導火線及び該導火線を利用した爆発装置
【課題】導火線が燃焼する時、その燃焼が激しくなく、火花が発生せず、制御しやすく、且つ、重量が軽く、機械強度が強く、小型の爆発装置に応用することができる導火線及び該導火線を利用した爆発装置を提供する。
【解決手段】導火線１０は、少なくとも一つのカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を含む。前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなるカーボンナノチューブワイヤ１１１と、助燃部材１１４と、を含み、前記助燃部材１１４が前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の表面に被覆される。
【解決手段】導火線１０は、少なくとも一つのカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を含む。前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなるカーボンナノチューブワイヤ１１１と、助燃部材１１４と、を含み、前記助燃部材１１４が前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の表面に被覆される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導火線及び該導火線を利用した爆発装置に関し、特にカーボンナノチューブを使用した導火線及び該導火線を利用した爆発装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導火線は、例えば、爆破作業、爆竹、花火などに広く応用される。導火線とは、黒色火薬を心薬とし、紙などでひも状に被覆した線のことである。爆発物などにつなげ、端に火をつけると、一定の速度で燃焼しながら進み、一定時間後に他の端から火を吹き、爆発物に点火する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかし、前記黒色火薬は、その化学的性質が活発であり、それ自体が燃焼又は爆発できるので、火花が発生しやすい。また、前記黒色火薬の燃焼速度が制御しにくい。従って、前記導火線は、製造時、及び貯蔵時において、大きな危険を有するという欠点がある。
【０００５】
従って、本発明は、安全な導火線及び該導火線を利用した爆発装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
導火線は、少なくとも一つのカーボンナノチューブ複合構造体を含み、前記カーボンナノチューブ複合構造体が、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤと、助燃部材と、を含み、前記助燃部材が前記カーボンナノチューブワイヤの表面に被覆される。
【０００７】
前記カーボンナノチューブワイヤにおける各々のカーボンナノチューブの表面には、前記助燃部材が被覆される。
【０００８】
爆発装置は、前記導火線と、爆発物と、を含む。前記導火線が前記爆発物に連接される。
【発明の効果】
【０００９】
従来の導火線と比べると、本発明の導火線は次の優れた点がある。第一に、前記導火線が複数のカーボンナノチューブを含み、前記複数のカーボンナノチューブの表面に前記助燃部材が形成され、該助燃部材がナノメートルスケールの厚さに形成されるので、前記導火線が燃焼する時、その燃焼が激しくなく、火花が発生せず、制御しやすいので、高い安全性を有する。また、前記カーボンナノチューブの重量が軽く、強い機械強度を有するので、該カーボンナノチューブを利用した導火線は、重量が軽く、機械強度が強く、小型の爆発装置に応用することができる。前記導火線の製造方法が簡単であるので、該導火線は、コストが低い。従って、前記導火線を利用した爆発装置は、高い安全性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る導火線の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る導火線における一つのカーボンナノチューブとその表面に被覆された助燃部材との断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る導火線における非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施例１に係る導火線におけるねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の実施例２に係る導火線の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る導火線の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る爆発装置の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る導火線におけるカーボンナノチューブ複合構造体の製造装置を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る導火線におけるカーボンナノチューブ複合構造体の製造方法において利用されたカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図１０】図９中の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１１】図９中の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セグメントの構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る助燃部材である銀が堆積されたカーボンナノチューブフィルムの構造のＳＥＭ写真である。
【図１３】図１２中の助燃部材である銀が堆積された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構造のＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の実施例に係る導火線におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体のＳＥＭ写真である。
【図１５】図１４中のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体におけるカーボンナノチューブのＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例は、導火線１０を提供する。前記導火線１０は、一本のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０からなる。該カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなり、該複数のカーボンナノチューブ１１２が前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って、配向して配列される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆される。前記導火線１０の一端に火をつけると、前記助燃部材１１４が前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って連続的に燃焼反応を行うことができる。
【００１３】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【００１４】
図３を参照すると、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。該非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１５】
図４を参照すると、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、直径が０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００１６】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の直径は、４．５ナノメートル〜１ミリメートルであり、１０マイクロメートル〜３０マイクロメートルであることが好ましい。前記カーボンナノチューブワイヤ１１１におけるカーボンナノチューブ１１２と前記助燃部材１１４との質量比が１：１０〜１：１であり、１：５〜４：５であることが好ましい。前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の直径が小さいので、前記導火線１０の燃焼が激しくなく、その燃焼が中止されやすい。従って、前記導火線１０は、制御しやくなる。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ１１２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の一種又は多種である。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．０ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルである。
【００１８】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１におけるカーボンナノチューブ１１２の表面に助燃部材１１４が被覆される。該助燃部材１１４とは、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の燃焼を助ける材料である。即ち、前記助燃部材１１４は、化学反応により熱を放出することによって、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１を燃焼させるものである。
【００１９】
前記助燃部材１１４は、固体状態の強酸化剤又は金属である。該固体状態の強酸化剤は、強酸化性を有する金属酸化物及び塩基類を含む。該強酸化性を有する金属酸化物は、酸化第一鉄（ＦｅＯ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）又は四酸化三マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）などである。前記塩基類は、硝酸カリウム及び硝酸アンモニウムなどの硝酸塩と、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）及び過マンガン酸ナトリウム（ＮａＭｎＯ４）などの過マンガン酸塩と、二クロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）及び二クロム酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃｒ２Ｏ７）などの重クロム酸塩を含む。前記金属は、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀又はチタンなどである。
【００２０】
本実施例において、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１が非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであり、前記助燃部材１１４が銀からなり、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１と前記銀との質量比例は、１：１０である。前記助燃部材１１４が各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆され、その厚さが１０ナノメートル〜２０ナノメートルである。各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆された前記助燃部材１１４が薄いので、前記導火線１０の直径が小さい。従って、該導火線１０に点火すると、その燃焼が激しくなく、ほとんど火花は発生しない。従って、前記導火線１０は、優れた安全性を有し、正確に爆発物に点火することができる。
【００２１】
勿論、前記助燃部材１１４は、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１における各々のカーボンナノチューブ１１２の表面に被覆せず、単に該カーボンナノチューブワイヤ１１１の表面に被覆されてもよい。
【００２２】
（実施例２）
図１及び図５を参照すると、本実施例２は、導火線２０を提供する。前記導火線２０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を含む。前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は前記導火線２０の長手方向に沿って、平行して緊密に配列される。各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなる。該複数のカーボンナノチューブ１１２は、前記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、端と端が接続される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面が被覆される。前記導火線２０の直径が２０ミリメートル〜３０ミリメートルに達することができる。複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が前記導火線２０の長手方向に沿って、平行して緊密に配列されるので、前記助燃部材１１４は、前記複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って反応を行って、前記導火線２０が優れた燃焼特性を有する。
【００２３】
また、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤに制限されず、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであってもよい。
【００２４】
（実施例３）
図１及び図６を参照すると、本実施例３は、導火線３０を提供する。前記導火線３０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０からなる。前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が互いに絡み合って、前記導火線３０の長手方向に沿って、螺旋状に緊密に配列される。各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、カーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなる。該複数のカーボンナノチューブ１１２は、前記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、端と端が接続される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆される。前記導火線２０の直径が２０ミリメートル〜３０ミリメートルに達することができる。複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が互いに絡み合うので、各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の間の結合力が強くなる。従って、前記導火線３０は、優れた力学性能及び優れた強度を有する。
【００２５】
また、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤに制限されず、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであってもよい。
【００２６】
本発明の実施例の導火線におけるカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブ１１２及び助燃部材１１４を含む。なお、前記カーボンナノチューブ１１２の直径が小さく、重量が軽く及び優れた強度を有するので、該カーボンナノチューブ１１２を利用した導火線は、直径が小さく、重量が軽く及び優れた強度を有する。従って、前記導火線は、小型の爆発装置に応用されることができる。
【００２７】
図７を参照すると、本実施例は、爆発装置４０を提供する。該爆発装置４０は、導火線４２及び爆発物４４を含む。前記導火線４２は、前記爆発物４４に連接される。具体的には、前記導火線４２は、前記爆発物４４の中に直接挿入できる。前記導火線４２に点火すると、該導火線４２が燃焼して放出した熱が、前記爆発物４４に伝導され、該爆発物４４が爆発する。
【００２８】
前記導火線４２としては、前記実施例１〜３における導火線１０、２０、３０を採用できる。前記爆発物４４は、花火、爆竹、雷管、爆薬又は爆弾などである。
【００２９】
図８及び図９を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の製造方法を提供する。該製造方法は、下記のステップを含む。
【００３０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイ２１６を提供する。
【００３１】
前記カーボンナノチューブアレイ２１６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１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、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（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）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は、互いに平行し、基材に垂直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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、一枚のカーボンナノチューブフィルム２１４を引き伸ばす。
【００３５】
まず、ピンセットなどの工具を利用して前記カーボンナノチューブアレイ２１６における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束からなる連続のカーボンナノチューブフィルム２１４を形成する。
【００３６】
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束が端と端で接合され、連続的なカーボンナノチューブフィルム２１４が形成される（図１０を参照）。
【００３７】
図９を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、自立構造を有したものである。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を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブフィルム２１４において、前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に平行に、カーボンナノチューブフィルム２１４を引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。
【００３８】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム２１４において、前記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以外に、該同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、該ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、前記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と比べて、割合は小さい。
【００３９】
図１１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２１４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の長さは実質的に同じである。
【００４０】
第三ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成して、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００４１】
前記助燃部材１１４は、固体状態の強酸化剤又は金属からなる。該固体状態の強酸化剤は、強酸化性を有する金属酸化物及び塩基類を含む。
【００４２】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成することは、物理的方法、化学的方法又は他の方法を採用できる。物理的方法とは、例えば真空蒸着法又はイオンスパッタリング法などの物理気相成長法を含む。化学的方法とは、例えば電気めっき又は化学めっきなどの方法を含む。また、前記カーボンナノチューブフィルム２１４を、強酸化性を有する塩基類の溶液に浸漬した後、該カーボンナノチューブフィルム２１４を乾燥させて、前記塩基類が前記カーボンナノチューブフィルム２１４におけるカーボンナノチューブの表面に被覆することも可能である。
【００４３】
本実施例において、真空蒸着法で前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成する。図８を参照して、該助燃部材１１４は次の工程により得られる。まず、反応室２１０を提供し、該反応室２１０が底部（図示せず）及び頂部（図示せず）を有する。前記反応室２１０の底部及び頂部にそれぞれ一つの蒸着源２１２を設置する。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２とが対向して間隔を置いて設置される。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２との間に堆積領域が形成される。各々の蒸着源２１２を加熱装置（図示せず）によって加熱することができる。前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２との間に前記二つの蒸着源２１２と対向して間隔を置いて設置される。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、前記堆積領域に設置される。前記反応室２１０が、真空装置（図示せず）と連接される。前記真空装置により、該反応室２１０の内部の空気を排出し、該反応室２１０の中を真空化する。前記蒸着源２１２から蒸着される材料は、前記助燃部材１１４の材料である。本実施例において、前記助燃部材１１４の材料が銀である。
【００４４】
次に、前記加熱装置によって前記蒸着源２１２を加熱すると、前記助燃部材１１４の材料は溶融して蒸気になる。前記助燃部材１１４の材料の蒸気は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４に接触すると、該カーボンナノチューブフィルム２１４の表面において凝集し、助燃部材１１４が形成される。前記カーボンナノチューブフィルム２１４における隣接するカーボンナノチューブの間には隙間が存在し、該カーボンナノチューブフィルム２１４が薄いので、前記助燃部材１１４は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の中に浸透でき、各々のカーボンナノチューブ１１２の表面に被覆できる。本実施例において、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に銀層が被覆される。図１２及び図１３は、前記助燃部材１１４である銀層が堆積されたカーボンナノチューブフィルムの構造の写真である。
【００４５】
勿論、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に多層の異なる助燃部材１１４を堆積するために、前記反応室２１０の底部及び頂部にそれぞれ複数の蒸着源２１２を設置することができる。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２とがそれぞれ、対向して間隔を置いて設置される。前記頂部における蒸着源２１２と、それと対向する前記底部における蒸着源２１２との間に堆積領域が形成される。前記反応室２１０において、複数の蒸着源２１２が設置されるので、複数の堆積領域が形成される。各々の前記堆積領域における蒸着源２１２に含まれる助燃部材１１４の材料は互いに異なる。前記加熱装置により、各々の蒸着源２１２を加熱し、前記カーボンナノチューブフィルム２１４を順次に前記複数の堆積領域を通過させ、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に順次に多層の異なる助燃部材１１４を堆積することができる。
【００４６】
前記助燃部材１１４の蒸気密度を高め、及び前記助燃部材１１４が酸化されることを防止するために、前記反応室２１０の圧力が１Ｐａ以下に達する必要がある。本実施例において、前記反応室２１０の圧力が４×１０−４Ｐａである。
【００４７】
勿論、前記第一ステップにおいて、カーボンナノチューブアレイ２１６を前記真空の反応室２１０に直接置くことができる。まず、前記真空の反応室２１０にピンセットなどの工具を利用して、前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、カーボンナノチューブフィルム２１４を引き伸ばす。次に、前記蒸着源２１２を加熱し、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を堆積する。所定の速度で前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、カーボンナノチューブフィルム２１４を連続的に引き伸ばすと同時に、該カーボンナノチューブフィルム２１４を前記蒸着源２１２の堆積領域を通過させ、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に前記助燃部材１１４を堆積させる。従って、前記真空の反応室２１０を利用して、表面に前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを連続的に製造することができる。
【００４８】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の幅が大きい（１００マイクロメートル以上）場合、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法は、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを機械加工するステップを含む。前記機械加工するステップは、機械加工室２２０の中で行われる。前記機械加工する方法は、下記の二種がある。第一種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。第二種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断し、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００４９】
前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法は、下記の二種がある。
【００５０】
第一種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムに接着されたピンセットなどの工具を回転モーターに固定し、該回転モーターを回転させることによって、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００５１】
第二種：紡績の軸を提供し、該紡績の軸の一端を前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムに接着させた後、前記紡績の軸を時計回り又は反時計回りの方向に沿って、回転させることによって、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００５２】
前記二種の方法で製造されたカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体である。図１４及び図１５は、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０のＳＥＭ写真である。
【００５３】
前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断して、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法では、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の引き伸ばし方向に沿って、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断し、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。該カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、本発明の実施例１における導火線１０である。
【００５４】
勿論、前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を積層し、又はねじることによって、大きな直径を有するカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することができる。
【００５５】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の幅が小さい（例えば、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートル）場合、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを処理する必要がなく、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０とすることができるが、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじることによって、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することもできる。
【００５６】
前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０をスプール２２４に収集することもできる。具体的には、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を前記スプール２２４に巻き付ける。
【００５７】
また、前記助燃部材１１４が堆積された複数のカーボンナノチューブフィルムを積層してねじることによって、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することができる。これによって、形成されたカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の直径は、引き伸ばされた前記カーボンナノチューブフィルム２１４のサイズに制限されず、実際の応用に応じていずれかの直径を有するカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成できる。さらに、複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を平行に設置し、本発明の実施例２における非ねじれ状導火線２０を形成することができる。或いは、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０をねじり、本発明の実施例３におけるねじれ状導火線３０を形成することができる。
【００５８】
前記導火線は、前記方法に制限されず、例えば、カーボンナノチューブワイヤを製造して、前記カーボンナノチューブワイヤの表面に助燃部材１１４を形成することにより得られる。
【００５９】
本発明の導火線は次の優れた点がある。第一に、前記導火線が複数のカーボンナノチューブを含み、前記複数のカーボンナノチューブの表面に助燃部材が形成され、該助燃部材がナノメートルスケールの厚さに形成されるので、前記導火線が燃焼する時、その燃焼が激しくなく、火花が発生せず、制御しやすいので、高い安全性を有する。また、前記カーボンナノチューブの重量が軽く、強い機械強度を有するので、該カーボンナノチューブを利用した導火線は、重量が軽く、機械強度が強く、小型の爆発装置に応用することができる。前記導火線の製造方法が簡単であるので、該導火線は、コストが低い。従って、前記導火線を利用した爆発装置は、高い安全性を有する。
【符号の説明】
【００６０】
１０、２０、３０、４２ 導火線
１１０ カーボンナノチューブワイヤ複合構造体
１１１ カーボンナノチューブワイヤ
１１２ カーボンナノチューブ
１１４ 助燃部材
４０ 爆発装置
４４ 爆発物
２１６ カーボンナノチューブアレイ
２１４ カーボンナノチューブフィルム
２１２ 蒸着源
２１０ 反応室
２２０ 機械加工室
２２４ スプール
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導火線及び該導火線を利用した爆発装置に関し、特にカーボンナノチューブを使用した導火線及び該導火線を利用した爆発装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導火線は、例えば、爆破作業、爆竹、花火などに広く応用される。導火線とは、黒色火薬を心薬とし、紙などでひも状に被覆した線のことである。爆発物などにつなげ、端に火をつけると、一定の速度で燃焼しながら進み、一定時間後に他の端から火を吹き、爆発物に点火する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかし、前記黒色火薬は、その化学的性質が活発であり、それ自体が燃焼又は爆発できるので、火花が発生しやすい。また、前記黒色火薬の燃焼速度が制御しにくい。従って、前記導火線は、製造時、及び貯蔵時において、大きな危険を有するという欠点がある。
【０００５】
従って、本発明は、安全な導火線及び該導火線を利用した爆発装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
導火線は、少なくとも一つのカーボンナノチューブ複合構造体を含み、前記カーボンナノチューブ複合構造体が、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤと、助燃部材と、を含み、前記助燃部材が前記カーボンナノチューブワイヤの表面に被覆される。
【０００７】
前記カーボンナノチューブワイヤにおける各々のカーボンナノチューブの表面には、前記助燃部材が被覆される。
【０００８】
爆発装置は、前記導火線と、爆発物と、を含む。前記導火線が前記爆発物に連接される。
【発明の効果】
【０００９】
従来の導火線と比べると、本発明の導火線は次の優れた点がある。第一に、前記導火線が複数のカーボンナノチューブを含み、前記複数のカーボンナノチューブの表面に前記助燃部材が形成され、該助燃部材がナノメートルスケールの厚さに形成されるので、前記導火線が燃焼する時、その燃焼が激しくなく、火花が発生せず、制御しやすいので、高い安全性を有する。また、前記カーボンナノチューブの重量が軽く、強い機械強度を有するので、該カーボンナノチューブを利用した導火線は、重量が軽く、機械強度が強く、小型の爆発装置に応用することができる。前記導火線の製造方法が簡単であるので、該導火線は、コストが低い。従って、前記導火線を利用した爆発装置は、高い安全性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る導火線の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る導火線における一つのカーボンナノチューブとその表面に被覆された助燃部材との断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る導火線における非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施例１に係る導火線におけるねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の実施例２に係る導火線の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る導火線の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る爆発装置の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る導火線におけるカーボンナノチューブ複合構造体の製造装置を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る導火線におけるカーボンナノチューブ複合構造体の製造方法において利用されたカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図１０】図９中の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１１】図９中の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セグメントの構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係る助燃部材である銀が堆積されたカーボンナノチューブフィルムの構造のＳＥＭ写真である。
【図１３】図１２中の助燃部材である銀が堆積された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構造のＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の実施例に係る導火線におけるねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体のＳＥＭ写真である。
【図１５】図１４中のねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体におけるカーボンナノチューブのＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例は、導火線１０を提供する。前記導火線１０は、一本のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０からなる。該カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなり、該複数のカーボンナノチューブ１１２が前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って、配向して配列される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆される。前記導火線１０の一端に火をつけると、前記助燃部材１１４が前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って連続的に燃焼反応を行うことができる。
【００１３】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【００１４】
図３を参照すると、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。該非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１５】
図４を参照すると、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、直径が０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００１６】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の直径は、４．５ナノメートル〜１ミリメートルであり、１０マイクロメートル〜３０マイクロメートルであることが好ましい。前記カーボンナノチューブワイヤ１１１におけるカーボンナノチューブ１１２と前記助燃部材１１４との質量比が１：１０〜１：１であり、１：５〜４：５であることが好ましい。前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の直径が小さいので、前記導火線１０の燃焼が激しくなく、その燃焼が中止されやすい。従って、前記導火線１０は、制御しやくなる。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ１１２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の一種又は多種である。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．０ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルである。
【００１８】
前記カーボンナノチューブワイヤ１１１におけるカーボンナノチューブ１１２の表面に助燃部材１１４が被覆される。該助燃部材１１４とは、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１の燃焼を助ける材料である。即ち、前記助燃部材１１４は、化学反応により熱を放出することによって、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１を燃焼させるものである。
【００１９】
前記助燃部材１１４は、固体状態の強酸化剤又は金属である。該固体状態の強酸化剤は、強酸化性を有する金属酸化物及び塩基類を含む。該強酸化性を有する金属酸化物は、酸化第一鉄（ＦｅＯ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）又は四酸化三マンガン（Ｍｎ３Ｏ４）などである。前記塩基類は、硝酸カリウム及び硝酸アンモニウムなどの硝酸塩と、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）及び過マンガン酸ナトリウム（ＮａＭｎＯ４）などの過マンガン酸塩と、二クロム酸カリウム（Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）及び二クロム酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃｒ２Ｏ７）などの重クロム酸塩を含む。前記金属は、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀又はチタンなどである。
【００２０】
本実施例において、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１が非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであり、前記助燃部材１１４が銀からなり、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１と前記銀との質量比例は、１：１０である。前記助燃部材１１４が各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆され、その厚さが１０ナノメートル〜２０ナノメートルである。各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆された前記助燃部材１１４が薄いので、前記導火線１０の直径が小さい。従って、該導火線１０に点火すると、その燃焼が激しくなく、ほとんど火花は発生しない。従って、前記導火線１０は、優れた安全性を有し、正確に爆発物に点火することができる。
【００２１】
勿論、前記助燃部材１１４は、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１における各々のカーボンナノチューブ１１２の表面に被覆せず、単に該カーボンナノチューブワイヤ１１１の表面に被覆されてもよい。
【００２２】
（実施例２）
図１及び図５を参照すると、本実施例２は、導火線２０を提供する。前記導火線２０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を含む。前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は前記導火線２０の長手方向に沿って、平行して緊密に配列される。各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなる。該複数のカーボンナノチューブ１１２は、前記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、端と端が接続される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面が被覆される。前記導火線２０の直径が２０ミリメートル〜３０ミリメートルに達することができる。複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が前記導火線２０の長手方向に沿って、平行して緊密に配列されるので、前記助燃部材１１４は、前記複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の長手方向に沿って反応を行って、前記導火線２０が優れた燃焼特性を有する。
【００２３】
また、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤに制限されず、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであってもよい。
【００２４】
（実施例３）
図１及び図６を参照すると、本実施例３は、導火線３０を提供する。前記導火線３０は、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０からなる。前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が互いに絡み合って、前記導火線３０の長手方向に沿って、螺旋状に緊密に配列される。各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、カーボンナノチューブワイヤ１１１及び助燃部材１１４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１１１は、複数のカーボンナノチューブ１１２からなる。該複数のカーボンナノチューブ１１２は、前記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、端と端が接続される。前記助燃部材１１４は、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に被覆される。前記導火線２０の直径が２０ミリメートル〜３０ミリメートルに達することができる。複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０が互いに絡み合うので、各々の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の間の結合力が強くなる。従って、前記導火線３０は、優れた力学性能及び優れた強度を有する。
【００２５】
また、前記カーボンナノチューブワイヤ１１１は、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤに制限されず、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤであってもよい。
【００２６】
本発明の実施例の導火線におけるカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、複数のカーボンナノチューブ１１２及び助燃部材１１４を含む。なお、前記カーボンナノチューブ１１２の直径が小さく、重量が軽く及び優れた強度を有するので、該カーボンナノチューブ１１２を利用した導火線は、直径が小さく、重量が軽く及び優れた強度を有する。従って、前記導火線は、小型の爆発装置に応用されることができる。
【００２７】
図７を参照すると、本実施例は、爆発装置４０を提供する。該爆発装置４０は、導火線４２及び爆発物４４を含む。前記導火線４２は、前記爆発物４４に連接される。具体的には、前記導火線４２は、前記爆発物４４の中に直接挿入できる。前記導火線４２に点火すると、該導火線４２が燃焼して放出した熱が、前記爆発物４４に伝導され、該爆発物４４が爆発する。
【００２８】
前記導火線４２としては、前記実施例１〜３における導火線１０、２０、３０を採用できる。前記爆発物４４は、花火、爆竹、雷管、爆薬又は爆弾などである。
【００２９】
図８及び図９を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の製造方法を提供する。該製造方法は、下記のステップを含む。
【００３０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイ２１６を提供する。
【００３１】
前記カーボンナノチューブアレイ２１６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１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、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（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）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は、互いに平行し、基材に垂直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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、一枚のカーボンナノチューブフィルム２１４を引き伸ばす。
【００３５】
まず、ピンセットなどの工具を利用して前記カーボンナノチューブアレイ２１６における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束からなる連続のカーボンナノチューブフィルム２１４を形成する。
【００３６】
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束が端と端で接合され、連続的なカーボンナノチューブフィルム２１４が形成される（図１０を参照）。
【００３７】
図９を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、自立構造を有したものである。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を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブフィルム２１４において、前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に平行に、カーボンナノチューブフィルム２１４を引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。
【００３８】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム２１４において、前記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以外に、該同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、該ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、前記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と比べて、割合は小さい。
【００３９】
図１１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２１４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の長さは実質的に同じである。
【００４０】
第三ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成して、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００４１】
前記助燃部材１１４は、固体状態の強酸化剤又は金属からなる。該固体状態の強酸化剤は、強酸化性を有する金属酸化物及び塩基類を含む。
【００４２】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成することは、物理的方法、化学的方法又は他の方法を採用できる。物理的方法とは、例えば真空蒸着法又はイオンスパッタリング法などの物理気相成長法を含む。化学的方法とは、例えば電気めっき又は化学めっきなどの方法を含む。また、前記カーボンナノチューブフィルム２１４を、強酸化性を有する塩基類の溶液に浸漬した後、該カーボンナノチューブフィルム２１４を乾燥させて、前記塩基類が前記カーボンナノチューブフィルム２１４におけるカーボンナノチューブの表面に被覆することも可能である。
【００４３】
本実施例において、真空蒸着法で前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を形成する。図８を参照して、該助燃部材１１４は次の工程により得られる。まず、反応室２１０を提供し、該反応室２１０が底部（図示せず）及び頂部（図示せず）を有する。前記反応室２１０の底部及び頂部にそれぞれ一つの蒸着源２１２を設置する。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２とが対向して間隔を置いて設置される。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２との間に堆積領域が形成される。各々の蒸着源２１２を加熱装置（図示せず）によって加熱することができる。前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２との間に前記二つの蒸着源２１２と対向して間隔を置いて設置される。即ち、前記カーボンナノチューブフィルム２１４は、前記堆積領域に設置される。前記反応室２１０が、真空装置（図示せず）と連接される。前記真空装置により、該反応室２１０の内部の空気を排出し、該反応室２１０の中を真空化する。前記蒸着源２１２から蒸着される材料は、前記助燃部材１１４の材料である。本実施例において、前記助燃部材１１４の材料が銀である。
【００４４】
次に、前記加熱装置によって前記蒸着源２１２を加熱すると、前記助燃部材１１４の材料は溶融して蒸気になる。前記助燃部材１１４の材料の蒸気は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４に接触すると、該カーボンナノチューブフィルム２１４の表面において凝集し、助燃部材１１４が形成される。前記カーボンナノチューブフィルム２１４における隣接するカーボンナノチューブの間には隙間が存在し、該カーボンナノチューブフィルム２１４が薄いので、前記助燃部材１１４は、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の中に浸透でき、各々のカーボンナノチューブ１１２の表面に被覆できる。本実施例において、各々の前記カーボンナノチューブ１１２の表面に銀層が被覆される。図１２及び図１３は、前記助燃部材１１４である銀層が堆積されたカーボンナノチューブフィルムの構造の写真である。
【００４５】
勿論、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に多層の異なる助燃部材１１４を堆積するために、前記反応室２１０の底部及び頂部にそれぞれ複数の蒸着源２１２を設置することができる。前記頂部における蒸着源２１２と、前記底部における蒸着源２１２とがそれぞれ、対向して間隔を置いて設置される。前記頂部における蒸着源２１２と、それと対向する前記底部における蒸着源２１２との間に堆積領域が形成される。前記反応室２１０において、複数の蒸着源２１２が設置されるので、複数の堆積領域が形成される。各々の前記堆積領域における蒸着源２１２に含まれる助燃部材１１４の材料は互いに異なる。前記加熱装置により、各々の蒸着源２１２を加熱し、前記カーボンナノチューブフィルム２１４を順次に前記複数の堆積領域を通過させ、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に順次に多層の異なる助燃部材１１４を堆積することができる。
【００４６】
前記助燃部材１１４の蒸気密度を高め、及び前記助燃部材１１４が酸化されることを防止するために、前記反応室２１０の圧力が１Ｐａ以下に達する必要がある。本実施例において、前記反応室２１０の圧力が４×１０−４Ｐａである。
【００４７】
勿論、前記第一ステップにおいて、カーボンナノチューブアレイ２１６を前記真空の反応室２１０に直接置くことができる。まず、前記真空の反応室２１０にピンセットなどの工具を利用して、前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、カーボンナノチューブフィルム２１４を引き伸ばす。次に、前記蒸着源２１２を加熱し、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に助燃部材１１４を堆積する。所定の速度で前記カーボンナノチューブアレイ２１６から、カーボンナノチューブフィルム２１４を連続的に引き伸ばすと同時に、該カーボンナノチューブフィルム２１４を前記蒸着源２１２の堆積領域を通過させ、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の表面に前記助燃部材１１４を堆積させる。従って、前記真空の反応室２１０を利用して、表面に前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを連続的に製造することができる。
【００４８】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の幅が大きい（１００マイクロメートル以上）場合、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法は、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを機械加工するステップを含む。前記機械加工するステップは、機械加工室２２０の中で行われる。前記機械加工する方法は、下記の二種がある。第一種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。第二種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断し、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００４９】
前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法は、下記の二種がある。
【００５０】
第一種：前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムに接着されたピンセットなどの工具を回転モーターに固定し、該回転モーターを回転させることによって、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００５１】
第二種：紡績の軸を提供し、該紡績の軸の一端を前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムに接着させた後、前記紡績の軸を時計回り又は反時計回りの方向に沿って、回転させることによって、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじり、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。
【００５２】
前記二種の方法で製造されたカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ複合構造体である。図１４及び図１５は、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０のＳＥＭ写真である。
【００５３】
前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断して、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する方法では、前記カーボンナノチューブフィルム２１４の引き伸ばし方向に沿って、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを切断し、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成する。該カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０は、本発明の実施例１における導火線１０である。
【００５４】
勿論、前記複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を積層し、又はねじることによって、大きな直径を有するカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することができる。
【００５５】
前記カーボンナノチューブフィルム２１４の幅が小さい（例えば、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートル）場合、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムを処理する必要がなく、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０とすることができるが、前記助燃部材１１４が堆積されたカーボンナノチューブフィルムをねじることによって、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することもできる。
【００５６】
前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０をスプール２２４に収集することもできる。具体的には、前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を前記スプール２２４に巻き付ける。
【００５７】
また、前記助燃部材１１４が堆積された複数のカーボンナノチューブフィルムを積層してねじることによって、カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成することができる。これによって、形成されたカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０の直径は、引き伸ばされた前記カーボンナノチューブフィルム２１４のサイズに制限されず、実際の応用に応じていずれかの直径を有するカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を形成できる。さらに、複数の前記カーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０を平行に設置し、本発明の実施例２における非ねじれ状導火線２０を形成することができる。或いは、複数のカーボンナノチューブワイヤ複合構造体１１０をねじり、本発明の実施例３におけるねじれ状導火線３０を形成することができる。
【００５８】
前記導火線は、前記方法に制限されず、例えば、カーボンナノチューブワイヤを製造して、前記カーボンナノチューブワイヤの表面に助燃部材１１４を形成することにより得られる。
【００５９】
本発明の導火線は次の優れた点がある。第一に、前記導火線が複数のカーボンナノチューブを含み、前記複数のカーボンナノチューブの表面に助燃部材が形成され、該助燃部材がナノメートルスケールの厚さに形成されるので、前記導火線が燃焼する時、その燃焼が激しくなく、火花が発生せず、制御しやすいので、高い安全性を有する。また、前記カーボンナノチューブの重量が軽く、強い機械強度を有するので、該カーボンナノチューブを利用した導火線は、重量が軽く、機械強度が強く、小型の爆発装置に応用することができる。前記導火線の製造方法が簡単であるので、該導火線は、コストが低い。従って、前記導火線を利用した爆発装置は、高い安全性を有する。
【符号の説明】
【００６０】
１０、２０、３０、４２ 導火線
１１０ カーボンナノチューブワイヤ複合構造体
１１１ カーボンナノチューブワイヤ
１１２ カーボンナノチューブ
１１４ 助燃部材
４０ 爆発装置
４４ 爆発物
２１６ カーボンナノチューブアレイ
２１４ カーボンナノチューブフィルム
２１２ 蒸着源
２１０ 反応室
２２０ 機械加工室
２２４ スプール
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのカーボンナノチューブ複合構造体を含む導火線において、
前記カーボンナノチューブ複合構造体が、
複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤと、
助燃部材と、
を含み、
前記助燃部材が前記カーボンナノチューブワイヤの表面に被覆されることを特徴とする導火線。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブワイヤにおける各々のカーボンナノチューブの表面に、前記助燃部材が被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の導火線。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の導火線と、爆発物と、を含む爆発装置において、
前記導火線が前記爆発物に連接されることを特徴とする爆発装置。
【請求項１】
少なくとも一つのカーボンナノチューブ複合構造体を含む導火線において、
前記カーボンナノチューブ複合構造体が、
複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤと、
助燃部材と、
を含み、
前記助燃部材が前記カーボンナノチューブワイヤの表面に被覆されることを特徴とする導火線。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブワイヤにおける各々のカーボンナノチューブの表面に、前記助燃部材が被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の導火線。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の導火線と、爆発物と、を含む爆発装置において、
前記導火線が前記爆発物に連接されることを特徴とする爆発装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−７３９６６（Ｐ２０１１−７３９６６Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８８５０（Ｐ２０１０−２１８８５０）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【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４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【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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