保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法
【課題】保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０と、基膜１１０と、保護膜１３０と、を備え、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０及び保護膜１３０の間に挟まれ、前記保護膜１３０は剥離層１３４を含み、前記剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触する。
【解決手段】保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０と、基膜１１０と、保護膜１３０と、を備え、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０及び保護膜１３０の間に挟まれ、前記保護膜１３０は剥離層１３４を含み、前記剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は１９９１年に飯島によって発見され、２１世紀において重要な新素材の１つであると期待されている。カーボンナノチューブは機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。非特許文献１に掲載されて以来、カーボンナノチューブは微視的尺度の分野に広く応用されているが、それらの製造処理や、操作などが困難である。従って、カーボンナノチューブフィルムのような操作可能な巨視的尺度を有するカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブの利用において重要な意味を有する。
【０００３】
特許文献１には、従来の一種のカーボンナノチューブアレイから直接的に引き出して形成されたカーボンナノチューブフィルムが掲示されている。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。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、カーボンナノチューブフィルムの表面と本質的に平行する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは、良好な透明度を有する。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、本質的に同じ方向に沿って配列されているので、該カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブの長軸方向に沿って、優れた熱・電伝導性のような特性を持っている。さらに、カーボンナノチューブフィルムは、それ自体が良好な接着性及び柔軟性を有する。従って、カーボンナノチューブフィルムは様々な分野に使用することができる。例えば、カーボンナノチューブフィルムは、タッチパネル或は液体ディスプレイなどにおいて透明な導電性のフィルムとして使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓｕｍｉｏ Ｉｉｊｉｍａ、“Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ”、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年１１月７日、第３５４巻、ｐ．５６‐５８
【非特許文献２】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】
【０００６】
しかし、前記カーボンナノチューブフィルムは非常に薄い。該カーボンナノチューブフィルムでは、隣接したカーボンナノチューブが、分子間力によって互いに結合されており、且つ該分子間力が比較的弱い。したがって、該カーボンナノチューブフィルムが、外部から機械的な力を受けて容易に破壊される。さらに、カーボンナノチューブフィルムは、大きな比表面積を有し、即ち大きな粘着性を有するので、保存、運送及び使用することが難しい。従って、産業に多量に生産することが容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブフィルムが保護されることができる保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の保護構造体を有する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と、支持体と、被覆膜と、を備え、前記カーボンナノチューブフィルムは、前記支持体及び被覆膜の間に挟まれ、前記被覆膜は剥離層を含み、前記剥離層は、前記カーボンナノチューブフィルムに接触する。
【０００９】
本発明の保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、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出す第二ステップと、支持体と、少なくとも一つの被覆膜と、二つのローラーと、一つの第一巻軸と、を提供する第三ステップと、前記支持体、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記被覆膜を、順次的に積み重ねて、前記二つのローラーの間の隙間に通過させて、前記第一巻軸に巻き付ける第四ステップと、前記二つのローラーの回転方向を反対にし、前記第一巻軸の回転方向を前記二つのローラーのいずれか一つのローラーの回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー及び前記第一巻軸を回転させて、前記二つのローラーの間の作用力によって前記基膜、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記保護膜を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第五ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムを引き出して得るとともに、それを支持体及び被覆膜の間に挟んでいるので、前記カーボンナノチューブフィルムを保護することができる。従って、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を大規模かつ連続的に生産することができる。前記方法によって形成された保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体は、前記第一巻軸に巻き付いているので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の保存及び運送が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例１の構造を示す図である。
【図２】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の一つの巻軸に捲き付けた構造を示す図である。
【図３】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体における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４】図３に示す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５】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造工程を示す図である。
【図６】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びＩＴＯ層を含む導電体の耐折性のテスト結果を比較したグラフである。
【図７】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例２の構造を示す図である。
【図８】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例３の構造を示す図である。
【図９】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例４の構造を示す図である。
【図１０】図３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
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、基膜１１０、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０、及び保護膜１３０、を備える。前記少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０の一つの表面に配置される。前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の、前記基膜１１０に接触する表面と対向する表面に被覆されている。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に挟まれている。前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に複数のカーボンナノチューブフィルム１２０が挟まれている場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１２０を積み重ね、又は同一平面上に配置することができる。
【００１４】
前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の面積は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の面積より大きく、又は等しく設けられている。
【００１５】
本実施例において、前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０は、それぞれ長方形である。前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の幅は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の幅より広い。前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、それ自体が良好な接着性を有するので、前記基膜１１０に直接的に接着することができ、且つ前記カーボンナノチューブフィルム１２０と前記基膜１１０の間に強い接着力を保持できる。
【００１６】
前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の厚さは、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を曲げることができる厚さに限られる。本実施例において、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の厚さは、それぞれ０．０１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１７】
図２を参照すると、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０は可撓性材料からなる。従って、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を曲げて、第一巻軸１６０に巻き付けることができる。前記基膜１１０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を支持するために用いられる。前記基膜１１０は、ポリマー材料、ペーパー、例えばプラスチック又は樹脂などの弾性材料からなる。前記基膜１１０は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ベンゾシクロブタジエン（ＢＣＢ）、繊維素エステル、ポリエステル及びアクリル樹脂などの一種又は数種からなる。本実施例において、前記基膜１１０は、良好な透明度を有するポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる。
【００１８】
前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を保護するために用いられる。前記保護膜１３０は、保護基膜１３２及び剥離層１３４を含んでいる。前記剥離層１３４は、前記保護基膜１３２の一つの表面に配置されている。前記保護基膜１３２の材料は、前記基膜１１０の材料と同じでよい。前記保護膜１３０の剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触するように配置される。前記剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０から剥離し易い材料からなる。即ち、前記剥離層１３４は、界面エネルギーが低い材料からなる。
【００１９】
前記剥離層１３４は、分子間力によって前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接着されている。前記剥離層１３４と前記カーボンナノチューブフィルム１２０の間の分子間力は、前記基膜１１０と前記カーボンナノチューブフィルム１２０の間の接着力より弱いことが好ましい。前記剥離層１３４は、シリコーン、パラフィン及びテフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ）などの一種又は数種からなる。本実施例において、前記剥離層１３４は、テフロン（登録商標）からなる。
【００２０】
前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、分子間力で緊密に結合され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フィルム１２０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フィルム１２０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フィルム１２０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フィルム１２０の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を懸架させることができることを意味する。
【００２１】
本実施例において、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、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。前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１２０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１０を参照する）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１２０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１２０の表面に平行して配列されている。図３及び図４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１２０は、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａ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１４３ａ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１４３ａ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１２０の幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブフィルム１２０の厚さは小さいので、良好な透明度を有する。本実施例において、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の光透過率が、７０％〜９９％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。
【００２２】
前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、更に粘着層１４０を備える。前記粘着層１４０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記基膜１１０の間に配置されて、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に更に堅固的に固定させるために設けられている。一つの例として、前記粘着層１４０と前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、化学結合（例えば水素結合）によって結合される。
【００２３】
一つの例として、前記粘着層１４０は、感圧接着剤層である。前記粘着層１４０は、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、酢酸ビニル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸、過酸化ベンゾイル、トルエン及び酢酸エチルの混合物からなる。前記粘着層１４０は、高い凝集力と接着強度を持っている。
【００２４】
もう一つの例として、前記粘着層１４０は、メタクリル酸メチル（ＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＣＨ３）からなる熱溶融性接着剤層である。該粘着層１４０を加熱し溶解させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に接着させる。
【００２５】
もう一つの例として、前記粘着層１４０は、ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる感光接着剤層である。該粘着層１４０を紫外線で照射して凝固させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に接着させる。
【００２６】
図５を参照すると、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法は次のステップを含む。
【００２７】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイ１５０を提供する。該カーボンナノチューブアレイ１５０は、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイ１５０の製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ１５０を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイ１５０の高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイ１５０は、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイ１５０は、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２８】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２９】
本実施例により提供されたカーボンナノチューブアレイ１５０は、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００３０】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続するカーボンナノチューブフィルム１２０を形成する。
【００３１】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルム１２０が形成される。該カーボンナノチューブフィルム１２０の一端は、分子間力で前記カーボンナノチューブアレイ１５０に結合され、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の前記一端に対向する他端は、引き出す装置に接続されている。
【００３２】
前記カーボンナノチューブアレイ１５０を生長させるための機材の面積が４インチである場合、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の幅が０．５ｎｍ〜１０ｃｍであり、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００３３】
第三ステップでは、一つの保護膜１３０と、一つの基膜１１０と、二つのローラー１８０と、一つの第一巻軸１６０と、を提供し、前記二つのローラー１８０は、互いに平行し近接するように配置されている。前記第一巻軸１６０は、前記二つのローラー１８０と所定の距離で配置されている。前記基膜１１０を前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付ける。
【００３４】
本実施例において、前記保護膜１３０及び基膜１１０は、それぞれ一つの第二巻軸１７０に巻き付いている。前記保護膜１３０及び基膜１１０を、平滑的に前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付けるために、前記第一巻軸１６０、第二巻軸１７０及び前記ローラー１８０の巻軸を、互いに平行するように配置する。
【００３５】
第四ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の前記カーボンナノチューブアレイ１５０から離れた端部及び前記第二巻軸１７０に巻き付いた前記保護膜１３０の端部を、前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、順次的に前記基膜１１０の表面に被覆させる。前記保護膜１３０は、直接的に前記カーボンナノチューブフィルム１２０の表面に被覆される。ここで、前記保護膜１３０の剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触する。
【００３６】
第四ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０を、順次的に前記基膜１１０の表面に被覆させる前に、前記基膜１１０の表面に更に一つの粘着層１４０を形成することができる。
【００３７】
第五ステップでは、前記二つのローラー１８０の回転方向を反対にして、前記第一巻軸１６０の回転方向を前記二つのローラー１８０のいずれか一つのローラー１８０の回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー１８０及び前記第一巻軸１６０を回転させて、前記二つのローラー１８０の間の作用力によって前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を形成する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から離れる方向に移動させ、前記第一巻軸１６０に巻き付ける。
【００３８】
第五ステップでは、前記二つのローラー１８０及び前記第一巻軸１６０を、それぞれ一つの回転モーター（図示せず）に固定させて、連続的に回転させる。前記第三ステップで、前記基膜１１０を前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付けており、第五ステップにおいて、前記第一巻軸１６０を回転させることにより、前記基膜１１０と、それを覆う前記カーボンナノチューブフィルム１２０と、前記保護膜１３０と、を併せて移動させる。これにより、前記カーボンナノチューブアレイ１５０からのカーボンナノチューブフィルム１２０及び前記第二巻軸１７０からの保護膜１３０を、連続的に前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させることができる。前記二つのローラー１８０は、前記二つのローラー１８０の間の隙間を通過した前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び保護膜１３０に圧力を印加するので、前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０は、密接されて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００に形成する。前記第二巻軸１７０は、前記第一巻軸１６０の回転作用に従って動作される。
【００３９】
さらに、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に、複数のカーボンナノチューブフィルム１２０を設置する場合、複数のカーボンナノチューブアレイ１５０を提供して、各々のカーボンナノチューブアレイ１５０から引き出したカーボンナノチューブフィルム１２０を積層させて、前記二つのローラー１８０の間の隙間を通過させることができる。
【００４０】
前記製造方法により、大規模かつ連続的に前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を生産することができる。前記方法によって形成された保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、前記第一巻軸１６０に巻き付けるので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の保存及び運送が容易である。前記カーボンナノチューブ構造体１００は、剥離層１３４を含むので、前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０から容易に剥離することができる。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、希望の長さ及び形にカットすることができるので、多くの分野で使用することができる。また、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、良好な透明度及び柔軟性を有するので、透明な柔性導電膜として使用することができる。
【００４１】
一つの実験として、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に、それぞれカーボンナノチューブフィルム１２０及びインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）層を配置し、二つの導電体を形成する。前記二つの導電体の、曲率及び抵抗の間の関係は、図６に示されている。例えば、半径がＲである円柱体を利用して前記二つの導電体を曲げる場合、前記二つの導電体の曲率をそれぞれ１／Ｒとして定義する。この場合、前記曲率１／Ｒの増加に伴って、カーボンナノチューブフィルム１２０を含む前記導電体の抵抗は大きく変化しないが、前記ＩＴＯ層を含む導電体の抵抗は急増する。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を含む導電体は、より良好な耐折性を有する。
【００４２】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の基膜１１０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４３】
（実施例２）
図７を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム２２０及び二つの保護膜２３０、を備える。前記カーボンナノチューブフィルム２２０は、前記二つの保護膜２３０の間に挟まれている。前記二つの保護膜２３０の間に、複数のカーボンナノチューブフィルム２２０が挟まれている場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルム２２０を積み重ね、又は同一平面上に配置することができる。
【００４４】
前記カーボンナノチューブフィルム２２０及び保護膜２３０は、実施例１に係るカーボンナノチューブフィルム１２０及び保護膜１３０と同じである。即ち、前記二つの保護膜２３０は、それぞれ保護基膜２３２及び剥離層２３４を含んでいる。ここで、前記二つの保護膜２３０の剥離層２３４は、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルム２２０に接触するように配置される。
【００４５】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００の一つの保護膜２３０は、前記カーボンナノチューブフィルム２２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記他の保護膜２３０は、前記カーボンナノチューブフィルム２２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４６】
（実施例３）
図８を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００は、一つの基膜３１０、少なくとも二つのカーボンナノチューブフィルム３２０及び二つの保護膜３３０、を備える。前記一つのカーボンナノチューブフィルム３２０は、前記基膜３１０の一つの表面に配置されるが、前記他の少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０は、前記基膜３１０の前記表面に対向する表面に配置される。前記二つの保護膜３３０は、それぞれ前記基膜３１０の両側表面に配置されたカーボンナノチューブフィルム３２０の、前記基膜３１０から離れた表面を覆う。
【００４７】
本実施形態に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００は、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００と比べて、次の異なる点がある。前記基膜３１０の対向する二つの表面に、それぞれ少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０が配置されているが、前記カーボンナノチューブフィルム３２０の前記基膜３１０から離れた表面は、いずれも一つの保護膜３３０で覆われている。前記二つの保護膜３３０は、いずれも保護基膜３３２及び剥離層３３４を含んでいる。ここで、前記二つの保護膜３３０の剥離層３３４は、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルム３２０に接触するように配置されている。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００の製造方法は、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法を二回実施するものである。即ち、まず、前記基膜３１０の一つの表面に、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の構造と同じである構造を形成した後、次に前記基膜３１０の前記表面に対向する表面を、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０及び一つの保護膜３３０で覆い、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００を形成する。
【００４８】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００の基膜３１０は、それぞれその両側に配置された前記カーボンナノチューブフィルム３２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記二つの保護膜３３０は、前記カーボンナノチューブフィルム３２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４９】
（実施例４）
図９を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００は、一つの基膜４１０、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０及び一つの剥離層４３４、を備える。前記基膜４１０の一つの表面に、前記カーボンナノチューブフィルム４２０が配置されているが、前記基膜４１０の前記カーボンナノチューブフィルム４２０が配置された表面に対向する表面に前記剥離層４３４が配置されている。即ち、前記剥離層４３４、基膜４１０及び少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０は、順次的に積層するように配置されている。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を、一つの第一巻軸４６０に巻き付ける場合、前記カーボンナノチューブフィルム４２０は、前記基膜４１０及び剥離層４３４の間に挟まれているので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を、前記第一巻軸４６０からの取り外しが容易である。
【００５０】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００の基膜４１０は、前記カーボンナノチューブフィルム４２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記剥離層４３４は、前記カーボンナノチューブフィルム４２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００５１】
前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００の製造方法は、前記基膜４１０の一つの表面に剥離層４３４が積層されるように、一つの第二巻軸に巻き付けたものを提供した後、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、前記基膜４１０の前記剥離層４３４を有する表面に対向する表面を、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０で覆い、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を形成する。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００、３００、４００ 保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体
１１０、３１０、４１０ 基膜
１２０、２２０、３２０、４２０ カーボンナノチューブフィルム
１３０、２３０、３３０ 保護膜
１３２、２３２、３３２ 保護基膜
１３４、２３４、３３４、４３４ 剥離層
１４０ 粘着層
１６０、４６０ 第一巻軸
１５０ カーボンナノチューブアレイ
１７０ 第二巻軸
１８０ ローラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は１９９１年に飯島によって発見され、２１世紀において重要な新素材の１つであると期待されている。カーボンナノチューブは機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。非特許文献１に掲載されて以来、カーボンナノチューブは微視的尺度の分野に広く応用されているが、それらの製造処理や、操作などが困難である。従って、カーボンナノチューブフィルムのような操作可能な巨視的尺度を有するカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブの利用において重要な意味を有する。
【０００３】
特許文献１には、従来の一種のカーボンナノチューブアレイから直接的に引き出して形成されたカーボンナノチューブフィルムが掲示されている。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。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、カーボンナノチューブフィルムの表面と本質的に平行する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは、良好な透明度を有する。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、本質的に同じ方向に沿って配列されているので、該カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブの長軸方向に沿って、優れた熱・電伝導性のような特性を持っている。さらに、カーボンナノチューブフィルムは、それ自体が良好な接着性及び柔軟性を有する。従って、カーボンナノチューブフィルムは様々な分野に使用することができる。例えば、カーボンナノチューブフィルムは、タッチパネル或は液体ディスプレイなどにおいて透明な導電性のフィルムとして使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓｕｍｉｏ Ｉｉｊｉｍａ、“Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ”、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年１１月７日、第３５４巻、ｐ．５６‐５８
【非特許文献２】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】
【０００６】
しかし、前記カーボンナノチューブフィルムは非常に薄い。該カーボンナノチューブフィルムでは、隣接したカーボンナノチューブが、分子間力によって互いに結合されており、且つ該分子間力が比較的弱い。したがって、該カーボンナノチューブフィルムが、外部から機械的な力を受けて容易に破壊される。さらに、カーボンナノチューブフィルムは、大きな比表面積を有し、即ち大きな粘着性を有するので、保存、運送及び使用することが難しい。従って、産業に多量に生産することが容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブフィルムが保護されることができる保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の保護構造体を有する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と、支持体と、被覆膜と、を備え、前記カーボンナノチューブフィルムは、前記支持体及び被覆膜の間に挟まれ、前記被覆膜は剥離層を含み、前記剥離層は、前記カーボンナノチューブフィルムに接触する。
【０００９】
本発明の保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、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出す第二ステップと、支持体と、少なくとも一つの被覆膜と、二つのローラーと、一つの第一巻軸と、を提供する第三ステップと、前記支持体、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記被覆膜を、順次的に積み重ねて、前記二つのローラーの間の隙間に通過させて、前記第一巻軸に巻き付ける第四ステップと、前記二つのローラーの回転方向を反対にし、前記第一巻軸の回転方向を前記二つのローラーのいずれか一つのローラーの回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー及び前記第一巻軸を回転させて、前記二つのローラーの間の作用力によって前記基膜、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記保護膜を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第五ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムを引き出して得るとともに、それを支持体及び被覆膜の間に挟んでいるので、前記カーボンナノチューブフィルムを保護することができる。従って、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を大規模かつ連続的に生産することができる。前記方法によって形成された保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体は、前記第一巻軸に巻き付いているので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の保存及び運送が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例１の構造を示す図である。
【図２】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の一つの巻軸に捲き付けた構造を示す図である。
【図３】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体における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４】図３に示す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５】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造工程を示す図である。
【図６】図１に示す保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体及びＩＴＯ層を含む導電体の耐折性のテスト結果を比較したグラフである。
【図７】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例２の構造を示す図である。
【図８】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例３の構造を示す図である。
【図９】本発明保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の実施例４の構造を示す図である。
【図１０】図３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
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、基膜１１０、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０、及び保護膜１３０、を備える。前記少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０の一つの表面に配置される。前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の、前記基膜１１０に接触する表面と対向する表面に被覆されている。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に挟まれている。前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に複数のカーボンナノチューブフィルム１２０が挟まれている場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１２０を積み重ね、又は同一平面上に配置することができる。
【００１４】
前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の面積は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の面積より大きく、又は等しく設けられている。
【００１５】
本実施例において、前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０は、それぞれ長方形である。前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の幅は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の幅より広い。前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、それ自体が良好な接着性を有するので、前記基膜１１０に直接的に接着することができ、且つ前記カーボンナノチューブフィルム１２０と前記基膜１１０の間に強い接着力を保持できる。
【００１６】
前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の厚さは、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を曲げることができる厚さに限られる。本実施例において、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の厚さは、それぞれ０．０１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１７】
図２を参照すると、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０は可撓性材料からなる。従って、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を曲げて、第一巻軸１６０に巻き付けることができる。前記基膜１１０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を支持するために用いられる。前記基膜１１０は、ポリマー材料、ペーパー、例えばプラスチック又は樹脂などの弾性材料からなる。前記基膜１１０は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ベンゾシクロブタジエン（ＢＣＢ）、繊維素エステル、ポリエステル及びアクリル樹脂などの一種又は数種からなる。本実施例において、前記基膜１１０は、良好な透明度を有するポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる。
【００１８】
前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を保護するために用いられる。前記保護膜１３０は、保護基膜１３２及び剥離層１３４を含んでいる。前記剥離層１３４は、前記保護基膜１３２の一つの表面に配置されている。前記保護基膜１３２の材料は、前記基膜１１０の材料と同じでよい。前記保護膜１３０の剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触するように配置される。前記剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０から剥離し易い材料からなる。即ち、前記剥離層１３４は、界面エネルギーが低い材料からなる。
【００１９】
前記剥離層１３４は、分子間力によって前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接着されている。前記剥離層１３４と前記カーボンナノチューブフィルム１２０の間の分子間力は、前記基膜１１０と前記カーボンナノチューブフィルム１２０の間の接着力より弱いことが好ましい。前記剥離層１３４は、シリコーン、パラフィン及びテフロン（登録商標）（ＴＥＦＬＯＮ）などの一種又は数種からなる。本実施例において、前記剥離層１３４は、テフロン（登録商標）からなる。
【００２０】
前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、分子間力で緊密に結合され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フィルム１２０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フィルム１２０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フィルム１２０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フィルム１２０の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を懸架させることができることを意味する。
【００２１】
本実施例において、前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、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。前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１２０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１０を参照する）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１２０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１２０の表面に平行して配列されている。図３及び図４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１２０は、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａ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１４３ａ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１４３ａ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１２０の幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブフィルム１２０の厚さは小さいので、良好な透明度を有する。本実施例において、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の光透過率が、７０％〜９９％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。
【００２２】
前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、更に粘着層１４０を備える。前記粘着層１４０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記基膜１１０の間に配置されて、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に更に堅固的に固定させるために設けられている。一つの例として、前記粘着層１４０と前記カーボンナノチューブフィルム１２０は、化学結合（例えば水素結合）によって結合される。
【００２３】
一つの例として、前記粘着層１４０は、感圧接着剤層である。前記粘着層１４０は、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、酢酸ビニル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸、過酸化ベンゾイル、トルエン及び酢酸エチルの混合物からなる。前記粘着層１４０は、高い凝集力と接着強度を持っている。
【００２４】
もう一つの例として、前記粘着層１４０は、メタクリル酸メチル（ＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）ＣＯＯＣＨ３）からなる熱溶融性接着剤層である。該粘着層１４０を加熱し溶解させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に接着させる。
【００２５】
もう一つの例として、前記粘着層１４０は、ポリメタクリル酸メチル樹脂からなる感光接着剤層である。該粘着層１４０を紫外線で照射して凝固させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記基膜１１０に接着させる。
【００２６】
図５を参照すると、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法は次のステップを含む。
【００２７】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイ１５０を提供する。該カーボンナノチューブアレイ１５０は、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイ１５０の製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ１５０を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイ１５０の高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイ１５０は、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイ１５０は、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２８】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２９】
本実施例により提供されたカーボンナノチューブアレイ１５０は、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００３０】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続するカーボンナノチューブフィルム１２０を形成する。
【００３１】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルム１２０が形成される。該カーボンナノチューブフィルム１２０の一端は、分子間力で前記カーボンナノチューブアレイ１５０に結合され、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の前記一端に対向する他端は、引き出す装置に接続されている。
【００３２】
前記カーボンナノチューブアレイ１５０を生長させるための機材の面積が４インチである場合、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の幅が０．５ｎｍ〜１０ｃｍであり、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００３３】
第三ステップでは、一つの保護膜１３０と、一つの基膜１１０と、二つのローラー１８０と、一つの第一巻軸１６０と、を提供し、前記二つのローラー１８０は、互いに平行し近接するように配置されている。前記第一巻軸１６０は、前記二つのローラー１８０と所定の距離で配置されている。前記基膜１１０を前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付ける。
【００３４】
本実施例において、前記保護膜１３０及び基膜１１０は、それぞれ一つの第二巻軸１７０に巻き付いている。前記保護膜１３０及び基膜１１０を、平滑的に前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付けるために、前記第一巻軸１６０、第二巻軸１７０及び前記ローラー１８０の巻軸を、互いに平行するように配置する。
【００３５】
第四ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の前記カーボンナノチューブアレイ１５０から離れた端部及び前記第二巻軸１７０に巻き付いた前記保護膜１３０の端部を、前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、順次的に前記基膜１１０の表面に被覆させる。前記保護膜１３０は、直接的に前記カーボンナノチューブフィルム１２０の表面に被覆される。ここで、前記保護膜１３０の剥離層１３４は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０に接触する。
【００３６】
第四ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０を、順次的に前記基膜１１０の表面に被覆させる前に、前記基膜１１０の表面に更に一つの粘着層１４０を形成することができる。
【００３７】
第五ステップでは、前記二つのローラー１８０の回転方向を反対にして、前記第一巻軸１６０の回転方向を前記二つのローラー１８０のいずれか一つのローラー１８０の回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー１８０及び前記第一巻軸１６０を回転させて、前記二つのローラー１８０の間の作用力によって前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を形成する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から離れる方向に移動させ、前記第一巻軸１６０に巻き付ける。
【００３８】
第五ステップでは、前記二つのローラー１８０及び前記第一巻軸１６０を、それぞれ一つの回転モーター（図示せず）に固定させて、連続的に回転させる。前記第三ステップで、前記基膜１１０を前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させて、前記第一巻軸１６０に巻き付けており、第五ステップにおいて、前記第一巻軸１６０を回転させることにより、前記基膜１１０と、それを覆う前記カーボンナノチューブフィルム１２０と、前記保護膜１３０と、を併せて移動させる。これにより、前記カーボンナノチューブアレイ１５０からのカーボンナノチューブフィルム１２０及び前記第二巻軸１７０からの保護膜１３０を、連続的に前記二つのローラー１８０の間の隙間に通過させることができる。前記二つのローラー１８０は、前記二つのローラー１８０の間の隙間を通過した前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び保護膜１３０に圧力を印加するので、前記基膜１１０、前記カーボンナノチューブフィルム１２０及び前記保護膜１３０は、密接されて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００に形成する。前記第二巻軸１７０は、前記第一巻軸１６０の回転作用に従って動作される。
【００３９】
さらに、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に、複数のカーボンナノチューブフィルム１２０を設置する場合、複数のカーボンナノチューブアレイ１５０を提供して、各々のカーボンナノチューブアレイ１５０から引き出したカーボンナノチューブフィルム１２０を積層させて、前記二つのローラー１８０の間の隙間を通過させることができる。
【００４０】
前記製造方法により、大規模かつ連続的に前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００を生産することができる。前記方法によって形成された保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、前記第一巻軸１６０に巻き付けるので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の保存及び運送が容易である。前記カーボンナノチューブ構造体１００は、剥離層１３４を含むので、前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０から容易に剥離することができる。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、希望の長さ及び形にカットすることができるので、多くの分野で使用することができる。また、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００は、良好な透明度及び柔軟性を有するので、透明な柔性導電膜として使用することができる。
【００４１】
一つの実験として、前記基膜１１０及び前記保護膜１３０の間に、それぞれカーボンナノチューブフィルム１２０及びインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）層を配置し、二つの導電体を形成する。前記二つの導電体の、曲率及び抵抗の間の関係は、図６に示されている。例えば、半径がＲである円柱体を利用して前記二つの導電体を曲げる場合、前記二つの導電体の曲率をそれぞれ１／Ｒとして定義する。この場合、前記曲率１／Ｒの増加に伴って、カーボンナノチューブフィルム１２０を含む前記導電体の抵抗は大きく変化しないが、前記ＩＴＯ層を含む導電体の抵抗は急増する。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を含む導電体は、より良好な耐折性を有する。
【００４２】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の基膜１１０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記保護膜１３０は、前記カーボンナノチューブフィルム１２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４３】
（実施例２）
図７を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム２２０及び二つの保護膜２３０、を備える。前記カーボンナノチューブフィルム２２０は、前記二つの保護膜２３０の間に挟まれている。前記二つの保護膜２３０の間に、複数のカーボンナノチューブフィルム２２０が挟まれている場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルム２２０を積み重ね、又は同一平面上に配置することができる。
【００４４】
前記カーボンナノチューブフィルム２２０及び保護膜２３０は、実施例１に係るカーボンナノチューブフィルム１２０及び保護膜１３０と同じである。即ち、前記二つの保護膜２３０は、それぞれ保護基膜２３２及び剥離層２３４を含んでいる。ここで、前記二つの保護膜２３０の剥離層２３４は、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルム２２０に接触するように配置される。
【００４５】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体２００の一つの保護膜２３０は、前記カーボンナノチューブフィルム２２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記他の保護膜２３０は、前記カーボンナノチューブフィルム２２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４６】
（実施例３）
図８を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００は、一つの基膜３１０、少なくとも二つのカーボンナノチューブフィルム３２０及び二つの保護膜３３０、を備える。前記一つのカーボンナノチューブフィルム３２０は、前記基膜３１０の一つの表面に配置されるが、前記他の少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０は、前記基膜３１０の前記表面に対向する表面に配置される。前記二つの保護膜３３０は、それぞれ前記基膜３１０の両側表面に配置されたカーボンナノチューブフィルム３２０の、前記基膜３１０から離れた表面を覆う。
【００４７】
本実施形態に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００は、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００と比べて、次の異なる点がある。前記基膜３１０の対向する二つの表面に、それぞれ少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０が配置されているが、前記カーボンナノチューブフィルム３２０の前記基膜３１０から離れた表面は、いずれも一つの保護膜３３０で覆われている。前記二つの保護膜３３０は、いずれも保護基膜３３２及び剥離層３３４を含んでいる。ここで、前記二つの保護膜３３０の剥離層３３４は、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルム３２０に接触するように配置されている。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００の製造方法は、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法を二回実施するものである。即ち、まず、前記基膜３１０の一つの表面に、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の構造と同じである構造を形成した後、次に前記基膜３１０の前記表面に対向する表面を、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム３２０及び一つの保護膜３３０で覆い、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００を形成する。
【００４８】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体３００の基膜３１０は、それぞれその両側に配置された前記カーボンナノチューブフィルム３２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記二つの保護膜３３０は、前記カーボンナノチューブフィルム３２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００４９】
（実施例４）
図９を参照すると、本実施例は、一つの保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を提供する。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００は、一つの基膜４１０、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０及び一つの剥離層４３４、を備える。前記基膜４１０の一つの表面に、前記カーボンナノチューブフィルム４２０が配置されているが、前記基膜４１０の前記カーボンナノチューブフィルム４２０が配置された表面に対向する表面に前記剥離層４３４が配置されている。即ち、前記剥離層４３４、基膜４１０及び少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０は、順次的に積層するように配置されている。前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を、一つの第一巻軸４６０に巻き付ける場合、前記カーボンナノチューブフィルム４２０は、前記基膜４１０及び剥離層４３４の間に挟まれているので、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を、前記第一巻軸４６０からの取り外しが容易である。
【００５０】
本実施例において、前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００の基膜４１０は、前記カーボンナノチューブフィルム４２０を支持する支持体として用いられることができるが、前記剥離層４３４は、前記カーボンナノチューブフィルム４２０の上に被覆して被覆膜として用いられることができる。
【００５１】
前記保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００の製造方法は、前記基膜４１０の一つの表面に剥離層４３４が積層されるように、一つの第二巻軸に巻き付けたものを提供した後、実施例１に係る保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法により、前記基膜４１０の前記剥離層４３４を有する表面に対向する表面を、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム４２０で覆い、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体４００を形成する。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００、３００、４００ 保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体
１１０、３１０、４１０ 基膜
１２０、２２０、３２０、４２０ カーボンナノチューブフィルム
１３０、２３０、３３０ 保護膜
１３２、２３２、３３２ 保護基膜
１３４、２３４、３３４、４３４ 剥離層
１４０ 粘着層
１６０、４６０ 第一巻軸
１５０ カーボンナノチューブアレイ
１７０ 第二巻軸
１８０ ローラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムと、支持体と、被覆膜と、を備える保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体であって、
前記カーボンナノチューブフィルムは、前記支持体及び被覆膜の間に挟まれ、
前記被覆膜は剥離層を含み、
前記剥離層は、前記カーボンナノチューブフィルムに接触することを特徴とする保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体。
【請求項２】
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出す第二ステップと、
支持体と、少なくとも一つの被覆膜と、二つのローラーと、一つの第一巻軸と、を提供する第三ステップと、
前記支持体、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記被覆膜を、順次的に積み重ねて、前記二つのローラーの間の隙間に通過させて、前記第一巻軸に巻き付ける第四ステップと、
前記二つのローラーの回転方向を反対にし、前記第一巻軸の回転方向を前記二つのローラーのいずれか一つのローラーの回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー及び前記第一巻軸を回転させて、前記二つのローラーの間の作用力によって前記基膜、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記保護膜を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第五ステップと、を含むことを特徴とする保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造方法。
【請求項１】
少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムと、支持体と、被覆膜と、を備える保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体であって、
前記カーボンナノチューブフィルムは、前記支持体及び被覆膜の間に挟まれ、
前記被覆膜は剥離層を含み、
前記剥離層は、前記カーボンナノチューブフィルムに接触することを特徴とする保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体。
【請求項２】
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出す第二ステップと、
支持体と、少なくとも一つの被覆膜と、二つのローラーと、一つの第一巻軸と、を提供する第三ステップと、
前記支持体、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記被覆膜を、順次的に積み重ねて、前記二つのローラーの間の隙間に通過させて、前記第一巻軸に巻き付ける第四ステップと、
前記二つのローラーの回転方向を反対にし、前記第一巻軸の回転方向を前記二つのローラーのいずれか一つのローラーの回転方向と同じように、且つ同じ回転速度で前記二つのローラー及び前記第一巻軸を回転させて、前記二つのローラーの間の作用力によって前記基膜、前記カーボンナノチューブフィルム及び前記保護膜を結合させて、保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第五ステップと、を含むことを特徴とする保護構造体を有するカーボンナノチューブ構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２８５３４４（Ｐ２０１０−２８５３４４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１９６７（Ｐ２０１０−１３１９６７）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【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２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【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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