線熱源
【課題】カーボンナノチューブを利用したエネルギー転換効率の高い線熱源を提供する。
【解決手段】線熱源は、線状の支持体２０２と、前記線状の支持体２０２に設置された加熱素子２０４と、前記加熱素子２０４と電気的に接続された二つの電極２０６と、を含み、前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６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構造体であり、前記加熱素子２０４は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムである。
【解決手段】線熱源は、線状の支持体２０２と、前記線状の支持体２０２に設置された加熱素子２０４と、前記加熱素子２０４と電気的に接続された二つの電極２０６と、を含み、前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６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構造体であり、前記加熱素子２０４は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した線熱源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱源は、人々の生活及び科学の研究などの分野において重要な役割を果たす。例えば、電気加熱器、電気ストーブ及び赤外線治療器などに応用される。
【０００３】
図１は、従来技術における線熱源１０を示す。該線熱源１０は、円柱状の支持体１０２と、加熱素子１０４と、保護層１０６と、二つの電極１１０と、二つの固定素子１０８とを含む。前記加熱素子１０４は、前記支持体１０２の表面に設置される。前記保護層１０６は、前記加熱素子１０４の表面に設置される。前記二つの電極１１０は、それぞれ、前記支持体１０２の両端に設置され、前記加熱素子１０４に電気的に接続される。前記二つの固定素子１０８は、それぞれ、前記二つの電極１１０及び前記加熱素子１０４を前記支持体１０２の両端に固定する。前記加熱素子１０４は、炭素繊維紙であり、該炭素繊維紙は、紙の基材及び該紙の基材に乱雑に分布されたアスファルト基の炭素繊維を含む。前記紙の基材は、セルロース繊維及び樹脂などの混合物である。前記炭素繊維紙は、前記支持体１０２に巻き付き、又は前記支持体１０２を被覆する。前記二つの電極１１０によって前記加熱素子１０４に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、炭素繊維紙が厚く、一般的には、数十マイクロメートルであるので、前記線熱源１０は、極めて小型の構造を製造しにくく、極めて小型の加熱対象を加熱することに応用できないという欠点がある。前記炭素繊維紙が紙の基材を含むので、該炭素繊維紙の密度及び重量が大きく、前記線熱源の応用することに不便であるという欠点がある。前記炭素繊維紙におけるアスファルト基の炭素繊維が乱雑に分布されるので、該炭素繊維紙は、強度が悪く、強靭性が良くなく、折れやすくなり、応用される範囲が制限されるという欠点がある。前記炭素繊維紙は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が低く、エネルギーが浪費されるという欠点がある。
【０００６】
従って、本発明は、線熱源及び該線熱源の製造方法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】
【０００７】
本発明の線熱源は、線状の支持体と、前記線状の支持体に設置された加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された二つの電極と、を含み、前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、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構造体であり、前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムである。
【０００８】
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、前記二つの電極の一つの電極から他の電極に向かう方向に配列される。
【発明の効果】
【０００９】
従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に係る線熱源の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る線熱源の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る線熱源の図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る線熱源の図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る線熱源における、端と端が接続されたカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図６】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７】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが、長さが基本的に同じで、平行に配列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８】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが等方的に配列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９】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列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】本発明の実施例に係る線熱源における、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの写真である。
【図１１】本発明の実施例に係る線熱源における、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図１２】ろ過された綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体の写真である。
【図１３】異なる仕事率で、それぞれ異なる測量器具を利用して、本実施例１におけるカーボンナノチューブ構造体の表面温度を測量したグラフである。
【図１４】本発明の実施例に係る線熱源における、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施例に係る線熱源における、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係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１７】本発明の実施例に係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１８】本発明の実施例２に係る線熱源の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例３に係る線熱源の構造を示す図である。
【図２０】本発明の実施例４に係る線熱源の構造を示す図である。
【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】
（実施例１）
図２〜図４を参照すると、本発明の実施例１は、線熱源２０を提供する。該線熱源２０は、線状の支持体２０２と、反射層２１０と、加熱素子２０４と、保護層２０８と、二つの電極２０６とを含む。
【００１３】
前記反射層２１０は、前記線状の支持体２０２の表面に設置される。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０の表面に設置される。前記二つの電極２０６は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子２０４に電気的に接続される。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面に設置される。前記線熱源２０は、長さ及び直径が制限されず、該直径が１．０ミリメートル〜１．５センチメートルであることが好ましい。本実施例において、前記線熱源２０は、直径が１．１ミリメートル〜１．１センチメートルである。
【００１４】
前記線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔らかい繊維などの柔らかい材料であってもよい。前記線状の支持体２０２が柔らかい材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２は、長さ及び直径が制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が０．５ミリメートル〜１センチメートルである。
【００１５】
前記反射層２１０は、前記加熱素子２０４から放出した熱を反射し、該熱を外界の空間に放出させ、加熱効率を高めることに用いられる。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、物理気相堆積法又は化学気相堆積法などの方法で製造することができる。本実施例において、スパッタリングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に酸化アルミニウムを堆積し、前記反射層２１０を形成する。勿論、前記反射層２１０を設置せず、即ち、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。
【００１６】
前記加熱素子２０４は、カーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は、自立構造である。自立構造とは、支持体を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立的に利用するというものである。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布される。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定される。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体は、長さ、幅及び厚さが制限されず、実際の応用により製造することができる。本発明のカーボンナノチューブ構造体は、長さが１センチメートル〜１０センチメートルであり、幅が１センチメートル〜１０センチメートルであり、厚さが０．５ナノメートル〜２．０ミリメートルであり、０．０１マイクロメートル〜１．０ミリ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構造体の熱応答速度は、該カーボンナノチューブ構造体の厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体は、同じ表面積を有する場合、その厚さが厚ければ、熱応答速度が遅くなり、その厚さが薄ければ、熱応答速度が速くなる。前記カーボンナノチューブ構造体の純度が高く、該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルである場合、該カーボンナノチューブ構造体が１秒以下の時間で最高温度に達することができるので、前記線熱源２０は、加熱対象を速やかに加熱することができる。
【００１８】
（一）前記カーボンナノチューブ構造体は、図５に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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）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１４３ａ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。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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。図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さが基本的に同じで、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが１０マイクロメートル以下である場合、該カーボンナノチューブフィルム１４３ａの透光率が９６％以上程度に達するため、透明熱源に用いられることも可能である。一枚の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの単位面積当たりの熱容量は、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５は、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５が０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、隙間なく並列されることもできる。
【００２０】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２１】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。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束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００２５】
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、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２６】
（二）前記カーボンナノチューブ構造体は、図７に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する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フィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は０マイクロメートル〜５マイクロメートルである。前記距離が０マイクロメートルである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムにおける各々の前記カーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムの長さと基本的に同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１センチメートル以上であり、１センチメートル〜３０センチメートルであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブには結節がない。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは１０マイクロメートルである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０センチメートルである。
【００２７】
（三）前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは、図８又は図９に示される。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２８】
図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００２９】
図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３０】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３１】
（四）前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図１０及び図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において、複数のカーボンナノチューブは、相互に絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであると好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０マイクロメートル以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルであり、１００マイクロメートルであることが好ましい。
【００３２】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブの原料を提供する。
【００３４】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブの原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであることが好ましい。
【００３５】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブの原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブの原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００３６】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００３７】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００３８】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１２を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００３９】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を焙り、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図１０と図１１に示す綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００４０】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４１】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムだけを含む場合、該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両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚の積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度αは、０°〜９０°である。少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。
【００４３】
（五）前記カーボンナノチューブ構造体は、一つのカーボンナノチューブフィルムのセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおける全てのカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って並列されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおいて、少なくとも一本のカーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの全長と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの一つの寸法は、前記カーボンナノチューブの長さによって制限されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの厚さは、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００４４】
前記二つの電極２０６は、導電材料からなり、前記加熱素子２０４の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子２０４の対向する両表面に設置される。前記二つの電極２０６の形状は制限されない。前記二つの電極２０６は、極めて小型の線熱源に応用される時には、導電フィルムであり、該導電フィルムの厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。該導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムである。前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブ構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ構造体は、図５及び図７の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムであることが好ましい。
【００４５】
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、前記二つの電極２０６は、直接前記反射層２１０の表面を被覆し、又は直接前記反射層２１０の表面に巻き付けられることができる。或いは、前記二つの電極２０６を、導電接着剤で前記反射層２１０の表面に接着させてもよい。該二つの電極２０６を前記加熱素子２０４に電気的に接続させると同時に、該加熱素子２０４の表面によく固定させる。本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａであり、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが０°の角度を成す。即ち、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、配列される。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。
【００４６】
本実施例において、前記加熱素子２０４は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａは分子間力で緊密に接続される。図６を参照すると、各々のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブ１４５を含む。前記加熱素子２０４において、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５の配列された方向が垂直する。一部のカーボンナノチューブは、前記第一電極１２から前記第二電極１４に向かう方向に配列される。前記加熱素子２０４は、面積が９平方センチメートルであり、長さが３センチメートルであり、幅が３センチメートルであり、厚さが５０マイクロメートルである。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６を被覆し、該二つの電極２０６に電気的に接続される。
【００４７】
前記保護層２０８の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。
【００４８】
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記二つの電極２０６により前記加熱素子２０４に電圧を印加する場合、該線熱源２０における加熱素子２０４のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象が、前記線熱源２０に直接接触し、又は、前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置されてもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波が、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子２０４の寸法及び該加熱素子２０４に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子２０４から放出される熱を制御することができる。前記電圧が一定である場合、前記加熱素子２０４の厚さを変化させることにより、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長を調整することができる。即ち、前記加熱素子２０４が厚くなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子２０４の厚さが一定である場合、前記加熱素子２０４に印加された電圧が大きくなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。従って、前記線熱源２０は簡単に制御することができる。
【００４９】
本実施例の線熱源２０を空気雰囲気下に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０の温度が５０℃〜５００℃に達する。前記カーボンナノチューブ構造体の温度を２００℃〜４５０℃まで上げる場合、前記加熱素子２０４は熱輻射することができる。前記加熱素子２０４は、熱輻射が安定し、熱放出の効率が高く、放出する熱量が大きいという優れた点がある。
【００５０】
図１３は、異なる仕事率で、それぞれ異なる二つの測量器具を利用して、本実施例におけるカーボンナノチューブ構造体の表面温度を測量したグラフである。二つの測量器具は、それぞれ、赤外線温度計のＲＡＹＴＥＫ ＲＡＹＮＥＲ ＩＰ−Ｍ及び赤外線温度計のＡＺ−８８５９である。測量すると、加熱する仕事率が３６ワットである場合、前記カーボンナノチューブ構造体の表面温度は、３７０℃に達することが分かる。該カーボンナノチューブ構造体は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い。
【００５１】
本実施例の線熱源２０を真空装置に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該線熱源２０は、例えば、赤光及び黄光などの可視光線を放出し、通常の熱輻射を形成することができる。この場合、前記線熱源２０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記線熱源２０に印加された電圧が十分に強い場合、前記線熱源２０は、紫外光線を放出することができる。
【００５２】
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源に電気的に接続させる場合、該線熱源２０における加熱素子２０４のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象を前記線熱源２０に直接接触してもよく、又は、加熱対象を前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置してもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波により、前記加熱対象を加熱する。
【００５３】
（実施例２）
本実施例は、線熱源を提供する。本実施例の線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含むカーボンナノチューブ構造体を含むことである。
【００５４】
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造を含む。前記カーボンナノチューブ線状構造は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であり、０（０は含まず）〜５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルであり、１．０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。
【００５５】
前記カーボンナノチューブ線状構造が二本以上のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、各々のカーボンナノチューブワイヤが平行に配列され、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１４に示すように）又は各々のカーボンナノチューブワイヤが、螺旋状に配列され、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１５に示すように）。即ち、図１４を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブ線状構造１６０の長手方向に沿って、平行に配列される。図１５を参照すると、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、前記線状構造１７０の軸向に沿って、螺旋状に配列される。
【００５６】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１及び、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、それぞれ、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６に示すように）及びねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１７に示すように）である。
【００５７】
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルであり、該直径の大きさが前記カーボンナノチューブワイヤの数量及びその直径に関係がある。前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きいほど、数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が大きくなる。これとは逆に、前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さいほど、数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が小さくなる。
【００５８】
図１６を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で処理して、得たものである。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、その長手方向に沿って、配列し、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。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。
【００５９】
前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。図１７を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００６０】
前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されるので、該カーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。
【００６１】
また、前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを揮発性有機溶剤で処理してもよい。前記揮発性有機溶剤の表面力の作用で前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に接続されるので、該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、大きな密度、優れた機械強度及び優れた強靭性を有する。
【００６２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、一つの前記カーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記電極２０６に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造が平行に配列され、又は交叉して配列される。前記交叉して配列されたカーボンナノチューブ線状構造の交叉する角度は、制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造を設置する方式が制限されず、均一な加熱素子２０４を形成することができることを確保してもよい。
【００６３】
本実施例において、図１８を参照すると、前記加熱素子２０４が複数の図１５に示すねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０を含み、各々のねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０が前記線状の支持体２０２の表面に平行に配列する。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０の軸向に沿って螺旋状に配列された複数のねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１を含む。該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１は、該カーボンナノチューブワイヤ１７１の軸向に沿って、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。
【００６４】
前記二つの電極２０６は、図１４又は図１５の示すカーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。本実施例において、前記二つの電極２０６は一本の図１４に示す前記カーボンナノチューブ線状構造１６０を含む。該カーボンナノチューブ線状構造１６０は、該線状構造１６０の長手方向に沿って平行に配列された複数の非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１を含む。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１は、その長手方向に沿って配列し、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。
【００６５】
勿論、前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブ線状構造であってもよい。実施例１の二つの電極２０６は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むこともできる。これに制限されず、前記二つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブフィルムと前記カーボンナノチューブ線状構造との複合構造を含むこともできる。
【００６６】
（実施例３）
図１９を参照し、本発明の実施例３による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該複数のカーボンナノチューブ線状構造は交叉して配列されていることである。例えば、一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は平行に配列され、前記二つの電極２０６に電気的に接続され、もう一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は、前記二つの電極２０６に電気的に接続された前記カーボンナノチューブ線状構造に、垂直に配列される。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５に示すように）である。
【００６７】
（実施例４）
図２０を参照し、本発明の実施例４による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が一本のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該カーボンナノチューブ線状構造が前記線状の支持体２０２に設置された反射層２１０の表面に巻き付かれ、該カーボンナノチューブ線状構造の両端がそれぞれ、前記二つの電極２０６に電気的に接続されることである。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１５に示すように）である。また、前記カーボンナノチューブ線状構造は、一本のカーボンナノチューブワイヤだけを含んでもよい。
【００６８】
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルムとカーボンナノチューブ線状構造との複合構造でもあってもよい。前記カーボンナノチューブ線状構造が前記カーボンナノチューブフィルムに設置され、加熱素子２０４を形成する。
【００６９】
前記線熱源において、従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。
【００７０】
前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【００７１】
前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。
【００７２】
本発明は、前記線熱源の製造方法を提供する。具体的には、図２〜図４を参照すると、前記実施例１の線熱源２０を製造する方法を例として、詳しく説明する。
【００７３】
第一ステップでは、線状の支持体２０２を提供する。
【００７４】
線状の支持体２０２を提供する。該線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔軟な繊維などの柔軟な材料であってもよい。前記線状の支持体２０２として柔軟な材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２は、長さ及び直径が制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が１センチメートルである。
【００７５】
第二ステップでは、前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。
【００７６】
塗布又はコーティングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、前記カーボンナノチューブ構造体から放出された熱を反射し、熱を外界の空間に放出させる。勿論、前記反射層２１０を設置せず、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。即ち、前記線熱源２０の製造方法は、第二ステップを含まなくてもよい。
【００７７】
第三ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。
【００７８】
カーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法は、上述のカーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法である。
【００７９】
第四ステップでは、二つの電極２０６を提供し、該二つの電極２０６を、間隔を置いて前記反射層に設置される。
【００８０】
前記二つの電極２０６は、導電フィルム又はリード線である。前記導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブ線状構造であり、例えば、該カーボンナノチューブ線状構造は、図１４又は図１５に示すカーボンナノチューブ線状構造である。
【００８１】
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着することができる。或いは、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記加熱素子２０４の表面に接着することもできる。前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体以外の物である場合、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着する。
【００８２】
本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含み、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが０°の角度を成す。即ち、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列され、該配列された方向が、前記線状の支持体２０２の長手方向に平行する。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。
【００８３】
第五ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に設置し、加熱素子２０４とする。
【００８４】
前記カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、該カーボンナノチューブ構造体を直接前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆させ、又は巻き付けることができる。或いは、前記カーボンナノチューブ構造体を、導電接着剤で前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に接着してもよい。前記導電接着剤は、銀ペーストである。前記線熱源２０が反射層２１０を含まない場合、前記カーボンナノチューブ構造体を前記線状の支持体２０２の表面に設置する。
【００８５】
前記カーボンナノチューブ構造体が設置する方式は、該カーボンナノチューブ構造体の構造と関係がある。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａである。前記隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差される。該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、該カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆する。
【００８６】
第六ステップでは、前記加熱素子２０４の表面に保護層２０８を形成する。
【００８７】
前記保護層２０８の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。即ち、該線熱源２０の製造方法は、前記第六ステップを含まなくてもよい。
【００８８】
前記線熱源の製造方法は、簡単であり、コストが減少し、極めて小型の線熱源を製造することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０、２０ 線熱源
１０２、２０２ 支持体
１０４、２０４ 加熱素子
１０６、２０８ 保護層
１０８ 固定素子
１１０、２０６ 電極
２１０ 反射層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
１６０ 非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１７０ ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１６１、１７１ カーボンナノチューブワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した線熱源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱源は、人々の生活及び科学の研究などの分野において重要な役割を果たす。例えば、電気加熱器、電気ストーブ及び赤外線治療器などに応用される。
【０００３】
図１は、従来技術における線熱源１０を示す。該線熱源１０は、円柱状の支持体１０２と、加熱素子１０４と、保護層１０６と、二つの電極１１０と、二つの固定素子１０８とを含む。前記加熱素子１０４は、前記支持体１０２の表面に設置される。前記保護層１０６は、前記加熱素子１０４の表面に設置される。前記二つの電極１１０は、それぞれ、前記支持体１０２の両端に設置され、前記加熱素子１０４に電気的に接続される。前記二つの固定素子１０８は、それぞれ、前記二つの電極１１０及び前記加熱素子１０４を前記支持体１０２の両端に固定する。前記加熱素子１０４は、炭素繊維紙であり、該炭素繊維紙は、紙の基材及び該紙の基材に乱雑に分布されたアスファルト基の炭素繊維を含む。前記紙の基材は、セルロース繊維及び樹脂などの混合物である。前記炭素繊維紙は、前記支持体１０２に巻き付き、又は前記支持体１０２を被覆する。前記二つの電極１１０によって前記加熱素子１０４に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、炭素繊維紙が厚く、一般的には、数十マイクロメートルであるので、前記線熱源１０は、極めて小型の構造を製造しにくく、極めて小型の加熱対象を加熱することに応用できないという欠点がある。前記炭素繊維紙が紙の基材を含むので、該炭素繊維紙の密度及び重量が大きく、前記線熱源の応用することに不便であるという欠点がある。前記炭素繊維紙におけるアスファルト基の炭素繊維が乱雑に分布されるので、該炭素繊維紙は、強度が悪く、強靭性が良くなく、折れやすくなり、応用される範囲が制限されるという欠点がある。前記炭素繊維紙は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が低く、エネルギーが浪費されるという欠点がある。
【０００６】
従って、本発明は、線熱源及び該線熱源の製造方法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】
【０００７】
本発明の線熱源は、線状の支持体と、前記線状の支持体に設置された加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された二つの電極と、を含み、前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、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構造体であり、前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムである。
【０００８】
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、前記二つの電極の一つの電極から他の電極に向かう方向に配列される。
【発明の効果】
【０００９】
従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術に係る線熱源の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る線熱源の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る線熱源の図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る線熱源の図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る線熱源における、端と端が接続されたカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図６】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７】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが、長さが基本的に同じで、平行に配列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８】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが等方的に配列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９】本発明の実施例に係る線熱源における、カーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列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】本発明の実施例に係る線熱源における、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの写真である。
【図１１】本発明の実施例に係る線熱源における、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図１２】ろ過された綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体の写真である。
【図１３】異なる仕事率で、それぞれ異なる測量器具を利用して、本実施例１におけるカーボンナノチューブ構造体の表面温度を測量したグラフである。
【図１４】本発明の実施例に係る線熱源における、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施例に係る線熱源における、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を示す図である。
【図１６】本発明の実施例に係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１７】本発明の実施例に係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１８】本発明の実施例２に係る線熱源の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例３に係る線熱源の構造を示す図である。
【図２０】本発明の実施例４に係る線熱源の構造を示す図である。
【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】
（実施例１）
図２〜図４を参照すると、本発明の実施例１は、線熱源２０を提供する。該線熱源２０は、線状の支持体２０２と、反射層２１０と、加熱素子２０４と、保護層２０８と、二つの電極２０６とを含む。
【００１３】
前記反射層２１０は、前記線状の支持体２０２の表面に設置される。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０の表面に設置される。前記二つの電極２０６は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子２０４に電気的に接続される。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面に設置される。前記線熱源２０は、長さ及び直径が制限されず、該直径が１．０ミリメートル〜１．５センチメートルであることが好ましい。本実施例において、前記線熱源２０は、直径が１．１ミリメートル〜１．１センチメートルである。
【００１４】
前記線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔らかい繊維などの柔らかい材料であってもよい。前記線状の支持体２０２が柔らかい材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２は、長さ及び直径が制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が０．５ミリメートル〜１センチメートルである。
【００１５】
前記反射層２１０は、前記加熱素子２０４から放出した熱を反射し、該熱を外界の空間に放出させ、加熱効率を高めることに用いられる。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、物理気相堆積法又は化学気相堆積法などの方法で製造することができる。本実施例において、スパッタリングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に酸化アルミニウムを堆積し、前記反射層２１０を形成する。勿論、前記反射層２１０を設置せず、即ち、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。
【００１６】
前記加熱素子２０４は、カーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は、自立構造である。自立構造とは、支持体を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立的に利用するというものである。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布される。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定される。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体は、長さ、幅及び厚さが制限されず、実際の応用により製造することができる。本発明のカーボンナノチューブ構造体は、長さが１センチメートル〜１０センチメートルであり、幅が１センチメートル〜１０センチメートルであり、厚さが０．５ナノメートル〜２．０ミリメートルであり、０．０１マイクロメートル〜１．０ミリ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構造体の熱応答速度は、該カーボンナノチューブ構造体の厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体は、同じ表面積を有する場合、その厚さが厚ければ、熱応答速度が遅くなり、その厚さが薄ければ、熱応答速度が速くなる。前記カーボンナノチューブ構造体の純度が高く、該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルである場合、該カーボンナノチューブ構造体が１秒以下の時間で最高温度に達することができるので、前記線熱源２０は、加熱対象を速やかに加熱することができる。
【００１８】
（一）前記カーボンナノチューブ構造体は、図５に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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）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１４３ａ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。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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。図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さが基本的に同じで、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが１０マイクロメートル以下である場合、該カーボンナノチューブフィルム１４３ａの透光率が９６％以上程度に達するため、透明熱源に用いられることも可能である。一枚の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの単位面積当たりの熱容量は、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５は、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５が０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、隙間なく並列されることもできる。
【００２０】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２１】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。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束からなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００２５】
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、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００２６】
（二）前記カーボンナノチューブ構造体は、図７に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する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フィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は０マイクロメートル〜５マイクロメートルである。前記距離が０マイクロメートルである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムにおける各々の前記カーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムの長さと基本的に同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１センチメートル以上であり、１センチメートル〜３０センチメートルであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブには結節がない。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは１０マイクロメートルである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０センチメートルである。
【００２７】
（三）前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記カーボンナノチューブフィルムは、図８又は図９に示される。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００２８】
図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００２９】
図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３０】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３１】
（四）前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図１０及び図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において、複数のカーボンナノチューブは、相互に絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであると好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接続して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０マイクロメートル以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルであり、１００マイクロメートルであることが好ましい。
【００３２】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブの原料を提供する。
【００３４】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブの原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであることが好ましい。
【００３５】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブの原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブの原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００３６】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００３７】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００３８】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１２を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００３９】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を焙り、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図１０と図１１に示す綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００４０】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４１】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムだけを含む場合、該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両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚の積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度αは、０°〜９０°である。少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。
【００４３】
（五）前記カーボンナノチューブ構造体は、一つのカーボンナノチューブフィルムのセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおける全てのカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って並列されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおいて、少なくとも一本のカーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの全長と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの一つの寸法は、前記カーボンナノチューブの長さによって制限されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの厚さは、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００４４】
前記二つの電極２０６は、導電材料からなり、前記加熱素子２０４の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子２０４の対向する両表面に設置される。前記二つの電極２０６の形状は制限されない。前記二つの電極２０６は、極めて小型の線熱源に応用される時には、導電フィルムであり、該導電フィルムの厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。該導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムである。前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブ構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ構造体は、図５及び図７の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムであることが好ましい。
【００４５】
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、前記二つの電極２０６は、直接前記反射層２１０の表面を被覆し、又は直接前記反射層２１０の表面に巻き付けられることができる。或いは、前記二つの電極２０６を、導電接着剤で前記反射層２１０の表面に接着させてもよい。該二つの電極２０６を前記加熱素子２０４に電気的に接続させると同時に、該加熱素子２０４の表面によく固定させる。本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａであり、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが０°の角度を成す。即ち、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、配列される。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。
【００４６】
本実施例において、前記加熱素子２０４は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａは分子間力で緊密に接続される。図６を参照すると、各々のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブ１４５を含む。前記加熱素子２０４において、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５の配列された方向が垂直する。一部のカーボンナノチューブは、前記第一電極１２から前記第二電極１４に向かう方向に配列される。前記加熱素子２０４は、面積が９平方センチメートルであり、長さが３センチメートルであり、幅が３センチメートルであり、厚さが５０マイクロメートルである。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６を被覆し、該二つの電極２０６に電気的に接続される。
【００４７】
前記保護層２０８の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。
【００４８】
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記二つの電極２０６により前記加熱素子２０４に電圧を印加する場合、該線熱源２０における加熱素子２０４のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象が、前記線熱源２０に直接接触し、又は、前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置されてもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波が、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子２０４の寸法及び該加熱素子２０４に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子２０４から放出される熱を制御することができる。前記電圧が一定である場合、前記加熱素子２０４の厚さを変化させることにより、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長を調整することができる。即ち、前記加熱素子２０４が厚くなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子２０４の厚さが一定である場合、前記加熱素子２０４に印加された電圧が大きくなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。従って、前記線熱源２０は簡単に制御することができる。
【００４９】
本実施例の線熱源２０を空気雰囲気下に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０の温度が５０℃〜５００℃に達する。前記カーボンナノチューブ構造体の温度を２００℃〜４５０℃まで上げる場合、前記加熱素子２０４は熱輻射することができる。前記加熱素子２０４は、熱輻射が安定し、熱放出の効率が高く、放出する熱量が大きいという優れた点がある。
【００５０】
図１３は、異なる仕事率で、それぞれ異なる二つの測量器具を利用して、本実施例におけるカーボンナノチューブ構造体の表面温度を測量したグラフである。二つの測量器具は、それぞれ、赤外線温度計のＲＡＹＴＥＫ ＲＡＹＮＥＲ ＩＰ−Ｍ及び赤外線温度計のＡＺ−８８５９である。測量すると、加熱する仕事率が３６ワットである場合、前記カーボンナノチューブ構造体の表面温度は、３７０℃に達することが分かる。該カーボンナノチューブ構造体は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い。
【００５１】
本実施例の線熱源２０を真空装置に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該線熱源２０は、例えば、赤光及び黄光などの可視光線を放出し、通常の熱輻射を形成することができる。この場合、前記線熱源２０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記線熱源２０に印加された電圧が十分に強い場合、前記線熱源２０は、紫外光線を放出することができる。
【００５２】
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源に電気的に接続させる場合、該線熱源２０における加熱素子２０４のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象を前記線熱源２０に直接接触してもよく、又は、加熱対象を前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置してもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波により、前記加熱対象を加熱する。
【００５３】
（実施例２）
本実施例は、線熱源を提供する。本実施例の線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含むカーボンナノチューブ構造体を含むことである。
【００５４】
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造を含む。前記カーボンナノチューブ線状構造は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であり、０（０は含まず）〜５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルであり、１．０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。
【００５５】
前記カーボンナノチューブ線状構造が二本以上のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、各々のカーボンナノチューブワイヤが平行に配列され、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１４に示すように）又は各々のカーボンナノチューブワイヤが、螺旋状に配列され、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１５に示すように）。即ち、図１４を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブ線状構造１６０の長手方向に沿って、平行に配列される。図１５を参照すると、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、前記線状構造１７０の軸向に沿って、螺旋状に配列される。
【００５６】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１及び、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、それぞれ、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６に示すように）及びねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１７に示すように）である。
【００５７】
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルであり、該直径の大きさが前記カーボンナノチューブワイヤの数量及びその直径に関係がある。前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きいほど、数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が大きくなる。これとは逆に、前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さいほど、数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が小さくなる。
【００５８】
図１６を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で処理して、得たものである。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、その長手方向に沿って、配列し、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。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。
【００５９】
前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。図１７を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００６０】
前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されるので、該カーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。
【００６１】
また、前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを揮発性有機溶剤で処理してもよい。前記揮発性有機溶剤の表面力の作用で前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に接続されるので、該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、大きな密度、優れた機械強度及び優れた強靭性を有する。
【００６２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、一つの前記カーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記電極２０６に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブ線状構造を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造が平行に配列され、又は交叉して配列される。前記交叉して配列されたカーボンナノチューブ線状構造の交叉する角度は、制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造を設置する方式が制限されず、均一な加熱素子２０４を形成することができることを確保してもよい。
【００６３】
本実施例において、図１８を参照すると、前記加熱素子２０４が複数の図１５に示すねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０を含み、各々のねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０が前記線状の支持体２０２の表面に平行に配列する。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０の軸向に沿って螺旋状に配列された複数のねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１を含む。該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１は、該カーボンナノチューブワイヤ１７１の軸向に沿って、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。
【００６４】
前記二つの電極２０６は、図１４又は図１５の示すカーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。本実施例において、前記二つの電極２０６は一本の図１４に示す前記カーボンナノチューブ線状構造１６０を含む。該カーボンナノチューブ線状構造１６０は、該線状構造１６０の長手方向に沿って平行に配列された複数の非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１を含む。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１は、その長手方向に沿って配列し、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。
【００６５】
勿論、前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブ線状構造であってもよい。実施例１の二つの電極２０６は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むこともできる。これに制限されず、前記二つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブフィルムと前記カーボンナノチューブ線状構造との複合構造を含むこともできる。
【００６６】
（実施例３）
図１９を参照し、本発明の実施例３による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該複数のカーボンナノチューブ線状構造は交叉して配列されていることである。例えば、一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は平行に配列され、前記二つの電極２０６に電気的に接続され、もう一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は、前記二つの電極２０６に電気的に接続された前記カーボンナノチューブ線状構造に、垂直に配列される。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５に示すように）である。
【００６７】
（実施例４）
図２０を参照し、本発明の実施例４による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が一本のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該カーボンナノチューブ線状構造が前記線状の支持体２０２に設置された反射層２１０の表面に巻き付かれ、該カーボンナノチューブ線状構造の両端がそれぞれ、前記二つの電極２０６に電気的に接続されることである。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１５に示すように）である。また、前記カーボンナノチューブ線状構造は、一本のカーボンナノチューブワイヤだけを含んでもよい。
【００６８】
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルムとカーボンナノチューブ線状構造との複合構造でもあってもよい。前記カーボンナノチューブ線状構造が前記カーボンナノチューブフィルムに設置され、加熱素子２０４を形成する。
【００６９】
前記線熱源において、従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。
【００７０】
前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【００７１】
前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。
【００７２】
本発明は、前記線熱源の製造方法を提供する。具体的には、図２〜図４を参照すると、前記実施例１の線熱源２０を製造する方法を例として、詳しく説明する。
【００７３】
第一ステップでは、線状の支持体２０２を提供する。
【００７４】
線状の支持体２０２を提供する。該線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔軟な繊維などの柔軟な材料であってもよい。前記線状の支持体２０２として柔軟な材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２は、長さ及び直径が制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が１センチメートルである。
【００７５】
第二ステップでは、前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。
【００７６】
塗布又はコーティングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、前記カーボンナノチューブ構造体から放出された熱を反射し、熱を外界の空間に放出させる。勿論、前記反射層２１０を設置せず、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。即ち、前記線熱源２０の製造方法は、第二ステップを含まなくてもよい。
【００７７】
第三ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。
【００７８】
カーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法は、上述のカーボンナノチューブ構造体の構造及びその製造方法である。
【００７９】
第四ステップでは、二つの電極２０６を提供し、該二つの電極２０６を、間隔を置いて前記反射層に設置される。
【００８０】
前記二つの電極２０６は、導電フィルム又はリード線である。前記導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブ線状構造であり、例えば、該カーボンナノチューブ線状構造は、図１４又は図１５に示すカーボンナノチューブ線状構造である。
【００８１】
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着することができる。或いは、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記加熱素子２０４の表面に接着することもできる。前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体以外の物である場合、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着する。
【００８２】
本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含み、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが０°の角度を成す。即ち、隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列され、該配列された方向が、前記線状の支持体２０２の長手方向に平行する。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。
【００８３】
第五ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に設置し、加熱素子２０４とする。
【００８４】
前記カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、該カーボンナノチューブ構造体を直接前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆させ、又は巻き付けることができる。或いは、前記カーボンナノチューブ構造体を、導電接着剤で前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に接着してもよい。前記導電接着剤は、銀ペーストである。前記線熱源２０が反射層２１０を含まない場合、前記カーボンナノチューブ構造体を前記線状の支持体２０２の表面に設置する。
【００８５】
前記カーボンナノチューブ構造体が設置する方式は、該カーボンナノチューブ構造体の構造と関係がある。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａである。前記隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差される。該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、該カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆する。
【００８６】
第六ステップでは、前記加熱素子２０４の表面に保護層２０８を形成する。
【００８７】
前記保護層２０８の材料は、例えば、プラスチック、ゴム及び樹脂などの絶縁材料である。前記保護層２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。即ち、該線熱源２０の製造方法は、前記第六ステップを含まなくてもよい。
【００８８】
前記線熱源の製造方法は、簡単であり、コストが減少し、極めて小型の線熱源を製造することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０、２０ 線熱源
１０２、２０２ 支持体
１０４、２０４ 加熱素子
１０６、２０８ 保護層
１０８ 固定素子
１１０、２０６ 電極
２１０ 反射層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
１６０ 非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１７０ ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１６１、１７１ カーボンナノチューブワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状の支持体と、前記線状の支持体に設置された加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された二つの電極と、を含み、
前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、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構造体であり、
前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムであることを特徴とする線熱源。
【請求項２】
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、前記二つの電極の一つの電極から他の電極に向かう方向に配列されることを特徴とする、請求項１に記載の線熱源。
【請求項１】
線状の支持体と、前記線状の支持体に設置された加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された二つの電極と、を含み、
前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、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構造体であり、
前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている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フィルムであることを特徴とする線熱源。
【請求項２】
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、前記二つの電極の一つの電極から他の電極に向かう方向に配列されることを特徴とする、請求項１に記載の線熱源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１０１９７２（Ｐ２０１３−１０１９７２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−１８２７０（Ｐ２０１３−１８２７０）
【出願日】平成２５年２月１日（２０１３．２．１）
【分割の表示】特願２００９−１５４３４７（Ｐ２００９−１５４３４７）の分割
【原出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【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２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１日（２０１３．２．１）
【分割の表示】特願２００９−１５４３４７（Ｐ２００９−１５４３４７）の分割
【原出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【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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