ダイヤモンド被覆構造体及びその製造方法
【課題】 ダイヤモンド皮膜と多孔性基材表面との間にボイドがないか、極めて少なく、また、多孔性基材表面にダイヤモンドの連続的な皮膜が形成された、生産性良く製造できるダイヤモンド被覆構造体、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明のダイヤモンド被覆構造体は、多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されている。本発明のダイヤモンド被覆構造体は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を多孔性基材に付着させた後、ナノダイヤモンド粒子を核として成長させて製造できる。
【解決手段】 本発明のダイヤモンド被覆構造体は、多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されている。本発明のダイヤモンド被覆構造体は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を多孔性基材に付着させた後、ナノダイヤモンド粒子を核として成長させて製造できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンド被覆構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは硬度、弾性率が地球上の物質の中で最も大きいため、多孔性基材をダイヤモンドで被覆した構造体は、硬度及び弾性率が大きいものであることが期待できる。
【０００３】
また、ダイヤモンドは熱伝導性、絶縁性にも優れているため、多孔性基材をダイヤモンドで被覆した構造体は、放熱材料又は電気絶縁材料としての応用が期待できる。
【０００４】
このようなダイヤモンドによって被覆する方法として、「形のある物品の上へのダイヤモンドの化学蒸着のための方法であって、（ａ）液体中の研磨粉末（ダイヤモンド粉末、粒径：約０．２５〜１μｍ）の懸濁液中に該形のある物品を配置すること［ここで、該粉末の材料は該形のある物品の材料の硬さよりも大きい硬さを有する］、（ｂ）該形のある物品の表面が研磨されたようになるのに十分な時間の間、該形のある物品を含む該懸濁液を撹拌すること、（ｃ）該形のある物品を該懸濁液から取り出しそして該形のある物品を乾燥すること、及び（ｄ）該化学蒸着によって該形のある物品の上に該ダイヤモンドを蒸着させることのステップを含んで成る方法。」が知られている（特許文献１）。実際、特許文献１においては、０．２５μｍのダイヤモンドペーストの懸濁液を使用し、ＣＶＤ法によりグラファイト繊維又は炭化ケイ素繊維をダイヤモンドで被覆したことを開示している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の方法によりグラファイト繊維等の基材表面を被覆しようとしても、ダイヤモンド粉末と基材表面との間にボイドが発生しやすいため、所望の電気絶縁性能を得ることができなかった。また、特許文献１に開示の方法により基材表面に連続的な皮膜を形成するのが困難であるため、十分な放熱性能を得ることが困難であった。なお、連続的な皮膜を形成するために、ＣＶＤ法による蒸着時間を長くすることはできるが、この場合にはダイヤモンド被覆構造体の生産性が悪くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平８−５０３０２６号公報（請求項１、４、５、実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになしたものであり、ダイヤモンド皮膜と多孔性基材表面との間にボイドがないか、極めて少なく、また、多孔性基材表面にダイヤモンドの連続的な皮膜が形成された、生産性良く製造できるダイヤモンド被覆構造体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１にかかる発明は、「多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されているダイヤモンド被覆構造体。」である。
【０００９】
本発明の請求項２にかかる発明は、「構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆構造体。」である。
【００１０】
本発明の請求項３にかかる発明は、「多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートである、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド被覆構造体。」である。
【００１１】
本発明の請求項４にかかる発明は、「（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程、（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程、（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程、とを含む、ダイヤモンド被覆構造体の製造方法。」である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１にかかる発明は、成長核となるナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が１〜２０ｎｍと非常に小さいことによって、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくいこと、ナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が非常に小さいことによって、多孔性基材上に付着できるナノダイヤモンド粒子数が非常に多く、その密度を高めることができる結果、生産性良く、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できることを見出したものである。
【００１３】
本発明の請求項２にかかる発明は、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下と非常に平滑であるため、ダイヤモンド皮膜量が少なく、生産性良く製造できたものである。つまり、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核としているため、表面粗さが５０ｎｍを超えるということは、ダイヤモンド皮膜を構成するグレインの粗大化が進み、緻密なダイヤモンド皮膜が形成されていないことを意味するため、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下であると、必要最低限の量の緻密なダイヤモンド皮膜で被覆された、生産性良く製造されたダイヤモンド被覆構造体である。
【００１４】
本発明の請求項３にかかる発明は、多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートであるため、ダイヤモンドの特性を十分に発揮できるものである。つまり、直径１０μｍ以下の繊維は表面積が非常に広く、この繊維を被覆したダイヤモンド皮膜の表面積も非常に広いため、ダイヤモンドの特性を十分に発揮できるものである。
【００１５】
本発明の請求項４にかかる発明は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を使用しているため、請求項１のダイヤモンド被覆構造体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例における中和紡糸法を説明する模式的断面図
【図２】（ａ）実施例において使用した沿面放電素子の平面図 （ｂ）実施例において使用した沿面放電素子の断面図
【図３】放熱性試験方法を説明する模式的断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のダイヤモンド被覆構造体（以下、単に「被覆構造体」と表記することがある）は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として使用している点に、特に特徴がある。このような非常に細かいナノダイヤモンド粒子を核とすることによって、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくく、また、多孔性基材に付着できるナノダイヤモンド粒子数が非常に多く、しかも高い密度で多孔性基材上に付着できることから、生産性良く、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できる。
【００１８】
ナノダイヤモンド粒子は前述のような作用を奏するように、一次粒子径は１〜２０ｎｍであるが、より前記作用を奏するように、一次粒子径は１〜１０ｎｍであるのが好ましく、２〜７ｎｍであるのがより好ましく、３〜５ｎｍであるのが更に好ましい。なお、「一次粒子径」はナノダイヤモンド粒子の大きさのことをいい、濃度が２ｍａｓｓ％のナノダイヤモンド粒子の分散溶液を、濃厚系粒径アナライザーＦＰＡＲ−１０００（大塚電子株式会社製）を用い、動的光散乱による粒度分布測定により得られる値をいう。
【００１９】
このようなナノダイヤモンド粒子は、例えば、爆発法により製造したナノダイヤモンド粗凝膠体を、セラミックビーズ又は金属ビーズを用いる高速回転湿式ミリングによって解砕する方法によって得ることができる。
【００２０】
本発明の被覆構造体は多孔性基材がダイヤモンド皮膜によって被覆されたものであるが、ダイヤモンド皮膜は前述のようなナノダイヤモンド粒子を核として成長したものである。その成長は、例えば、ＣＶＤ法により成長することができる。なお、ＣＶＤ法としては、熱フィラメント法、プラズマ法（例えば、直流、高周波、マイクロ波など）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法などを例示できる。
【００２１】
本発明の被覆構造体を構成する基材は多孔性であるため、ダイヤモンドの性能を十分に発揮することができる。つまり、基材が多孔性であることによって多孔性基材の表面積は広く、これをダイヤモンド皮膜で被覆した被覆構造体はダイヤモンド皮膜の表面積が広いため、ダイヤモンドの性能を十分に発揮することができる。この多孔性基材としては特に限定するものではないが、例えば、織物、編物、不織布などの繊維シート、発泡体、多孔フィルムなどを挙げることができる。これらの中でも表面積の広い繊維シートが好適であり、この繊維シートが直径１０μｍ以下の繊維からなると、繊維の表面積が広いことによってダイヤモンド皮膜の表面積も広くなるためより好適であり、繊維シートが不織布であると、繊維間に適度な空隙があり、有効に繊維表面のダイヤモンド皮膜を利用できるため、更に好適である。なお、繊維直径は小さい方がより表面積が広くなるため、５μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以下であるのが更に好ましく、１μｍ以下であるのが更に好ましい。なお、繊維直径の下限は特に限定するものではないが、取り扱い性の点から１０ｎｍ以上であるのが好ましい。なお、繊維シートを構成する繊維はダイヤモンド皮膜による性能（例えば、熱伝導性）に優れるように、Ｌ／Ｄ[＝長さ（単位：μｍ）／繊維直径（単位：μｍ）]が１００以上の長繊維であるのが好ましい。したがって、直径２μｍ以下の長繊維からなる不織布であるのが好ましく、直径１μｍ以下の長繊維からなる不織布であるのが最も好ましい。なお、このような直径２μｍ以下の長繊維からなる不織布は、例えば、静電紡糸法、紡糸液に対してガスを作用させ、ガスの剪断力によって紡糸液を延伸し、繊維化する方法により製造することができる。本発明における「繊維直径」は繊維の横断面形状が円形である場合にはその直径を意味し、横断面形状が非円形である場合には横断面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。
【００２２】
本発明の被覆構造体は表面粗さが５０ｎｍ以下である程度に平滑であるのが好ましい。本発明においては、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核としているため、表面粗さが５０ｎｍを超えるということは、ダイヤモンド皮膜を構成するグレインの粗大化が進み、緻密なダイヤモンド皮膜が形成されていないことを意味するが、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下であると、必要最低限の量の緻密なダイヤモンド皮膜で被覆された、生産性良く製造されたダイヤモンド被覆構造体である。より好ましい表面粗さは２０ｎｍ以下であり、更に好ましくは１０ｎｍ以下である。表面粗さの下限は特に限定するものではないが、ナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が１〜２０ｎｍであることから、１ｎｍ以上である。本発明の表面粗さ（Ｓａ）は、原子間力顕微鏡（Ｎａｎｏ−Ｒ：Ｐａｃｉｆｉｃ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて、ノンコンタクトモードで、ダイヤモンド被覆構造体の２００ｎｍ×２００ｎｍエリアを、Ｓｉプローブ（ナノワールド社製）を使用して測定した平均粗さをいう。なお、ダイヤモンド被覆構造体が傾いていたり、曲率を有する場合には、レベリングを行い、ダイヤモンド被覆構造体の表面を水平面に補正した後に平均粗さを測定する。
【００２３】
このような本発明の被覆構造体は、例えば、次のような方法により製造することができる。
【００２４】
まず、（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程を実施する。このような分散溶液は、例えば、爆発法により製造したナノダイヤモンド粗凝膠体を、セラミックビーズ又は金属ビーズを用いる高速回転湿式ミリングによって解砕する方法によって得ることができる。なお、「主体とする」とは一次粒子径が１〜２０ｎｍであるダイヤモンド粒子を９０ｍａｓｓ％以上含むことを意味する。一次粒子径が１〜２０ｎｍであるダイヤモンド粒子が多ければ多いほど、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくく、また、ダイヤモンド粒子が高い密度で多孔性基材上に付着でき、均一な厚さのダイヤモンド皮膜を形成できるため、９５ｍａｓｓ％以上であるのが好ましく、９８ｍａｓｓ％以上であるのがより好ましく、９９．９ｍａｓｓ％以上であるのが更に好ましい。
【００２５】
なお、「爆発法」とは酸素欠如型の軍事用爆薬組成物CompositionBを水などの不活性媒体中で爆発させて生成した煤を集め、熱濃硝酸による酸化によって無定形炭素を取り除く方法である。そのため、分散溶液を構成する溶媒はナノダイヤモンド粗凝膠体を製造する際に使用した水などの不活性媒体である。
【００２６】
本発明のナノダイヤモンド分散溶液の濃度は、分散溶液が安定に存在するように、１０ｍａｓｓ％以下であるのが好ましく、５ｍａｓｓ％以下であるのがより好ましく、１ｍａｓｓ％以下であるのが更に好ましい。また、ナノダイヤモンド粒子を多孔性基材に対して高密度で付着させるために、０．００１ｍａｓｓ％以上であるのが好ましく、０．０１ｍａｓｓ％以上であるのがより好ましく、０．０５ｍａｓｓ％以上であるのが更に好ましい。
【００２７】
次に、（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程を実施する。この工程は、例えば、多孔性基材を分散溶液に浸漬した後に乾燥する方法、引き上げ法などにより分散溶液を多孔性基材にコーティングした後に乾燥する方法、分散溶液を多孔性基材に散布した後に乾燥する方法により実施することができる。多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を高密度で付着させるという点から、多孔性基材を分散溶液に浸漬した後に乾燥する方法により付着させるのが好ましい。なお、乾燥はナノダイヤモンド粒子が高密度で付着した状態を維持したまま行うことができる方法であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、熱風乾燥機、オーブン、真空オーブン、マイクロ波照射により実施することができる。
【００２８】
なお、多孔性基材を分散溶液に浸漬した際には、ナノダイヤモンド分散溶液におけるナノダイヤモンド粒子の分散状態を維持できるように、超音波を作用させるのが好ましい。この超音波はナノダイヤモンド粒子の分散状態を維持できるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、超音波洗浄装置、ホーン形高出力超音波装置などを使用できる。
【００２９】
そして、（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程を実施して、本発明の被覆構造体を製造することができる。本発明においては、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長するため、ダイヤモンド皮膜と多孔性基材との間にボイドを発生することなく成長する。この工程は、例えば、ＣＶＤ法により実施することができる。ＣＶＤ法としては、熱フィラメント法、プラズマ法（例えば、直流、高周波、マイクロ波など）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法などを例示できる。
【実施例】
【００３０】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
（１）４．６±０．８ｎｍの一次粒子を９８．８ｍａｓｓ％、５９．４±２２．８ｎｍの凝集体を１．２ｍａｓｓ％含む水分散ナノダイヤモンドコロイド（株式会社 ナノ炭素研究所製 ナノアマンド５．０ｍａｓｓ％）を１００倍希釈し、０．０５ｍａｓｓ％のナノダイヤモンド水分散液を調製した。
【００３２】
（２）テトラエトキシシラン、エタノール、水及び１規定の塩酸を、１：５：２：０．００３のモル比で混合し、温度７８℃で１０時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度６０℃に加熱して、粘度が２ポイズのゾル溶液を形成した。得られたゾル溶液を紡糸液として用い、特開２００５−２６４３７４号公報に開示の静電紡糸装置１を用いてゲル状シリカ繊維ウエブを作成した。つまり、図１の対向電極５として、図２（ａ）（ｂ）の沿面放電素子２５を使用した。詳細を以下に示す。
【００３３】
紡糸ノズル２：内径０．４ｍｍの金属製注射針（先端カット）
紡糸ノズル２と対向電極５との距離：２００ｍｍ
対向電極５及びイオン発生電源（両電極を兼ねる）：ステンレス板（誘起電極２８）上に厚さ１ｍｍのアルミナ膜（誘電体基板２６）を溶射し、その上に直径３０μｍのタングステンワイヤ（放電電極２７）を１０ｍｍの等間隔で張った沿面放電素子２５（タングステンワイヤ面を紡糸ノズル２と対向させると共に接地し、ステンレス板２６とタングステンワイヤ間に交流高電圧電源２９により５０Ｈｚの交流高電圧を印加）
第１高電圧電源７：−１６ｋＶ
第２高電圧電源８：±５ｋＶ（交流沿面のピーク電圧：５ｋＶ、５０Ｈｚ）
水平方向の気流３０ａ：２５ｃｍ／ｓｅｃ．
鉛直方向の気流３０ｂ：１５ｃｍ／ｓｅｃ．
紡糸室３１の雰囲気：温度２５℃、湿度４０％ＲＨ以下
連続紡糸時間：３０分以上
【００３４】
次に、得られたゲル状シリカ繊維ウエブを温度５００℃で焼成することにより、シリカ繊維ウエブを作製した。
【００３５】
一方、繊維間接着に用いる接着用無機系ゾル溶液として、テトラエトキシシラン、エタノール、水及び１規定の硝酸を、１：７．２：７：０．００３９のモル比で混合し、温度２５℃、攪拌条件３００ｒｐｍで１５時間反応させた。反応後、酸化ケイ素の固形分濃度が０．２５％となるようにエタノールで希釈し、シリカゾル希薄溶液（接着用無機系ゾル溶液）とした。
【００３６】
次いで、このシリカゾル希薄溶液に前記シリカ繊維ウエブを浸漬した後、吸引により余剰のゾル溶液を除去し、シリカゾル希薄溶液含有シリカ繊維ウエブを作製した。
【００３７】
続いて、シリカゾル希薄溶液含有シリカ繊維ウエブを１１０℃の雰囲気中に３０分間保持した後、８００℃で焼成することによって、シリカ長繊維からなる不織布（＝多孔性基材、目付：２３ｇ／ｍ２、繊維径：１μｍ）を作製した。
【００３８】
そして、このシリカ長繊維不織布を２０×２０ｍｍの大きさに切断した後、前記ナノダイヤモンド水分散液中に浸漬し、３０分間、超音波処理を行った。処理後、ナノダイヤモンド水分散液からシリカ長繊維不織布（多孔性基材）を取り出し、１００ｍｌの純水で洗浄し、１２０℃の熱風乾燥機で１時間乾燥し、シリカ長繊維不織布（多孔性基材）にナノダイヤモンド粒子を付着させた。
【００３９】
（３）次いで、前記ナノダイヤモンド粒子の付着したシリカ長繊維不織布（多孔性基材）に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド皮膜でシリカ長繊維不織布を被覆し、本発明のダイヤモンド被覆構造体を製造した。このＣＶＤ法の条件は、原料ガス流量：ＣＨ４＝０．１ｓｃｃｍ、Ｈ２＝１００．０ｓｃｃｍ、合成圧力：７ｋＰａ、マイクロ波出力：４００Ｗ、時間：３０ｍｉｎ．とした。
【００４０】
（比較例１）
粒径１０６．０±４１．１ｎｍの爆発法ナノダイヤモンド凝集体（Ａｍａｔｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）の０．０５ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。この構造体においては、シリカ長繊維不織布に定着するナノダイヤモンド粒子の数が少なく、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できなかった。
【００４１】
（比較例２）
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド成膜時間を１２時間とした以外は、比較例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。ＣＶＤを長時間行ったことで連続的なダイヤモンド皮膜を形成できた。
【００４２】
（比較例３）
粒径１０６．０±４１．１ｎｍの爆発法ナノダイヤモンド凝集体（Ａｍａｔｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）の１．０ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。この構造体においては、シリカ長繊維不織布に定着する凝集体の数が増え、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できた。
【００４３】
（比較例４）
粒径０．２５〜１μｍのミクロダイヤモンド（ＥＩＤ社製）の０．０５ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造しようとしたが、ミクロダイヤモンド粒子を定着させることはできなかった。
【００４４】
（表面粗さの評価）
原子間力顕微鏡（Ｎａｎｏ−Ｒ：Ｐａｃｉｆｉｃ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて、実施例１及び比較例１〜４のダイヤモンド被覆構造体の２００ｎｍ×２００ｎｍエリアにおける表面粗さ（Ｓａ）を測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、測定はノンコンタクトモードで行い、プローブにはＳｉプローブ（ナノワールド社製）、背面アルミコートＰＰＰ−ＮＣＨＲを用いた。
【００４５】
（電気絶縁性の評価）
まず、エポキシ当量４５０−５００のビスフェノール形エポキシ樹脂１００重量部に対して、硬化剤であるジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）を５重量部添加し、ワニスを調製した。
【００４６】
次いで、このワニスに実施例１、比較例１〜４並びにナノダイヤモンド粒子を付着させていないシリカ長繊維不織布（比較例５）をそれぞれ浸漬した後、１４５〜１６０℃で２時間乾燥し、プリプレグを調製した。その後、プリプレグ全体に対して均一に３ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し、厚さ０．２３±０．０３ｍｍの複合体試料をそれぞれ作製した。
【００４７】
そして、各複合体試料を一対の円柱電極（直径：１０ｍｍ、試料に接する面における周縁は半径３．０ｍｍの丸みを付けてある）により、２００ｇｆの圧力ではさみ、各複合体試料が水平な状態で置いた後、印加電圧として６０Ｈｚの交流電圧を使用し、１０ｋＶ／６０ｓｅｃ．の速度で前記一対の円柱電極に印加し、絶縁破壊電圧を測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、シリカ長繊維不織布とダイヤモンド皮膜との間にボイドが発生している場合、また、ダイヤモンド被覆構造体とワニスとの間にボイドが発生している場合に、電気絶縁性が悪くなり、絶縁破壊電圧が低くなる。
【００４８】
（熱伝導性の評価）
図３に示すような方法で熱伝導性を評価した。つまり、水冷装置Ｃの上に、実施例１及び比較例１〜５を用いた前記複合体試料Ｈ、及び抵抗Ｒとして、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）を順に載置した。
【００４９】
次いで、定電流源を使用し、抵抗Ｒに対して１００Ｗの熱量を与えた時の、１０分後における抵抗Ｒの上昇温度を放射温度計で測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、複合体試料の熱伝導性が高ければ高い程、水冷装置Ｃによって冷やされるため、抵抗Ｒの上昇温度は低くなる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、本発明の被覆構造体は絶縁破壊電圧の高い、電気絶縁性能の優れるものであった。これは、シリカ長繊維不織布とダイヤモンド皮膜との間にボイドが発生していないこと、及びダイヤモンド被覆構造体の表面が平滑であることによって、ダイヤモンド被覆構造体とワニスとの間にボイドが発生していないためであると考えられた。
【００５２】
また、本発明の被覆構造体は抵抗の上昇温度が低い、熱伝導性に優れるものであった。これはシリカ長繊維不織布表面が連続的なダイヤモンド皮膜によって緻密に被覆されているためであると考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のダイヤモンド被覆構造体は電気絶縁性能、熱伝導性等に優れるものであるため、放熱材料又は電気絶縁材料として好適に使用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 静電紡糸装置
２ 紡糸ノズル
３ 繊維回収容器
４ 捕集部材
５ 対向電極
５ａ イオン
６ ゾル溶液供給機
７ 第１高電圧電源
８ 第２高電圧電源
９ 吸引機
２５ 沿面放電素子
２６ 誘電体基板
２７ 放電電極
２８ 誘起電極
２９ 交流高電圧電源
３０ａ 水平方向の気流
３０ｂ 鉛直方向の気流
３１ 紡糸室
Ｈ 複合体試料
Ｃ 水冷装置
Ｒ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンド被覆構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは硬度、弾性率が地球上の物質の中で最も大きいため、多孔性基材をダイヤモンドで被覆した構造体は、硬度及び弾性率が大きいものであることが期待できる。
【０００３】
また、ダイヤモンドは熱伝導性、絶縁性にも優れているため、多孔性基材をダイヤモンドで被覆した構造体は、放熱材料又は電気絶縁材料としての応用が期待できる。
【０００４】
このようなダイヤモンドによって被覆する方法として、「形のある物品の上へのダイヤモンドの化学蒸着のための方法であって、（ａ）液体中の研磨粉末（ダイヤモンド粉末、粒径：約０．２５〜１μｍ）の懸濁液中に該形のある物品を配置すること［ここで、該粉末の材料は該形のある物品の材料の硬さよりも大きい硬さを有する］、（ｂ）該形のある物品の表面が研磨されたようになるのに十分な時間の間、該形のある物品を含む該懸濁液を撹拌すること、（ｃ）該形のある物品を該懸濁液から取り出しそして該形のある物品を乾燥すること、及び（ｄ）該化学蒸着によって該形のある物品の上に該ダイヤモンドを蒸着させることのステップを含んで成る方法。」が知られている（特許文献１）。実際、特許文献１においては、０．２５μｍのダイヤモンドペーストの懸濁液を使用し、ＣＶＤ法によりグラファイト繊維又は炭化ケイ素繊維をダイヤモンドで被覆したことを開示している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の方法によりグラファイト繊維等の基材表面を被覆しようとしても、ダイヤモンド粉末と基材表面との間にボイドが発生しやすいため、所望の電気絶縁性能を得ることができなかった。また、特許文献１に開示の方法により基材表面に連続的な皮膜を形成するのが困難であるため、十分な放熱性能を得ることが困難であった。なお、連続的な皮膜を形成するために、ＣＶＤ法による蒸着時間を長くすることはできるが、この場合にはダイヤモンド被覆構造体の生産性が悪くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平８−５０３０２６号公報（請求項１、４、５、実施例）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになしたものであり、ダイヤモンド皮膜と多孔性基材表面との間にボイドがないか、極めて少なく、また、多孔性基材表面にダイヤモンドの連続的な皮膜が形成された、生産性良く製造できるダイヤモンド被覆構造体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１にかかる発明は、「多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されているダイヤモンド被覆構造体。」である。
【０００９】
本発明の請求項２にかかる発明は、「構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆構造体。」である。
【００１０】
本発明の請求項３にかかる発明は、「多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートである、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド被覆構造体。」である。
【００１１】
本発明の請求項４にかかる発明は、「（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程、（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程、（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程、とを含む、ダイヤモンド被覆構造体の製造方法。」である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１にかかる発明は、成長核となるナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が１〜２０ｎｍと非常に小さいことによって、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくいこと、ナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が非常に小さいことによって、多孔性基材上に付着できるナノダイヤモンド粒子数が非常に多く、その密度を高めることができる結果、生産性良く、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できることを見出したものである。
【００１３】
本発明の請求項２にかかる発明は、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下と非常に平滑であるため、ダイヤモンド皮膜量が少なく、生産性良く製造できたものである。つまり、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核としているため、表面粗さが５０ｎｍを超えるということは、ダイヤモンド皮膜を構成するグレインの粗大化が進み、緻密なダイヤモンド皮膜が形成されていないことを意味するため、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下であると、必要最低限の量の緻密なダイヤモンド皮膜で被覆された、生産性良く製造されたダイヤモンド被覆構造体である。
【００１４】
本発明の請求項３にかかる発明は、多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートであるため、ダイヤモンドの特性を十分に発揮できるものである。つまり、直径１０μｍ以下の繊維は表面積が非常に広く、この繊維を被覆したダイヤモンド皮膜の表面積も非常に広いため、ダイヤモンドの特性を十分に発揮できるものである。
【００１５】
本発明の請求項４にかかる発明は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を使用しているため、請求項１のダイヤモンド被覆構造体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例における中和紡糸法を説明する模式的断面図
【図２】（ａ）実施例において使用した沿面放電素子の平面図 （ｂ）実施例において使用した沿面放電素子の断面図
【図３】放熱性試験方法を説明する模式的断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のダイヤモンド被覆構造体（以下、単に「被覆構造体」と表記することがある）は、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として使用している点に、特に特徴がある。このような非常に細かいナノダイヤモンド粒子を核とすることによって、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくく、また、多孔性基材に付着できるナノダイヤモンド粒子数が非常に多く、しかも高い密度で多孔性基材上に付着できることから、生産性良く、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できる。
【００１８】
ナノダイヤモンド粒子は前述のような作用を奏するように、一次粒子径は１〜２０ｎｍであるが、より前記作用を奏するように、一次粒子径は１〜１０ｎｍであるのが好ましく、２〜７ｎｍであるのがより好ましく、３〜５ｎｍであるのが更に好ましい。なお、「一次粒子径」はナノダイヤモンド粒子の大きさのことをいい、濃度が２ｍａｓｓ％のナノダイヤモンド粒子の分散溶液を、濃厚系粒径アナライザーＦＰＡＲ−１０００（大塚電子株式会社製）を用い、動的光散乱による粒度分布測定により得られる値をいう。
【００１９】
このようなナノダイヤモンド粒子は、例えば、爆発法により製造したナノダイヤモンド粗凝膠体を、セラミックビーズ又は金属ビーズを用いる高速回転湿式ミリングによって解砕する方法によって得ることができる。
【００２０】
本発明の被覆構造体は多孔性基材がダイヤモンド皮膜によって被覆されたものであるが、ダイヤモンド皮膜は前述のようなナノダイヤモンド粒子を核として成長したものである。その成長は、例えば、ＣＶＤ法により成長することができる。なお、ＣＶＤ法としては、熱フィラメント法、プラズマ法（例えば、直流、高周波、マイクロ波など）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法などを例示できる。
【００２１】
本発明の被覆構造体を構成する基材は多孔性であるため、ダイヤモンドの性能を十分に発揮することができる。つまり、基材が多孔性であることによって多孔性基材の表面積は広く、これをダイヤモンド皮膜で被覆した被覆構造体はダイヤモンド皮膜の表面積が広いため、ダイヤモンドの性能を十分に発揮することができる。この多孔性基材としては特に限定するものではないが、例えば、織物、編物、不織布などの繊維シート、発泡体、多孔フィルムなどを挙げることができる。これらの中でも表面積の広い繊維シートが好適であり、この繊維シートが直径１０μｍ以下の繊維からなると、繊維の表面積が広いことによってダイヤモンド皮膜の表面積も広くなるためより好適であり、繊維シートが不織布であると、繊維間に適度な空隙があり、有効に繊維表面のダイヤモンド皮膜を利用できるため、更に好適である。なお、繊維直径は小さい方がより表面積が広くなるため、５μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以下であるのが更に好ましく、１μｍ以下であるのが更に好ましい。なお、繊維直径の下限は特に限定するものではないが、取り扱い性の点から１０ｎｍ以上であるのが好ましい。なお、繊維シートを構成する繊維はダイヤモンド皮膜による性能（例えば、熱伝導性）に優れるように、Ｌ／Ｄ[＝長さ（単位：μｍ）／繊維直径（単位：μｍ）]が１００以上の長繊維であるのが好ましい。したがって、直径２μｍ以下の長繊維からなる不織布であるのが好ましく、直径１μｍ以下の長繊維からなる不織布であるのが最も好ましい。なお、このような直径２μｍ以下の長繊維からなる不織布は、例えば、静電紡糸法、紡糸液に対してガスを作用させ、ガスの剪断力によって紡糸液を延伸し、繊維化する方法により製造することができる。本発明における「繊維直径」は繊維の横断面形状が円形である場合にはその直径を意味し、横断面形状が非円形である場合には横断面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。
【００２２】
本発明の被覆構造体は表面粗さが５０ｎｍ以下である程度に平滑であるのが好ましい。本発明においては、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核としているため、表面粗さが５０ｎｍを超えるということは、ダイヤモンド皮膜を構成するグレインの粗大化が進み、緻密なダイヤモンド皮膜が形成されていないことを意味するが、構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下であると、必要最低限の量の緻密なダイヤモンド皮膜で被覆された、生産性良く製造されたダイヤモンド被覆構造体である。より好ましい表面粗さは２０ｎｍ以下であり、更に好ましくは１０ｎｍ以下である。表面粗さの下限は特に限定するものではないが、ナノダイヤモンド粒子の一次粒子径が１〜２０ｎｍであることから、１ｎｍ以上である。本発明の表面粗さ（Ｓａ）は、原子間力顕微鏡（Ｎａｎｏ−Ｒ：Ｐａｃｉｆｉｃ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて、ノンコンタクトモードで、ダイヤモンド被覆構造体の２００ｎｍ×２００ｎｍエリアを、Ｓｉプローブ（ナノワールド社製）を使用して測定した平均粗さをいう。なお、ダイヤモンド被覆構造体が傾いていたり、曲率を有する場合には、レベリングを行い、ダイヤモンド被覆構造体の表面を水平面に補正した後に平均粗さを測定する。
【００２３】
このような本発明の被覆構造体は、例えば、次のような方法により製造することができる。
【００２４】
まず、（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程を実施する。このような分散溶液は、例えば、爆発法により製造したナノダイヤモンド粗凝膠体を、セラミックビーズ又は金属ビーズを用いる高速回転湿式ミリングによって解砕する方法によって得ることができる。なお、「主体とする」とは一次粒子径が１〜２０ｎｍであるダイヤモンド粒子を９０ｍａｓｓ％以上含むことを意味する。一次粒子径が１〜２０ｎｍであるダイヤモンド粒子が多ければ多いほど、ダイヤモンド皮膜が成長した場合に多孔性基材との間にボイドが発生しにくく、また、ダイヤモンド粒子が高い密度で多孔性基材上に付着でき、均一な厚さのダイヤモンド皮膜を形成できるため、９５ｍａｓｓ％以上であるのが好ましく、９８ｍａｓｓ％以上であるのがより好ましく、９９．９ｍａｓｓ％以上であるのが更に好ましい。
【００２５】
なお、「爆発法」とは酸素欠如型の軍事用爆薬組成物CompositionBを水などの不活性媒体中で爆発させて生成した煤を集め、熱濃硝酸による酸化によって無定形炭素を取り除く方法である。そのため、分散溶液を構成する溶媒はナノダイヤモンド粗凝膠体を製造する際に使用した水などの不活性媒体である。
【００２６】
本発明のナノダイヤモンド分散溶液の濃度は、分散溶液が安定に存在するように、１０ｍａｓｓ％以下であるのが好ましく、５ｍａｓｓ％以下であるのがより好ましく、１ｍａｓｓ％以下であるのが更に好ましい。また、ナノダイヤモンド粒子を多孔性基材に対して高密度で付着させるために、０．００１ｍａｓｓ％以上であるのが好ましく、０．０１ｍａｓｓ％以上であるのがより好ましく、０．０５ｍａｓｓ％以上であるのが更に好ましい。
【００２７】
次に、（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程を実施する。この工程は、例えば、多孔性基材を分散溶液に浸漬した後に乾燥する方法、引き上げ法などにより分散溶液を多孔性基材にコーティングした後に乾燥する方法、分散溶液を多孔性基材に散布した後に乾燥する方法により実施することができる。多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を高密度で付着させるという点から、多孔性基材を分散溶液に浸漬した後に乾燥する方法により付着させるのが好ましい。なお、乾燥はナノダイヤモンド粒子が高密度で付着した状態を維持したまま行うことができる方法であれば良く、特に限定するものではないが、例えば、熱風乾燥機、オーブン、真空オーブン、マイクロ波照射により実施することができる。
【００２８】
なお、多孔性基材を分散溶液に浸漬した際には、ナノダイヤモンド分散溶液におけるナノダイヤモンド粒子の分散状態を維持できるように、超音波を作用させるのが好ましい。この超音波はナノダイヤモンド粒子の分散状態を維持できるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、超音波洗浄装置、ホーン形高出力超音波装置などを使用できる。
【００２９】
そして、（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程を実施して、本発明の被覆構造体を製造することができる。本発明においては、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長するため、ダイヤモンド皮膜と多孔性基材との間にボイドを発生することなく成長する。この工程は、例えば、ＣＶＤ法により実施することができる。ＣＶＤ法としては、熱フィラメント法、プラズマ法（例えば、直流、高周波、マイクロ波など）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法などを例示できる。
【実施例】
【００３０】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
（１）４．６±０．８ｎｍの一次粒子を９８．８ｍａｓｓ％、５９．４±２２．８ｎｍの凝集体を１．２ｍａｓｓ％含む水分散ナノダイヤモンドコロイド（株式会社 ナノ炭素研究所製 ナノアマンド５．０ｍａｓｓ％）を１００倍希釈し、０．０５ｍａｓｓ％のナノダイヤモンド水分散液を調製した。
【００３２】
（２）テトラエトキシシラン、エタノール、水及び１規定の塩酸を、１：５：２：０．００３のモル比で混合し、温度７８℃で１０時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度６０℃に加熱して、粘度が２ポイズのゾル溶液を形成した。得られたゾル溶液を紡糸液として用い、特開２００５−２６４３７４号公報に開示の静電紡糸装置１を用いてゲル状シリカ繊維ウエブを作成した。つまり、図１の対向電極５として、図２（ａ）（ｂ）の沿面放電素子２５を使用した。詳細を以下に示す。
【００３３】
紡糸ノズル２：内径０．４ｍｍの金属製注射針（先端カット）
紡糸ノズル２と対向電極５との距離：２００ｍｍ
対向電極５及びイオン発生電源（両電極を兼ねる）：ステンレス板（誘起電極２８）上に厚さ１ｍｍのアルミナ膜（誘電体基板２６）を溶射し、その上に直径３０μｍのタングステンワイヤ（放電電極２７）を１０ｍｍの等間隔で張った沿面放電素子２５（タングステンワイヤ面を紡糸ノズル２と対向させると共に接地し、ステンレス板２６とタングステンワイヤ間に交流高電圧電源２９により５０Ｈｚの交流高電圧を印加）
第１高電圧電源７：−１６ｋＶ
第２高電圧電源８：±５ｋＶ（交流沿面のピーク電圧：５ｋＶ、５０Ｈｚ）
水平方向の気流３０ａ：２５ｃｍ／ｓｅｃ．
鉛直方向の気流３０ｂ：１５ｃｍ／ｓｅｃ．
紡糸室３１の雰囲気：温度２５℃、湿度４０％ＲＨ以下
連続紡糸時間：３０分以上
【００３４】
次に、得られたゲル状シリカ繊維ウエブを温度５００℃で焼成することにより、シリカ繊維ウエブを作製した。
【００３５】
一方、繊維間接着に用いる接着用無機系ゾル溶液として、テトラエトキシシラン、エタノール、水及び１規定の硝酸を、１：７．２：７：０．００３９のモル比で混合し、温度２５℃、攪拌条件３００ｒｐｍで１５時間反応させた。反応後、酸化ケイ素の固形分濃度が０．２５％となるようにエタノールで希釈し、シリカゾル希薄溶液（接着用無機系ゾル溶液）とした。
【００３６】
次いで、このシリカゾル希薄溶液に前記シリカ繊維ウエブを浸漬した後、吸引により余剰のゾル溶液を除去し、シリカゾル希薄溶液含有シリカ繊維ウエブを作製した。
【００３７】
続いて、シリカゾル希薄溶液含有シリカ繊維ウエブを１１０℃の雰囲気中に３０分間保持した後、８００℃で焼成することによって、シリカ長繊維からなる不織布（＝多孔性基材、目付：２３ｇ／ｍ２、繊維径：１μｍ）を作製した。
【００３８】
そして、このシリカ長繊維不織布を２０×２０ｍｍの大きさに切断した後、前記ナノダイヤモンド水分散液中に浸漬し、３０分間、超音波処理を行った。処理後、ナノダイヤモンド水分散液からシリカ長繊維不織布（多孔性基材）を取り出し、１００ｍｌの純水で洗浄し、１２０℃の熱風乾燥機で１時間乾燥し、シリカ長繊維不織布（多孔性基材）にナノダイヤモンド粒子を付着させた。
【００３９】
（３）次いで、前記ナノダイヤモンド粒子の付着したシリカ長繊維不織布（多孔性基材）に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド皮膜でシリカ長繊維不織布を被覆し、本発明のダイヤモンド被覆構造体を製造した。このＣＶＤ法の条件は、原料ガス流量：ＣＨ４＝０．１ｓｃｃｍ、Ｈ２＝１００．０ｓｃｃｍ、合成圧力：７ｋＰａ、マイクロ波出力：４００Ｗ、時間：３０ｍｉｎ．とした。
【００４０】
（比較例１）
粒径１０６．０±４１．１ｎｍの爆発法ナノダイヤモンド凝集体（Ａｍａｔｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）の０．０５ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。この構造体においては、シリカ長繊維不織布に定着するナノダイヤモンド粒子の数が少なく、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できなかった。
【００４１】
（比較例２）
マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド成膜時間を１２時間とした以外は、比較例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。ＣＶＤを長時間行ったことで連続的なダイヤモンド皮膜を形成できた。
【００４２】
（比較例３）
粒径１０６．０±４１．１ｎｍの爆発法ナノダイヤモンド凝集体（Ａｍａｔｉ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）の１．０ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造した。この構造体においては、シリカ長繊維不織布に定着する凝集体の数が増え、連続的なダイヤモンド皮膜を形成できた。
【００４３】
（比較例４）
粒径０．２５〜１μｍのミクロダイヤモンド（ＥＩＤ社製）の０．０５ｍａｓｓ％水分散液を用いた以外は、実施例１と同じ方法でダイヤモンド被覆構造体を製造しようとしたが、ミクロダイヤモンド粒子を定着させることはできなかった。
【００４４】
（表面粗さの評価）
原子間力顕微鏡（Ｎａｎｏ−Ｒ：Ｐａｃｉｆｉｃ ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて、実施例１及び比較例１〜４のダイヤモンド被覆構造体の２００ｎｍ×２００ｎｍエリアにおける表面粗さ（Ｓａ）を測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、測定はノンコンタクトモードで行い、プローブにはＳｉプローブ（ナノワールド社製）、背面アルミコートＰＰＰ−ＮＣＨＲを用いた。
【００４５】
（電気絶縁性の評価）
まず、エポキシ当量４５０−５００のビスフェノール形エポキシ樹脂１００重量部に対して、硬化剤であるジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）を５重量部添加し、ワニスを調製した。
【００４６】
次いで、このワニスに実施例１、比較例１〜４並びにナノダイヤモンド粒子を付着させていないシリカ長繊維不織布（比較例５）をそれぞれ浸漬した後、１４５〜１６０℃で２時間乾燥し、プリプレグを調製した。その後、プリプレグ全体に対して均一に３ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し、厚さ０．２３±０．０３ｍｍの複合体試料をそれぞれ作製した。
【００４７】
そして、各複合体試料を一対の円柱電極（直径：１０ｍｍ、試料に接する面における周縁は半径３．０ｍｍの丸みを付けてある）により、２００ｇｆの圧力ではさみ、各複合体試料が水平な状態で置いた後、印加電圧として６０Ｈｚの交流電圧を使用し、１０ｋＶ／６０ｓｅｃ．の速度で前記一対の円柱電極に印加し、絶縁破壊電圧を測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、シリカ長繊維不織布とダイヤモンド皮膜との間にボイドが発生している場合、また、ダイヤモンド被覆構造体とワニスとの間にボイドが発生している場合に、電気絶縁性が悪くなり、絶縁破壊電圧が低くなる。
【００４８】
（熱伝導性の評価）
図３に示すような方法で熱伝導性を評価した。つまり、水冷装置Ｃの上に、実施例１及び比較例１〜５を用いた前記複合体試料Ｈ、及び抵抗Ｒとして、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）を順に載置した。
【００４９】
次いで、定電流源を使用し、抵抗Ｒに対して１００Ｗの熱量を与えた時の、１０分後における抵抗Ｒの上昇温度を放射温度計で測定した。この結果は表１に示す通りであった。なお、複合体試料の熱伝導性が高ければ高い程、水冷装置Ｃによって冷やされるため、抵抗Ｒの上昇温度は低くなる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、本発明の被覆構造体は絶縁破壊電圧の高い、電気絶縁性能の優れるものであった。これは、シリカ長繊維不織布とダイヤモンド皮膜との間にボイドが発生していないこと、及びダイヤモンド被覆構造体の表面が平滑であることによって、ダイヤモンド被覆構造体とワニスとの間にボイドが発生していないためであると考えられた。
【００５２】
また、本発明の被覆構造体は抵抗の上昇温度が低い、熱伝導性に優れるものであった。これはシリカ長繊維不織布表面が連続的なダイヤモンド皮膜によって緻密に被覆されているためであると考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のダイヤモンド被覆構造体は電気絶縁性能、熱伝導性等に優れるものであるため、放熱材料又は電気絶縁材料として好適に使用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 静電紡糸装置
２ 紡糸ノズル
３ 繊維回収容器
４ 捕集部材
５ 対向電極
５ａ イオン
６ ゾル溶液供給機
７ 第１高電圧電源
８ 第２高電圧電源
９ 吸引機
２５ 沿面放電素子
２６ 誘電体基板
２７ 放電電極
２８ 誘起電極
２９ 交流高電圧電源
３０ａ 水平方向の気流
３０ｂ 鉛直方向の気流
３１ 紡糸室
Ｈ 複合体試料
Ｃ 水冷装置
Ｒ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されているダイヤモンド被覆構造体。
【請求項２】
構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆構造体。
【請求項３】
多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートである、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド被覆構造体。
【請求項４】
（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程、
（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程、
（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程、
とを含む、ダイヤモンド被覆構造体の製造方法。
【請求項１】
多孔性基材が、一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を核として成長したダイヤモンド皮膜によって被覆されているダイヤモンド被覆構造体。
【請求項２】
構造体の表面粗さが５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆構造体。
【請求項３】
多孔性基材が直径１０μｍ以下の繊維からなる繊維シートである、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド被覆構造体。
【請求項４】
（１）一次粒子径が１〜２０ｎｍのナノダイヤモンド粒子を主体とする分散溶液を調製する工程、
（２）前記分散溶液を多孔性基材に付与し、多孔性基材にナノダイヤモンド粒子を付着させる工程、
（３）前記ナノダイヤモンド粒子を核として成長させ、多孔性基材をダイヤモンド皮膜によって被覆する工程、
とを含む、ダイヤモンド被覆構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２４８５８６（Ｐ２０１０−２４８５８６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１００４６２（Ｐ２００９−１００４６２）
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００２２９５４２）日本バイリーン株式会社 (378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００２２９５４２）日本バイリーン株式会社 (378)
【Ｆターム（参考）】
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