)ラマン測定を行い、繊維状の構造が見られたものをカーボンナノチューブ集合体として特定し、20本のカーボンナノチューブ集合体のそれぞれについて共鳴ラマン散乱によるスペクトル測定を得た。測定装置としては、AFM-Raman XploRA nano(株式会社堀場製作所製)を使用した。この測定法では、20本のカーボンナノチューブ集合体のそれぞれについて200nmごとにG/D比の測定を行った。そして、20本のカーボンナノチューブ集合体の中で最も大きいG/D比および最も小さいG/D比を示すものをそれぞれ、G/D比の最大値および最小値として特定した。G/D比の最大値および最小値はそれぞれ、1.2および20であった。次に、該G/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を連続的に示す領域の長さを特定した結果、1.6μmであった。また、AFM像よりカーボンナノチューブ集合体の長さを測定することにより、カーボンナノチューブ集合体の平均長さ、および各々のカーボンナノチューブ集合体の長さを測定し平均長さの何倍であるか、を算出した。この結果、カーボンナノチューブ集合体の平均長さは3.2μmであり、各々のカーボンナノチューブ集合体の長さはカーボンナノチューブ集合体の平均長さの0.69~1.31倍であった。
次に、上記のようにして得られたカーボンナノチューブ集合体を含む分散液を調製した後、該分散液を押出成形器に投入し、次いで凝固液中に押し出すことにより、円相当径が0.05mmのカーボンナノチューブ線材を作製した。このようにして作製したカーボンナノチューブ線材を10本、撚り器により撚りあわせて、撚り数500T/m、撚り線密度0.5g/cm3の撚り線とした。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度は1000℃、炉長は600mmとした。回収したカーボンナノチューブを500℃の大気下で20分、熱処理を行なった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度は900℃、炉長は800mmとした。回収したカーボンナノチューブを400℃の大気下で20分、熱処理を行なった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度は1350℃、炉長は600mmとした。回収したカーボンナノチューブを600℃の大気下で40分、熱処理を行なった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度は1000℃、炉長は600mmとした。回収したカーボンナノチューブを600℃の大気下で30分、熱処理を行なった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度は1100℃、炉長は900mmとした。回収したカーボンナノチューブを500℃の大気下で20分、熱処理を行なった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
炉内で浮遊触媒CVD法によりカーボンナノチューブを作成する際の反応温度を1400℃、炉長を600mmとしてカーボンナノチューブを合成し、熱処理を行なわなかった以外は、実施例1と同様にして撚り線を作製した。
上記のようにして作製した各例のカーボンナノチューブ線材について体積抵抗率を測定した。ソースメータ(ケースレー2400(Keithley社製))を用いて、電流0.1mAを流したときの抵抗値を計測した。この値を用いてカーボンナノチューブ線材の体積抵抗率を算出した。この際、サンプルはカーボンナノチューブ線材1mを切り出し、10cm間隔ずつ、10カ所計測しその平均値を用いた。体積抵抗率を算出するための断面積は測定に用いた1mの線材を10等分してそれぞれの断面積をマイクロスコープ(VHX-7000、キーエンス社製)で計測し、その平均値を用いた。
11 カーボンナノチューブ集合体
11a カーボンナノチューブ
12 カーボンナノチューブ被覆電線
14 撚り線
21 絶縁被覆層
Claims (3)
- 複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体の複数を有するカーボンナノチューブ線材であって、
前記カーボンナノチューブ集合体単体の共鳴ラマン散乱測定により得られるスペクトルで、1550~1650cm-1の範囲内で最大のピーク強度をG、1300~1400cm-1の範囲内で最大のピーク強度をDとしたとき、前記カーボンナノチューブ集合体内においてG/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を示す領域の長さが0.8μm以上であり、
前記G/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を示す長さが0.8μm以上の領域は、結晶欠陥が少ない領域であり、導電性を示す導電パスが形成されており、
カーボンナノチューブ集合体が凝集していない状態でのカーボンナノチューブ集合体におけるG/D比の最大値は20以上、最小値は1以上からなり、
各々の前記カーボンナノチューブ集合体の長さは、前記カーボンナノチューブ集合体の平均長さの0.65~1.35倍であり、
前記カーボンナノチューブ集合体の円相当直径は、20nm以上1000nm以下である、カーボンナノチューブ線材。 - 前記カーボンナノチューブ集合体の平均長さは1.5μm以上である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ線材。
- 前記G/D比の最大値の20~100%の値のG/D比を示す領域の長さが1.0μm以上である、請求項1または2に記載のカーボンナノチューブ線材。
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