異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法
【課題】本発明は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向と同じ方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、を含む。
【解決手段】本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向と同じ方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム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を微視的尺度の分野に広くに応用しているが、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、良好な透明度を持っている。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、よい熱・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、自身的に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晶ディスプレイなどで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アレイから直接的に引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムに、互に平行、隣接するカーボンナノチューブは分子間力で結合されて、大きい直径を有するカーボンナノチューブ束を形成し得る。前記カーボンナノチューブ束が大きい密度を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムの光透過性に影響する。
【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、本発明は良好な光透過性がある異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブからなる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、少なくとも一つの薄い領域を有する。前記複数のカーボンナノチューブの長手方向を第一方向と定義する。前記少なくとも一つの薄い領域は、前記第一方向に沿って少なくとも一つの列に配列する。
【０００９】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向と同じ方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法は、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムをレーザーで走査した後、前記レーザーに照射された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける一部のカーボンナノチューブは、レーザーエネルギーを吸収して空気中の酸素と反応することにより分解する。従って、前記レーザーに照射された一部のカーボンナノチューブが削除されるこれにより、カーボンナノチューブの分布密度が低下するので、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの光透過率を高める。前記レーザーがカーボンナノチューブの長度方向に沿って走査するので、前記レーザー列の間のカーボンナノチューブが損壊されないので、前記異なる密度を有する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の長度方向に沿った方向の導電性に影響を及ぼさない。且つ、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの前記第一方向とそれに垂直な第二方向の間の導電性の差を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例１の一つの構造を示す図である。
【図２】図１に示す異なる密度を有する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３】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例１のもう一つの構造を示す図である。
【図４】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例２の構造を示す図である。
【図５】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例３の構造を示す図である。
【図６】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法の製造工程を示す図である。
【図７】図６に示すドローン構造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８】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９】図１及び図８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１０】図８に示すドローン構造カーボンナノチューブフィルムを一つの基板に被覆した図である。
【図１１】異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法の製造工程を示す図である。
【図１２】光スポットがドローンカーボンナノチューブフィルムを移動する一つの路線を示す図である。
【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、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００を提供する。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００における複数のカーボンナノチューブは、図１に示すように、第一方向Ｘに沿って配列されている。図９を参照すると、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａを含む。各々の前記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からなる。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。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａは、前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。
【００１４】
前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、複数の薄い領域１２６及び複数の正常領域１２７に分割されている。図２を参照すると、前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度より小さい。更に、前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度の０％〜８０％であるが、好ましくは、０％〜５０％である。前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度の０％である場合、前記薄い領域１２６は、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００に形成された穴である。
【００１５】
前記複数の薄い領域１２６は、前記第一方向Ｘに沿って配列して、複数の列１２４を形成し、且つ互いに前記正常領域１２７から所定の距離で離隔される。各々の前記列１２４に、隣接する薄い領域１２６の間に距離d１を有する。前記距離d１は１００マイクロメートルより小さい。図１参照すると、前記第一方向Ｘと垂直方向を第二方向Ｙと定義することができる。第二方向Ｙに沿って、前記隣接する列１２４の間に距離d２を有する。前記距離ｄ２は距離ｄ１より大きいことが好ましい。前記距離ｄ２は１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは、前記距離ｄ２は１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであるが、より好ましくは、前記距離ｄ２は２０マイクロメートルである。前記隣接する列１２４の間の距離d２が異なることができるが、同じであることが好ましい。
【００１６】
前記薄い領域１２６の形状に対しては特に制限がなく、実際の適用によって円形や、他の形状を有することができる。前記薄い領域１２６の形状が円形である場合、前記薄い領域１２６の直径Ｄは、１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることが好ましい。前記薄い領域１２６の直径Ｄは、２０マイクロメートルであることがより好ましい。各々の前記列１２４における前記薄い領域１２６の数量が同じであることができる。
【００１７】
図１及び図３を参照すると、前記薄い領域１２６は、前記第二方向Ｙに沿って並列又は交互に配列されることができる。図１及び図３を参照すると、前記隣接する二つの列１２４の間におけるカーボンナノチューブ１４５が端と端が接続されている。これにより、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００に、前記第一方向Ｘに沿った少なくとも一つの連続な導電パスが形成されている。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の前記第一方向Ｘの導電性は、前記薄い領域１２６に影響されない。前記第二方向Ｙに沿って、前記薄い領域１２６が形成されたので、前記第二方向Ｙに沿って、前記カーボンナノチューブ１４５（前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００における複数のカーボンナノチューブは、本質的に前記第一方向Ｘに沿って配列されている）が電気的に接続される可能性を更に低下させることができる。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、前記第二方向Ｙに沿って導電する可能性を非常に減少できる。即ち、前記薄い領域１２６によって、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差を増加させることができる。
【００１８】
前記薄い領域１２６における前記カーボンナノチューブ１４５の密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブ１４５の密度の０％〜５０％である場合、前記薄い領域１２６の光透過率が、前記正常領域１２７の光透過率より１０％〜２０％高い。前記薄い領域１２６が穴である場合、前記薄い領域１２６の光透過率が、前記正常領域１２７の光透過率より更に高くなる。従って、全体の前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の光透過率を高めることができる。
【００１９】
（実施例２）
図４を参照すると、本実施例は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００を提供する。本実施例の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００は実施例１の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例の薄い領域２２６の形状は帯状である。各々の列２２４に複数の薄い領域２２６が間隔をおいて配列されているが、前記各々の列２２４における帯状の薄い領域２２６の長さ方向が第一方向Ｘに平行している。前記帯状の薄い領域２２６の長さがその幅より大きい。前記帯状の薄い領域２２６の幅は、１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。
【００２０】
（実施例３）
図５参照すると、本実施例は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００を提供する。本実施例の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００は実施例２の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、帯状の薄い領域３２６は、第一方向Ｘに沿って前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００全体を横切って伸びる。即ち、各々の列３２４に、一つの帯状の薄い領域３２６だけが配列されている。隣接した二つの帯状の薄い領域３２６の間に、一つの正常領域３２７が配列されている。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００は、前記第二方向Ｙに沿って導電する可能性を更に減少できる。即ち、前記薄い領域３２６によって、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００の前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差を更に増加させることができる。別に、前記正常領域３２７及び前記帯状の薄い領域３２６は、第二方向Ｙに沿って配列されることができる。
【００２１】
以下、本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の製造方法の実施例について説明する。
【００２２】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブ１４５のみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を形成するステップＳ１０と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を処理して、前記カーボンナノチューブ１４５の配列方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域１２６、２２６、３２６を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を形成するステップＳ２０と、を含む。
【００２３】
前記ステップＳ１０において、前記ドローン構造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１５０（非特許文献２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。図６を参照すると、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の製造方法は、カーボンナノチューブアレイ１５０を提供するステップＳ１１と、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から引き出す装置１１０によって、少なくとも、一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばすステップＳ１２と、を含む。
【００２４】
前記ステップＳ１１において、該カーボンナノチューブアレイ１５０は、相互に平行、且つ前記基板に垂直な複数のカーボンナノチューブを含む。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、円形の平らな基板を提供し、該基板は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、該基板は４インチのシリコン基材からなることが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基板の表面に、均一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該基板を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板２０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５０マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは、１００マイクロメートル〜９００マイクロメートルである。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。
【００２５】
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。
【００２６】
本実施例から提供される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。
【００２７】
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。本実施例において、前記カーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブである。
【００２８】
図７を参照すると、前記ステップＳ１２において、引き出す装置によってカーボンナノチューブアレイから複数のカーボンナノチューブ引き出して、それぞれ前記基材から脱離すると、該複数のカーボンナノチューブに隣接する複数のカーボンナノチューブが、分子間力で前記引き出す装置に接着された複数のカーボンナノチューブに端と端で接合されて、続いて前記基材から脱離する。このように、分子間力で複数の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ａが端と端で接合されて、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２９】
前記ステップＳ１２において、一枚の前記ドローン構造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７を参照）。即ち、一枚の前記ドローン構造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、前記ドローン構造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８及び図９を参照すると、一枚の前記ドローン構造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。一枚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。前記ドローン構造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。
【００３０】
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、自立構造を有する薄膜である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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。
【００３１】
図１０を参照すると、前記ステップＳ１０は、更に、前記ステップ１２で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばして得られた後、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を基板１４０の一つの表面に被覆させるステップ１３を含むことができる。前記カーボンナノチューブアレイ１５０は、不純物を含まず、且つカーボンナノチューブは大きな比表面積を有するので、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、強い接着性を有する。従って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、自身の接着性によって直接的に前記基板１４０の一つの表面に付着することができる。
【００３２】
前記基板１４０は、例えば、金属、合金、シリコン、石英、セラミック、ガラス又はダイヤモンドのような硬性材料又は例えば、プラスチック又は樹脂のような柔らかな材料からなる。前記基板１４０に対しては特に制限がなく、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を支持させればよい。本実施例において、前記基板１４０は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）からなる。更に、前記基板１４０及び前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、接着剤層１３０によって接着されることができる。前記接着剤層１３０の材料に対しては特に制限がなく、前記基板１４０及び前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を堅固に接着させればよい。前記接着剤層１３０は、感圧接着剤層、熱溶融性接着剤層又は感光接着剤層であることができる。本実施例において、前記接着剤層１３０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。
【００３３】
前記ステップＳ１０で形成された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の光透過率が７５％より小さい。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き出して得る場合、続いて前記基材から脱離した各々のカーボンナノチューブセグメント１４３ａの幅及び厚さを制御することが難しい。この場合、大きな幅と厚さを有するカーボンナノチューブセグメント１４３ａは、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の光線透過率が低い要因になっている可能性がある。
【００３４】
図１１及び図１２を参照すると、前記ステップＳ２０は、レーザー装置１６０を提供し、前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に照射して、光スポット１８０を形成させるステップＳ２１と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を前記レーザー装置１６０に対して相対運動させ、前記レーザー装置１６０からの前記レーザービーム１７０が前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に形成された光スポット１８０を、前記第一方向Ｘに沿って移動させて、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に薄い領域１２６、２２６、３２６を形成するステップＳ２２と、を含む。
【００３５】
前記ステップＳ２１において、前記レーザー装置１６０は、アルゴン・イオンレーザー装置又は二酸化炭素レーザー装置である。本実施例において、前記レーザー装置１６０の能力は１２Ｗである。前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０は、パルス・レーザーであることができる。この場合、前記レーザービーム１７０のパワーは１〜１００Ｗである。
【００３６】
図１２を参照すると、前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に照射して形成された光スポット１８０は、円形である。該円形の光スポット１８０の直径は、１μｍ〜５ｍｍであるが、好ましくは、２０μｍである。前記レーザービーム１７０をレンズによって集中して、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０により小さい直径を有する光スポット１８０を形成することができる。更に、前記レーザー装置１６０に複数のレーザー素子を配置することにより、前記光スポット１８０の形状を制御することができる。本実施例において、前記光スポット１８０の形状は帯状パターンを有し、その幅が１μｍ〜５ｍｍであるが、好ましくは、２０μｍである。
【００３７】
前記ステップＳ２１において、前記光スポット１８０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に前記第一方向Ｘに沿って移動させることは、前記レーザー装置１６０を固定して、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を移動することにより実現することができ、又は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を固定して、前記レーザー装置１６０を移動することにより実現することができる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を固定した場合、前記レーザー装置１６０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に対して平行に移動し、又は、前記レーザー装置１６０の光射出部の光射出角度を制御することにより、前記光スポット１８０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の異なる位置に投影することができる。
【００３８】
前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０は、パルス・レーザーであるので、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０と前記レーザービーム１７０の間の相対速度が十分的に大きい場合、前記レーザービーム１７０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に所定の間隔をおいて照射することができる。この場合、図１及び図３に示すような、複数の所定の間隔をおいて配列された薄い領域１２６を形成することができる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０と前記レーザービーム１７０の間の相対速度が前記光スポット１８０の直径及び前記レーザービーム１７０のパルス数の積より小さい場合、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の複数のパルス・レーザービーム１７０によって照射された部分は、互いに接続するか重畳する。この場合、図４に示すような薄い領域２２６又は図５に示すような薄い領域３２６を形成することができる。
【００３９】
更に、薄い領域１２６、２２６、３２６を有する複数の列１２４を形成する必要がある場合、前記方法によって一つの列１２４を形成した後、前記第二方向Ｙに沿って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記レーザー装置１６０に対して、所定の距離で相対移動した後、前記方法によって前記第一方向Ｘに沿ったもう一つの列１２４を形成することができる。又は、前記方法によって一つの列１２４を形成した後、前記第二方向Ｙに沿って、前記レーザー装置１６０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に対して、所定の距離で相対移動した後、前記方法によって前記第一方向Ｘに沿ったもう一つの列１２４を形成することができる。図１２を参照すると、本実施例において、前記光スポット１８０が前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を移動する経路１９０は、ヘビ形の経路である。
【００４０】
前記ステップＳ２０は、酸素がある環境において、例えば空気中で行う場合、前記レーザービーム１７０に照射された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０における一部のカーボンナノチューブは、レーザーエネルギーを吸収して空気中の酸素と反応することにより分解する。従って、前記レーザービーム１７０に照射された一部のカーボンナノチューブは削除される。これにより、カーボンナノチューブの分布密度が低下した薄い領域１２６、２２６、３２６を形成することができる。
【００４１】
前記薄い領域１２６、２２６、３２６のカーボンナノチューブの分布密度が前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の他の領域のカーボンナノチューブの分布密度より小さいので、前記薄い領域１２６、２２６、３２６の光透過率が、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の他の領域の光透過率より１０％〜２０％高い。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の光透過率が７５％より高くなるが、８５％より高くなる場合もある。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の光透過率が高くなることができる。
【００４２】
前記ステップＳ１０は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を基板１４０の一つの表面に被覆させるステップ１３を含まない場合、前記ステップＳ２０で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を懸架させて、薄い領域１２６、２２６、３２６を形成することにより、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を基板１４０の一つの表面に被覆させることができる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００自身の接着性によって直接的に前記基板１４０の一つの表面に付着することができる。更に、前記基板１４０及び前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００は、接着剤層１３０によって接着されることができる。
【００４３】
一つの例として、前記基板１４０の一つの表面に絶縁性を有する高分子材料溶液を付着した後、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を、前記高分子材料溶液上に被覆する。前記高分子材料溶液は、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の薄い領域１２６、２２６、３２６に浸透された後、前記高分子材料溶液を凝固させることにより、複合フィルムを形成することができる。この場合、該複合フィルムの前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差は、更に増加される。前記凝固された高分子材料は、接着剤１３０として用いられる。
【００４４】
複数の薄い領域１２６を有する前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の利点を例証するために、二つの測定が実行される。前記二つの測定に、レーザー能力が全部で３．６Ｗであり、前記レーザービーム１７０のパルス数が１００ｋＨｚであり、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の長さ及び幅がそれぞれ３０ｍｍである。測定結果がそれぞれ表１に示されている。
【００４５】
【表１】
【符号の説明】
【００４６】
１００、２００、３００ 異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム
１２６、２２６、３２６ 薄い領域
１２４、２２４、３２４ 列
１２７、２２７、３２７ 正常領域
１４３ａ 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
１２０ ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
１１０ 引き出す装置
１４０ 基板
１５０ カーボンナノチューブアレイ
１６０ レーザー装置
１７０ レーザービーム
１８０ 光スポット
１９０ 経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム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を微視的尺度の分野に広くに応用しているが、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、良好な透明度を持っている。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、よい熱・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、自身的に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晶ディスプレイなどで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アレイから直接的に引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムに、互に平行、隣接するカーボンナノチューブは分子間力で結合されて、大きい直径を有するカーボンナノチューブ束を形成し得る。前記カーボンナノチューブ束が大きい密度を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムの光透過性に影響する。
【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、本発明は良好な光透過性がある異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブからなる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、少なくとも一つの薄い領域を有する。前記複数のカーボンナノチューブの長手方向を第一方向と定義する。前記少なくとも一つの薄い領域は、前記第一方向に沿って少なくとも一つの列に配列する。
【０００９】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向と同じ方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム及びその製造方法は、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムをレーザーで走査した後、前記レーザーに照射された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおける一部のカーボンナノチューブは、レーザーエネルギーを吸収して空気中の酸素と反応することにより分解する。従って、前記レーザーに照射された一部のカーボンナノチューブが削除されるこれにより、カーボンナノチューブの分布密度が低下するので、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの光透過率を高める。前記レーザーがカーボンナノチューブの長度方向に沿って走査するので、前記レーザー列の間のカーボンナノチューブが損壊されないので、前記異なる密度を有する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の長度方向に沿った方向の導電性に影響を及ぼさない。且つ、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの前記第一方向とそれに垂直な第二方向の間の導電性の差を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例１の一つの構造を示す図である。
【図２】図１に示す異なる密度を有する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３】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例１のもう一つの構造を示す図である。
【図４】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例２の構造を示す図である。
【図５】本発明異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの実施例３の構造を示す図である。
【図６】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法の製造工程を示す図である。
【図７】図６に示すドローン構造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８】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９】図１及び図８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１０】図８に示すドローン構造カーボンナノチューブフィルムを一つの基板に被覆した図である。
【図１１】異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法の製造工程を示す図である。
【図１２】光スポットがドローンカーボンナノチューブフィルムを移動する一つの路線を示す図である。
【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、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００を提供する。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００における複数のカーボンナノチューブは、図１に示すように、第一方向Ｘに沿って配列されている。図９を参照すると、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａを含む。各々の前記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からなる。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。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ａは、前記カーボンナノチューブの長手方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。
【００１４】
前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、複数の薄い領域１２６及び複数の正常領域１２７に分割されている。図２を参照すると、前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度より小さい。更に、前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度の０％〜８０％であるが、好ましくは、０％〜５０％である。前記薄い領域１２６におけるカーボンナノチューブの密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブの密度の０％である場合、前記薄い領域１２６は、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００に形成された穴である。
【００１５】
前記複数の薄い領域１２６は、前記第一方向Ｘに沿って配列して、複数の列１２４を形成し、且つ互いに前記正常領域１２７から所定の距離で離隔される。各々の前記列１２４に、隣接する薄い領域１２６の間に距離d１を有する。前記距離d１は１００マイクロメートルより小さい。図１参照すると、前記第一方向Ｘと垂直方向を第二方向Ｙと定義することができる。第二方向Ｙに沿って、前記隣接する列１２４の間に距離d２を有する。前記距離ｄ２は距離ｄ１より大きいことが好ましい。前記距離ｄ２は１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは、前記距離ｄ２は１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであるが、より好ましくは、前記距離ｄ２は２０マイクロメートルである。前記隣接する列１２４の間の距離d２が異なることができるが、同じであることが好ましい。
【００１６】
前記薄い領域１２６の形状に対しては特に制限がなく、実際の適用によって円形や、他の形状を有することができる。前記薄い領域１２６の形状が円形である場合、前記薄い領域１２６の直径Ｄは、１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることが好ましい。前記薄い領域１２６の直径Ｄは、２０マイクロメートルであることがより好ましい。各々の前記列１２４における前記薄い領域１２６の数量が同じであることができる。
【００１７】
図１及び図３を参照すると、前記薄い領域１２６は、前記第二方向Ｙに沿って並列又は交互に配列されることができる。図１及び図３を参照すると、前記隣接する二つの列１２４の間におけるカーボンナノチューブ１４５が端と端が接続されている。これにより、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００に、前記第一方向Ｘに沿った少なくとも一つの連続な導電パスが形成されている。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の前記第一方向Ｘの導電性は、前記薄い領域１２６に影響されない。前記第二方向Ｙに沿って、前記薄い領域１２６が形成されたので、前記第二方向Ｙに沿って、前記カーボンナノチューブ１４５（前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００における複数のカーボンナノチューブは、本質的に前記第一方向Ｘに沿って配列されている）が電気的に接続される可能性を更に低下させることができる。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００は、前記第二方向Ｙに沿って導電する可能性を非常に減少できる。即ち、前記薄い領域１２６によって、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差を増加させることができる。
【００１８】
前記薄い領域１２６における前記カーボンナノチューブ１４５の密度が、前記正常領域１２７におけるカーボンナノチューブ１４５の密度の０％〜５０％である場合、前記薄い領域１２６の光透過率が、前記正常領域１２７の光透過率より１０％〜２０％高い。前記薄い領域１２６が穴である場合、前記薄い領域１２６の光透過率が、前記正常領域１２７の光透過率より更に高くなる。従って、全体の前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の光透過率を高めることができる。
【００１９】
（実施例２）
図４を参照すると、本実施例は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００を提供する。本実施例の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００は実施例１の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００と比べて、次の異なる点がある。本実施例の薄い領域２２６の形状は帯状である。各々の列２２４に複数の薄い領域２２６が間隔をおいて配列されているが、前記各々の列２２４における帯状の薄い領域２２６の長さ方向が第一方向Ｘに平行している。前記帯状の薄い領域２２６の長さがその幅より大きい。前記帯状の薄い領域２２６の幅は、１マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。
【００２０】
（実施例３）
図５参照すると、本実施例は、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００を提供する。本実施例の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００は実施例２の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム２００と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、帯状の薄い領域３２６は、第一方向Ｘに沿って前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００全体を横切って伸びる。即ち、各々の列３２４に、一つの帯状の薄い領域３２６だけが配列されている。隣接した二つの帯状の薄い領域３２６の間に、一つの正常領域３２７が配列されている。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００は、前記第二方向Ｙに沿って導電する可能性を更に減少できる。即ち、前記薄い領域３２６によって、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム３００の前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差を更に増加させることができる。別に、前記正常領域３２７及び前記帯状の薄い領域３２６は、第二方向Ｙに沿って配列されることができる。
【００２１】
以下、本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の製造方法の実施例について説明する。
【００２２】
本発明の異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の製造方法は、同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブ１４５のみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を形成するステップＳ１０と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を処理して、前記カーボンナノチューブ１４５の配列方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域１２６、２２６、３２６を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を形成するステップＳ２０と、を含む。
【００２３】
前記ステップＳ１０において、前記ドローン構造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１５０（非特許文献２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。図６を参照すると、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の製造方法は、カーボンナノチューブアレイ１５０を提供するステップＳ１１と、前記カーボンナノチューブアレイ１５０から引き出す装置１１０によって、少なくとも、一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばすステップＳ１２と、を含む。
【００２４】
前記ステップＳ１１において、該カーボンナノチューブアレイ１５０は、相互に平行、且つ前記基板に垂直な複数のカーボンナノチューブを含む。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、円形の平らな基板を提供し、該基板は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、該基板は４インチのシリコン基材からなることが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基板の表面に、均一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該基板を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板２０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５０マイクロメートル〜５ミリメートルであるが、好ましくは、１００マイクロメートル〜９００マイクロメートルである。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。
【００２５】
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。
【００２６】
本実施例から提供される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。
【００２７】
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。本実施例において、前記カーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブである。
【００２８】
図７を参照すると、前記ステップＳ１２において、引き出す装置によってカーボンナノチューブアレイから複数のカーボンナノチューブ引き出して、それぞれ前記基材から脱離すると、該複数のカーボンナノチューブに隣接する複数のカーボンナノチューブが、分子間力で前記引き出す装置に接着された複数のカーボンナノチューブに端と端で接合されて、続いて前記基材から脱離する。このように、分子間力で複数の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ａが端と端で接合されて、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２９】
前記ステップＳ１２において、一枚の前記ドローン構造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７を参照）。即ち、一枚の前記ドローン構造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、前記ドローン構造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８及び図９を参照すると、一枚の前記ドローン構造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。一枚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。前記ドローン構造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。
【００３０】
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、自立構造を有する薄膜である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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、前記ドローン構造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。
【００３１】
図１０を参照すると、前記ステップＳ１０は、更に、前記ステップ１２で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き伸ばして得られた後、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を基板１４０の一つの表面に被覆させるステップ１３を含むことができる。前記カーボンナノチューブアレイ１５０は、不純物を含まず、且つカーボンナノチューブは大きな比表面積を有するので、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、強い接着性を有する。従って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、自身の接着性によって直接的に前記基板１４０の一つの表面に付着することができる。
【００３２】
前記基板１４０は、例えば、金属、合金、シリコン、石英、セラミック、ガラス又はダイヤモンドのような硬性材料又は例えば、プラスチック又は樹脂のような柔らかな材料からなる。前記基板１４０に対しては特に制限がなく、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を支持させればよい。本実施例において、前記基板１４０は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）からなる。更に、前記基板１４０及び前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０は、接着剤層１３０によって接着されることができる。前記接着剤層１３０の材料に対しては特に制限がなく、前記基板１４０及び前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を堅固に接着させればよい。前記接着剤層１３０は、感圧接着剤層、熱溶融性接着剤層又は感光接着剤層であることができる。本実施例において、前記接着剤層１３０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。
【００３３】
前記ステップＳ１０で形成された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の光透過率が７５％より小さい。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を引き出して得る場合、続いて前記基材から脱離した各々のカーボンナノチューブセグメント１４３ａの幅及び厚さを制御することが難しい。この場合、大きな幅と厚さを有するカーボンナノチューブセグメント１４３ａは、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の光線透過率が低い要因になっている可能性がある。
【００３４】
図１１及び図１２を参照すると、前記ステップＳ２０は、レーザー装置１６０を提供し、前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に照射して、光スポット１８０を形成させるステップＳ２１と、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を前記レーザー装置１６０に対して相対運動させ、前記レーザー装置１６０からの前記レーザービーム１７０が前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に形成された光スポット１８０を、前記第一方向Ｘに沿って移動させて、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に薄い領域１２６、２２６、３２６を形成するステップＳ２２と、を含む。
【００３５】
前記ステップＳ２１において、前記レーザー装置１６０は、アルゴン・イオンレーザー装置又は二酸化炭素レーザー装置である。本実施例において、前記レーザー装置１６０の能力は１２Ｗである。前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０は、パルス・レーザーであることができる。この場合、前記レーザービーム１７０のパワーは１〜１００Ｗである。
【００３６】
図１２を参照すると、前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に照射して形成された光スポット１８０は、円形である。該円形の光スポット１８０の直径は、１μｍ〜５ｍｍであるが、好ましくは、２０μｍである。前記レーザービーム１７０をレンズによって集中して、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０により小さい直径を有する光スポット１８０を形成することができる。更に、前記レーザー装置１６０に複数のレーザー素子を配置することにより、前記光スポット１８０の形状を制御することができる。本実施例において、前記光スポット１８０の形状は帯状パターンを有し、その幅が１μｍ〜５ｍｍであるが、好ましくは、２０μｍである。
【００３７】
前記ステップＳ２１において、前記光スポット１８０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に前記第一方向Ｘに沿って移動させることは、前記レーザー装置１６０を固定して、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を移動することにより実現することができ、又は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を固定して、前記レーザー装置１６０を移動することにより実現することができる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を固定した場合、前記レーザー装置１６０を前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に対して平行に移動し、又は、前記レーザー装置１６０の光射出部の光射出角度を制御することにより、前記光スポット１８０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の異なる位置に投影することができる。
【００３８】
前記レーザー装置１６０からのレーザービーム１７０は、パルス・レーザーであるので、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０と前記レーザービーム１７０の間の相対速度が十分的に大きい場合、前記レーザービーム１７０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に所定の間隔をおいて照射することができる。この場合、図１及び図３に示すような、複数の所定の間隔をおいて配列された薄い領域１２６を形成することができる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０と前記レーザービーム１７０の間の相対速度が前記光スポット１８０の直径及び前記レーザービーム１７０のパルス数の積より小さい場合、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０の複数のパルス・レーザービーム１７０によって照射された部分は、互いに接続するか重畳する。この場合、図４に示すような薄い領域２２６又は図５に示すような薄い領域３２６を形成することができる。
【００３９】
更に、薄い領域１２６、２２６、３２６を有する複数の列１２４を形成する必要がある場合、前記方法によって一つの列１２４を形成した後、前記第二方向Ｙに沿って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を、前記レーザー装置１６０に対して、所定の距離で相対移動した後、前記方法によって前記第一方向Ｘに沿ったもう一つの列１２４を形成することができる。又は、前記方法によって一つの列１２４を形成した後、前記第二方向Ｙに沿って、前記レーザー装置１６０を、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０に対して、所定の距離で相対移動した後、前記方法によって前記第一方向Ｘに沿ったもう一つの列１２４を形成することができる。図１２を参照すると、本実施例において、前記光スポット１８０が前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を移動する経路１９０は、ヘビ形の経路である。
【００４０】
前記ステップＳ２０は、酸素がある環境において、例えば空気中で行う場合、前記レーザービーム１７０に照射された前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０における一部のカーボンナノチューブは、レーザーエネルギーを吸収して空気中の酸素と反応することにより分解する。従って、前記レーザービーム１７０に照射された一部のカーボンナノチューブは削除される。これにより、カーボンナノチューブの分布密度が低下した薄い領域１２６、２２６、３２６を形成することができる。
【００４１】
前記薄い領域１２６、２２６、３２６のカーボンナノチューブの分布密度が前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の他の領域のカーボンナノチューブの分布密度より小さいので、前記薄い領域１２６、２２６、３２６の光透過率が、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の他の領域の光透過率より１０％〜２０％高い。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の光透過率が７５％より高くなるが、８５％より高くなる場合もある。従って、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の光透過率が高くなることができる。
【００４２】
前記ステップＳ１０は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を基板１４０の一つの表面に被覆させるステップ１３を含まない場合、前記ステップＳ２０で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１２０を懸架させて、薄い領域１２６、２２６、３２６を形成することにより、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を基板１４０の一つの表面に被覆させることができる。前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００自身の接着性によって直接的に前記基板１４０の一つの表面に付着することができる。更に、前記基板１４０及び前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００は、接着剤層１３０によって接着されることができる。
【００４３】
一つの例として、前記基板１４０の一つの表面に絶縁性を有する高分子材料溶液を付着した後、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００を、前記高分子材料溶液上に被覆する。前記高分子材料溶液は、前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００、２００、３００の薄い領域１２６、２２６、３２６に浸透された後、前記高分子材料溶液を凝固させることにより、複合フィルムを形成することができる。この場合、該複合フィルムの前記第一方向Ｘと第二方向Ｙの間の導電性の差は、更に増加される。前記凝固された高分子材料は、接着剤１３０として用いられる。
【００４４】
複数の薄い領域１２６を有する前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の利点を例証するために、二つの測定が実行される。前記二つの測定に、レーザー能力が全部で３．６Ｗであり、前記レーザービーム１７０のパルス数が１００ｋＨｚであり、異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム１００の長さ及び幅がそれぞれ３０ｍｍである。測定結果がそれぞれ表１に示されている。
【００４５】
【表１】
【符号の説明】
【００４６】
１００、２００、３００ 異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム
１２６、２２６、３２６ 薄い領域
１２４、２２４、３２４ 列
１２７、２２７、３２７ 正常領域
１４３ａ 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
１２０ ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
１１０ 引き出す装置
１４０ 基板
１５０ カーボンナノチューブアレイ
１６０ レーザー装置
１７０ レーザービーム
１８０ 光スポット
１９０ 経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなる異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムであって、
前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、少なくとも一つの薄い領域を有し、
前記複数のカーボンナノチューブの長手方向を第一方向と定義し、
前記少なくとも一つの薄い領域は、前記第一方向に沿って少なくとも一つの列に配列されていることを特徴とする異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム。
【請求項２】
同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、
を含むことを特徴とする異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法。
【請求項１】
同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなる異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムであって、
前記異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムは、少なくとも一つの薄い領域を有し、
前記複数のカーボンナノチューブの長手方向を第一方向と定義し、
前記少なくとも一つの薄い領域は、前記第一方向に沿って少なくとも一つの列に配列されていることを特徴とする異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルム。
【請求項２】
同じ方向に沿って、端と端が接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを形成する第一ステップと、
前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理して、前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、少なくとも一つの列に配列して形成された薄い領域を含む異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムを形成する第二ステップと、
を含むことを特徴とする異なる密度を有するカーボンナノチューブフィルムの製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１６６３７（Ｐ２０１１−１１６６３７Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５０２３（Ｐ２０１０−２５５０２３）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（５０９３１２５９２）北京富納特創新科技有限公司 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（５０９３１２５９２）北京富納特創新科技有限公司 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]