WO2010125708A1 - カーボンナノチューブ集合体 - Google Patents

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洋平 前野
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日東電工株式会社
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    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an aggregate of carbon nanotubes. Specifically, the present invention relates to an aggregate of carbon nanotubes having a plurality of carbon nanotubes on the surface of a silicon substrate. The present invention also relates to an adhesive member including the aggregate of carbon nanotubes.
  • Examples of the use of the carbon nanotube aggregate include pressure-sensitive adhesives (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • pressure-sensitive adhesives see Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • Various materials are used as pressure-sensitive adhesives for industrial use, most of which are viscoelastic bodies that are designed in a flexible bulk. The viscoelastic body wets and adheres to the adherend due to its low modulus and exhibits adhesive strength.
  • the diameter of the carbon nanotube is nano-sized, it has been revealed that the carbon nanotube follows the surface unevenness of the adherend and exhibits an adhesive force by van der Waals force. However, the adhesive properties may be insufficient.
  • a carbon nanotube aggregate in which a plurality of carbon nanotubes are provided on a substrate can be applied to various uses such as an adhesive member.
  • the conventional carbon nanotube aggregate in which a plurality of carbon nanotubes are provided on a substrate has a problem that the adhesion between the plurality of carbon nanotubes and the substrate is not sufficient (see Patent Document 3 and Patent Document 4).
  • the aggregate of carbon nanotubes of the present invention is A carbon nanotube aggregate comprising a plurality of carbon nanotubes on the surface of a silicon substrate, One end of the plurality of carbon nanotubes is in close contact with the surface of the silicon substrate, The adhesion between the plurality of carbon nanotubes and the surface of the silicon substrate is 10 N / cm 2 or more at 25 ° C.
  • the carbon nanotube aggregate of the present invention by heating at a temperature above 700 ° C. in air to form an Al 2 O 3 film after depositing the Al film on the surface of the silicon substrate, the Al 2 O A catalyst layer is formed on three films, and carbon nanotubes are grown on the catalyst layer.
  • an adhesive member is provided.
  • the pressure-sensitive adhesive member of the present invention includes the carbon nanotube aggregate of the present invention.
  • a carbon nanotube aggregate including a plurality of carbon nanotubes on the surface of the substrate, and having a very high adhesion between the substrate and the carbon nanotube.
  • an adhesive member including such a carbon nanotube aggregate.
  • Such an effect is achieved by adopting a silicon substrate as a substrate, for example, by forming an Al 2 O 3 film / catalyst layer on the surface of the substrate under specific conditions, and then growing carbon nanotubes on the catalyst layer. It becomes possible to express.
  • the adhesion force between the substrate and the carbon nanotube expressed by the present invention shows a very high value of 10 N / cm 2 or more at 25 ° C.
  • Carbon nanotube aggregate 1 Silicon substrate 2 Carbon nanotube
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a representative carbon nanotube assembly in a preferred embodiment of the present invention (the scale is not accurately described to clearly show each component).
  • the carbon nanotube aggregate 10 includes a silicon substrate 1 and carbon nanotubes 2 having a plurality of layers. One end 2 a of the carbon nanotube is in close contact with the surface of the silicon substrate 1.
  • the carbon nanotubes 2 having a plurality of layers are oriented in the length direction L.
  • the carbon nanotubes 2 having a plurality of layers are preferably oriented in a direction substantially perpendicular to the silicon substrate 1.
  • the carbon nanotubes may be single-walled or multi-walled.
  • the diameter, specific surface area, and density of the carbon nanotube can be set to any appropriate value.
  • the cross section thereof has any appropriate shape.
  • the cross section may be substantially circular, elliptical, n-gonal (n is an integer of 3 or more), and the like.
  • the length of the carbon nanotube can be set to any appropriate length.
  • the carbon nanotube having a plurality of layers preferably includes a carbon nanotube having a length of 300 ⁇ m or more.
  • the length of the carbon nanotube is more preferably 300 to 10000 ⁇ m, still more preferably 400 to 1000 ⁇ m, and particularly preferably 500 to 1000 ⁇ m.
  • a carbon nanotube aggregate having both excellent mechanical properties and a high specific surface area and further exhibiting excellent adhesive properties when used as an adhesive member can be obtained.
  • the content ratio of carbon nanotubes having a length of 300 ⁇ m or more in the carbon nanotubes having a plurality of layers is preferably 80 to 100%, more preferably 90 to 100%, and still more preferably. 95 to 100%, particularly preferably 98 to 100%, most preferably substantially 100%.
  • substantially 100% means 100% at the detection limit in the measuring instrument.
  • the content ratio of the carbon nanotubes having a length of 300 ⁇ m or more is within the above range, so that it has more excellent mechanical properties and a high specific surface area, and further used as an adhesive. In some cases, it can be a carbon nanotube aggregate exhibiting more excellent adhesive properties.
  • the adhesion between the plurality of carbon nanotubes and the surface of the silicon substrate is 10 N / cm 2 or more at 25 ° C., preferably 15 N / cm 2 or more.
  • a method for measuring the adhesion will be described later.
  • a conventional carbon nanotube aggregate in which a plurality of carbon nanotubes are provided on a substrate is about 6 N / cm 2 even if the adhesion between the plurality of carbon nanotubes and the substrate is high, and is 10 N / cm 2 or more that can be expressed in the present invention.
  • the above-mentioned adhesion strength shows very high adhesion strength.
  • the upper limit value of the adhesion strength is preferably as high as possible, but in reality, preferably 100 N / cm 2 or less, more preferably 70N / cm 2 or less, more preferably 50 N / cm 2 or less, particularly preferably 30 N / cm 2 or less.
  • the aggregate of carbon nanotubes of the present invention can be produced by any appropriate method as long as the adhesion force when one end of a plurality of carbon nanotubes adheres to the surface of the silicon substrate is 10 N / cm 2 or more at 25 ° C.
  • the aggregate of carbon nanotubes of the present invention preferably forms an Al 2 O 3 film by depositing an Al film on the surface of a silicon substrate and then heating in air at a temperature of 700 ° C. or higher to form an Al 2 O 3 film.
  • a catalyst layer is formed on the catalyst layer, and carbon nanotubes are grown on the catalyst layer.
  • a chemical vapor deposition (CVD) method is preferably used.
  • any appropriate apparatus can be adopted as an apparatus that can be used in manufacturing the carbon nanotube aggregate of the present invention.
  • a thermal CVD apparatus as shown in FIG. 2, a hot wall type configured by surrounding a cylindrical reaction vessel with a resistance heating type electric tubular furnace can be cited.
  • a heat-resistant quartz tube is preferably used as the reaction vessel.
  • an Al film is deposited on the surface of a silicon substrate and then heated in air.
  • the control of the heating temperature can be an important factor. That is, when producing the carbon nanotube aggregate of the present invention, it is preferable to form an Al 2 O 3 film by depositing an Al film on the surface of a silicon substrate and then heating it in air at a temperature of 700 ° C. or higher.
  • the heating temperature is more preferably 700 to 1000 ° C.
  • the said heating temperature is less than 700 degreeC, there exists a possibility that the adhesive force of several carbon nanotube and a board
  • the film thickness of the Al 2 O 3 film is preferably 50 nm or less, more preferably 0.01 to 30 nm, still more preferably 0.1 to 20 nm, particularly preferably 1 to 15 nm, most preferably The thickness is preferably 1 to 10 nm.
  • the film thickness of the Al 2 O 3 film exceeds 50 nm, there is a possibility that the adhesion between the plurality of carbon nanotubes and the substrate in the obtained carbon nanotube aggregate cannot be sufficiently developed.
  • Any appropriate method can be adopted as a method of forming the catalyst layer on the Al 2 O 3 film.
  • a method of depositing a metal catalyst by EB (electron beam), sputtering, or the like, a method of applying a suspension of metal catalyst fine particles on a substrate, and the like can be mentioned.
  • Any suitable catalyst can be used as a catalyst (catalyst layer material) that can be used in producing the aggregate of carbon nanotubes of the present invention.
  • metal catalysts such as iron, cobalt, nickel, gold, platinum, silver, copper, are mentioned.
  • the thickness of the catalyst layer is preferably 0.01 to 20 nm, more preferably 0.1 to 10 nm, still more preferably 0.1 to 5 nm, and particularly preferably 1 to 3 nm.
  • the thickness of the catalyst layer is within the above range, it is possible to provide a carbon nanotube aggregate with very high adhesion between the substrate and the carbon nanotubes.
  • Any appropriate carbon source can be used as a carbon source used as a raw material for the carbon nanotube, which can be used in manufacturing the aggregate of carbon nanotubes of the present invention.
  • hydrocarbons such as methane, ethylene, acetylene, and benzene
  • alcohols such as methanol and ethanol
  • the carbon nanotube aggregate of the present invention can be used as an adhesive member.
  • the pressure-sensitive adhesive member of the present invention includes the carbon nanotube aggregate of the present invention.
  • an adhesive member an adhesive sheet and an adhesive film are mentioned, for example.
  • the pressure-sensitive adhesive member of the present invention may be one in which the carbon nanotube aggregate of the present invention is fixed to a substrate, or may be the one using the carbon nanotube aggregate of the present invention as it is.
  • the adhesive member of the present invention has a base material
  • examples of the base material include quartz glass, silicon (such as a silicon wafer), engineering plastic, and super engineering plastic.
  • specific examples of engineering plastics and super engineering plastics include polyimide, polyethylene, polyethylene terephthalate, acetyl cellulose, polycarbonate, polypropylene, and polyamide.
  • physical properties such as molecular weight, any appropriate physical properties can be adopted as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the thickness of the base material can be set to any appropriate value depending on the purpose.
  • the thickness is preferably 1 to 10,000 ⁇ m, more preferably 5 to 5000 ⁇ m, and still more preferably 10 to 1000 ⁇ m.
  • the surface of the base material is subjected to conventional surface treatments such as chromic acid treatment, ozone exposure, flame exposure, high piezoelectric impact exposure, and ionizing radiation treatment. Or a physical treatment or a coating treatment with a primer (for example, the above-mentioned adhesive substance) may be applied.
  • the base material may be a single layer or a multilayer body.
  • any appropriate method can be adopted as the method.
  • an adhesive layer may be provided on the substrate and fixed.
  • a base material is a thermosetting resin.
  • the base material is a thermoplastic resin or a metal, it may be fixed by being cooled to room temperature after being crimped in a molten state.
  • Example 1 An Al thin film was formed on a silicon substrate (manufactured by Electronics End, thickness 525 ⁇ m) using a vacuum evaporation apparatus (manufactured by JEOL, JEE-4X Vacuum Evaporator), and then oxidized at 765 ° C. for 1 hour. In this way, an Al 2 O 3 film (thickness 10 nm) was formed on the silicon substrate. On this Al 2 O 3 film, an Fe thin film (thickness 1 nm) was further evaporated by a sputtering apparatus (manufactured by ULVAC, RFS-200) to form a catalyst layer.
  • a sputtering apparatus manufactured by ULVAC, RFS-200
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (1) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • Example 2 An Al thin film was formed on a silicon substrate (manufactured by Electronics End, thickness 525 ⁇ m) using a vacuum evaporation apparatus (manufactured by JEOL, JEE-4X Vacuum Evaporator), and then oxidized at 765 ° C. for 1 hour. In this way, an Al 2 O 3 film (thickness 10 nm) was formed on the silicon substrate. On this Al 2 O 3 film, an Fe thin film (thickness 2 nm) was further evaporated by a sputtering apparatus (manufactured by ULVAC, RFS-200) to form a catalyst layer.
  • a sputtering apparatus manufactured by ULVAC, RFS-200
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. Growing to obtain a carbon nanotube aggregate (2). The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C1) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C2) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C3) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C4) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C5) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the catalyst-coated silicon substrate was cut and placed in a 30 mm ⁇ quartz tube, and a helium / hydrogen (120/80 sccm) mixed gas maintained at a moisture of 350 ppm was allowed to flow through the quartz tube for 30 minutes to replace the inside of the tube. . Thereafter, the inside of the tube was gradually raised to 765 ° C. over 35 minutes using an electric tubular furnace, and stabilized at 765 ° C. After leaving at 765 ° C. for 10 minutes, while maintaining the temperature, the tube was filled with a mixed gas of helium / hydrogen / ethylene (105/80/15 sccm, moisture content 350 ppm) and left for 45 minutes to place the carbon nanotubes on the substrate. The carbon nanotube aggregate (C6) was obtained by growing. The results are summarized in Table 1.
  • the aggregate of carbon nanotubes of the present invention can be suitably used for an adhesive member such as an adhesive sheet or an adhesive film.

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Abstract

 基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、該基板と該カーボンナノチューブとの密着力が非常に高いカーボンナノチューブ集合体を提供する。また、そのようなカーボンナノチューブ集合体を含む粘着部材を提供する。  本発明のカーボンナノチューブ集合体は、シリコン基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、該複数のカーボンナノチューブの片端が該シリコン基板の表面に密着しており、該複数のカーボンナノチューブと該シリコン基板の表面との密着力が25℃において10N/cm以上である。

Description

カーボンナノチューブ集合体
 本発明は、カーボンナノチューブ集合体に関する。詳細には、本発明は、シリコン基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体に関する。本発明は、また、該カーボンナノチューブ集合体を含む粘着部材に関する。
 様々な機能性材料への展開が期待されているカーボンナノチューブについて、品質、生産性、用途等、種々の検討がなされている。カーボンナノチューブを機能性材料として実用化させていくためには、例えば、多数本のカーボンナノチューブからなる集合体とし、その集合体の特性を向上させていくことが考えられる。
 カーボンナノチューブ集合体の用途としては、例えば、粘着剤が挙げられる(特許文献1および特許文献2参照)。産業用途の粘着剤として、種々の材料が使われているが、そのほとんどは柔軟にバルク設計された粘弾性体である。粘弾性体は、そのモジュラスの低さから被着体にぬれて馴染み、接着力を発揮する。一方、カーボンナノチューブは、その直径がナノサイズであるため、被着体の表面凹凸に追従し、ファンデルワールス力によって接着力を発揮することが明らかとなっている。しかし、その粘着特性が不十分な場合がある。
 複数のカーボンナノチューブを基板上に設けたカーボンナノチューブ集合体は、粘着部材等の様々な用途に適用することが可能である。しかし、従来の複数のカーボンナノチューブを基板上に設けたカーボンナノチューブ集合体は、複数のカーボンナノチューブと基板との密着力が十分でないという問題があった(特許文献3および特許文献4参照)。
米国特許出願公開第2004/0071870号 米国特許出願公開第2006/0068195号 特開2005-97111号公報 特開2004-67413号公報
 本発明の目的は、基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、該基板と該カーボンナノチューブとの密着力が非常に高いカーボンナノチューブ集合体を提供することにある。本発明の目的は、また、そのようなカーボンナノチューブ集合体を含む粘着部材を提供することにある。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体は、
 シリコン基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、
 該複数のカーボンナノチューブの片端が該シリコン基板の表面に密着しており、
 該複数のカーボンナノチューブと該シリコン基板の表面との密着力が25℃において10N/cm以上である。
 好ましい実施形態においては、本発明のカーボンナノチューブ集合体は、シリコン基板の表面にAl膜を蒸着後に空気中で700℃以上の温度で加熱してAl膜を形成し、該Al膜上に触媒層を形成し、該触媒層上にカーボンナノチューブを成長させて得られる。
 本発明の別の実施形態においては、粘着部材を提供する。本発明の粘着部材は、本発明のカーボンナノチューブ集合体を含む。
 本発明によれば、基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、該基板と該カーボンナノチューブとの密着力が非常に高いカーボンナノチューブ集合体を提供することができる。本発明によれば、また、そのようなカーボンナノチューブ集合体を含む粘着部材を提供することができる。
 このような効果は、基板としてシリコン基板を採用し、例えば、特定条件にて該基板表面にAl膜/触媒層を形成してから、該触媒層上にカーボンナノチューブを成長させることにより、発現することが可能となる。
 本発明によって発現される基板とカーボンナノチューブとの密着力は、25℃において10N/cm以上という非常に高い値を示す。
本発明の好ましい実施形態におけるカーボンナノチューブ集合体の概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態におけるカーボンナノチューブ集合体製造装置の概略断面図である。
10    カーボンナノチューブ集合体
1     シリコン基板
2     カーボンナノチューブ
 図1は、本発明の好ましい実施形態における代表的なカーボンナノチューブ集合体の概略断面図(各構成部分を明示するために縮尺は正確に記載されていない)を示す。カーボンナノチューブ集合体10は、シリコン基板1と、複数層を有するカーボンナノチューブ2を備える。カーボンナノチューブの片端2aは、シリコン基板1の表面に密着している。複数層を有するカーボンナノチューブ2は、長さ方向Lに配向している。複数層を有するカーボンナノチューブ2は、好ましくは、シリコン基板1に対して略垂直方向に配向している。
 上記カーボンナノチューブは、単層であっても多層であってもよい。また、上記カーボンナノチューブの直径、比表面積、密度は、任意の適切な値に設定され得る。
 上記カーボンナノチューブの形状としては、その横断面が任意の適切な形状を有していれば良い。例えば、その横断面が、略円形、楕円形、n角形(nは3以上の整数)等が挙げられる。
 上記カーボンナノチューブの長さは、任意の適切な長さに設定され得る。本発明において、複数層を有するカーボンナノチューブは、好ましくは、長さが300μm以上のカーボンナノチューブを含む。上記カーボンナノチューブの長さは、より好ましくは300~10000μmであり、さらに好ましくは400~1000μmであり、特に好ましくは500~1000μmである。カーボンナノチューブの長さが上記範囲内にあることにより、一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備え、さらに、粘着部材として用いた場合に一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体において、上記複数層を有するカーボンナノチューブ中の、長さが300μm以上のカーボンナノチューブの含有割合は、好ましくは80~100%、より好ましくは90~100%、さらに好ましくは95~100%、特に好ましくは98~100%、最も好ましくは実質的に100%である。ここで、「実質的に100%」とは、測定機器における検出限界において100%であることを意味する。上記複数層を有するカーボンナノチューブ中の、長さが300μm以上のカーボンナノチューブの含有割合が上記範囲内にあることにより、一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備え、さらに、粘着剤として用いた場合に一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体においては、複数のカーボンナノチューブとシリコン基板の表面との密着力が25℃において10N/cm以上であり、好ましくは15N/cm以上である。該密着力の測定方法については後述する。従来の複数のカーボンナノチューブを基板上に設けたカーボンナノチューブ集合体は、複数のカーボンナノチューブと基板との密着力が高くても約6N/cmであり、本発明において発現できる10N/cm以上という上記密着力は、非常に高い密着力を示している。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体において、上記密着力の上限値は高ければ高いほど良いが、現実的には、好ましくは100N/cm以下、より好ましくは70N/cm以下、さらに好ましくは50N/cm以下、特に好ましくは30N/cm以下である。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体は、複数のカーボンナノチューブの片端がシリコン基板の表面に密着する際の密着力が25℃において10N/cm以上であれば、任意の適切な方法で製造し得る。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体は、好ましくは、シリコン基板の表面にAl膜を蒸着後に空気中で700℃以上の温度で加熱してAl膜を形成し、該Al膜上に触媒層を形成し、該触媒層上にカーボンナノチューブを成長させて得られる。化学蒸着気相法(Chemical Vapor Deposition:CVD法)が好ましく用いられる。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体を製造する際に用い得る装置としては、任意の適切な装置を採用し得る。例えば、熱CVD装置としては、図2に示すような、筒型の反応容器を抵抗加熱式の電気管状炉で囲んで構成されたホットウォール型などが挙げられる。その場合、反応容器としては、例えば、耐熱性の石英管などが好ましく用いられる。
 Al膜の形成方法としては、シリコン基板の表面にAl膜を蒸着させた後に空気中で加熱して形成する。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体を製造する際においては、上記加熱温度の制御が重要なファクターとなり得る。すなわち、本発明のカーボンナノチューブ集合体を製造する際においては、シリコン基板の表面にAl膜を蒸着後に空気中で700℃以上の温度で加熱してAl膜を形成することが好ましい。上記加熱温度は、より好ましくは700~1000℃である。上記加熱温度が700℃未満の場合、得られるカーボンナノチューブ集合体における、複数のカーボンナノチューブと基板との密着力が十分に発現できないおそれがある。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体において、Al膜の膜厚は、好ましくは50nm以下、より好ましくは0.01~30nm、さらに好ましくは0.1~20nm、特に好ましくは1~15nm、最も好ましくは1~10nmである。上記Al膜の膜厚が50nmを超えると、得られるカーボンナノチューブ集合体における、複数のカーボンナノチューブと基板との密着力が十分に発現できないおそれがある。
 上記Al膜上に触媒層を形成する方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、金属触媒をEB(電子ビーム)、スパッタなどにより蒸着する方法、金属触媒微粒子の懸濁液を基板上に塗布する方法などが挙げられる。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体を製造する際において用い得る触媒(触媒層の材料)としては、任意の適切な触媒を用い得る。例えば、鉄、コバルト、ニッケル、金、白金、銀、銅などの金属触媒が挙げられる。
 上記触媒層の厚みは、好ましくは0.01~20nm、より好ましくは0.1~10nm、さらに好ましくは0.1~5nm、特に好ましくは1~3nmである。上記触媒層の厚みが上記範囲内にあることによって、基板とカーボンナノチューブとの密着力が非常に高いカーボンナノチューブ集合体を提供することができる。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体を製造する際において用い得る、カーボンナノチューブの原料となる炭素源としては、任意の適切な炭素源を用い得る。例えば、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素;メタノール、エタノールなどのアルコール;などが挙げられる。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体は、粘着部材とすることができる。本発明の粘着部材は、本発明のカーボンナノチューブ集合体を含む。粘着部材としては、例えば、粘着シート、粘着フィルムが挙げられる。
 本発明の粘着部材は、本発明のカーボンナノチューブ集合体が基材に固定されたものであっても良いし、本発明のカーボンナノチューブ集合体をそのまま用いるものであっても良い。
 本発明の粘着部材が基材を有する場合、該基材としては、石英ガラス、シリコン(シリコンウェハなど)、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックの具体例としては、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミドが挙げられる。分子量などの諸物性は、本発明の目的を達成し得る範囲において、任意の適切な物性を採用し得る。
 本発明の粘着部材が基材を有する場合、該基材の厚みは、目的に応じて、任意の適切な値に設定され得る。例えば、好ましくは1~10000μm、より好ましくは5~5000μm、さらに好ましくは10~1000μmである。
 上記基材の表面は、隣接する層との密着性、保持性などを高めるために、慣用の表面処理、例えば、クロム酸処理、オゾン暴露、火炎暴露、高圧電撃暴露、イオン化放射線処理などの化学的または物理的処理、下塗剤(例えば、上記粘着性物質)によるコーティング処理が施されていてもよい。
 上記基材は単層であっても良いし、多層体であっても良い。
 本発明のカーボンナノチューブ集合体を基材に固定する場合、その方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、基材に接着層を設けて固定してもよい。また、基材が熱硬化性樹脂の場合は硬化処理を行って固定すれば良い。また、基材が熱可塑性樹脂や金属などの場合は、溶融した状態で圧着させた後に室温まで冷却して固定すれば良い。
 以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。なお、特に明記しない限り、実施例における部および%は重量(質量)基準である。
≪シリコン基板とカーボンナノチューブとの密着力の測定≫
 シリコン基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体のカーボンナノチューブ先端をスライドガラスに5kgローラーで圧着した後、引張り速度50mm/minで引っ張った。剥離面がシリコン基板とカーボンナノチューブとの界面であることを確認後、単位面積あたりのせん断接着力を求めた。
〔実施例1〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、765℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み1nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(1)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔実施例2〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、765℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(2)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例1〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、450℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み1nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C1)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例2〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、550℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み1nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C2)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例3〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、650℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み1nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C3)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例4〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、450℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C4)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例5〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、550℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C5)を得た。
 結果を表1にまとめた。
〔比較例6〕
 シリコン基板(エレクトロニクス エンド製、厚み525μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE-4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜を形成した後、650℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜(厚み10nm)を形成した。このAl膜上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS-200)にてさらにFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
 次に、触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて10分間放置後、温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、45分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブ集合体(C6)を得た。
 結果を表1にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明のカーボンナノチューブ集合体は、粘着シート、粘着フィルムなどの粘着部材に好適に用いることができる。

Claims (3)

  1.  シリコン基板の表面に複数のカーボンナノチューブを備えたカーボンナノチューブ集合体であって、
     該複数のカーボンナノチューブの片端が該シリコン基板の表面に密着しており、
     該複数のカーボンナノチューブと該シリコン基板の表面との密着力が25℃において10N/cm以上である、
     カーボンナノチューブ集合体。
  2.  シリコン基板の表面にAl膜を蒸着後に空気中で700℃以上の温度で加熱してAl膜を形成し、該Al膜上に触媒層を形成し、該触媒層上にカーボンナノチューブを成長させて得られる、請求項1に記載のカーボンナノチューブ集合体。
  3.  請求項1または2に記載のカーボンナノチューブ集合体を含む、粘着部材。
     
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