JPWO2016080526A1 - カーボンナノチューブシートの製造方法及びカーボンナノチューブシート - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、本発明の第1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のフロー図である。図2に示すように、本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は、所定方向に複数のカーボンナノチューブが整列させられたフリースタンディングの未改質のカーボンナノチューブシートを、液体物質の蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方と接触させる高密度化処理により改質して複数のカーボンナノチューブ12が集合した高密度化部P1と、当該高密度化部P1より相対的にカーボンナノチューブ12の密度が低い低密度化部P2とが設けられたカーボンナノチューブシートを得る第1改質工程ST11と、少なくとも2層の改質されたカーボンナノチューブシートを積層し又は改質されたカーボンナノチューブシート上に少なくとも1層の未改質のカーボンナノチューブシートを積層してカーボンナノチューブシートの積層体とする積層工程ST12と、積層体を液体物質の蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方と接触させる高密度化処理により改質する第2改質工程ST13とを含む。なお、積層工程ST12及び第2改質工程ST13は、必ずしも実施する必要はなく、製造するカーボンナノチューブシートの性状に応じて適宜実施する。以下、本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について詳細に説明する。
図3は、本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の説明図である。第1改質工程ST11では、まず、所定方向に複数のカーボンナノチューブ12が整列させられた未改質のカーボンナノチューブシート14A(以下、単に、「未改質カーボンナノチューブシート14A」ともいう)を用意する。未改質カーボンナノチューブシート14Aの製造方法の一例を示すと、図3に示すように、シリコンウエハなどの基板11上に多数のカーボンナノチューブ12が立ち並んだカーボンナノチューブフォレスト13から、一対の支持棒(支持体)15によって引き出すことにより、リボン状の集合体を形成した複数のカーボンナノチューブ12を得る。複数のカーボンナノチューブ12は、カーボンナノチューブフォレスト13から引き出すことによって、その円筒状の形状の軸方向が、引き出し方向に優先的に近づくように整列させられている。その後、引き出したカーボンナノチューブ12を所望の大きさに切断することにより未改質カーボンナノチューブシート14Aが得られる。この場合には、カーボンナノチューブ12がカーボンナノチューブシート14Aの面内の一方向に優先的に整列させられている。支持棒15としては、カーボンナノチューブ12を引き出せるものであれば特に制限はなく、例えば、各種樹脂材料を用いたものが挙げられる。また、カーボンナノチューブ12を引き出す条件は限定されないが、温度が−20℃以上500℃以下であり、常圧の条件で未改質カーボンナノチューブシート14Aとして引き出すことが好ましい。
積層工程ST12では、少なくとも2層の改質カーボンナノチューブシート14Bを積層して改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体とする。また、積層工程ST12では、少なくとも2層の改質カーボンナノチューブシート14Bと、1層以上の未改質カーボンナノチューブシート14Aを積層してカーボンナノチューブシート14A,14Bの積層体としてもよい。得られる第2改質工程ST13を経た積層体32の光線透過率を高い程度に保つ観点から、積層するカーボンナノチューブシート14に含める未改質カーボンナノチューブシート14Aの数は、4層以下であることが好ましく、2層以下であることより好ましく、0層であることが更に好ましい。積層工程ST12では、例えば、カーボンナノチューブフォレスト13から引き出して治具16に保持した未改質カーボンナノチューブシート14Aに第1改質工程ST11を行い、その上に、別途カーボンナノチューブフォレスト13から引き出した未改質カーボンナノチューブシート14Aを治具16に保持して、第1改質工程ST11を行った上でこれを積層することにより、未改質カーボンナノチューブシート14B同士の積層体を得ることが可能となる。積層工程ST12に用いる改質カーボンナノチューブシート14Bは、未改質カーボンナノチューブシート14Aを2層以上4層以下積層して高密度化処理することにより得た改質カーボンナノチューブシート14Bであってもよいが、未改質カーボンナノチューブシート14Aを積層せずに高密度化処理することにより得たものであることが好ましい。これにより、後述する第2改質工程ST13による、改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体32の導電性、光線透過率及び強度が向上するという効果がより効率的に得られる。
第2改質工程ST13では、積層工程ST12で得られた改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体を、フリースタンディングの状態で、噴霧器17などにより発生させた液体物質Lの蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方と接触させる高密度化処理により改質して改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体を得る。液体物質Lとしては、第1改質工程ST11と同様のものを用いることができる。また、液体物質Lの液体粒子の粒子径としては、第1改質工程ST11と同様の条件を用いることができる。さらに、噴霧器17からの液体物質Lの噴霧は、第1改質工程ST11と同様の条件で実施することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第1の実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
カーボンナノチューブシート上に噴霧する液体粒子の粒子径は、光学顕微鏡(商品名:超高倍率USBマイクロスコープCCD SH140CCD−R(3W)、松電舎社製)を用いて測定した。室温にて大気中で液体粒子の画像を撮像して記録し、記録した画像を解析することにより、カーボンナノチューブシート上での液体粒子の粒子径を測定した。液体粒子の粒子径は、無作為に抽出した20個の液体粒子の粒子径の平均値をとった。
カーボンナノチューブシートの光線透過率は、可視−紫外光源(商品名:L10290、浜松ホトニクス社製)及び分光器(商品名:USB2000、オーシャンオプティクス社製)を用いた光学透過率により測定した。光源から放出される波長λの光の強度をI0(λ)とし、カーボンナノチューブシートを透過した光の強度をI(λ)として、分光器を用いてそれぞれの値を測定して光の強度の比(I/I0)から波長λにおける透過率T(λ)を算出した。測定時には、光源からの光がカーボンナノチューブシートに対して垂直に入射するように光軸を調整した。光線透過率は、可視光領域(380nm〜760nm)の透過率の平均値により算出した。
カーボンナノチューブシートのシート抵抗(Rsheet)は、実施例及び比較例で得られた、カーボンナノチューブシート(銅棒間の間隔L=20mm又は30mm)の抵抗値(R)をデジタルマルチメーター(商品名:U1273A、アジレント社製)により測定し、カーボンナノチューブシートの幅(W)との間隔から下記関係式(1)に基づいて算出した。カーボンナノチューブシートの幅は、写真の画像解析から計算した。
Rsheet=R×W/L ・・・式(1)
(カーボンナノチューブフォレストの調製)
キャリアガスとしてアルゴンガス、炭素源としてアセチレンを用いた3つの炉を備える熱CVD装置を用い、予め分割した6インチシリコンウエハ上に、触媒化学気相蒸着法によりカーボンナノチューブフォレストを形成した。カーボンナノチューブフォレストの高さは300μmであった。
カーボンナノチューブフォレストの端部をよじり、ピンセットで引き出すことにより、カーボンナノチューブシートを生成させた。カーボンナノチューブシートを間隔45mmの2本の平行な支持棒(銅棒、直径2mm)に自己粘着性により係止し、余剰部を切断して2本の支持棒間に張られたフリースタンディングのカーボンナノチューブシートを得た。さらに、間隔30mmの2本の平行な支持棒(銅棒、直径2mm)を有する治具を用いて、支持棒間に張られたフリースタンディングのカーボンナノチューブシートを治具の支持棒間に移し替えてフリースタンディングのカーボンナノチューブシート(未改質カーボンナノチューブシート)を得た。
超音波加湿器を用いて空気を分散媒とするエタノールのエアロゾルを発生させた後、フリースタンディングの状態の未改質カーボンナノチューブシートを治具ごと発生させたエアロゾル中に1分間暴露した。エタノールの液体粒子の粒子径は、15μmであった。その後、フリースタンディングの状態の未改質カーボンナノチューブシートを室温で1分間放置して、カーボンナノチューブ同士を集合させた改質カーボンナノチューブシートを得た。エアロゾルへの暴露を行う前後の未改質カーボンナノチューブシート及び改質カーボンナノチューブシートについて光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に示す。
(改質カーボンナノチューブシートの積層)
間隔30mmの2本の平行な支持棒を有する治具の代わりに、間隔20mmの2本の平行な支持棒(銅棒、直径2mm)を有する治具を用いたこと以外は、実施例1と同様にして改質カーボンナノチューブシートを得た。得られた改質カーボンナノチューブシートと、実施例1と同様にして得られた間隔30mmの2本の平行な支持棒を有する治具に係止された改質カーボンナノチューブシートとを、互いの引き出し方向を同一方向として重ね合わせることにより、2層の改質カーボンナノチューブシートが積層された積層体を得た。また、得られた積層体に実施例1と同様にして得られた改質カーボンナノチューブシートを更に積層することを繰り返し、4、6、8、10、12層の改質カーボンナノチューブシートが積層された積層体を得た。これらの積層体について光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
(積層体のエアロゾルへの暴露)
実施例2で得られた12層の改質カーボンナノチューブシートが積層された積層体に対して、実施例1と同様にしてエアロゾルへの暴露を行った。その後、積層体について光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
空気を分散媒とするエタノールのエアロゾルに代えて、空気を分散媒とする水のエアロゾルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして改質カーボンナノチューブシートを得た。水の液体粒子の粒子径は、15μmであった。エアロゾルへの暴露を行う前後の未改質カーボンナノチューブシート及び改質カーボンナノチューブシートについて光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
空気を分散媒とするエタノールのエアロゾルに代えて、空気を分散媒とするイソプロピルアルコール(IPA)のエアロゾルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして改質カーボンナノチューブシートを得た。イソプロピルアルコールの液体粒子の粒子径は、15μmであった。エアロゾルへの暴露を行う前後の未改質カーボンナノチューブシート及び改質カーボンナノチューブシートについて光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
未改質カーボンナノチューブシートのエアロゾルへの暴露に代えて、印刷装置(商品名:Deskjet 1000、ヒューレット・パッカード社製)を用いたインクジェット印刷によりエタノールを改質カーボンナノチューブシートに対して吐出したこと以外は、実施例1と同様にして改質カーボンナノチューブシートを得た。エタノールの粒子径は、15μmであった。エアロゾルへの暴露を行う前後の未改質カーボンナノチューブシート及び改質カーボンナノチューブシートについて光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
実施例1と同様にして、カーボンナノチューブシートの調製を行った。
治具に保持されたフリースタンディング状態の未改質カーボンナノチューブシートに、更にカーボンナノチューブフォレストから引き出した未改質カーボンナノチューブシートを、互いの引き出し方向を同一方向として重ね合わせて、2層のカーボンナノチューブシートが積層された未改質カーボンナノチューブシートの積層体を得た。また、さらにこの操作を繰り返し、3層及び4層のカーボンナノチューブシートが積層されたカーボンナノチューブシートを得た。これらのカーボンナノチューブシート又はその積層体に、実施例6と同様にしてインクジェット印刷によるエタノールの吐出を行い、改質カーボンナノチューブシートを得た。エタノールの吐出を行う前後の未改質の又は改質された各積層数のカーボンナノチューブシート又はその積層体について、光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に示す。
カーボンナノチューブシートを間隔30mmの2本の平行な支持棒に係止する代わりに、基材としてのガラス板上に未改質カーボンナノチューブシートを、カーボンナノチューブシート自体の付着性により貼付したこと以外は、実施例1と同様にしてガラス板上に形成された改質カーボンナノチューブシートを得た。この改質カーボンナノチューブシートは、破壊することなくガラス板から剥離することができなかった。比較例1の改質カーボンナノチューブシートについては、光線透過率が100%のガラス板ごと光線透過率の測定及び導電性評価を実施した。結果を下記表1に併記する。
未改質カーボンナノチューブシートのエアロゾルへの暴露に代えて、マイクロピペットでフリースタンディング状態の未改質カーボンナノチューブシート上に6μlのエタノールを滴下して浸潤させたこと以外は実施例1と同様にして高密度化処理した。その結果、カーボンナノチューブシートが破壊され、高密度化処理を行うことができなかった。比較例2については、改質カーボンナノチューブシートを得られなかったので、光線透過率の測定及び導電性評価を実施しなかった。
キャリアガスとしてアルゴンガス、炭素源としてアセチレンを用いた、3つの炉を備える熱CVD装置を用い、幅50mmのシリコンウエハ上に、触媒化学気相蒸着法により高さ300μmのカーボンナノチューブフォレストを得た。
線状体の間隔lが800μmとなるように線状体のカーボンナノチューブをゴムロールに巻き取ったこと以外は、実施例8と同様にして導電性シートを作製した。結果を下記表2に示す。
線状体の間隔lが200μmとなるように線状体のカーボンナノチューブをゴムロールに巻き取ったこと以外は、実施例8と同様にして導電性シートを作製した。結果を下記表2に示す。
Claims (14)
- 所定方向に複数のカーボンナノチューブが整列させられたフリースタンディングの未改質のカーボンナノチューブシートを、液体物質の蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方と接触させる高密度化処理で改質して、複数のカーボンナノチューブを所定方向に優先的に整列した状態で含有し、複数の前記カーボンナノチューブが集合した高密度化部と、当該高密度化部より相対的にカーボンナノチューブの密度が低い低密度化部とを有するカーボンナノチューブシートを得る第1改質工程を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブシートの製造方法。
- さらに、少なくとも2層の前記改質されたカーボンナノチューブシートを積層してカーボンナノチューブシートの積層体とする積層工程と、前記積層体をフリースタンディングの状態で前記液体物質の蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方と接触させる高密度化処理により改質する第2改質工程とを含む、請求項1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 前記積層工程において2層以上25層以下の前記改質されたカーボンナノチューブシートを積層してカーボンナノチューブシートの積層体とする、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。
- 前記液体粒子の大きさが200μm以下である、請求項1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 前記液体粒子が、前記液体物質のエアロゾル及びインクジェットによる前記液体物質の吐出のいずれか一方又は両方によりなる、請求項1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 前記液体物質が、有機溶剤である、請求項1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 前記有機溶剤が、アルコール化合物である、請求項6に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 前記アルコール化合物が、メタノール、エタノール及びイソプロピルアルコールからなる群から選択された少なくとも1種である、請求項7に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法。
- 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法により製造されたことを特徴とする、カーボンナノチューブシート。
- 光線透過率が70%以上である、請求項9に記載のカーボンナノチューブシート。
- 抵抗が500Ω/□以下である、請求項9に記載のカーボンナノチューブシート。
- 光線透過率が70%以上であり、抵抗が500Ω/□以下である、請求項9に記載のカーボンナノチューブシート。
- 複数のカーボンナノチューブを所定方向に優先的に整列した状態で含有し、複数のカーボンナノチューブが繊維状に集合した高密度化部と、前記高密度化部より相対的にカーボンナノチューブの密度が低い低密度化部とを有し、光線透過率が70%以上であり、抵抗が500Ω/□以下であることを特徴とする、カーボンナノチューブシート。
- 前記高密度化部は、カーボンナノチューブを含む線状体が平行に並べられてなり、前記低密度化部は、前記高密度化部の間に設けられた、請求項13に記載のカーボンナノチューブシート。
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