KR20180098145A - 금속성 코팅을 가지는 전기 전도성 탄소 나노튜브 와이어 및 그의 형성 방법 - Google Patents

금속성 코팅을 가지는 전기 전도성 탄소 나노튜브 와이어 및 그의 형성 방법 Download PDF

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자카리 제이. 리치몬드
에반겔리아 루비노
지나 사코
조지 알버트 드류
그레고리 브이. 철리
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델피 테크놀로지스, 엘엘씨.
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Abstract

복합재 전기 전도체가 본원에 개시되어 있다. 복합재 와이어라 대안적으로 지칭될 수 있는, 이러한 복합재 전도체는 탄소 나노튜브(CNT)로 형성되며 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 세장형 스트랜드(12)를 포함한다. CNT 스트랜드(12)의 외부 표면은 CNT 스트랜드(12) 자체보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 전도성 코팅(14)으로 덮인다. 코팅은 주석, 니켈, 구리, 금, 및/또는 은일 수 있다. 코팅은 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩, 및/또는 레이저 클래딩 공정에 의해 CNT 스트랜드(12)에 적용될 수 있다. 또한 이러한 복합재 와이어로 형성된 복합재 와이어 케이블(18) 및 이러한 복합재 와이어 및 케이블을 제조하는 방법이 개시된다.

Description

금속성 코팅을 가지는 전기 전도성 탄소 나노튜브 와이어 및 그의 형성 방법{ELECTRICALLY CONDUCTIVE CARBON NANOTUBE WIRE HAVING A METALLIC COATING AND METHODS OF FORMING SAME}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 2월 24일 출원된, 미국 특허 출원 제15/441,599호에 대하여 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 전기 와이어에 관하며, 더 상세하게는 금속성 코팅을 가지는 탄소 나노튜브 스트랜드(들)로 형성된 전기 와이어에 관한다.
전통적으로 자동차 전기 케이블은 전형적인 승용차에서 15kg에서 28kg의 질량을 가질 수 있는 구리 와이어 전도체로 만들어진다. 차량 배출 요구사항을 만족하도록 차량 질량을 감소시키기 위하여, 자동차 생산업체들은 또한 알루미늄 전도체를 사용하기 시작했다. 하지만, 알루미늄 와이어 전도체는 동일한 크기의 구리 와이어와 비교하여 감소된 파손 강도 및 감소된 신장 강도를 가져서 0.75㎟보다 작은 단면적(대략 0.5mm 지름)을 가지는 와이어에 대한 최적의 대체제가 아니다. 현대의 차량에서 다수의 와이어는 차량을 통하여 전력을 운반하기보다는 디지털 신호를 전달한다. 데이터 신호 회로에 대해 선택된 와이어 지름은 와이어의 전기적 특성보다는 기계적 강도 요구사항에 의해 주도되는 경우가 많으며, 회로는 작은 지름의 와이어를 사용하여 효과적으로 만들어질 수 있다.
표준 탄소 나노튜브(CNT)는 작은 지름의 와이어에 적절한 강도를 제공해줄 수 있는 경량의 전기 전도체이다. 하지만, CNT 스트랜드는 현재 대부분의 자동차 용도에 대한 충분한 전도성을 제공하지 못한다. CNT 스트랜드는 단자에서 크림핑에 의해 쉽게 종단되지 못한다. 게다가, CNT 스트랜드는 땜납에 쉽게 젖지 않기 때문에 단자에서 솔더링에 의한 어려움 없이 종단되지 못한다.
그러므로, 작은 게이지 배선에 대한 구리 와이어 전도체의 더 가벼운 질량의 대체제가 여전히 필요하다.
배경 기술 항목에서 논의된 발명 내용을 단지 배경 기술 항목에서의 언급되었다는 것 만으로 종래 기술이라고 간주해서는 안 된다. 마찬가지로, 배경 기술 항목에서 언급되었거나 배경 기술 항목의 발명 내용과 연관된 문제점이 종래 기술에서 기존에 인식되어 왔던 것으로 간주해서는 안 된다. 배경 기술 항목의 내용은 단지 다른 접근법을 나타낼 뿐이며, 그 자체 또한 발명이 될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 전기 전도체가 제공된다. 전기 전도체는 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어지는 세장형 스트랜드 및 스트랜드의 외부 표면을 덮는 전도성 코팅을 포함하며 전도성 코팅은 스트랜드보다 더 높은 전기 전도성을 갖는다. 전도성 코팅은 본질적으로 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은과 같은 금속성 재료로 이루어질 수 있다. 전도성 코팅은 10미크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 전도성 코팅은 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩(draw cladding), 또는 레이저 클래딩(laser cladding)과 같은 공정에 의해 외부 표면에 적용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 멀티 스트랜드 전기 와이어 어셈블리가 제공된다. 멀티 스트랜드 전기 와이어 어셈블리는 상기 문단에서 기술된 바와 같은 복수의 전기 전도체를 포함한다. 어셈블리는 어셈블리의 단부에 크림핑된 전기 단자를 추가로 포함할 수 있다. 단자는 어셈블리의 단부에 솔더링되거나 크림핑될 수 있다. 또한 어셈블리는 전도성 코팅을 덮는 유전성 폴리머 재료로 형성된 절연 재킷(jacket)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 전기 전도체의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어진 세장형 스트랜드를 제공하는 단계 및 스트랜드보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 전도성 코팅으로 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계를 포함한다. 전도성 코팅은 주석, 니켈, 구리, 금, 및 은과 같은 금속성 재료로 본질적으로 이루어질 수 있다. 전도성 코팅은 10미크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 금속성 재료의 이온 용액에 스트랜드를 배치하는 하위 단계 및 스트랜드를 통해 전류를 통하게 하는 하위 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 금속성 재료의 박층으로 스트랜드의 외부 표면을 감싸는 하위 단계 및 맨드릴을 통해 스트랜드를 인발하는 하위 단계를 포함할 수 있다. 다른 대안으로서, 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 금속성 재료의 분말을 스트랜드의 외부 표면에 적용하는 하위 단계 및 분말형 금속성 재료를 소결하기 위해 열을 가하는 하위 단계를 포함할 수 있다. 열을 가하는 하위 단계는 레이저를 사용하여 수행될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 금속성 재료를 스트랜드의 외부 표면에 적용하는 무전해 도금 공정을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 다른 멀티 스트랜드 전기 와이어 어셈블리가 제공된다. 어셈블리는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어지며 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 세장형 스트랜드를 제공하는 단계 및 스트랜드보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 금속성 재료로 각 스트랜드의 외부 표면에 덮는 단계를 포함하는 공정으로 형성된다. 금속성 재료는 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은이다. 공정은 하나의 중심 스트랜드가 복수의 스트랜드 중의 나머지 스트랜드로 둘러싸이도록 복수의 스트랜드를 배열하는 단계를 추가로 포함한다. 각 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩, 또는 레이저 클래딩과 같은 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 공정은 전기 단자를 제공하는 단계 및 복수의 스트랜드의 단부에 전기 단자를 크림핑하거나 솔더링하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 예시의 방식으로 기술될 것이다.
도 1은 일 실시예를 따르는 멀티 스트랜드 복합재 전기 전도체 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 일 실시예를 따르는 도 1의 멀티 스트랜드 복합재 전기 전도체 어셈블리에 크림핑된 단자의 단면도이다;
도 3은 다른 실시예를 따르는 복합재 전기 전도체 어셈블리를 형성하는 방법의 흐름도이다.
탄소 나노튜브(CNT) 전도체는 스트랜드 금속성 전도체에 비해 개선된 강도와 감소된 밀도를 제공한다. CNT 스트랜드는 동일한 지름을 가지는 구리 스트랜드에 비해 160% 높은 인장 강도를 가지고 동일한 지름을 가지는 알루미늄 스트랜드에 비해 330% 높은 인장 강도를 가진다. 또한, CNT 스트랜드는 구리 스트랜드의 16%의 밀도를 가지며 알루미늄 스트랜드의 52%의 밀도를 갖는다. 하지만, CNT 스트랜드는 전기 전도성이 감소되어 구리 스트랜드에 비하여 16.7배 높은 저항성을 가지고 알루미늄 스트랜드에 비해 8.3배 높은 저항성을 가진다.
이러한 감소된 전도성을 극복하기 위하여, 증가된 강도, 감소된 중량, 및 감소된 지름의 이점을 유지하면서 전기 전도성을 개선하도록 금속성 코팅이 탄소 나노튜브 스트랜드에 더해질 수 있다. 코팅된 CNT 스트랜드를 형성하기 위하여, 전기도금, 무전해 도금, 및 클래딩 공정이 사용될 수 있다. 또한 금속성 코팅은 전도체를 종단하는데 필요한 크림핑 및 솔더링 성능을 제공할 것이다.
CNT 스트랜드의 클래딩은 전통적인 구리 및 알루미늄 와이어의 인발과 비슷한, 인발 공정을 통해 행해질 수 있다. 금속의 박층은 CNT 스트랜드 주위에 감싸질 수 있으며 그리고 나서 두 재료를 함께 압축하거나 압밀(compaction)하도록 인발 맨드릴을 통해 당겨질 수 있다. 또한 CNT 스트랜드의 압밀은 탄소 나노튜브들 사이의 자유 공간의 제거로 인해 전도성을 향상시킨다는 학설이 있어 왔다. 대안적으로, CNT 스트랜드에 대한 금속 분말의 레이저 클래딩은 CNT 스트랜드에 금속성 코팅을 적용하는데 사용될 수 있다.
또한 전기도금 공정이 마찬가지로 CNT 스트랜드에 금속 코팅을 결합하는데 사용될 수 있다. CNT 스트랜드의 전기 전도성이 금속의 전기 전도성에 가까울 경우, CNT 스트랜드가 금속의 이온 용액을 통해 당겨질 때 전류가 CNT 스트랜드를 통해 흐른다. 금속 이온은 CNT 스트랜드에 끌리며 CNT 스트랜드에 금속 코팅을 만들며 외부 표면에 퇴적된다.
추가적인 대안으로, 무전해 도금 공정이 금속성 코팅을 CNT 스트랜드에 적용하는데 사용될 수 있다. CNT 스트랜드는 CNT 스트랜드의 외부 표면에 금속 코팅을 적용하기 위해 다양한 용액을 통과한다. 이 공정은 전기도금과 비슷하지만, 전기화학 공정이 아닌 화학 공정을 사용하며 도금이 일어나기 위한 전기 전류를 요구하지 않는다.
니켈이나 주석의 금속 코팅이 바람직할 수 있지만, 또한 구리, 은, 또는 금(또는 이들의 합금)의 코팅도 전도체의 전도성 요구조건에 따라 사용될 수 있다. 게다가, 동일하거나 다른 금속의 다수의 층이 다수의 무전해 및/또는 전기도금 공정을 통해 사용될 수 있다.
다양한 전처리 방법이 기술된 다양한 방법에 대해 사용될 수 있다. 이러한 전처리 방법은 이 기술의 통상의 기술자에게 친숙해야 한다. 코팅의 바람직한 두께는 약 10㎛이지만, 코팅의 두께는 전도체의 요구된 전도성에 도달하기 위해 변경될 수 있다.
최종 결과는 금속성 코팅된 CNT 스트랜드가 형성된 복합재 전도체이다. 복합재 전도체는 금속 도금으로 인해 더 높은 전기 전도성을 보이지만, CNT 스트랜드와 거의 동일한 중량과 강도를 보인다. 이는 감소된 지름을 가지는 복합재 전도체의 더 높은 강도로 인해 와이어 케이블의 소형화를 가능하게 한다. 복합재 전도체의 중량은 금속 도금으로 인해 CNT 스트랜드의 중량보다 약간 더 높을 수 있지만, 복합재 전도체는 금속성 전도체에 비해 많은 중량 감소를 제공하여 와이어 케이블의 경량화를 가능하게 할 것이다.
전도체는 특히 디지털 신호 전달 용도에서 적합한 전기 전도성을 제공하면서, CNT 스트랜드의 높은 인장 강도는 높은 인장 강도를 가지는 더 작은 지름의 전도체를 가능하게 한다. 또한 CNT 스트랜드의 낮은 밀도는 금속성 스트랜드에 비해 중량의 감소를 제공한다.
도 1은 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어진 적어도 50밀리미터 길이의 스트랜드(12)를 가지는 세장형 전기 전도체(10)의 비제한적인 예시를 도시한다. 자동차 용도에서, 스트랜드(12)는 7미터 이하의 길이를 가질 수 있다. 탄소 나노튜브(CNT) 스트랜드(12)는 대략 수 미크론 내지 수 밀리미터의 범위의 길이를 가지는 탄소 나노튜브 섬유를 바람직한 길이와 지름을 가지는 스트랜드나 얀(yarn)으로 스피닝함으로써 형성된다. CNT 스트랜드(12)를 형성하기 위한 공정은 이 기술의 통상의 기술자에게 친숙한 습식 또는 건식 스피닝(spinning) 공정을 사용할 수 있다.
각 CNT 스트랜드(12)의 외부 표면은 CNT 스트랜드(12)보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 전도성 코팅(14)으로 덮여서, 복합재 와이어 스트랜드(16)를 형성한다. 도시된 전도성 코팅(14)은 주석이지만, 전도성 코팅(14)은 대안적으로 또는 추가적으로 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은과 같은 금속성 재료로 이루어질 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은"은 언급된 요소의 원소 형태 또는 언급된 하나의 요소가 주요 구성성분인 합금을 의미한다. 전도성 코팅(14)은 10미크론보다 적은 두께를 가진다. 전도성 코팅(14)은 이후 보다 더 상세하게 각각 설명될 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩, 또는 레이저 클래딩과 같은 공정에 의해 외부 표면에 적용될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 복합재 와이어 스트랜드(16)는 중심 스트랜드에 대해 꼬여 있는 다른 여섯 개의 복합재 와이어 스트랜드(16)로 둘러싸인 중심 복합재 와이어 스트랜드(16)를 가지는 복합재 와이어 케이블(18)로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예는 이 기술의 통상의 기술자에게 친숙한 다른 케이블 구성으로 배열된 더 많거나 더 적은 복합재 와이어 스트랜드를 포함할 수 있다. 전도성 코팅(14)의 두께뿐만 아니라 복합재 와이어 스트랜드(16)의 수와 지름은 기계적 강도, 전기 전도성, 및 전류 용량의 설계 고려 사항에 의해 주도된다. 복합재 와이어 케이블(18)의 길이는 복합재 와이어 케이블(18)의 특정 용도에 의해 결정될 수 있다.
복합재 와이어 케이블(18)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리아미드(NYLON), 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PFTE)과 같은 유전성 재료로 형성된 절연 재킷(20) 내에 인케이싱될 수 있다. 절연 재킷(20)은 바람직하게는 0.1과 0.4밀리미터 사이의 두께를 가질 수 있다. 절연 재킷(20)은 이 기술의 통상의 기술자에게 잘 알려진 압출 공정을 사용하여 복합재 와이어 케이블(18) 위에 적용될 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 복합재 와이어 케이블(18)의 단부는 복합재 와이어 케이블(18) 위에서 접히며 복합재 와이어 케이블(18) 및 전기 단자(22) 사이의 크림핑된 연결을 형성하기 위해 압축된 한 쌍의 크림핑 윙(24)을 가지는 전기 단자(22)에 의해 종단된다. 본 발명자는 복합재 와이어 케이블(18)과 전기 단자(22) 사이의 만족스러운 연결이 통상적인 크림핑 단자와 크림프 형성 기술을 사용하여 성취될 수 있다는 것을 발견했다. 대안적으로, 전기 단자(22)는 복합재 와이어의 단부에 솔더링될 수 있다.
도 3은 작업 피스(piece)에 대한 탄성 씰(seal)을 형성하는 비제한적인 방법(100)을 도시한다. 방법(100)은 하기 단계를 포함한다.
단계(110), 탄소 나노튜브 스트랜드를 제공하는 단계는 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어진 세장형 스트랜드를 제공하는 것을 포함한다. 탄소 나노튜브(CNT) 스트랜드(12)는 원하는 길이와 지름을 가지는 스트랜드 또는 얀으로 약 수 미크론에서 수 밀리미터의 범위를 가지는 길이를 가지는 탄소 나노튜브 섬유를 스피닝함으로써 형성된다. CNT 스트랜드(12)를 형성하기 위한 공정은 이 기술의 통상의 기술자에게 친숙한 습식 또는 건식 스피닝 공정을 사용할 수 있다.
단계(120), 전도성 코팅으로 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계는 CNT 스트랜드(12)보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 전도성 코팅(14)으로 CNT 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮어 복합재 와이어 스트랜드(16)를 형성하는 것을 포함한다. 전도성 코팅(14)은 본질적으로 주석, 니켈, 구리, 금, 및/또는 은과 같은 금속성 재료로 이루어질 수 있다. 전도성 코팅(14)은 10미크론 이하의 두께를 가진다. 전도성 코팅(14)은 나열된 금속성 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계(121), 금속성 재료의 이온 용액에 스트랜드를 배치하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 전기도금 공정의 첫 단계로서 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은과 같은 금속성 재료의 이온 용액을 포함하는 욕조에 CNT 스트랜드(12)를 배치하는 것을 포함한다. CNT 스트랜드의 전기도금에 요구되는 화학제 및 용액 농도는 이 기술의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
단계(122), 스트랜드를 통해 전류가 흐르게 하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 전기도금 공정의 제2 단계로서 금속성 재료의 이온 용액을 포함하는 욕조에 있을 때 CNT 스트랜드(12)를 통해 전류를 흐르게 하는 것을 포함한다. CNT 스트랜드를 전기도금 하는데 요구되는 전류는 이 기술의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
단계(123), 금속성 재료의 박층으로 스트랜드의 외부 표면을 감싸는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 드로우 클래딩 공정의 제1 단계로서 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은 호일과 같은 금속성 재료의 박층으로 CNT 스트랜드(12)의 외부 표면을 감싸는 것을 포함한다.
단계(124), 맨드릴을 통해 스트랜드를 인발하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 드로우 클래딩 공정의 제2 단계로서 그를 통해 당겨질 때 호일과 CNT 스트랜드(12)를 압축하도록 구성된 맨드릴을 통해 금속성 호일로 감싸진 CNT 스트랜드(12)를 인발하는 것을 포함한다.
단계(125), 스트랜드의 외부 표면에 분말형 금속성 재료를 적용하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 레이저 클래딩 공정의 제1 단계로 CNT 스트랜드(12)의 외부 표면에 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은과 같은 금속성 재료의 분말을 적용하는 것을 포함한다.
단계(126), 분말형 금속성 재료를 가열하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, 레이저 클래딩 공정의 제2 단계로 레이저로 분말을 조사함으로써 분말형 금속성 재료를 가열하여 CNT 스트랜드(12)에 금속성 재료를 소결하는 것을 포함한다.
단계(127), 분말형 금속성 재료로 가열하는 단계는 단계(120)의 하위 단계이며, CNT 스트랜드(12)의 외부 표면에 주석, 니켈, 구리, 금, 또는 은과 같은 금속성 재료를 적용하는데 무전해 도금 공정을 사용하는 것을 포함한다. CNT 스트랜드의 무전해 도금에 요구되는 화학제와 용액 농도는 본 기술의 통상의 기술자에게 잘 알려져있다.
단계(121) 내지 단계(127)는 예를 들어, 제2 코팅의 부착 특성을 개선하기 위한, 구리와 같은 제2 코팅 이전의 니켈과 같은 제1 코팅 같이 다수의 층의 전도성 코팅(14)을 적용하도록 반복되거나 조합될 수 있다.
단계(130), 복수의 스트랜드를 케이블로 배열한다는 단계는 도 1에서 도시된 바와 같이 나머지 복합재 와이어 스트랜드(16)에 의해 둘러싸진 하나의 중심 복합재 와이어 스트랜드(16)에 의해 둘러싸진 하나의 중심 복합재 와이어 스트랜드(16)가 존재하게 되도록 복수의 복합재 와이어 스트랜드(16)를 복합재 와이어 케이블(18)로 배열하는 것을 포함한다.
단계(140), 절연성 재킷으로 케이블을 덮는 단계는 도 1에서 도시된 바와 같이 절연 재킷(20) 내로 단계(130)에서 형성된 복합재 와이어 케이블(18)을 인케이싱하는 것을 포함한다. 절연 재킷(20)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리아미드(NYLON), 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PFTE)과 같은 유전성 재료로 형성된다. 절연 재킷(20)은 바람직하게는 0.1과 0.4밀리미터 사이의 두께를 가진다. 절연 재킷(20)은 이 기술의 통상의 기술자에게 잘 알려진 압출 공정을 사용하여 복합재 와이어 케이블(18) 위로 적용될 수 있다.
단계(150), 전기 단자를 제공하는 단계는 복합재 와이어 케이블(18)의 단부를 종단하도록 구성된 전기 단자(22)를 제공하는 것을 포함한다.
단계(160), 케이블의 단부에 단자를 부착하는 단계는 복합재 와이어 케이블(18)의 단부에 전기 단자(22)를 부착하는 것을 포함한다. 전기 단자(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 크림핑 공정에 의해 부착될 수 있다. 본 발명자는 복합재 와이어 케이블(18)과 전기 단자(22) 사이의 만족스러운 연결이 통상적인 크림핑 단자와 크림프 형성 기술을 사용하여 성취될 수 있다고 생각한다. 대안적으로, 전기 단자(22)는 복합재 와이어 케이블(18)의 단부에 솔더링될 수 있다.
따라서, 복합재 와이어 스트랜드(16), 복합재 와이어 케이블(18), 멀티 스트랜드 복합재 전기 전도체 어셈블리(10) 및 이들 중 임의의 것을 생산하기 위한 방법(100)이 제공된다. 복합재 와이어 스트랜드(16) 및 복합재 와이어 케이블(18)은 많은 용도, 특히 디지털 신호 전달을 위한 적절한 전기 전도성 및 전류 용량을 여전히 제공하면서, 동일한 인장 강도를 가지는 금속성 와이어 및 스트랜드형 금속성 와이어 케이블에 비하여 감소된 지름과 중량의 이점을 제공한다.
본 발명은 그의 바람직한 실시예의 관점에서 기술되었지만, 본 발명이 이에 따라 제한되는 것을 의도하지 않으며, 대신 하기의 청구항에 명시된 범위에 의해서만 제한된다. 나아가, 제1, 제2 등의 용어 사용이 어떠한 중요도의 순서를 의미하지 않으며, 대신, 제1, 제2 등의 용어는 한 구성요소를 다른 것과 구별하기 위해 사용된 것이다. 더 나아가, 단수 용어의 사용은 임의의 중요도의 순서를 나타내지 않고, 오히려 적어도 하나의 참조된 부품의 존재를 나타낸다. 게다가, 위의, 아래의 등과 같은 방향성 용어는 임의의 특정 배향을 지시하지 않지만, 대신 용어 위의, 아래의 등과 같은 용어는 다른 것으로부터 하나의 요소를 구별하고 다양한 구성요소 사이에서 관계를 위치적으로 정립하기 위해 사용된다.

Claims (20)

  1. 전기 전도체이며,
    적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어진 세장형 스트랜드(12); 및
    탄소 나노튜브 스트랜드(12)보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 전도성 코팅(14)
    을 포함하는, 전기 전도체.
  2. 제1항에 있어서, 전도성 코팅(14)이 주석, 니켈, 구리, 금, 및 은으로 이루어진 목록에서 선택된 금속성 재료로 본질적으로 이루어지는, 전기 전도체.
  3. 제2항에 있어서, 전도성 코팅(14)이 10미크론 이하의 두께를 가지는, 전기 전도체.
  4. 제1항에 있어서, 전도성 코팅(14)이 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩, 및 레이저 클래딩으로 이루어진 목록으로부터 선택된 공정으로 외부 표면에 적용되는, 전기 전도체.
  5. 멀티 스트랜드(12) 전기 와이어 어셈블리이며, 제1항에 따른 복수의 전기 전도체를 포함하는, 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 어셈블리의 단부에 크림핑된 전기 단자(22)를 추가로 포함하는, 어셈블리.
  7. 제5항에 있어서, 어셈블리의 단부에 솔더링된 전기 단자(22)를 추가로 포함하는, 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 전도성 코팅(14)을 덮는 유전성 폴리머 재료로 형성된 절연성 재킷을 추가로 포함하는, 어셈블리.
  9. 전기 전도체를 제조하는 방법(100)이며,
    적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어진 세장형 스트랜드(12)를 제공하는 단계(110); 및
    탄소 나노튜브 스트랜드(12)보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 전도성 코팅(14)으로 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120)
    를 포함하는, 전기 전도체를 제조하는 방법(100).
  10. 제9항에 있어서, 전도성 코팅(14)은 주석, 니켈, 구리, 금, 및 은으로 이루어진 목록으로부터 선택된 금속성 재료로 본질적으로 이루어지는, 방법(100).
  11. 제10항에 있어서, 전도성 코팅(14)은 10미크론 이하의 두께를 가지는, 방법(100).
  12. 제11항에 있어서, 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120)는 금속성 재료의 이온 용액에 스트랜드(12)를 배치하는 하위 단계(122)와 탄소 나노튜브 스트랜드(12)를 통해 전류를 흐르게 하는 하위 단계(116)를 포함하는, 방법(100).
  13. 제10항에 있어서, 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120)는 금속성 재료의 박층으로 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 감싸는 하부 단계(123)와 맨드릴을 통해 탄소 나노튜브 스트랜드(12)를 인발하는 하위 단계(124)를 포함하는, 방법(100).
  14. 제10항에 있어서, 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120)는 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면에 금속성 재료의 분말을 적용하는 하위 단계(125)와 분말형 금속성 재료를 소결하기 위해 열을 적용하는 하위 단계(126)를 포함하는, 방법(100).
  15. 제14항에 있어서, 열을 적용하는 하위 단계(126)는 레이저를 사용하여 수행되는, 방법(100).
  16. 제10항에 있어서, 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120)는 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면에 금속성 재료를 적용하는 무전해 도금 공정을 사용하는 단계(127)를 포함하는, 방법.
  17. 멀티 스트랜드 전기 와이어 어셈블리이며,
    탄소 나노튜브로 본질적으로 이루어지며 적어도 50밀리미터의 길이를 가지는 세장형 스트랜드(12)를 제공하는 단계(110);
    주석, 니켈, 구리, 금, 및 은으로 이루어진 목록으로부터 선택된, 스트랜드(12)보다 더 높은 전기 전도성을 가지는 금속성 재료로 각 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 외부 표면을 덮는 단계(120);
    하나의 중심 스트랜드(12)가 복수의 스트랜드(12)로 나머지 스트랜드(12)에 의해 감싸지도록 복수의 탄소 나노튜브 스트랜드(12)를 배열하는 단계(130)
    를 포함하는 공정(100)에 의해 형성된, 멀티 스트랜드 전기 와이어 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서, 각 스트랜드의 외부 표면을 덮는 단계(120)는 전기도금, 무전해 도금, 드로우 클래딩, 및 레이저 클래딩으로 이루어진 목록으로부터 선택된 공정을 사용하여 수행되는, 어셈블리.
  19. 제17항에 있어서, 공정(100)은
    전기 단자(22)를 제공하는 단계(150); 및
    복수의 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 단부에 전기 단자(22)를 크림핑하는 단계(160)
    를 추가로 포함하는, 어셈블리.
  20. 제17항에 있어서, 공정(100)은
    전기 단자(22)를 제공하는 단계(150); 및
    복수의 탄소 나노튜브 스트랜드(12)의 단부에 전기 단자(22)를 솔더링 하는 단계(160)
    를 추가로 포함하는, 어셈블리.
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