WO2021229871A1 - 構造体 - Google Patents

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WO2021229871A1
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fibrous
coating layer
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fiber
adhesive layer
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康弘 清水
真己 永田
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株式会社村田製作所
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to a structure containing a fibrous substance.
  • Nanofibers grown on a metal layer are known as a structure using a fiber-like substance.
  • Such a structure forms, for example, an insulator layer and a metal layer on the surface thereof, forms a metal-insulator-metal (MIM) structure, and is used as a MIM capacitor (Patent Document 1).
  • MIM metal-insulator-metal
  • the contact point between the metal layer and the nanofibers is only the catalytic portion of the base point of the growth of the nanofibers, that is, point contact. , The adhesive strength between the metal layer and the nanofibers is not sufficient.
  • the present disclosure aims to provide a structure in which a fibrous substance is arranged on a base material and has high adhesive strength between the base material and the fibrous material.
  • the disclosure includes the following aspects: [1] Substrate and With multiple fibrous materials, It has an adhesive layer that adheres the substrate to one end of the fibrous material.
  • the fibrous material comprises a fibrous core material and a coating layer.
  • the coating layer covers the fiber-like core material so that an exposed portion of the fiber-like core material is formed at the end portion. The boundary between the coating layer and the exposed portion is located inside the adhesive layer.
  • Structure [2] The structure according to the above [1], wherein the plurality of fibrous substances are in contact with each other in the adhesive layer.
  • [3] The structure according to the above [1] or [2], wherein the fibrous substances are intertwined with each other in the adhesive layer.
  • the fiber-like substance covers a first coating layer made of a fiber-like core material made of a conductor and a dielectric covering the surface of the fiber-like core material, and covers the first coating layer and is electrically insulated from the fiber-like core material. It is composed of a second coating layer made of a conductive material, and is composed of a second coating layer.
  • the first coating layer covers the fiber-like core material so that an exposed portion of the fiber-like core material is formed at the end portion. The boundary between the first coating layer and the exposed portion is located inside the adhesive layer.
  • Capacitor structure including structure. [9] The capacitor structure according to the above [8], wherein the exposed portions of the plurality of fibrous materials are in contact with each other in the adhesive layer.
  • the fibrous substance is adhered to the base material by the adhesive layer, it is possible to provide a structure having high adhesive strength between the fibrous material and the base material.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of a structure 1a according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 schematically shows a cross section of a modified example of the above structure.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of another modified example of the above structure.
  • FIG. 4 schematically shows a cross section of another modified example of the above structure.
  • FIG. 5 schematically shows a cross section of another variant of the structure.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which two fibrous substances are in contact with each other.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which two fibrous substances are intertwined.
  • FIG. 1 shows a cross section of the structure 1a, which is an embodiment of the present disclosure.
  • the structure 1a includes a base material 2, a plurality of fibrous materials 8 in which a fibrous core material 3 is coated with a coating layer 5, and one of the base material 2 and the fibrous material 8. It has an adhesive layer 4 for adhering to the end portion of the.
  • the fiber-like core material 3 is covered with a coating layer 5 so that the exposed portion 6 is present at one of the ends.
  • the fiber-like substance 8 is adhered to the base material 2 via the adhesive layer 4.
  • the boundary 7 between the coating layer 5 and the exposed portion 6 of the fiber-like material 8 is located inside the adhesive layer 4.
  • the material constituting the base material 2 is not particularly limited, but may be, for example, a conductive material such as copper or aluminum, or an insulating material such as ceramic or resin.
  • the material constituting the base material 2 may be one kind or two or more kinds.
  • the conductive material may be arranged on the insulating material.
  • the shape of the base material 2 is not particularly limited, but can typically be a block shape, a plate shape, a film shape, a foil shape, or the like.
  • the shape of the base material 2 is a shape having a flat surface on the surface thereof.
  • the base material 2 is formed of a conductive material.
  • the base material 2 may have a metal layer formed on the surface of a support material of an insulating material.
  • the metal layer can be formed by, for example, atomic layer deposition (ALD), sputtering, coating, plating, or the like.
  • the metal layer on the base material 2 may be an electrode or wiring.
  • the base material 2 is made conductive as described above. It is preferable that it is made of a material or that the surface of the base material 2 is conductive.
  • the surface of the base material 2 is roughened. By roughening the surface of the base material, the adhesive strength between the base material 2 and the adhesive layer 4 can be further increased.
  • the fibrous material 8 is composed of a fibrous core material 3 and a coating layer 5.
  • the fiber-like core material 3 is not particularly limited as long as it is an elongated thread-like material, and examples thereof include nanotubes, nanowires, and nanofibers.
  • nanotubes are not particularly limited, and examples thereof include metal-based nanotubes, organic-based nanotubes, and inorganic-based nanotubes.
  • the nanotubes can be carbon nanotubes, or titania carbon nanotubes.
  • the nanowires are not particularly limited, and examples thereof include silicon nanowires and silver nanowires.
  • the nanofibers are not particularly limited, and examples thereof include carbon nanofibers and cellulose nanofibers.
  • the fiber-like core material 3 is a conductive fiber-like core material.
  • the electric resistance between the fiber-like material 8 and the base material 2 can be reduced.
  • the fibrous core material 3 is a carbon nanotube.
  • the chirality of the carbon nanotubes is not particularly limited, and may be either a semiconductor type or a metal type, or these may be mixed and used. From the viewpoint of reducing the resistance value, it is preferable that the ratio of the metal mold is high.
  • the number of layers of the carbon nanotubes is not particularly limited, and may be either one layer of SWCNTs (singlewall carbon nanotubes) or two or more layers of MWCNTs (multiwall carbon nanotubes).
  • the method for producing the carbon nanotubes is not particularly limited, and a chemical vapor deposition method (CVD), plasma-enhanced CVD, or the like can be used.
  • CVD chemical vapor deposition method
  • the catalyst iron, nickel, platinum, cobalt, alloys containing these, and the like are used.
  • the material of the substrate to which the catalyst is applied is not particularly limited, and for example, silicon oxide, silicon, gallium arsenide, aluminum, SUS and the like can be used.
  • a method of applying a catalyst to a substrate a method that combines techniques such as CVD, sputtering, physical vapor deposition (PVD), lithography, and etching can be used.
  • the gas used is not particularly limited, and for example, carbon monoxide, methane, ethylene, acetylene, and a mixture of these with hydrogen or ammonia can be used.
  • the end of the carbon nanotube on the catalyst-coated side on the substrate is a fixed end, and the other end (free end) grows and the length grows.
  • the length and diameter of the carbon nanotubes can change in response to changes in parameters such as gas concentration, gas flow rate, temperature and the like. That is, the length and diameter of the carbon nanotubes can be adjusted by appropriately selecting these parameters.
  • the diameter and length of the fiber-shaped core material 3 are not particularly limited.
  • the length of the fibrous core material 3 can be, for example, several ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or more, 100 ⁇ m or more, 500 ⁇ m or more, 750 ⁇ m or more, 1000 ⁇ m or more, or 2000 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the length of the fibrous core material is not particularly limited.
  • the length of the fibrous core material may be, for example, 10 mm or less, 5 mm or less, or 3 mm or less.
  • the diameter of the fibrous core material 3 may be, for example, 0.1 nm or more, 1 nm or more, or 10 nm or more.
  • the diameter of the fibrous core material 3 may be 1000 nm or less, 800 nm or less, or 600 nm or less.
  • the fibrous core material 3 may be oriented in the longitudinal direction thereof.
  • they can be oriented in the process of growing the carbon nanotubes. It is also possible to orient the fibrous core material in the dispersion.
  • the fibrous core material 3 is covered with a coating layer 5.
  • the material constituting the coating layer 5 may be either a conductive material or an insulating material. That is, the coating layer 5 may be a conductor layer or an insulator layer (or a dielectric layer).
  • the conductive material constituting the conductor layer is not particularly limited, and examples thereof include silver, gold, copper, platinum, aluminum, and alloys containing these. These may be used alone or may use two or more kinds.
  • the thickness of the conductor layer can be, for example, 3 nm or more, preferably 10 nm or more. By setting the thickness of the coating layer to 3 nm or more, the resistance of the coating layer itself can be reduced.
  • the thickness of the conductor layer may be, for example, 500 nm or less, preferably 100 nm or less.
  • the film forming method of the conductor layer is not particularly limited, and CVD, ALD, sputtering, coating, plating and the like can be used.
  • the surface of the conductor layer may be insulated. Insulation can be performed by, for example, a chemical treatment such as an oxidation treatment.
  • the insulating material constituting the insulator layer is not particularly limited, and examples thereof include silicon dioxide, aluminum oxide, silicon nitride, tantalum oxide, hafnium oxide, barium titanate, and lead zirconate titanate. These may be used alone or may use two or more kinds.
  • the thickness of the insulator layer is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more. By setting the thickness of the insulator layer to 5 nm or more, the insulating property can be improved and the leakage current can be reduced.
  • the thickness of the insulator layer is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. By setting the thickness of the insulator layer to 100 nm or less, it becomes possible to obtain a larger capacitance when the insulator layer is used as the dielectric layer of the capacitor.
  • the film forming method of the insulator layer is not particularly limited, and ALD, sputtering, PVD, CVD, a film forming method using a supercritical fluid, or the like can be used.
  • the coating layer 5 may be further treated, for example, reduced or oxidized, or may be surface-treated after being formed on the fibrous core material 3.
  • At least one of the fibrous core material 3 and the coating layer 5 and the adhesive layer 4 are conductive. With such a configuration, a structure having high conductivity between the base material 2 and the fibrous material 8 can be obtained.
  • the fibrous core material 3, the coating layer 5, and the adhesive layer 4 are conductive. With such a configuration, a structure having higher conductivity between the base material 2 and the fibrous material 8 can be obtained.
  • the coating layer is only the coating layer 5, but the coating layer is not limited to this, and a plurality of coating layers may exist.
  • a second coating layer 15 may be further present on the coating layer 5 (hereinafter, also referred to as “first coating layer”).
  • the fibrous material 8 includes a fibrous core material 3, a first coating layer 5, and a second coating layer 15.
  • the second coating layer 15 covers a part of the first coating layer 5, and the boundary 16 between the exposed portion of the first coating layer 5 and the second coating layer 15 is formed. , Located inside the adhesive layer 4. In this embodiment, the exposed portion 6, the boundary 7, and the boundary 16 are located in this order from the edge on the substrate side. By arranging the boundary 16 inside the adhesive layer 4, peeling of the second coating layer 15 can be suppressed.
  • the second coating layer 15 covers a part of the first coating layer 5, and the boundary 16 between the exposed portion of the first coating layer 5 and the second coating layer 15 is formed. , Located on the outside of the adhesive layer 4 at a distance from the adhesive layer 4. The exposed portion 6 and the boundary 7 are located inside the adhesive layer 4. By arranging the boundary 16 outside the adhesive layer 4, it is possible to prevent direct conduction when the adhesive layer 4 and the second coating layer 15 are conductive, and the fibrous core material 3-1st.
  • the coating layer 5-second coating layer 15 can form a MIM capacitor structure.
  • the second coating layer 15 covers the entire first coating layer 5.
  • the boundary between the exposed portion 6 and the coating layer is the boundary 17 between the exposed portion 6 of the fibrous core material 3 and the second coating layer 15.
  • the boundary 17 between the exposed portion 6 and the second coating layer 15 is located inside the adhesive layer 4.
  • the fibrous core material 3, the first coating layer 5 and the second coating layer 15 may be insulating or conductive, respectively.
  • the fibrous core material 3 is conductive
  • the first coating layer 5 is conductive
  • the second coating layer 15 is insulating.
  • the fibrous core material 3 is conductive
  • the first coating layer 5 is insulating
  • the second coating layer 15 is conductive.
  • the fibrous core material 3-first coating layer 5-second coating layer 15 can form a MIM capacitor structure.
  • a plurality of layers such as a third coating layer and a fourth coating layer may be present on the second coating layer 15.
  • the fibrous material 8 has an exposed portion 6 in which the fibrous core material 3 is exposed from the coating layer 5.
  • the exposed portion 6 exists at one end of the fibrous material 8.
  • the end portion refers to a region up to a certain distance from the end of the fibrous substance, for example, a region within 100 nm from the end, a region within 500 nm, a region within 1 ⁇ m, or a region within 10 ⁇ m, or It can be a region within 100 ⁇ m.
  • only one exposed portion 6 is continuously present from the end of the fibrous material 8, but the present invention is not limited to this, and a plurality of exposed portions may be present. In this case, there may be a plurality of boundaries between the fibrous material and the coating layer. In a preferred embodiment, the plurality of boundaries are all located inside the adhesive layer 4.
  • the method of forming the exposed portion 6 is not particularly limited.
  • the film forming process may be controlled to form an exposed portion, or a part of the coating layer may be removed after the fibrous material is coated with the coating layer. By doing so, an exposed portion may be formed.
  • the coating layer can be removed by gas etching, ion etching, ion beam etching, dry etching such as wrapping, wet etching, or mechanical polishing.
  • the adhesive layer 4 adheres the base material 2 and the fibrous substance 8.
  • the material constituting the adhesive layer 4 is not particularly limited, and examples thereof include a conductive adhesive and a conductive polymer.
  • a metal filler such as silver, nickel, copper, tin, gold or palladium or a carbon filler is dispersed in a resin such as an epoxy resin, a polyimide resin, a silicone resin or a polyurethane resin.
  • a resin such as an epoxy resin, a polyimide resin, a silicone resin or a polyurethane resin. Examples include conductive materials.
  • Examples of the conductive adhesive include polypyrrole, polypyrrole derivative, polyaniline, polyaniline derivative, polythiophene, polythiophene derivative and the like.
  • the adhesive layer 4 may be a paste, a sheet, a gel, or a liquid adhesive.
  • a liquid or gel-like adhesive or an adhesive that becomes liquid or gel-like when heated is preferable so that the adhesive can be easily introduced into the gaps between the fiber-like substances 8.
  • the thickness of the adhesive layer may be preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the adhesion between the base material 2 and the fiber-like substance 8 is performed by embedding one end of the fiber-like substance 8 in the adhesive layer.
  • an adhesive layer is formed of a material whose viscosity is reduced by heating, and the fibrous substance and the adhesive layer are heated at a high temperature while being pressurized in the direction of each other to bond the end where the exposed portion of the fibrous substance is present.
  • a method is used in which the adhesive layer is cured by press-fitting it into the layer and then cooling it to room temperature.
  • the fibrous substance 8 and the base material 2 may or may not be in contact with each other.
  • a part of the fibrous material 8 may be located inside the base material 2, for example, with the end of the fibrous material 8 inserted into the base material 2.
  • a plurality of fibrous substances 8 may be in contact with each other inside the adhesive layer 4.
  • the fibrous substances 8 are less likely to be detached from the adhesive layer 4, and the adhesive strength is further improved.
  • the contact of the fibrous substance 8 may be a line contact (FIG. 6 (a)) or a point contact (FIG. 6 (b)). Further, although not shown, when the fibrous substance has a flat surface, it may be in surface contact. Since the adhesive strength is high, it is preferable that the contact area is larger. For example, line contact is preferable to point contact.
  • the fibrous material 8 is in contact with the exposed portion 6.
  • the structure of the present disclosure is used as an element of an electronic component by contacting the fiber-like substance 8 in the exposed portion 6, in other words, by contacting the fiber-like core materials 3 of the fiber-like substance 8 with each other. , The resistance value between fibrous materials can be reduced.
  • the fibrous substance 8 has a plurality of contacts with other fibrous substances. By having a plurality of contacts, the adhesive strength is further improved and the resistance value is further reduced.
  • the fibrous material 8 is entangled with each other in the adhesive layer 4.
  • the adhesive strength is further improved.
  • entanglement means that the state as shown in FIG. 7, that is, a plurality of fibrous substances (fibrous substance 11 and fibrous substance 12 in FIG. 7) are in contact with each other in a certain region instead of a point.
  • the exposed portion 6 of the bonded fibrous core material 3 and the boundary 7 between the exposed portion 6 and the coating layer 5 are located inside the adhesive layer 4.
  • a part of the coating layer 5 is located inside the adhesive layer.
  • the fibrous substance 8 is adhered to the base material at points, so that the adhesive strength is relatively low.
  • the exposed portion 6 and the coating layer 5 are adhered to each other.
  • the structure of the present disclosure can be used in electronic parts such as capacitors and sensors, heat dissipation parts, and the like.
  • the structure of the present disclosure has been described above, but the structure of the present disclosure is not limited to this.
  • it may be a form in which the configurations described above are combined.
  • the present disclosure provides a capacitor structure including the above-mentioned structure of the present disclosure. That is, the capacitor structure of the present disclosure may include the characteristics of the above-mentioned structure of the present disclosure.
  • the capacitor structure of the present disclosure is with multiple fibrous materials, It has an adhesive layer made of a conductor that adheres the base material to one end of the fibrous substance.
  • the fiber-like substance covers a first coating layer made of a fiber-like core material made of a conductor and a dielectric covering the surface of the fiber-like core material, and covers the first coating layer and is electrically insulated from the fiber-like core material. It is composed of a second coating layer made of a conductive material, and is composed of a second coating layer.
  • the first coating layer covers the fiber-like core material so that an exposed portion of the fiber-like core material is formed at the end portion. The boundary between the first coating layer and the exposed portion is located inside the adhesive layer. Includes structure.
  • the capacitor structure of the present disclosure may have a structure as shown in FIG.
  • the capacitor structure of the present disclosure has the structure shown in FIG. 3, the fiber-like core material 3 is a conductor, the first coating layer 5 is a dielectric, the second coating layer 15 is a conductor, and a fiber.
  • the core material 3-first coating layer 5-second coating layer 15 constitutes a MIM structure. That is, the fiber-like core material 3 functions as a lower electrode, the first coating layer 5 functions as a dielectric layer, and the second coating layer 15 functions as an upper electrode.
  • the adhesive layer 4 is a conductor, and at least a part of the surface of the base material 2 is a conductor.
  • the fibrous core material 3 as the lower electrode is electrically pulled out by the adhesive layer 4 and the base material 2.
  • the capacitor structure of the present disclosure has been described above, the capacitor structure of the present disclosure is not limited to this.
  • it may be a form in which the configurations described above are combined.
  • the exposed portions of the plurality of fibrous substances may be in contact with each other and preferably entangled with each other in the adhesive layer, similarly to the structure shown in FIG.
  • the adhesive strength can be improved and the resistance value of the capacitor can be reduced.
  • the fibrous core material may be nanowires, nanotubes, or nanofibers, preferably carbon nanotubes.
  • the fiber-like core material having a nanostructure the specific surface area can be increased and the capacitance can be increased. Further, by using carbon nanotubes, in addition to the above effects, the resistance value of the capacitor can be reduced.
  • the structure of the present disclosure can be suitably used for various uses such as capacitors.

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Abstract

本発明は、基材と、複数のファイバー状物質と、前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する接着層とを有し、前記ファイバー状物質は、ファイバー状芯材および被覆層からなり、前記被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、前記被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、構造体を提供する。

Description

構造体
　本開示は、ファイバー状物質を含む構造体に関する。
　ファイバー状物質を利用した構造体として、金属層上に成長させたナノファイバーが知られている。このような構造体は、例えば、その表面に絶縁体層および金属層を形成し、金属－絶縁体－金属（ＭＩＭ）構造を形成し、ＭＩＭキャパシタとして用いられる（特許文献１）。
特表２０１０－５０６３９１号公報
　特許文献１に記載のような金属層上にナノファイバーを成長させた構造体の場合、金属層とナノファイバー間の接点は、ナノファイバーの成長の基点の触媒部分のみ、即ち点接触となるので、金属層とナノファイバー間の接着強度が十分とは言えない。
　本開示は、基材上にファイバー状物質が配置された構造体であって、基材とファイバー状物質間の接着強度が高い構造体を提供することを目的とする。
　本開示は、以下の態様を含む。
［１］　基材と、
　複数のファイバー状物質と、
　前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する接着層と
を有し、
　前記ファイバー状物質は、ファイバー状芯材および被覆層からなり、
　前記被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、
　前記被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、
構造体。
［２］　前記複数のファイバー状物質は、前記接着層内において互いに接触している、上記［１］に記載の構造体。
［３］　前記ファイバー状物質は、前記接着層内において互いに絡み合っている、上記［１］または［２］に記載の構造体。
［４］　前記ファイバー状芯材および前記被覆層の少なくとも１つおよび前記接着層は導電性である、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載の構造体。
［５］　前記ファイバー状芯材および前記接着層は導電性である、上記［１］～［４］のいずれか１項に記載の構造体。
［６］　前記被覆層は複数存在する、上記［１］～［５］のいずれか１項に記載の構造体。
［７］　前記ファイバー状芯材は、カーボンナノチューブである、上記［１］～［６］のいずれか１項に記載の構造体。
［８］　基材と、
　複数のファイバー状物質と、
　前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する導電体からなる接着層と
を有し、
　前記ファイバー状物質は、導電体からなるファイバー状芯材および前記ファイバー状芯材の表面を覆う誘電体からなる第１被覆層と前記第１被覆層を覆い前記ファイバー状芯材と電気的に絶縁されている導電体からなる第２被覆層とからなり、
　前記第１被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、
　前記第１被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、
構造体を含む、キャパシタ構造体。
［９］　前記複数のファイバー状物質における露出部は、前記接着層内において互いに接触している、上記［８］に記載のキャパシタ構造体。
［１０］　前記露出部は、前記接着層内において互いに絡み合っている、上記［８］または［９］に記載のキャパシタ構造体。
［１１］　前記ファイバー状芯材は、ナノワイヤ、ナノチューブ、またはナノファイバーである、上記［８］～［１０］のいずれか１項に記載のキャパシタ構造体。
［１２］　前記ファイバー状芯材は、カーボンナノチューブである、上記［８］～［１０］のいずれか１項に記載のキャパシタ構造体。
　本発明によれば、ファイバー状物質が接着層により基材に接着されているので、ファイバー状物質と基材との接着強度が高い構造体を提供することができる。
図１は、本開示の一の実施形態における構造体１ａの断面を模式的に示す。 図２は、上記構造体の一の変型例の断面を模式的に示す。 図３は、上記構造体の別の変型例の断面を模式的に示す。 図４は、上記構造体の別の変型例の断面を模式的に示す。 図５は、上記構造体の別の変型例の断面を模式的に示す。 図６は、２本のファイバー状物質が接触している状態を示す図である。 図７は、２本のファイバー状物質が絡み合っている状態を示す図である。
　以下、本開示の構造体について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本実施形態の構造体および各構成要素の形状および配置等は、図示する例に限定されない。
（実施形態１）
　本開示の一の実施形態である構造体１ａの断面を図１に示す。図１に示されるように、構造体１ａは、基材２と、ファイバー状芯材３が被覆層５により被覆された複数のファイバー状物質８と、当該基材２とファイバー状物質８の一方の端部とを接着する接着層４とを有する。ファイバー状芯材３は、上記一方の端部に露出部６が存在するように、被覆層５により被覆されている。ファイバー状物質８は、接着層４を介して上記基材２と接着されている。上記ファイバー状物質８の上記被覆層５と露出部６との境界７は、上記接着層４の内部に位置する。
　上記基材２を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウム等の導電性材料、セラミック、樹脂等の絶縁性材料であってもよい。上記基材２を構成する材料は一種であっても二種以上であってもよい。例えば、絶縁性材料上に導電性材料を配置したものであってもよい。
　上記基材２の形状は、特に限定されないが、典型的にはブロック状、板状、フィルム状、箔状等であり得る。好ましくは、基材２の形状は、その表面に平面を有する形状である。
　一の態様において、上記基材２は、導電性材料から形成される。
　一の態様において、上記基材２は、絶縁性材料の支持材の表面に金属層を形成したものであり得る。上記金属層は、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ）、スパッタ、塗布、メッキ等を用いて形成することができる。
　上記の態様において、上記基材２上の金属層は、電極または配線であってもよい。
　本開示の構造体を電子部品、例えばコンデンサ等の材料として用いる場合に、電極としてコンタクトが取りやすく、抵抗値が低くなり、耐熱性が高くなることから、上記のように基材２を導電性材料で構成する、または基材２の表面を導電性とすることが好ましい。
　一の態様において、上記基材２の表面は粗化されている。基材の表面を粗化することにより、基材２と接着層４との接着強度をより高くすることができる。
　上記ファイバー状物質８は、ファイバー状芯材３および被覆層５からなる。
　上記ファイバー状芯材３としては、細長い糸状のものであれば特に限定されないが、例えばナノチューブ、ナノワイヤ、ナノファイバー等が挙げられる。
　上記ナノチューブとしては、特に限定されないが、金属系ナノチューブ、有機系ナノチューブ、無機系ナノチューブ等が挙げられる。典型的には、ナノチューブは、カーボンナノチューブ、またはチタニアカーボンナノチューブであり得る。
　上記ナノワイヤとしては、特に限定されないが、シリコンナノワイヤ、銀ナノワイヤ等が挙げられる。
　上記ナノファイバーとしては、特に限定されないが、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー等が挙げられる。
　好ましい態様において、上記ファイバー状芯材３は、導電性のファイバー状芯材である。導電性のファイバー状芯材を用いることにより、ファイバー状物質８と基材２間の電気抵抗を低減させることができる。
　好ましい態様において、上記ファイバー状芯材３は、カーボンナノチューブである。
　上記カーボンナノチューブのカイラリティは、特に限定されず、半導体型または金属型のいずれであってもよく、または、これらを混合して用いてもよい。抵抗値を低減する観点からは、金属型の比率が高いほうが好ましい。
　上記カーボンナノチューブの層数は、特に限定されず、１層のＳＷＣＮＴ（single wall carbon nanotube）または２層以上のＭＷＣＮＴ（multiwall carbon nanotube）のいずれであってもよい。
　上記カーボンナノチューブの製造方法は、特に限定されず、化学気相成長法（ＣＶＤ）やプラズマ強化ＣＶＤなどを用いることができる。この場合、触媒としては、鉄、ニッケル、白金、コバルト、またはこれらを含む合金などが用いられる。触媒を塗布する基板の材料は、特に限定されず、例えば、酸化シリコン、シリコン、ガリウム砒素、アルミニウム、ＳＵＳなどを用いることができる。基板に、触媒を塗布する方法は、ＣＶＤ、スパッタ、物理気相成長法（ＰＶＤ）などと、リソグラフィやエッチングなどの技術を組み合わせた方法を用いることができる。使用するガスは、特に限定されず、例えば一酸化炭素、メタン、エチレン、アセチレン、これらと水素もしくはアンモニアの混合物などを用いることができる。基板上の触媒塗布側のカーボンナノチューブの端は固定端であり、他方の端（自由端）が成長し、長さが伸びていく。カーボンナノチューブの長さおよび径は、ガス濃度、ガス流量、温度等のパラメータの変化に応じて変化し得る。即ち、これらのパラメータを適宜選択することにより、カーボンナノチューブの長さおよび径を調整することができる。
　上記ファイバー状芯材３の径および長さは、特に限定されない。
　上記ファイバー状芯材３の長さは、例えば、数μｍ以上、２０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、５００μｍ以上、７５０μｍ以上、１０００μｍ以上、または２０００μｍ以上であり得る。上記ファイバー状芯材の長さの上限は特に限定されない。上記ファイバー状芯材の長さは、例えば、１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、または３ｍｍ以下であり得る。
　上記ファイバー状芯材３の径は、例えば、０．１ｎｍ以上、１ｎｍ以上、または１０ｎｍ以上であり得る。上記ファイバー状芯材３の径は、１０００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、または６００ｎｍ以下であり得る。
　上記ファイバー状芯材３は、その長手方向に配向されていてもよい。例えばカーボンナノチューブの場合、カーボンナノチューブを成長させる過程において、配向させることができる。また、分散液中でファイバー状芯材を配向することもできる。
　上記ファイバー状芯材３は、被覆層５により被覆されている。
　上記被覆層５を構成する材料は、導電性材料または絶縁性材料のいずれであってもよい。即ち、上記被覆層５は、導電体層または絶縁体層（または誘電体層）であり得る。
　上記導電体層を構成する導電性材料としては、特に限定されないが、例えば、銀、金、銅、白金、アルミニウム、またはこれらを含む合金等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
　上記導電体層の厚みは、例えば３ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり得る。被覆層の厚みを３ｎｍ以上とすることにより、被覆層自体の抵抗を小さくすることができる。また、上記導電体層の厚みは、例えば５００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下であり得る。
　上記導電体層の成膜法は、特に限定されず、ＣＶＤ、ＡＬＤ、スパッタ、塗布、メッキ等を用いることができる。
　一の態様において、上記導電体層の表面は、絶縁化されていてもよい。絶縁化は、例えば、酸化処理などの化学処理により行うことができる。
　上記絶縁体層を構成する絶縁性材料としては、特に限定されないが、例えば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
　上記絶縁体層の厚みは、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。絶縁体層の厚みを５ｎｍ以上とすることにより、絶縁性を高めることができ、漏れ電流を小さくすることが可能になる。また、上記絶縁体層の厚みは、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。絶縁体層の厚みを１００ｎｍ以下とすることにより、かかる絶縁体層をキャパシタの誘電体層として用いる場合に、より大きな静電容量を得ることが可能になる。
　上記絶縁体層の成膜法は、特に限定されず、ＡＬＤ、スパッタ、ＰＶＤ、ＣＶＤ、超臨界流体を用いた成膜法等を用いることができる。
　上記被覆層５は、ファイバー状芯材３上に成膜された後、さらなる処理、例えば成膜された膜の還元または酸化を行ってもよく、表面処理を行ってもよい。
　一の態様において、上記ファイバー状芯材３および被覆層５の少なくとも１つ、および上記接着層４は、導電性である。かかる構成とすることにより、基材２とファイバー状物質８間の導電性が高い構造体を得ることができる。
　一の態様において、上記ファイバー状芯材３、被覆層５および上記接着層４は、導電性である。かかる構成とすることにより、基材２とファイバー状物質８間の導電性がより高い構造体を得ることができる。
　図１において、被覆層は被覆層５のみであるが、これに限定されず、複数の被覆層が存在してもよい。
　一の態様において、図２、図３および図４に示されるように、被覆層５（以下、「第１被覆層」ともいう）上にさらに第２被覆層１５が存在し得る。この態様において、ファイバー状物質８は、ファイバー状芯材３、第１被覆層５および第２被覆層１５を含む。
　一の態様において、図２に示されるように、第２被覆層１５は、第１被覆層５の一部を被覆し、第１被覆層５の露出部と第２被覆層１５の境界１６は、接着層４の内部に位置する。この態様において、露出部６、境界７、および境界１６は、基材側の端からこの順に位置する。境界１６を接着層４の内部に配置することにより、第２被覆層１５の剥離を抑制することができる。
　一の態様において、図３に示されるように、第２被覆層１５は、第１被覆層５の一部を被覆し、第１被覆層５の露出部と第２被覆層１５の境界１６は、接着層４の外部に接着層４と離隔して位置する。露出部６および境界７は接着層４の内部に位置する。境界１６を接着層４の外部に配置することにより、接着層４および第２被覆層１５が導電性である場合に、直接導通することを防止することができ、ファイバー状芯材３－第１被覆層５－第２被覆層１５は、ＭＩＭキャパシタ構造を形成することが可能になる。
　一の態様において、図４に示されるように、第２被覆層１５は、第１被覆層５の全体を被覆している。この態様において、露出部６と被覆層との境界は、ファイバー状芯材３の露出部６と第２被覆層１５の境界１７である。露出部６と第２被覆層１５の境界１７は、接着層４の内部に位置する。境界１７を接着層４の内部に配置することにより、第１被覆層５および第２被覆層１５の剥離を抑制することができる。
　上記ファイバー状芯材３、第１被覆層５および第２被覆層１５は、それぞれ、絶縁性であっても、導電性であってもよい。
　一の態様において、ファイバー状芯材３は導電性であり、第１被覆層５は導電性であり、第２被覆層１５は絶縁性である。かかる構成とすることにより、基材２とファイバー状物質８間の導電性が高い構造体を得ることができる。
　一の態様において、ファイバー状芯材３は導電性であり、第１被覆層５は絶縁性であり、第２被覆層１５は導電性である。かかる構成とすることにより、ファイバー状芯材３－第１被覆層５－第２被覆層１５は、ＭＩＭキャパシタ構造を形成することができる。
　別の態様において、第２被覆層１５と同様に、その上に第３被覆層、さらのその上に第４被覆層等、複数の層が存在してもよい。
　上記ファイバー状物質８は、ファイバー状芯材３が被覆層５から露出した露出部６を有する。
　上記露出部６は、ファイバー状物質８の一方の端部に存在する。ここに、端部とは、ファイバー状物質の末端からある一定の距離までの領域をいい、例えば、末端から１００ｎｍ以内の領域、５００ｎｍ以内の領域、１μｍ以内の領域、１０μｍ以内の領域、または、１００μｍ以内の領域であり得る。
　図１において、露出部６は、ファイバー状物質８の端から連続的に１つのみ存在するが、これに限定されず、複数の露出部が存在してもよい。この場合、ファイバー状物質と被覆層との境界も複数存在し得る。好ましい態様において、上記複数の境界はすべて接着層４の内部に位置する。
　上記露出部６を形成する方法は特に限定されない。例えば、ファイバー状物質に被覆層を形成する際に、成膜プロセスを制御して露出部を形成してもよく、あるいは、ファイバー状物質を被覆層で被覆した後に、被覆層の一部を除去することにより、露出部を形成してもよい。被覆層の除去は、ガスエッチング、イオンエッチング、イオンビームエッチング、ラップ等のドライエッチング、ウェットエッチング、または機械的研磨により行うことができる。
　上記接着層４は、上記基材２とファイバー状物質８とを接着する。
　上記接着層４を構成する材料は、特に限定されないが、導電性接着剤、導電性高分子等が挙げられる。
　上記導電性接着剤としては、例えば、銀、ニッケル、銅、錫、金もしくはパラジウム等の金属フィラーまたはカーボンフィラーを、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂に分散させた導電性材料が挙げられる。
　上記導電性接着剤としては、例えば、ポリピロール、ポリピロール誘導体、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
　上記接着層４は、ペースト状、シート状、ゲル状または液状の接着剤のいずれであってもよい。ファイバー状物質８の間隙に接着材を導入しやすいように、液状またはゲル状の接着剤、あるいは加熱時に液状またはゲル状になる接着剤が好ましい。
　上記接着層の厚みは、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下であり得る。
　上記基材２とファイバー状物質８との接着は、ファイバー状物質８の一端を接着層内に埋め込むことにより行われる。
　例えば、加熱により粘度が低下する材料で接着層を形成し、ファイバー状物質と接着層とを互いの方向に加圧しながら高温で加熱して、ファイバー状物質の露出部が存在する端部を接着層内に圧入した後に常温に冷却して、接着層を硬化させる方法が用いられる。
　上記ファイバー状物質８と基材２は、互いに接していてもよく、接していなくてもよい。一の態様において、上記ファイバー状物質８の一部は、例えばファイバー状物質８の末端が基材２に差し込まれた状態で、基材２の内部に位置していてもよい。ファイバー状物質８を基材２中に差し込むことにより、アンカー効果が得られ、ファイバー状物質８と接着層４との接着力、ひいてはファイバー状物質８と基材２との接着強度が向上する。
　一の態様において、図５に示されるように、接着層４の内部において、複数のファイバー状物質８が互いに接触していてもよい。複数のファイバー状物質８が互いに接触することにより、ファイバー状物質８が接着層４から脱離しにくくなり、接着強度がより向上する。
　上記ファイバー状物質８の接触は、線接触（図６（ａ））であっても、点接触（図６（ｂ））であってもよい。また、図示していないが、ファイバー状物質が平面を有する場合、面接触であってもよい。接着強度が高くなることから、接触面積がより大きいほど好ましい。例えば、点接触よりも線接触が好ましい。
　好ましい態様において、上記ファイバー状物質８は、露出部６において接触している。ファイバー状物質８を露出部６において接触させることにより、換言すれば、ファイバー状物質８のファイバー状芯材３同士を接触させることにより、本開示の構造体を電子部品の一要素として用いる場合に、ファイバー状物質間の抵抗値を小さくすることができる。
　好ましい態様において、ファイバー状物質８は、他のファイバー状物質との接点を複数有する。接点を複数とすることにより、上記接着強度はより向上し、上記抵抗値はより低減する。
　好ましい態様において、上記ファイバー状物質８は、接着層４内において互いに絡み合っている。上記ファイバー状物質が互いに絡み合うことにより、接着強度はより向上する。ここに、絡み合うとは、図７に示されるような状態、即ち、複数のファイバー状物質（図７においてはファイバー状物質１１とファイバー状物質１２）が、点ではなく一定の領域で接しており、接触領域１３において、上記２本のファイバー状物質の軸が互いに異なる方向に向いている状態、典型的には、少なくとも一方のファイバー状物質が、他方のファイバー状物質の表面に巻き付いた状態をいう。
　本開示の構造体において、接着されたファイバー状芯材３の露出部６、および該露出部６と被覆層５との境界７は、接着層４の内部に位置する。換言すれば、被覆層５の一部は、接着層の内部に位置する。上記特許文献１のような構造体においては、ファイバー状物質８は点で基材に接着しているので接着強度が比較的小さいが、本開示の構造体においては、露出部６と被覆層５との境界７を接着層４の内部に配置することにより、ファイバー状物質８と基材２との接着強度が向上し、さらに、被覆層５の剥離を抑制することができる。
　本開示の構造体は、キャパシタ、センサ等の電子部品、放熱部品等において用いることができる。
　以上、本開示の構造体について説明したが、本開示の構造体はこれに限定されない。例えば、上記で説明した構成を組み合わせた形態であってもよい。
　本開示は、上記本開示の構造体を含むキャパシタ構造体を提供する。即ち、本開示のキャパシタ構造体は、上記の本開示の構造体の特徴を含み得る。
　本開示のキャパシタ構造体は、
　複数のファイバー状物質と、
　前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する導電体からなる接着層と
を有し、
　前記ファイバー状物質は、導電体からなるファイバー状芯材および前記ファイバー状芯材の表面を覆う誘電体からなる第１被覆層と前記第１被覆層を覆い前記ファイバー状芯材と電気的に絶縁されている導電体からなる第２被覆層とからなり、
　前記第１被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、
　前記第１被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、
構造体を含む。
　本開示のキャパシタ構造体は、図３に示すような構造を有し得る。
　本開示のキャパシタ構造体は図３に示す構造を有し、ファイバー状芯材３は導電体であり、第１被覆層５は誘電体であり、第２被覆層１５は導電体であり、ファイバー状芯材３－第１被覆層５－第２被覆層１５は、ＭＩＭ構造を構成する。即ち、ファイバー状芯材３は下部電極として、第１被覆層５は誘電体層として、第２被覆層１５は上部電極として機能する。また、接着層４は導電体であり、基材２の少なくとも表面の一部は導電体である。下部電極としてのファイバー状芯材３は、接着層４および基材２により外部に電気的に引き出されている。
　特許文献１のような基板に直接カーボンナノチューブを成長させた構造の場合、カーボンナノチューブと基板は点での接触になり、抵抗値が大きくなる。本開示のキャパシタ構造体では、上記ファイバー状芯材３が、露出部６において導電性の接着層４と接触していることから、ファイバー状芯材３と接着層４間の接触面積が大きくなって抵抗が小さくなり、ひいては、ファイバー状芯材３と基材２間の抵抗値も小さくなる。
　以上、本開示のキャパシタ構造体について説明したが、本開示のキャパシタ構造体はこれに限定されない。例えば、上記で説明した構成を組み合わせた形態であってもよい。
　例えば、一の態様において、キャパシタ構造体において、上記図５に示す構造体と同様に、複数のファイバー状物質の露出部は、前記接着層内において互いに接触、好ましくは絡み合っていてもよい。複数のファイバー状物質を互いに接触または絡み合わせることにより、接着強度を向上させ、キャパシタの抵抗値を低減することができる。
　一の態様において、上記ファイバー状芯材は、ナノワイヤ、ナノチューブ、またはナノファイバー、好ましくはカーボンナノチューブであり得る。ナノ構造のファイバー状芯材を用いることにより、比表面積を大きくすることができ、静電容量を大きくすることができる。さらに、カーボンナノチューブを用いることにより、上記の効果に加え、キャパシタの抵抗値を低減することができる。
　本開示の構造体は、キャパシタ等の種々の用途に好適に用いることができる。
　　１ａ…構造体
　　２…基材
　　３…ファイバー状芯材
　　４…接着層
　　５…被覆層
　　６…露出部
　　７…境界
　　８…ファイバー状物質
　　１１…ファイバー状物質
　　１２…ファイバー状物質
　　１３…接触領域
　　１５…第２被覆層
　　１６…境界
　　１７…境界

Claims (12)

  1. 　基材と、
    　複数のファイバー状物質と、
    　前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する接着層と
    を有し、
    　前記ファイバー状物質は、ファイバー状芯材および被覆層からなり、
    　前記被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、
    　前記被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、
    構造体。
  2. 　前記複数のファイバー状物質は、前記接着層内において互いに接触している、請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記ファイバー状物質は、前記接着層内において互いに絡み合っている、請求項１または２に記載の構造体。
  4. 　前記ファイバー状芯材および前記被覆層の少なくとも１つおよび前記接着層は導電性である、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の構造体。
  5. 　前記前記ファイバー状芯材および接着層は導電性である、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の構造体。
  6. 　前記被覆層は複数存在する、請求項１～５のいずれか１項に記載の構造体。
  7. 　前記ファイバー状芯材は、カーボンナノチューブである、請求項１～６のいずれか１項に記載の構造体。
  8. 　基材と、
    　複数のファイバー状物質と、
    　前記基材と前記ファイバー状物質の一方の端部とを接着する導電体からなる接着層と
    を有し、
    　前記ファイバー状物質は、導電体からなるファイバー状芯材および前記ファイバー状芯材の表面を覆う誘電体からなる第１被覆層と前記第１被覆層を覆い前記ファイバー状芯材と電気的に絶縁されている導電体からなる第２被覆層とからなり、
    　前記第１被覆層は、前記端部に前記ファイバー状芯材の露出部が形成されるように、前記ファイバー状芯材を被覆しており、
    　前記第１被覆層と前記露出部との境界は、前記接着層の内部に位置する、
    構造体を含む、キャパシタ構造体。
  9. 　前記複数のファイバー状物質における露出部は、前記接着層内において互いに接触している、請求項８に記載のキャパシタ構造体。
  10. 　前記露出部は、前記接着層内において互いに絡み合っている、請求項８または９に記載のキャパシタ構造体。
  11. 　前記ファイバー状芯材は、ナノワイヤ、ナノチューブ、またはナノファイバーである、請求項８～１０のいずれか１項に記載のキャパシタ構造体。
  12. 　前記ファイバー状芯材は、カーボンナノチューブである、請求項８～１０のいずれか１項に記載のキャパシタ構造体。
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