カーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーター
【課題】加熱効率と加熱強度が高いカーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターを提供する。
【解決手段】カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルム１４３ａとなっていることが好ましい。
【解決手段】カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルム１４３ａとなっていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ織物及びカーボンナノチューブ織物を利用したヒーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱のために用いられる織物は、加熱素子及び少なくとも二つの電極を備え、前記二つの電極は、前記加熱素子の表面に、互いに間隔をおいて配置され、且つ前記加熱素子に電気的に接続される。前記電極を通じて、前記加熱素子に電圧が印加される場合、前記加熱素子は、熱を生成する。
【０００３】
前記加熱素子は、タングステンなどの金属系又は炭素繊維からなる。金属材料は、良好な電導性を有するので、金属系からなる前記加熱素子には低電圧を印加しても、高エネルギーの熱を放出することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属系は酸化しやすいので、前記加熱できる織物の使用寿命が短い。さらに、金属材料の密度が高いので、金属系からなる前記加熱素子の重量は重い。従って、金属系からなる前記加熱素子の応用範囲は狭くなる。更に、金属系からなる前記加熱素子は、曲げや折りによって容易に壊れてしまい、希望の形に曲げることが難しく、その耐久性に影響を与える。一方で、炭素繊維からなる加熱素子の、加熱効率と加熱強度は低いので、省エネ対策と環境保護問題に利点がない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は加熱効率と加熱強度が高いカーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターを提供する。
【０００７】
本発明のカーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。
【０００８】
前記紡織材料は、シート状又は糸状である。
【０００９】
前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムになる。
【００１０】
本発明のヒーターは、カーボンナノチューブ織物及び少なくとも二つの電極を含む。前記カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。前記少なくとも二つの電極から前記カーボンナノチューブ織物へ電流を流すと、前記複数のカーボンナノチューブは熱を放出する。
【００１１】
本発明の発熱用積層体は、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム構造体と、該カーボンナノチューブフィルム構造体の両側に積層されたシート状の紡織材料とを具備している。
【発明の効果】
【００１２】
従来の技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターは、複数のカーボンナノチューブを含んでおり、前記カーボンナノチューブは、良好な強度と靭性を有するので、前記カーボンナノチューブ織物の力学性能、靭性、及び機械強度が良い。前記カーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターの使用寿命は長くなる。一方で、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは理想な黒体構造を有するので、前記カーボンナノチューブ織物を利用したヒーターは、広い熱輻射の範囲及び高い熱転換率を有する。且つ、前記ヒーターは、優れた加熱性能及び良好な熱伝導性を有する。複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体は薄く、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記カーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターの熱応答は速く、エネルギー消費が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】図１中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図３】図１に示すカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【図４】非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】カーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】カーボンナノチューブが配向せずに配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明実施例１のカーボンナノチューブ織物の一つの構造を示す図である。
【図１０】図９に示すカーボンナノチューブ織物のカーボンナノチューブワイヤ構造体の一つの構造を示す図である。
【図１１】図９に示すカーボンナノチューブ織物のカーボンナノチューブワイヤ構造体のもう一つの構造を示す図である。
【図１２】本発明実施例１のカーボンナノチューブ織物のもう一つの構造を示す図である。
【図１３】本発明実施例２のヒーターの一つの構造を示す図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶを沿った断面図である。
【図１５】本発明実施例２のヒーターのもう一つの構造を示す図である。
【図１６】本発明のヒーターを採用したインソールの構造を示す図である。
【図１７】本発明のヒーターを採用した帽子の構造を示す図である。
【図１８】本発明のヒーターを採用した毛布の構造を示す図である。
【図１９】本発明のヒーターを採用した理学療法器の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１５】
（実施例１）
本実施例は、カーボンナノチューブ織物を提供する。前記カーボンナノチューブ織物は、紡織材料と、複数のカーボンナノチューブと、を含む。前記複数のカーボンナノチューブは、前記紡織材料に付着されている。
【００１６】
前記紡織材料は、綿、麻、ナイロン、スパンデックス、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、羊毛、シルク及び炭素繊維など紡織材料のいずれか一種からなり、シート状又は糸状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブ構造体に形成されている。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱部品の熱応答速度が速く、物体への加熱時間を短縮させる。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体には、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ、又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成された物である。前記カーボンナノチューブ構造体が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行するように配置されることができ、又は、互いに交叉するように配置されることができ、又は、隙間なく並列されることもできる。
【００２０】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００２１】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図３を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図１及び図２を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は低くなるので、その加熱効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２２】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２３】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、を含む。
【００２４】
（二）カーボンナノチューブワイヤ
図４を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図５を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００２５】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００２６】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２７】
図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２８】
図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００２９】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３０】
（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３１】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３２】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００３３】
ナイフのような工具でカーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００３４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００３５】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法の場合、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００３６】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００３７】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図８を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００３８】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱させるか、或いは、該溶剤を自然に蒸発させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３９】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４０】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４１】
図９を参照すると、一つの例として、本実施例のカーボンナノチューブ織物１６は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０と、少なくとも一本の基線１６２からなる。前記基線１６２は、紡織材料からなる。前記基線１６２を縦糸または横糸のどちらか一方とすることもできるし、縦糸及び横糸の両方とすることもできる。同様に、カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０を横糸または縦糸のどちらか一方とすることもできるし、横糸及び縦糸の両方とすることもできる。前記カーボンナノチューブ織物１６は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２を織って形成されたものである。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２を織る方法に対しては特に制限がなく、例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２は、平織り、斜文織又は繻子織などの方法によって織られることができる。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０を、前記カーボンナノチューブ織物１６の所定領域だけに配置させることができる。
【００４２】
前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、前記カーボンナノチューブ織物１６に均一的に配列することができる。隣接する前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の間の距離、又は隣接する前記基線１６２の間の距離は、０〜３０μｍである。本実施例において、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の間の距離は全て、１６μｍである。
【００４３】
前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ１６１を含む。図１０及び図１１を参照すると、例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０が複数の前記カーボンナノチューブワイヤ１６１を含んでいる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の中心軸に平行して配列され、又は前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の中心軸を軸に、螺旋状に配列される。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブワイヤ１６１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００４４】
例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ１６１が例えば金属、ポリマー、非金属などの材料と複合されて形成されたカーボンナノチューブ複合ワイヤを含むことができる。カーボンナノチューブは、良好な耐熱性を有するので、前記カーボンナノチューブワイヤ１６１ポリマーが複合されて形成されたカーボンナノチューブ複合ワイヤは燃えにくく、カーボンナノチューブ織物１０の難燃性を増加させる。
【００４５】
前記基線１６２の直径に対しては特に制限がなく、好ましくは、前記基線１６２の直径は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径と同じである。前記基線１６２は、所定の耐熱性を有することが好ましく、応用によって異なる材料からなる前記基線１６２を選択する。本実施例において、前記基線１６２は、綿からなる。
【００４６】
図１２を参照すると、もう一つの例として、本実施例のカーボンナノチューブ織物１６は、カーボンナノチューブ構造体１６３、第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂ、を含む。前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂは、紡織材料からなり、前記カーボンナノチューブ構造体１６３の対向する両側に設置している。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体１６３は、前記第一織物層１６５ａと前記第二織物層１６５ｂに挟まれて配置される。
【００４７】
前記カーボンナノチューブ構造体１６３は、接着剤によって、又は縫い込み方式によって、前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂの間に固定されている。前記接着剤に対しては特に制限がなく、前記カーボンナノチューブ構造体１６３が、前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂに緊密に接着すればよい。前記カーボンナノチューブ織物１６の耐用性を高めるために、前記接着剤は、良好な防水性を有することが好ましい。
【００４８】
（実施例２）
本実施例では、ヒーターを提供する。前記ヒーターは、カーボンナノチューブ織物と、第一電極と、第二電極と、を備えている。前記第一電極及び第二電極は、それぞれ前記カーボンナノチューブ織物に電気的に接続されている。前記カーボンナノチューブ織物は、実施例１のカーボンナノチューブ織物１６と同じである。
【００４９】
前記第一電極及び第二電極は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）などの導体材料からなる。前記金属又は合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、パラジウム、セシウム、銀などの一種又は数種である。前記第一電極及び第二電極の形状に対しては特に制限がなく、その形状は薄膜状、棒状、線状、ブロック状であることができる。好ましくは、前記第一電極及び第二電極は、それぞれ導線であり、その直径が、０．５ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記第一電極及び第二電極は、それぞれ銀導線であり、その直径が５ｎｍである。前記銀導線は、前記カーボンナノチューブ織物に織られるか、縫い込まれることができ、且つ、前記カーボンナノチューブ織物に電気的に接続している。一方で、前記第一電極及び第二電極を、導電接着剤（例えば、導電性銀接着剤、図示せず）を利用して、前記カーボンナノチューブ織物に直接に電気的に接続させることができる。
【００５０】
前記第一電極及び第二電極が短絡することを防止するために、前記第一電極と第二電極は、間隔をおいて配置される。前記第一電極及び第二電極が前記カーボンナノチューブ織物に設置される位置は、前記カーボンナノチューブの配列方向と関係がある。前記ヒーターに応用する場合、前記第一電極及び第二電極により、前記ヒーターに電圧を印加した後、前記ヒーターにおける前記カーボンナノチューブ織物は、所定の波長を有する熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブ織物におけるカーボンナノチューブは理想な黒体構造を有するので、前記ヒーターは広い熱輻射の範囲及び高い熱転換率を有する。前記カーボンナノチューブ織物におけるカーボンナノチューブは、良好な導電性と熱安定性を有するので、酸化ガスを有する典型的な環境や大気の環境でも、前記ヒーターを安全に露出させることができる。
【００５１】
図１３及び図１４を参照すると、一つの例として、本実施例のヒーター１０のカーボンナノチューブ織物１６は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０と、少なくとも一本の基線１６２を含む場合、第一電極１２及び第二電極１４は、それぞれ前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０に電気的に接続される。好ましくは、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の、一つの端部が、前記第一電極１２に電気的に接続され、該端部に対向する端部が前記第二電極１４に電気的に接続される。本実施例において、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、前記第一電極１２から第二電極１４までの方向に沿って配列されている。
【００５２】
前記カーボンナノチューブ織物１６の面積が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加される電圧と、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度と、を調整して、前記カーボンナノチューブ織物１６から、異なる波長の電磁波を輻射させることを実現できる。前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が一定である場合、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は短くなる。前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が一定である場合、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長はより長くなる。前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は短くなる。即ち、前記ヒーター１０は可視光線の熱を輻射することができる。前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は長くなる。即ち、前記ヒーター１０は赤外線の熱を輻射することができる。
【００５３】
前記ヒーター１０における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径が５ｍｍである場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧を１０Ｖ〜３０Ｖに調整すると、前記加熱素子１６から波長の長い電磁波を放出させることができる。この場合、前記ヒーター１０の温度が５０℃〜５００℃になる。理想な黒体構造を有する物体として、カーボンナノチューブが２００℃〜４５０℃の温度に達する場合、前記加熱素子１６のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、赤外線の熱を輻射することができる。この場合、前記ヒーター１０の、熱輻射が最も安定し、熱転換率が最高である。
【００５４】
更に、不活性ガス又は真空環境で、前記ヒーター１０に印加された電圧を８０Ｖ〜１５０Ｖに調整すると、前記ヒーター１０から波長が短い電磁波を放出させることができる。前記ヒーター１０に印加された電圧が１５０Ｖより大きい場合、前記ヒーター１０は、例えば赤光、黄光などの可視光線を順次的に放出することができる。この場合、前記ヒーター１０の温度が１５００℃以上になる。前記ヒーター１０に印加された電圧が十分に高い場合、前記ヒーター１０から、細菌を殺すことができる紫外線の熱が輻射される。カーボンナノチューブは、よい電磁遮蔽特性を持っていので、前記カーボンナノチューブからなる前記ヒーター１０は、よい電磁遮蔽特性を有する。従って、前記ヒーター１０を、放射線防護服などの分野に使用することができる。
【００５５】
図１５を参照すると、もう一つの例として、本実施例のヒーター１０のカーボンナノチューブ織物１６は、カーボンナノチューブ構造体１６３、紡織材料からなる第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂを含む場合、前記第一電極１２及び第二電極１４は、それぞれ前記カーボンナノチューブ構造体１６３に電気的に接続される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１６３におけるカーボンナノチューブは、前記第一電極１２から第二電極１４までの方向に沿って配列されている。
【００５６】
前記カーボンナノチューブ構造体１６３における前記カーボンナノチューブの密度を調整することにより、前記カーボンナノチューブ織物１６の異なる領域で抵抗を調整することができ、前記カーボンナノチューブ織物１６の各々の領域で放出させる温度を制御することを実現できる。
【００５７】
（実施例３）
本実施例は、実施例２のヒーターを利用した加熱装置を提供する。前記加熱装置は、本体と、該本体に埋め込まれたヒーターと、を含んでいる。前記加熱装置の構造に対して特に制限は無く、例えば、前記加熱装置は、加熱可能なインソール、帽子、毛布又は物理療法機器である。
【００５８】
図１６を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能なインソール１００である。前記インソール１００は、それに埋め込まれている靴底の形状を有するヒーター１０２を含む。前記インソール１００は、更に前記ヒーター１０２を挟んで配置された靴底の形状を有する二つの表層１０４を含む。前記ヒーター１０２は、前記二つの表層１０４を縫うことにより接合されている。前記ヒーター１０２は、図１３及び図１５に示すヒーター１０からなる。即ち、前記ヒーター１０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、靴底の形状に裁断されて形成する。前記二つの表層１０４は、皮膚に快適な織物からなる。前記ヒーター１０２は、図１５に示すヒーター１０からなる場合、前記二つの表層１０４を省略することができる。
【００５９】
カーボンナノチューブは、大きな比表面積を有するので、良好な吸着容量を有する。カーボンナノチューブを含むヒーター１０２は、脱臭効果を持つことができる。さらに、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のような親水基又は親水・親油基を、カーボンナノチューブに導入されることができる。この場合、ヒーター１０２は吸汗性の機能を持つことができる。従って、脱臭性及び吸汗性を有するインソール１００を得る。
【００６０】
前記ヒーター１０２は電磁波を放射するため、電圧を印加することによって、前記インソール１００を乾燥させることができる。それ故、前記インソール１００は、長期的に濡れた状態で着用されることはない。前記インソール１００の足と接触する位置に前記ヒーター１０２が配置されることで、足に理療の作用を与えることができる。
【００６１】
図１７を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な帽子２００である。前記帽子２００は、それに埋め込まれているヒーター２０２を含む。前記帽子２００は、更に前記ヒーター２０２を挟むように配置された二つの表層２０４を含む。前記ヒーター２０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、裁断して形成する。
【００６２】
前記帽子２００に含まれているヒーター２０２と二つの表層２０４の構造及び材料は、前記インソール１００の構造及び材料と同じである。前記ヒーター２０２は、前記帽子２００の、耳に対応する位置に配置されることができる。前記ヒーター２０２におけるカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブワイヤ構造体の密度を調整することによって、前記帽子２００の異なる位置で温度を制御させる。
【００６３】
図１８を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な毛布３００である。前記毛布３００は、それに埋め込まれているヒーター３０２を含む。前記毛布３００は、更に前記ヒーター３０２を挟むように配置された二つの表層３０４を含む。前記ヒーター３０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、裁断して形成する。前記毛布３００全体に前記ヒーター３０２が設置されていることが好ましい。
【００６４】
図１９を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な理学療法器４００である。前記理学療法器４００は、少なくとも一つの理学療法用バンド４０２を含む。各々の理学療法用バンド４０２は、ヒーター４０４と、前記ヒーター４０４を挟むように配置された二つの表層４０６を含む。前記ヒーター４０４は、図１３又は図１５に示すヒーター１０からなる。前記ヒーター４０４は、前記理学療法用バンド４０２のうち、治療する位置によって異なる位置に配置される。例えば、前記理学療法器４００は、膝に理学療法を適用する場合、前記ヒーター４０４は、前記理学療法器４００の膝に対応する位置に配置される。
【００６５】
前記理学療法器４００は、二つの理学療法用バンド４０２を含む。前記ヒーター４０４は、前記理学療法用バンド４０２の局部領域に配置されている。前記理学療法器４００を使用する場合、前記理学療法用バンド４０２を一つの電源４０８に電気的に接続させる。前記理学療法器４００は、超過稼働及び過剰温度などを防止できる保護機能を有する補助設備をさらに含むことができる。
【００６６】
本発明のカーボンナノチューブ織物の適用分野に制限はなく、従来の織物で適用される分野にも適用される。例えば、カーボンナノチューブ織物は、衣類に使用される。また、本発明のカーボンナノチューブ織物からなるヒーターは、部屋に掛けられてラジエーターのように使用されることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０２、２０２、３０２、４０４ ヒーター
１２ 第一電極
１４ 第二電極
１６ カーボンナノチューブ織物
１６５ａ 第一織物層
１６５ｂ 第二織物層
１００ インソール
１０４、２０４、３０４、４０６ 表層
１６０ カーボンナノチューブワイヤ構造体
１６１ カーボンナノチューブワイヤ
１６３ カーボンナノチューブ構造体
１６２ 基線
２００ 帽子
３００ 毛布
４００ 理学療法器
４０２ 理学療法用バンド
４０８ 電源
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ織物及びカーボンナノチューブ織物を利用したヒーターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加熱のために用いられる織物は、加熱素子及び少なくとも二つの電極を備え、前記二つの電極は、前記加熱素子の表面に、互いに間隔をおいて配置され、且つ前記加熱素子に電気的に接続される。前記電極を通じて、前記加熱素子に電圧が印加される場合、前記加熱素子は、熱を生成する。
【０００３】
前記加熱素子は、タングステンなどの金属系又は炭素繊維からなる。金属材料は、良好な電導性を有するので、金属系からなる前記加熱素子には低電圧を印加しても、高エネルギーの熱を放出することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属系は酸化しやすいので、前記加熱できる織物の使用寿命が短い。さらに、金属材料の密度が高いので、金属系からなる前記加熱素子の重量は重い。従って、金属系からなる前記加熱素子の応用範囲は狭くなる。更に、金属系からなる前記加熱素子は、曲げや折りによって容易に壊れてしまい、希望の形に曲げることが難しく、その耐久性に影響を与える。一方で、炭素繊維からなる加熱素子の、加熱効率と加熱強度は低いので、省エネ対策と環境保護問題に利点がない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は加熱効率と加熱強度が高いカーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターを提供する。
【０００７】
本発明のカーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。
【０００８】
前記紡織材料は、シート状又は糸状である。
【０００９】
前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムになる。
【００１０】
本発明のヒーターは、カーボンナノチューブ織物及び少なくとも二つの電極を含む。前記カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなる。前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成している。前記少なくとも二つの電極から前記カーボンナノチューブ織物へ電流を流すと、前記複数のカーボンナノチューブは熱を放出する。
【００１１】
本発明の発熱用積層体は、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム構造体と、該カーボンナノチューブフィルム構造体の両側に積層されたシート状の紡織材料とを具備している。
【発明の効果】
【００１２】
従来の技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターは、複数のカーボンナノチューブを含んでおり、前記カーボンナノチューブは、良好な強度と靭性を有するので、前記カーボンナノチューブ織物の力学性能、靭性、及び機械強度が良い。前記カーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターの使用寿命は長くなる。一方で、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは理想な黒体構造を有するので、前記カーボンナノチューブ織物を利用したヒーターは、広い熱輻射の範囲及び高い熱転換率を有する。且つ、前記ヒーターは、優れた加熱性能及び良好な熱伝導性を有する。複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体は薄く、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記カーボンナノチューブ織物及びそれを利用したヒーターの熱応答は速く、エネルギー消費が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】図１中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図３】図１に示すカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【図４】非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】カーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】カーボンナノチューブが配向せずに配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明実施例１のカーボンナノチューブ織物の一つの構造を示す図である。
【図１０】図９に示すカーボンナノチューブ織物のカーボンナノチューブワイヤ構造体の一つの構造を示す図である。
【図１１】図９に示すカーボンナノチューブ織物のカーボンナノチューブワイヤ構造体のもう一つの構造を示す図である。
【図１２】本発明実施例１のカーボンナノチューブ織物のもう一つの構造を示す図である。
【図１３】本発明実施例２のヒーターの一つの構造を示す図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶを沿った断面図である。
【図１５】本発明実施例２のヒーターのもう一つの構造を示す図である。
【図１６】本発明のヒーターを採用したインソールの構造を示す図である。
【図１７】本発明のヒーターを採用した帽子の構造を示す図である。
【図１８】本発明のヒーターを採用した毛布の構造を示す図である。
【図１９】本発明のヒーターを採用した理学療法器の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１５】
（実施例１）
本実施例は、カーボンナノチューブ織物を提供する。前記カーボンナノチューブ織物は、紡織材料と、複数のカーボンナノチューブと、を含む。前記複数のカーボンナノチューブは、前記紡織材料に付着されている。
【００１６】
前記紡織材料は、綿、麻、ナイロン、スパンデックス、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、羊毛、シルク及び炭素繊維など紡織材料のいずれか一種からなり、シート状又は糸状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブ構造体に形成されている。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱部品の熱応答速度が速く、物体への加熱時間を短縮させる。
【００１８】
前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体には、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ、又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成された物である。前記カーボンナノチューブ構造体が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行するように配置されることができ、又は、互いに交叉するように配置されることができ、又は、隙間なく並列されることもできる。
【００２０】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００２１】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図３を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図１及び図２を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は低くなるので、その加熱効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２２】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２３】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす第二ステップと、を含む。
【００２４】
（二）カーボンナノチューブワイヤ
図４を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図５を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００２５】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００２６】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２７】
図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２８】
図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００２９】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３０】
（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３１】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３２】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００３３】
ナイフのような工具でカーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００３４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００３５】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法の場合、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００３６】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００３７】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図８を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００３８】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱させるか、或いは、該溶剤を自然に蒸発させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３９】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４０】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４１】
図９を参照すると、一つの例として、本実施例のカーボンナノチューブ織物１６は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０と、少なくとも一本の基線１６２からなる。前記基線１６２は、紡織材料からなる。前記基線１６２を縦糸または横糸のどちらか一方とすることもできるし、縦糸及び横糸の両方とすることもできる。同様に、カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０を横糸または縦糸のどちらか一方とすることもできるし、横糸及び縦糸の両方とすることもできる。前記カーボンナノチューブ織物１６は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２を織って形成されたものである。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２を織る方法に対しては特に制限がなく、例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０及び前記基線１６２は、平織り、斜文織又は繻子織などの方法によって織られることができる。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０を、前記カーボンナノチューブ織物１６の所定領域だけに配置させることができる。
【００４２】
前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、前記カーボンナノチューブ織物１６に均一的に配列することができる。隣接する前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の間の距離、又は隣接する前記基線１６２の間の距離は、０〜３０μｍである。本実施例において、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の間の距離は全て、１６μｍである。
【００４３】
前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ１６１を含む。図１０及び図１１を参照すると、例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０が複数の前記カーボンナノチューブワイヤ１６１を含んでいる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の中心軸に平行して配列され、又は前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の中心軸を軸に、螺旋状に配列される。前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブワイヤ１６１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００４４】
例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ１６１が例えば金属、ポリマー、非金属などの材料と複合されて形成されたカーボンナノチューブ複合ワイヤを含むことができる。カーボンナノチューブは、良好な耐熱性を有するので、前記カーボンナノチューブワイヤ１６１ポリマーが複合されて形成されたカーボンナノチューブ複合ワイヤは燃えにくく、カーボンナノチューブ織物１０の難燃性を増加させる。
【００４５】
前記基線１６２の直径に対しては特に制限がなく、好ましくは、前記基線１６２の直径は、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径と同じである。前記基線１６２は、所定の耐熱性を有することが好ましく、応用によって異なる材料からなる前記基線１６２を選択する。本実施例において、前記基線１６２は、綿からなる。
【００４６】
図１２を参照すると、もう一つの例として、本実施例のカーボンナノチューブ織物１６は、カーボンナノチューブ構造体１６３、第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂ、を含む。前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂは、紡織材料からなり、前記カーボンナノチューブ構造体１６３の対向する両側に設置している。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体１６３は、前記第一織物層１６５ａと前記第二織物層１６５ｂに挟まれて配置される。
【００４７】
前記カーボンナノチューブ構造体１６３は、接着剤によって、又は縫い込み方式によって、前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂの間に固定されている。前記接着剤に対しては特に制限がなく、前記カーボンナノチューブ構造体１６３が、前記第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂに緊密に接着すればよい。前記カーボンナノチューブ織物１６の耐用性を高めるために、前記接着剤は、良好な防水性を有することが好ましい。
【００４８】
（実施例２）
本実施例では、ヒーターを提供する。前記ヒーターは、カーボンナノチューブ織物と、第一電極と、第二電極と、を備えている。前記第一電極及び第二電極は、それぞれ前記カーボンナノチューブ織物に電気的に接続されている。前記カーボンナノチューブ織物は、実施例１のカーボンナノチューブ織物１６と同じである。
【００４９】
前記第一電極及び第二電極は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）などの導体材料からなる。前記金属又は合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、パラジウム、セシウム、銀などの一種又は数種である。前記第一電極及び第二電極の形状に対しては特に制限がなく、その形状は薄膜状、棒状、線状、ブロック状であることができる。好ましくは、前記第一電極及び第二電極は、それぞれ導線であり、その直径が、０．５ｎｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記第一電極及び第二電極は、それぞれ銀導線であり、その直径が５ｎｍである。前記銀導線は、前記カーボンナノチューブ織物に織られるか、縫い込まれることができ、且つ、前記カーボンナノチューブ織物に電気的に接続している。一方で、前記第一電極及び第二電極を、導電接着剤（例えば、導電性銀接着剤、図示せず）を利用して、前記カーボンナノチューブ織物に直接に電気的に接続させることができる。
【００５０】
前記第一電極及び第二電極が短絡することを防止するために、前記第一電極と第二電極は、間隔をおいて配置される。前記第一電極及び第二電極が前記カーボンナノチューブ織物に設置される位置は、前記カーボンナノチューブの配列方向と関係がある。前記ヒーターに応用する場合、前記第一電極及び第二電極により、前記ヒーターに電圧を印加した後、前記ヒーターにおける前記カーボンナノチューブ織物は、所定の波長を有する熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブ織物におけるカーボンナノチューブは理想な黒体構造を有するので、前記ヒーターは広い熱輻射の範囲及び高い熱転換率を有する。前記カーボンナノチューブ織物におけるカーボンナノチューブは、良好な導電性と熱安定性を有するので、酸化ガスを有する典型的な環境や大気の環境でも、前記ヒーターを安全に露出させることができる。
【００５１】
図１３及び図１４を参照すると、一つの例として、本実施例のヒーター１０のカーボンナノチューブ織物１６は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０と、少なくとも一本の基線１６２を含む場合、第一電極１２及び第二電極１４は、それぞれ前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０に電気的に接続される。好ましくは、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の、一つの端部が、前記第一電極１２に電気的に接続され、該端部に対向する端部が前記第二電極１４に電気的に接続される。本実施例において、前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、前記第一電極１２から第二電極１４までの方向に沿って配列されている。
【００５２】
前記カーボンナノチューブ織物１６の面積が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加される電圧と、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度と、を調整して、前記カーボンナノチューブ織物１６から、異なる波長の電磁波を輻射させることを実現できる。前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が一定である場合、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は短くなる。前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が一定である場合、前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長はより長くなる。前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は短くなる。即ち、前記ヒーター１０は可視光線の熱を輻射することができる。前記カーボンナノチューブ織物１６における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径及び密度が一定である場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ織物１６から放出される電磁波の波長は長くなる。即ち、前記ヒーター１０は赤外線の熱を輻射することができる。
【００５３】
前記ヒーター１０における前記カーボンナノチューブワイヤ構造体１６０の直径が５ｍｍである場合、前記第一電極１２及び第二電極１４の間に印加された電圧を１０Ｖ〜３０Ｖに調整すると、前記加熱素子１６から波長の長い電磁波を放出させることができる。この場合、前記ヒーター１０の温度が５０℃〜５００℃になる。理想な黒体構造を有する物体として、カーボンナノチューブが２００℃〜４５０℃の温度に達する場合、前記加熱素子１６のカーボンナノチューブワイヤ構造体１６０は、赤外線の熱を輻射することができる。この場合、前記ヒーター１０の、熱輻射が最も安定し、熱転換率が最高である。
【００５４】
更に、不活性ガス又は真空環境で、前記ヒーター１０に印加された電圧を８０Ｖ〜１５０Ｖに調整すると、前記ヒーター１０から波長が短い電磁波を放出させることができる。前記ヒーター１０に印加された電圧が１５０Ｖより大きい場合、前記ヒーター１０は、例えば赤光、黄光などの可視光線を順次的に放出することができる。この場合、前記ヒーター１０の温度が１５００℃以上になる。前記ヒーター１０に印加された電圧が十分に高い場合、前記ヒーター１０から、細菌を殺すことができる紫外線の熱が輻射される。カーボンナノチューブは、よい電磁遮蔽特性を持っていので、前記カーボンナノチューブからなる前記ヒーター１０は、よい電磁遮蔽特性を有する。従って、前記ヒーター１０を、放射線防護服などの分野に使用することができる。
【００５５】
図１５を参照すると、もう一つの例として、本実施例のヒーター１０のカーボンナノチューブ織物１６は、カーボンナノチューブ構造体１６３、紡織材料からなる第一織物層１６５ａ及び第二織物層１６５ｂを含む場合、前記第一電極１２及び第二電極１４は、それぞれ前記カーボンナノチューブ構造体１６３に電気的に接続される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１６３におけるカーボンナノチューブは、前記第一電極１２から第二電極１４までの方向に沿って配列されている。
【００５６】
前記カーボンナノチューブ構造体１６３における前記カーボンナノチューブの密度を調整することにより、前記カーボンナノチューブ織物１６の異なる領域で抵抗を調整することができ、前記カーボンナノチューブ織物１６の各々の領域で放出させる温度を制御することを実現できる。
【００５７】
（実施例３）
本実施例は、実施例２のヒーターを利用した加熱装置を提供する。前記加熱装置は、本体と、該本体に埋め込まれたヒーターと、を含んでいる。前記加熱装置の構造に対して特に制限は無く、例えば、前記加熱装置は、加熱可能なインソール、帽子、毛布又は物理療法機器である。
【００５８】
図１６を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能なインソール１００である。前記インソール１００は、それに埋め込まれている靴底の形状を有するヒーター１０２を含む。前記インソール１００は、更に前記ヒーター１０２を挟んで配置された靴底の形状を有する二つの表層１０４を含む。前記ヒーター１０２は、前記二つの表層１０４を縫うことにより接合されている。前記ヒーター１０２は、図１３及び図１５に示すヒーター１０からなる。即ち、前記ヒーター１０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、靴底の形状に裁断されて形成する。前記二つの表層１０４は、皮膚に快適な織物からなる。前記ヒーター１０２は、図１５に示すヒーター１０からなる場合、前記二つの表層１０４を省略することができる。
【００５９】
カーボンナノチューブは、大きな比表面積を有するので、良好な吸着容量を有する。カーボンナノチューブを含むヒーター１０２は、脱臭効果を持つことができる。さらに、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のような親水基又は親水・親油基を、カーボンナノチューブに導入されることができる。この場合、ヒーター１０２は吸汗性の機能を持つことができる。従って、脱臭性及び吸汗性を有するインソール１００を得る。
【００６０】
前記ヒーター１０２は電磁波を放射するため、電圧を印加することによって、前記インソール１００を乾燥させることができる。それ故、前記インソール１００は、長期的に濡れた状態で着用されることはない。前記インソール１００の足と接触する位置に前記ヒーター１０２が配置されることで、足に理療の作用を与えることができる。
【００６１】
図１７を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な帽子２００である。前記帽子２００は、それに埋め込まれているヒーター２０２を含む。前記帽子２００は、更に前記ヒーター２０２を挟むように配置された二つの表層２０４を含む。前記ヒーター２０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、裁断して形成する。
【００６２】
前記帽子２００に含まれているヒーター２０２と二つの表層２０４の構造及び材料は、前記インソール１００の構造及び材料と同じである。前記ヒーター２０２は、前記帽子２００の、耳に対応する位置に配置されることができる。前記ヒーター２０２におけるカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブワイヤ構造体の密度を調整することによって、前記帽子２００の異なる位置で温度を制御させる。
【００６３】
図１８を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な毛布３００である。前記毛布３００は、それに埋め込まれているヒーター３０２を含む。前記毛布３００は、更に前記ヒーター３０２を挟むように配置された二つの表層３０４を含む。前記ヒーター３０２は、図１３又は図１５に示すヒーター１０を、裁断して形成する。前記毛布３００全体に前記ヒーター３０２が設置されていることが好ましい。
【００６４】
図１９を参照すると、一つの例として、本実施例の加熱装置は、加熱可能な理学療法器４００である。前記理学療法器４００は、少なくとも一つの理学療法用バンド４０２を含む。各々の理学療法用バンド４０２は、ヒーター４０４と、前記ヒーター４０４を挟むように配置された二つの表層４０６を含む。前記ヒーター４０４は、図１３又は図１５に示すヒーター１０からなる。前記ヒーター４０４は、前記理学療法用バンド４０２のうち、治療する位置によって異なる位置に配置される。例えば、前記理学療法器４００は、膝に理学療法を適用する場合、前記ヒーター４０４は、前記理学療法器４００の膝に対応する位置に配置される。
【００６５】
前記理学療法器４００は、二つの理学療法用バンド４０２を含む。前記ヒーター４０４は、前記理学療法用バンド４０２の局部領域に配置されている。前記理学療法器４００を使用する場合、前記理学療法用バンド４０２を一つの電源４０８に電気的に接続させる。前記理学療法器４００は、超過稼働及び過剰温度などを防止できる保護機能を有する補助設備をさらに含むことができる。
【００６６】
本発明のカーボンナノチューブ織物の適用分野に制限はなく、従来の織物で適用される分野にも適用される。例えば、カーボンナノチューブ織物は、衣類に使用される。また、本発明のカーボンナノチューブ織物からなるヒーターは、部屋に掛けられてラジエーターのように使用されることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０２、２０２、３０２、４０４ ヒーター
１２ 第一電極
１４ 第二電極
１６ カーボンナノチューブ織物
１６５ａ 第一織物層
１６５ｂ 第二織物層
１００ インソール
１０４、２０４、３０４、４０６ 表層
１６０ カーボンナノチューブワイヤ構造体
１６１ カーボンナノチューブワイヤ
１６３ カーボンナノチューブ構造体
１６２ 基線
２００ 帽子
３００ 毛布
４００ 理学療法器
４０２ 理学療法用バンド
４０８ 電源
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなるカーボンナノチューブ織物であって、
前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成していることを特徴とするカーボンナノチューブ織物。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムになっていることを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブ織物。
【請求項３】
カーボンナノチューブ織物及び少なくとも二つの電極を含むヒーターであって、
前記カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなり、
前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成しており、
前記少なくとも二つの電極から前記カーボンナノチューブ織物へ電流を流すと、前記複数のカーボンナノチューブは熱を放出することを特徴とするヒーター。
【請求項４】
カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム構造体と、該カーボンナノチューブフィルム構造体の両側に積層されたシート状の紡織材料とを具備したことを特徴とする発熱用積層体。
【請求項１】
シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなるカーボンナノチューブ織物であって、
前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成していることを特徴とするカーボンナノチューブ織物。
【請求項２】
前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムになっていることを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブ織物。
【請求項３】
カーボンナノチューブ織物及び少なくとも二つの電極を含むヒーターであって、
前記カーボンナノチューブ織物は、シート状または糸状の紡織材料と、複数のカーボンナノチューブからなるフィルム状または糸状のカーボンナノチューブ構造体と、からなり、
前記紡織材料及び前記カーボンナノチューブ構造体は前記カーボンナノチューブ織物の縦糸及び横糸を構成しており、
前記少なくとも二つの電極から前記カーボンナノチューブ織物へ電流を流すと、前記複数のカーボンナノチューブは熱を放出することを特徴とするヒーター。
【請求項４】
カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム構造体と、該カーボンナノチューブフィルム構造体の両側に積層されたシート状の紡織材料とを具備したことを特徴とする発熱用積層体。
【図２】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−３８２３８（Ｐ２０１１−３８２３８Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８１６２１（Ｐ２０１０−１８１６２１）
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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