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

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 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016080526A1
JPWO2016080526A1 JP2016560304A JP2016560304A JPWO2016080526A1 JP WO2016080526 A1 JPWO2016080526 A1 JP WO2016080526A1 JP 2016560304 A JP2016560304 A JP 2016560304A JP 2016560304 A JP2016560304 A JP 2016560304A JP WO2016080526 A1 JPWO2016080526 A1 JP WO2016080526A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon nanotube
nanotube sheet
carbon nanotubes
carbon
modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016560304A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6894597B2 (ja
Inventor
ラクエル オバエ
ラクエル オバエ
仙君 田中
仙君 田中
閑山 井上
閑山 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lintec Corp
Kinki University
Original Assignee
Lintec Corp
Kinki University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lintec Corp, Kinki University filed Critical Lintec Corp
Publication of JPWO2016080526A1 publication Critical patent/JPWO2016080526A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6894597B2 publication Critical patent/JP6894597B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B32B9/007Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/08Aligned nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/22Electronic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10Solid density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/70Nanostructure
    • Y10S977/734Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
    • Y10S977/742Carbon nanotubes, CNTs
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/902Specified use of nanostructure
    • Y10S977/932Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本発明は、光線透過率及び導電性に優れた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を提供することを目的とする。本発明の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ST11を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、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に関する。
従来、カーボンナノチューブフォレストを用いたカーボンナノチューブシートの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、成長基板の表面上に化学気相蒸着(CVD: chemical vapor deposition)により成長させたカーボンナノチューブを治具によって引き出した後、引き出したリボン状のカーボンナノチューブを基材上に配置してカーボンナノチューブシートとする。そして、カーボンナノチューブシートを基材と共にアセトンなどに浸潤させて高密度化処理することにより、カーボンナノチューブシートが改質されて強度及び光線透過率が向上する。
国際公開第2007/015710号
しかしながら、特許文献1に記載のカーボンナノチューブシートの製造方法では、カーボンナノチューブフォレストから引き出したカーボンナノチューブシートを基材上に配置して高密度化処理している。そのため、基材とカーボンナノチューブとの相互作用によりカーボンナノチューブの集合が阻害されて強度及び光線透過率が必ずしも十分に向上しない場合がある。また、改質されたカーボンナノチューブシートが基材と密着する場合があり、改質されたカーボンナノチューブシートの基材からの分離が困難となる場合がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、光線透過率及び導電性に優れた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を提供することを目的とする。
本発明の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。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、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改質工程とを含むことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法によれば、フリースタンディングの状態で未改質カーボンナノチューブシートを液体物質と接触させて高密度化処理するので、カーボンナノチューブを効率良く集合させることが可能となり、例えば、光線透過率が70%以上であって、抵抗が500Ω/□以下の光線透過率及び導電性に優れた改質カーボンナノチューブシートを得ることが可能となる。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、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ことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、前記液体粒子の大きさが200μm以下であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、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ことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、前記液体物質が、有機溶剤であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、前記有機溶剤が、アルコール化合物であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートの製造方法においては、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種であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートは、上記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。
本発明のカーボンナノチューブシートよれば、フリースタンディングの状態で未改質カーボンナノチューブシートを液体物質と接触させて高密度化処理されて製造されるので、カーボンナノチューブを効率良く集合させることが可能となり、例えば、光線透過率が70%以上であって、抵抗が500Ω/□以下の光線透過率及び導電性に優れた改質カーボンナノチューブシートを得ることが可能となる。
本発明のカーボンナノチューブシートにおいては、光線透過率が70%以上であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートにおいては、抵抗が500Ω/□以下であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートにおいては、光線透過率が70%以上であり、抵抗が500Ω/□以下であることが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブシートは、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。
本発明のカーボンナノチューブシートによれば、複数のカーボンナノチューブが所定方向に優先的に整列された状態で含有された高密度化部と、高密度化部より密度が低い低密度化部とを有するので、カーボンナノチューブを効率良く集合させることが可能となり、例えば、光線透過率が70%以上であって、抵抗が500Ω/□以下の光線透過率及び導電性に優れた改質カーボンナノチューブシートを得ることが可能となる。
本発明のカーボンナノチューブシートにおいては、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ことが好ましい。
図1A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一例を示す平面模式図である。 図1Bは、本発明の第2の実施の形態に係るカーボンナノチューブシートの一例を示す平面模式図である。 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3は、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の説明図である。 図4Aは、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の説明図である。 図4Bは、従来の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。 図5は、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の概念図である。 図6は、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の概念図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る第1改質工程の一例を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態に係る第2改質工程の一例を示す図である。 図9は、本発明の第2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10A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における撚り工程の説明図である。 図10B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における配置工程の説明図である。
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。また、以下の実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
まず、本実施の形態に係るカーボンナノチューブシートの概略について説明する。図1A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1Aの一例を示す平面模式図であり、図1Bは、本発明の第2の実施の形態に係るカーボンナノチューブシート1Bの一例を示す平面模式図である。
図1Aに示すように、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1Aは、複数のカーボンナノチューブ12を所定方向に優先的に整列した状態で含有する。カーボンナノチューブシート1Aは、隣接して略平行に配列された複数のカーボンナノチューブ12の中央部が密集してなる高密度化部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とを有する。カーボンナノチューブ12の両端部は、カーボンナノチューブ12の密度が高密度化部P1と低密度化部P2との間の密度となっている。ここで、カーボンナノチューブ12が所定方向に優先的に整列した状態とは、当該所定方向に沿って配列されるカーボンナノチューブ12の数が、当該所定方向とは異なる他の方向に沿って配列されるカーボンナノチューブ12の数より多い状態である。
図1Aに示す例では、高密度化部P1は、カーボンナノチューブフォレスト13(図1Aにおいて不図示、図3参照)から引き出された未改質のカーボンナノチューブシート14A(図1Aにおいて不図示、図3参照)に含まれるカーボンナノチューブ12が所定の高密度化処理により集合して設けられる。低密度化部P2は、高密度化部P1の間の高密度化処理によってカーボンナノチューブ12が移動してカーボンナノチューブ12が存在しない空間Sとして設けられる。このように、カーボンナノチューブシート1Aは、カーボンナノチューブ12が面内均一に存在する場合と比較して、カーボンナノチューブ12の高密度化部A1により導電性が向上すると共に、低密度化部A2を有することにより光線透過率が向上することが可能となる。
図1Bに示すように、本発明の第2の実施の形態に係るカーボンナノチューブシート1Bは、複数のカーボンナノチューブ12が撚られて繊維状に集合してなる高密度化部A1と、当該高密度化部A1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A2とを有する。また、カーボンナノチューブシート1Bは、複数のカーボンナノチューブ12を所定方向に優先的に整列した状態で含有している。
図1Bに示す例では、高密度化部P1は、カーボンナノチューブ12を糸状又はリボン状にした線状体から設けられる。このような線状体は、例えば、カーボンナノチューブフォレスト13(図1Bにおいて不図示、図3参照)から引き出された未改質のカーボンナノチューブシート14A(図1Bにおいて不図示、図3参照)の複数のカーボンナノチューブ12が撚られることにより、繊維状に集合した線状体のカーボンナノチューブ12として得ることができる。ここでの繊維状に集合した線状体のカーボンナノチューブ12とは、複数のカーボンナノチューブ12に捻じりを入れた撚糸としての糸状の線状体であってもよく、複数のカーボンナノチューブ12に捻りを入れずに摩擦などにより集合させたリボン状の線状体であってもよい。すなわち、複数のカーボンナノチューブ12による高密度化部P1は、複数のカーボンナノチューブ12が捻りを伴った撚糸であれば、糸状の線状体として得られ、複数のカーボンナノチューブ12が捻りを伴わない撚糸であれば、リボン状の線状体として得られる。なお、カーボンナノチューブ12のリボン状の線状体は、カーボンナノチューブ12が捻られた構造を有しない。そのほか、高密度化部P1は、カーボンナノチューブ12の分散液から紡糸を行うことにより、カーボンナノチューブ12を糸状にした線状体として得てもよい。カーボンナノチューブ12の線状体としては、線状体の太さの均一性を高められる観点から、カーボンナノチューブ12を糸状にした線状体が好ましく、線状体におけるカーボンナノチューブ12の純度を高められる観点から、カーボンナノチューブシート12が撚られることにより得られるものが好ましい。
高密度化部P1は、所定方向に向けて複数の線状体のカーボンナノチューブ12が所定の間隔をとって略平行に並べて配置されて設けられる。低密度化部P2は、高密度化部P1の間となる線状体のカーボンナノチューブ12の間のカーボンナノチューブ12が存在しない空間Sとして設けられる。このように、カーボンナノチューブシート1Bは、カーボンナノチューブ12が面内均一に存在する場合と比較して、カーボンナノチューブ12の高密度化部A1により導電性が向上すると共に、低密度化部A2を有することにより光線透過率が向上することが可能となる。以下、上記第1の実施の形態及び上記第2の実施の形態に係るカーボンナノチューブの製造方法について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
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。
<第1改質工程>
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。
次に、第1改質工程ST11では、得られた未改質カーボンナノチューブシート14Aを一対の支持棒15から一対の棒状の支持部16aを有する治具16に移して保持する。その後、噴霧器17により液体物質Lの蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方を大気中に分散させ、治具16に保持した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14Aに接触させてカーボンナノチューブシート14Aを高密度化処理する。これにより、未改質カーボンナノチューブシート14Aを構成するカーボンナノチューブ12が相互に凝集して改質されたカーボンナノチューブシート14B(以下、単に「改質カーボンナノチューブシート14B」ともいう)となるので、改質カーボンナノチューブシート14Bの強度、導電性及び光線透過率を向上することが可能になる。噴霧器17からの液体物質Lの噴霧は、例えば、常温、常圧で実施することができるが、これに限られない。噴霧器17としては、液体物質Lの蒸気の発生又は液体物質Lを液体粒子の状態で噴霧できるものであれば特に制限はない。なお、本発明において、フリースタンディングの状態とは、カーボンナノチューブ12が基材上などに配置されずに治具16の一対の支持部16a間などに保持された状態である。なお、フリー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14Aに液体物質Lの蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方を接触させる際に、フリースタンディング状態は、未改質カーボンナノチューブシート14Aのすべての領域において保たれている必要はなく、一部の領域は保持体によって保持されていてもよい。
図4A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り、図4Bは、従来の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。図4Aに示すように、本実施の形態では、上述したように、未改質カーボンナノチューブシート14Aを治具16(図4Aにおいて不図示、図3参照)に保持してフリースタンディングの状態で高密度化処理する。これに対して、図4Bに示すように、従来のカーボンナノチューブシートの製造方法では、未改質カーボンナノチューブシート14Aをアセトンなどの液体物質に浸潤させるので、基材21上に固定した状態で高密度化処理する必要がある。このように、本実施の形態においては、フリースタンディングの状態で高密度化処理するので、基材21と未改質カーボンナノチューブシート14Aを構成するカーボンナノチューブ12との相互作用の影響を受けずに未改質カーボンナノチューブシート14Aを効率良く高密度化処理することが可能となる。
図5及び図6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概念図である。なお、図6においては、図5のV−V線矢視断面を模式的に示している。図5及び図6に示すように、本実施の形態においては、複数のカーボンナノチューブ12が略平行に整列させられた未改質カーボンナノチューブシート14Aを基材などに保持せずにフリースタンディングの状態で高密度化処理を実施する。これにより、複数のカーボンナノチューブ12が相互に絡まることなくカーボンナノチューブ12同士が集合するので、カーボンナノチューブ12を結束して密集させることができる(以下、このような現象を「バンドリング」ということがある。)。さらに、カーボンナノチューブ12が上記のカーボンナノチューブシート14Aの所定方向への優先的な整列を維持しつつ密集してカーボンナノチューブ12間の接点が増大して改質カーボンナノチューブシート14Bの強度及び導電率が向上すると共に、密集したカーボンナノチューブ12の束の間に空間Sができるので、改質カーボンナノチューブシート14Bの光線透過率が向上する。したがって、導電率及び光線透過率に優れた改質カーボンナノチューブシート14Bを実現することが可能となる。
これに対して、図4Bに示したように、基材21上でカーボンナノチューブシート14Aに液体物質Lの液体粒子を散布して高密度化処理した場合には、カーボンナノチューブ12と基材21との間の相互作用により、カーボンナノチューブ12同士の集合が阻害される。このため、カーボンナノチューブ12がバンドリングされず、導電率及び光線透過率に優れた改質カーボンナノチューブシート14Bを得ることはできない。さらに、高密度化処理後の改質カーボンナノチューブシート14Bと基材21との接着性が高まる傾向があるので、改質カーボンナノチューブシート14Bを基材21から剥離するための装置などが必要となる。また、液体物質Lに未改質カーボンナノチューブシート14Aを浸潤して高密度化処理する場合には、フリースタンディングの状態のカーボンナノチューブ12が崩壊するので、基材上にカーボンナノチューブ12を固定する必要がある。このため、液体物質Lにカーボンンナノチューブ12を浸潤する場合にも、カーボンナノチューブ12と基材21との間の相互作用により、カーボンナノチューブ12同士の集合が阻害されるので、導電率及び光線透過率に優れた改質カーボンナノチューブシート14Bを得ることはできない。
第1改質工程ST11における液体物質Lとしては、常温(例えば、25℃)で液体となる物質であれば特に制限はなく、本発明の効果を奏する範囲で水及び各種有機溶剤を用いることができる。これらの中でも、カーボンナノチューブ12との親和性が高く、カーボンナノチューブ12同士の集合が効率的に進行する観点及びカーボンナノチューブ12の集合後に速やかに揮発する観点から有機溶剤が好ましい。有機溶剤としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、ペンチルアルコール及びヘキシルアルコールなどの炭素数1以上6以下のアルコール化合物が好ましい。これらの中でも、有機溶剤としては、環境負荷を低減できる観点及び取扱い性が容易である観点から、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種を用いることが好ましい。
第1改質工程ST11における液体物質Lの液体粒子の大きさ(粒子径)としては、200μm以下が好ましい。これにより、カーボンナノチューブ12に効率良く液体物質Lを散布することができるので、改質カーボンナノチューブシート14Bの導電率及び光線透過率がより一層向上する。液体粒子の大きさとしては、5nm以上が好ましく、7.5nm以上がより好ましく、10nm以上が更に好ましく、また200μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましい。以上を考慮すると、液体粒子の大きさとしては、5nm以上200μm以下が好ましく、7.5nm以上100μm以下がより好ましく、10nm以上50μm以下が更に好ましい。
液体物質Lの液体粒子の粒子径は、例えば、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)を用いて測定することができる。例えば、室温にて大気中で液体物質Lの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14上での液体粒子の粒子径を測定できる。なお、本発明において、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である。
液体物質Lの液体粒子は、当該液体物質Lのエアロゾル及びインクジェットによる液体物質Lの吐出のいずれか一方又は両方によりなることが好ましい。これにより、カーボンナノチューブ12に効率良く液体物質Lを散布することができるので、改質カーボンナノチューブシート14Bの導電率及び光線透過率がより一層向上する。
第1改質工程ST11では、未改質カーボンナノチューブシート14Aをインクジェットによる液体物質Lの液体粒子の吐出又は液体物質Lのエアロゾルに暴露できるものであれば特に制限はなく、従来公知の生産技術を用いることができる。また、第1改質工程ST11では、蒸気又はエアロゾルを用いることが好ましい。これにより、インクジェットを用いる場合と比較して多数の未改質カーボンナノチューブシート14Aを共に改質することが可能となり、バッチ方式で改質カーボンナノチューブシート14Bを製造する場合の生産効率が向上する。また、第1改質工程ST11では、インクジェットによる液体物質Lの吐出により設けられた液体粒子を用いることも好ましい。これにより、製造された改質カーボンナノチューブシート14Bを順次巻き取ることにより、連続的に未改質カーボンナノチューブシート14Aを改質することが可能となる。また、インクジェットによる場合には、未改質カーボンナノチューブシート14Aに対して、平面視において部分的に液体粒子を吐出することで、液体粒子を吐出した部分にのみバンドリングを起こさせることができるので、平面視の領域において選択的に高密度化処理をすることが容易である。
第1改質工程ST11により、改質後の改質カーボンナノチューブシート14Bの導電性が向上すると共に、光線透過率を70%以上にすることも可能になるので、例えば、透明導電膜として好適に用いられる改質カーボンナノチューブシート14Bを実現できる。改質カーボンナノチューブシート14Bの光線透過率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。未改質カーボンナノチューブシート14Aの光線透過率は、製造条件によりばらつきが生じることがある。しかしながら、第1改質工程ST11を経ることによって、改質カーボンナノチューブシート14Bの光線透過率は、未改質カーボンナノチューブシート14Aの光線透過率によらず高い程度まで上昇する傾向がある。そのため、第1改質工程ST11を経ることによりこのような高い光線透過率の改質カーボンナノチューブシート14Bを得ることが可能である。
図7は、本実施の形態に係る第1改質工程ST11の一例を示す図である。図7に示すように、第1改質工程ST11においては、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改質カーボンナノチューブシート14Bを得てもよい。これにより、複数の未改質カーボンナノチューブシート14Aが積層された状態で改質カーボンナノチューブシート14Bを得ることができるので、得られる改質カーボンナノチューブシート14Bの強度が更に向上すると共に、導電率がより一層向上する。
<積層工程>
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。
積層工程ST12では、積層するカーボンナノチューブシート14のうちの一方のカーボンナノチューブ12が整列させられている方向と、他方のカーボンナノチューブシート14のカーボンナノチューブ12が整列させられている方向を、略同一方向とすることが好ましい。例えば、カーボンナノチューブフォレスト13からの引き出しによりカーボンナノチューブシート14を得た場合には、一方のカーボンナノチューブシート14の引き出し方向と、他方のカーボンナノチューブシート14の引き出し方向を略同一方向とすることが好ましい。これにより、カーボンナノチューブシート14の各層間におけるカーボンナノチューブ12が同一方向に揃うのでカーボンナノチューブシート14の積層体の光線透過率及び強度及び導電性を向上することができる。なお、ここでの略同一方向とは、本発明の効果を奏する範囲で各層間におけるカーボンナノチューブ12の配向方向のズレを含むものとする。具体的には、各層の配向方向のズレは15°以下の範囲であることが好ましく、10°以下の範囲であることがより好ましく、5°以下の範囲であることがさらに好ましい。
<第2改質工程>
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。
図8は、本実施の形態に係る第2改質工程ST13の一例を示す図であり、図8に示すように、第2改質工程ST13では、積層工程ST12で少なくとも2層以上の改質カーボンナノチューブシート14B同士を積層した積層体31を一括して液体物質Lの蒸気及び液体粒子のいずれか一方又は両方により高密度化処理して更に改質した積層体32とする。これにより、未改質カーボンナノチューブシート14Aを積層して改質を行う場合と比較して、カーボンナノチューブ12の集合が効率良く進行するので、積層後の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一層向上する。なお、第2改質工程13では、未改質カーボンナノチューブ14Aと改質カーボンナノチューブ14Bとを積層した積層体に対して高密度化処理を実施してもよい。
第2改質工程ST13では、積層工程ST12で改質カーボンナノチューブシート14Bの積層数を25層以下とした積層体32を用いることが好ましく、20層以下にすることがより好ましい。また、積層数の下限としては、2層以上が好ましく、4層以上がさらに好ましい。これにより、改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体32の厚みの増大を防ぎつつ、抵抗(シート抵抗)が500Ω/□以下の高い導電性を得ることが容易となると共に、光線透過率が70%以上の高い光線透過率を実現することが容易となる。したがって、例えば、透明電極として好適に用いることが可能な改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体32を実現できる可能性が高まる。なお、積層工程ST12と第2改質工程ST13とを交互に繰り返して改質カーボンナノチューブシート14Bの積層体を得てもよい。
積層体32の抵抗は、500Ω/□以下であることが好ましく、400Ω/□以下であることがより好ましく、300Ω/□以下であることがさらに好ましく、200Ω/□以下であることが特に好ましい。改質カーボンナノチューブシート14B及び未改質カーボンナノチューブシート14Aの抵抗は、未改質カーボンナノチューブシート14Aの製造条件によりばらつきが生じることもある。しかしながら、積層数を増やすほど抵抗は顕著に低下するため、積層数を増やすことによってこのような低抵抗の積層体を得ることが可能である。また、積層体32の光線透過率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、フリースタンディングの状態で未改質カーボンナノチューブシート14Aを液体物質と接触させて高密度化処理するので、カーボンナノチューブ12を効率良く集合させることが可能となり、例えば、光線透過率が70%以上であって、抵抗が500Ω/□以下の光線透過率及び導電性に優れた改質カーボンナノチューブシート14Bを得ることが可能となる。なお、改質カーボンナノチューブシート14Bの光線透過率は、例えば、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できる。また、本発明において、光線透過率は、可視光領域(380nm〜760nm)の透過率の平均値として算出する。
(第2の実施の形態)
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。
図9は、本発明の第2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一例のフロー図である。図9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12が整列させられたフリースタンディングの未改質カーボンナノチューブシート14Aを撚って複数のカーボンナノチューブ12が繊維状に集合した線状体のカーボンナノチューブ12を得る撚り工程ST21と、線状体のカーボンナノチューブ12を略平行に配置して、糸状体のカーボンナノチューブ12が配置された高密度化部と、当該高密度化部より相対的にカーボンナノチューブ12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14を得る配置工程ST22とを含む。
次に、図10A及び図10Bを参照して本実施の形態に係るカーボンナノチューブシート14の製造方法の一例について説明する。図10Aは、本実施の形態に係るカーボンナノチューブシート14の製造方法における撚り工程ST21の説明図であり、図10B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における配置工程ST22の説明図である。
図10Aに示すように、撚り工程ST21では、触媒化学気相蒸着法などによりシリコンウエハなどの基板11上に設けられた複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の一端部から、所定の治具を用いて所定幅の未改質のカーボンナノチューブ14Aを引き出す。次に、引き出した未改質のカーボンナノチューブシート14Aを、未改質カーボンナノチューブシート14Aの幅より直径が小さい金属製の輪100を通して収束させる。次に、束ねられた未改質カーボンナノチューブシート14Aを、回転軸101を有するゴムロール102の外周面上に当てながらゴムロール102を回転軸101の軸方向に振動運動させて、束ねられた未改質カーボンナノチューブシート14Aをゴムロール102上で摺動させる。これにより、摺動に伴って発生する摩擦により、束ねられた未改質カーボンナノチューブシート14Aのカーボンナノチューブ12が撚られて、複数のカーボンナノチューブ12が繊維状に集合したリボン状の線状体のカーボンナノチューブ14Cとなる。次に、線状体のカーボンナノチューブ14Cをボビン103に巻付ける。
配置工程ST22では、ボビン103に巻付けられた所定幅dに撚られた線状体のカーボンナノチューブ14Cの端部を引き出して、粘着面が外側を向くようにゴムロール102の外周面上に固定した粘着シート104の端部に固定する。次に、ゴムロール102を回転させてボビン103から繰り出される線状体のカーボンナノチューブ14Cを巻き取ながら、ゴムロール102を回転軸101の軸方向と平行な方向に等速移動させる。これにより、線状体のカーボンナノチューブ14Cが、略等間隔の幅Iで螺旋を描くようにゴムロール102にして巻き取られる。最後に、ゴムロール102の回転軸101の軸方向と平行な方向に沿って、線状体のカーボンナノチューブ14Cと共に粘着シート104を切断し、粘着シート104上に糸状体のカーボンナノチューブ14Cが平行に並べられて固定された導電性シートとしてのカーボンナノチューブシート1Bが得られる。
なお、上述した実施の形態においては、カーボンナノチューブシート13からの撚糸によってカーボンナノチューブシートを製造する例について説明したが、カーボンナノチューブシートの製造方法は、この方法に限定されない。カーボンナノチューブシートは、例えば、撚り工程ST21に代えて、カーボンナノチューブ12の紡糸工程ST21’を行うことによっても製造することが可能である。カーボンナノチューブ12の紡糸は、例えば、米国特許第2013/0251619号明細書(特開2012−126635号公報)に記載された製造方法によって実施することが可能である。カーボンナノチューブ12の紡糸は、例えば、界面活性剤によって、水のみ又は有機溶媒と水とを含む混合溶媒である第1の溶媒にカーボンナノチューブ12を分散させた分散液を作製する。次に、第1の溶媒とは異なる第2の溶媒である凝集液に、カーボンナノチューブを分散させた分散液を注入することにより、カーボンナノチューブを凝集紡糸することができる
これらの撚糸や紡糸の方法によって、線状体が含有する複数のカーボンナノチューブ12は、所定方向に優先的に整列した状態が維持され、配置工程ST22で得られるカーボンナノチューブシート14Cにおいてもカーボンナノチューブが面内の一方向に優先的に整列した状態が維持される。撚糸や紡糸において、撚糸又は紡糸をする方向に対して傾いたカーボンナノチューブが12一部生じる可能性もあるが、全体としては、カーボンナノチューブ12は優先的に当該方向に向いており、当該方向への導電性が高くなるという効果が得られる。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、未改質のカーボンナノチューブシート14Aを撚糸及び紡糸などにより所定の直径dにカーボンナノチューブ12を繊維状に集合させた線状体のカーボンナノチューブシート14Cとしてから、線状体のカーボンナノチューブ14Cを所定の間隔の幅Iで配置して高密度化部P1及び低密度化部P2を設けるので、光線透過率が70%以上であって、抵抗が500Ω/□以下の光線透過率及び導電性に優れたカーボンナノチューブシートを得ることが容易となる。
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例及び比較例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。
<液体物質の液体粒子の粒子径の測定>
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の測定>
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I(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/I)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の測定(導電性評価)>
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。
sheet=R×W/L ・・・式(1)
まず、本発明者らは、実施例1−7及び比較例1、2において、上述した第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で製造されたカーボンナノチューブシートの光線透過率及び導電率について調べた。
<実施例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シートの調製)
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。
(カーボンナノチューブシートのエアロゾルへの暴露)
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。
<実施例2>
(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。
<実施例3>
(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。
<実施例4>
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。
<実施例5>
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。
<実施例6>
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7>
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。
(未改質カーボンナノチューブシートの積層及びエタノールの吐出)
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。
<比較例1>
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。
<比較例2>
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。
Figure 2016080526
表1から分かるように、カーボンナノチューブフォレストから引き出したフリースタンディングの状態で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た改質カーボンナノチューブシートは、光線透過率及び導電性評価がいずれも良好となることが分かる(実施例1、4−6)。また、この効果は、未改質カーボンナノチューブシートを積層した後に高密度化処理を行った場合も同様に得られた(実施例7)。実施例4と実施例5とを比較すると、第1改質工程前の光線透過率は同程度であったが、第1改質工程で有機溶剤を使用した実施例5の方が光線透過率は大きく上昇した。実施例2では、改質カーボンナノチューブシートの積層数が増えるほど、積層体の抵抗が低下する一方、光線透過率が低下した。積層体に更に第2改質工程を行った実施例3では、第2改質工程を行わなかった実施例2に比べて、光線透過率が顕著に上昇した。実施例3のカーボンナノチューブシートの積層体は、実施例7で得たいずれの積層体よりも積層数が多いにもかかわらず、高い光線透過率を示しており、積層数を増やしたことにより高い導電性も得られている。
これに対して、カーボンナノチューブシートを基材上に配置して高密度化処理した場合には、実施例1と比較して光線透過率及び導電性評価がいずれも著しく悪化することが分かる(比較例1)。この結果は、基材上に配置されたカーボンナノチューブシートと基材との相互作用によりカーボンナノチューブの動きが阻害されたため十分に高密度化処理されなかったためと考えられる。また、カーボンナノチューブシートを液体物質の液滴に浸潤させた場合には、改質カーボンナノチューブシートが得られないことが分かる(比較例2)。この結果は、液体物質への浸潤により未改質カーボンナノチューブシートがフリースタンディングの状態を維持できず崩壊したためと考えられる。
次に、本発明者らは、実施例8−10及び参考例1において、上述した第2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で製造されたカーボンナノチューブシートの光線透過率及び導電率について調べた。
<実施例8>
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。
得られたカーボンナノチューブフォレストの端部の一部をつまみ、カーボンナノチューブシートを7mmの幅で引き出した。次に、引き出したカーボンナノチューブシートを直径5mmの金属製の輪を通して束ねた。束ねられたカーボンナノチューブシートを直径3cmのゴムロール上に当て、ゴムロールをロールの軸方向に振動運動させて、束ねられたカーボンナノチューブシートをゴムロール上で摺動させた。摺動に伴って発生する摩擦により、束ねられたカーボンナノチューブシートがリボン状に撚られるようにし、撚られたリボン状の線状体のカーボンナノチューブをボビンに巻き付けた。このように、カーボンナノチューブフォレストからのカーボンナノチューブシートの引き出し、カーボンナノチューブシートの集束、カーボンナノチューブの撚り、線状体のカーボンナノチューブの巻取りを連続して行った。
次に、ゴムロールの外周面上に再剥離性の粘着シート(MeCanimaging社製、製品名:MTAR)を、粘着面が外側を向くようにしてしわのないように巻きつけて固定した。
次に、線状体のカーボンナノチューブの端部をゴムロールの端部付近に位置する粘着面に付着させた後、線状体のカーボンナノチューブを繰り出し、ゴムロールを回転させて巻き取りながら、ゴムロールを徐々にロールの軸方向と平行な方向に等速移動させて、線状体のカーボンナノチューブが等間隔で螺旋を描くようにゴムロールに巻き取った。次に、ゴムロールの軸方向と平行な方向に沿って、線状体のカーボンナノチューブごと粘着シートを切断し、粘着シートに線状体のカーボンナノチューブが平行に並べられて固定された導電性シートを得た。線状体の直径dは、20μm、並べられた線状体の間隔lは、1700μmであった。結果を下記表2に示す。
<実施例9>
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。
<実施例10>
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。
<参考例1>
線状体の間隔lが10μm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。
Figure 2016080526
表2から分かるように、未改質のカーボンナノチューブシートが撚られた線状体のカーボンナノチューブを所定間隔で配置して高密度化部と低密度化部とを設けることにより、光線透過率及びシート抵抗に優れたカーボンナノチューブシートが得られた(実施例8−10)。この結果から、高密度化部により導電性が向上すると共に、低密度化部により光線の透過率が向上すると考えられる。

Claims (14)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
JP2016560304A 2014-11-21 2015-11-20 カーボンナノチューブシートの製造方法 Active JP6894597B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462082852P 2014-11-21 2014-11-21
US62/082,852 2014-11-21
US201562252908P 2015-11-09 2015-11-09
US62/252,908 2015-11-09
PCT/JP2015/082723 WO2016080526A1 (ja) 2014-11-21 2015-11-20 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016080526A1 true JPWO2016080526A1 (ja) 2017-09-28
JP6894597B2 JP6894597B2 (ja) 2021-06-30

Family

ID=56014058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016560304A Active JP6894597B2 (ja) 2014-11-21 2015-11-20 カーボンナノチューブシートの製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10562775B2 (ja)
EP (1) EP3222581B1 (ja)
JP (1) JP6894597B2 (ja)
KR (1) KR102431014B1 (ja)
CN (1) CN107207263B (ja)
AU (1) AU2015350963B2 (ja)
TW (1) TWI704249B (ja)
WO (1) WO2016080526A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017191812A1 (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 リンテック株式会社 カーボンナノチューブシートの改質方法、改質されたカーボンナノチューブシート、粘着シートの製造方法、および粘着シート
WO2018118682A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-28 Lintec Of America, Inc. Nanofiber yarn spinning system
JP2020524224A (ja) * 2017-06-20 2020-08-13 リンテック・オヴ・アメリカ,インコーポレイテッド 熱及び力を使用したナノファイバーシートの圧縮
US11370191B2 (en) * 2017-08-08 2022-06-28 Lintec Of America, Inc. Changing a density of a nanofiber sheet using an edged surface
CN111601702B (zh) * 2018-01-16 2022-03-22 琳得科美国股份有限公司 纳米纤维片材组装体
CN110065936B (zh) * 2018-01-24 2024-04-02 清华大学 胶带装置
EP3831773B1 (en) * 2018-07-27 2023-12-06 Lg Chem, Ltd. Carbon nanotubes, method of manufacturing same, and positive electrode for primary battery comprising same
JP7214537B2 (ja) * 2019-03-29 2023-01-30 古河電気工業株式会社 カーボンナノチューブ線材
JP6852144B1 (ja) * 2019-12-27 2021-03-31 トクセン工業株式会社 カーボンナノチューブ線の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008523254A (ja) * 2004-11-09 2008-07-03 ボード オブ リージェンツ, ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム ナノファイバーのリボンおよびシートならびにナノファイバーの撚り糸および無撚り糸の製造および適用
JP2009167092A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Qinghua Univ カーボンナノチューブ複合材料及びその製造方法
WO2009107846A1 (ja) * 2008-02-29 2009-09-03 独立行政法人産業技術総合研究所 カーボンナノチューブ膜構造体及びその製造方法
JP2012246210A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Qinghua Univ グラフェン−カーボンナノチューブ複合構造体の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002076724A1 (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Eikos, Inc. Coatings containing carbon nanotubes
CN101239712B (zh) * 2007-02-09 2010-05-26 清华大学 碳纳米管薄膜结构及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008523254A (ja) * 2004-11-09 2008-07-03 ボード オブ リージェンツ, ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム ナノファイバーのリボンおよびシートならびにナノファイバーの撚り糸および無撚り糸の製造および適用
JP2009167092A (ja) * 2008-01-11 2009-07-30 Qinghua Univ カーボンナノチューブ複合材料及びその製造方法
WO2009107846A1 (ja) * 2008-02-29 2009-09-03 独立行政法人産業技術総合研究所 カーボンナノチューブ膜構造体及びその製造方法
JP2012246210A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Qinghua Univ グラフェン−カーボンナノチューブ複合構造体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102431014B1 (ko) 2022-08-09
KR20170087459A (ko) 2017-07-28
AU2015350963B2 (en) 2018-10-25
WO2016080526A1 (ja) 2016-05-26
EP3222581B1 (en) 2021-04-14
TWI704249B (zh) 2020-09-11
US10562775B2 (en) 2020-02-18
CN107207263B (zh) 2020-03-03
CN107207263A (zh) 2017-09-26
TW201627518A (zh) 2016-08-01
EP3222581A4 (en) 2018-05-23
JP6894597B2 (ja) 2021-06-30
AU2015350963A1 (en) 2017-07-06
US20170362089A1 (en) 2017-12-21
EP3222581A1 (en) 2017-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016080526A1 (ja) 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
US9573812B2 (en) CNT-infused metal fiber materials and process therefor
KR20180104642A (ko) 카본나노튜브 연사의 제조방법 및 카본나노튜브 연사
JP5701907B2 (ja) 強化送電線のセルフシールドワイヤとしてのcnt浸出繊維
JP5180266B2 (ja) カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法
US8048256B2 (en) Carbon nanotube film structure and method for fabricating the same
US7704480B2 (en) Method for making carbon nanotube yarn
JP5091278B2 (ja) カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法
US20140065447A1 (en) Hybrid capacitor-battery and supercapacitor with active bi-functional electrolyte
US20140093728A1 (en) Carbon nanostructures and methods of making the same
JP2013509504A5 (ja)
JP2014508370A (ja) 強化送電線のセルフシールドワイヤとしてのcnt浸出繊維
JP2013511465A (ja) 炭素‐炭素複合材料におけるcnt浸出繊維
EP2768770A1 (en) Systems and methods for continuously producing carbon nanostructures on reusable substrates
JP2013542551A5 (ja)
KR20150063483A (ko) 카본 나노구조 폴리머 복합체들로 제작된 마이크로파 전송 어셈블리들
KR20140064895A (ko) 탄소나노구조를 함유하는 하이브리드 섬유의 대규모 제조 장치 및 방법 및 관련 물질
CN104176722A (zh) 一种高取向高强度的阵列牵伸碳纳米管薄膜及其制备方法
JP4273364B2 (ja) カーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ集合体の改質方法
US20160102420A1 (en) Carbon nanofibers with sharp tip ends and a carbon nanofibers growth method using a palladium catalyst
TWI402210B (zh) 奈米碳管線狀結構及其製備方法
JP2006225246A (ja) ナノカーボン材料
JP2013047163A (ja) カーボンナノチューブ糸及びその製造方法
KR20170067428A (ko) 카본 나노튜브 섬유 복합재 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170522

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170609

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170803

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171130

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181102

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20181102

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190312

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200805

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210520

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6894597

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250