面熱源
【課題】本発明は、面熱源に関する。
【解決手段】本発明の面熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合される。該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含む。
【解決手段】本発明の面熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合される。該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した面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。面熱源は、熱源の一種であり、二次元構造体である。面熱源は、加熱される物の各々の部分を同時に加熱することができ、加熱する面積が大きく、加熱の均一性がよく、効率が高い。
【０００３】
従来技術として、面熱源は、加熱素子及び少なくとも、二つの電極を含む。該少なくとも、二つの電極は、前記加熱素子の表面に設置され、該加熱素子に電気的に接続される。前記少なくとも二つの電極によって前記加熱素子に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。従来の面熱源は、金属のフィラメント又は炭素繊維を加熱素子として、電気エネルギーを熱エネルギーに転換するものである。
【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、前記金属のフィラメント又は炭素繊維は、強度が悪く、折れやすく、重量が重い。特に前記金属のフィラメントを所定の角度に曲げる場合には、該金属のフィラメントがより折れやすくなるという欠点がある。また、前記金属のフィラメント又は炭素繊維から放出した熱は、標準的な波長で外部に放射するので、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、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い面熱源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】
面熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合される。該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含む。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ線状構造体において、複数の微孔が形成され、前記基体材料が、前記複数の微孔の中に浸透されている。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、単一の前記カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなる。
【００１０】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも二本のカーボンナノチューブワイヤを含み、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造である。
【００１１】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、平行に配列されている。
【００１２】
前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、螺旋状に配列されている。
【発明の効果】
【００１３】
従来の面熱源と比べると、本発明の面熱源には、下記の優れた点がある。前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合し、加熱素子を形成することによって、前記カーボンナノチューブが、前記加熱素子において、カーボンナノチューブ構造体の形態を保持するので、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。従って、前記熱源の放熱温度が高めることができる。
【００１４】
前記面熱源において、加熱素子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におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブが電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高いので、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【００１５】
前記加熱素子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、該加熱素子は、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、カーボンナノチューブ構造体及び柔軟性の基体が複合し、前記加熱素子が形成される場合、該加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【００１６】
前記加熱素子おけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体が、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムからなる場合、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が同じ方向に沿って、端と端が接続されるので、優れた導電性を有する。従って、前記面熱源は、優れた加熱性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る面熱源における、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図２】ドローン構造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３】図１中の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４】本発明の実施例に係る面熱源における、プレシッド構造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５】本発明の実施例に係る面熱源における、プレシッド構造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６】本発明の実施例に係る面熱源における、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７】本発明の実施例に係る面熱源における、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８】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９】本発明の実施例に係る面熱源における、超長構造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１１】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１２】本発明の実施例に係る面熱源の製造方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の第一実施例に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第一実施例に係る面熱源の図１に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図１５】本発明の第一実施例に係る面熱源のドローン構造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に沿って、前記カーボンナノチューブ複合構造体を切断し、形成された断面の写真である。
【図１６】異なる電圧で、測量機器を利用して、本発明の実施例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１７】本発明の実施例２に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１８】本発明の実施例２に係る面熱源の図１７に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図１９】本発明の実施例３に係る面熱源の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００２０】
（実施例１）
本発明は、面熱源を提供する。該面熱源は、二次元構造体であり、即ち、二次元方向に沿って延長する構造体である。該面熱源は、加熱素子、第一電極及び第二電極を含む。前記加熱素子は、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続する。
【００２１】
前記加熱素子は、カーボンナノチューブ複合構造体である。該カーボンナノチューブ複合構造体は、カーボンナノチューブ構造体及び基体を含む。該カーボンナノチューブ構造体及び基体が複合される。具体的には、前記カーボンナノチューブ構造体が複数の微孔を含むので、前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔に浸漬し、カーボンナノチューブ複合構造体が形成される。前記基体の体積が大きい場合、前記カーボンナノチューブ構造体が前記基体の中に置かれ、該基体に被覆される。前記加熱素子は膜状構造体である。具体的には、前記加熱素子は、平面構造体又は曲面構造体である。
【００２２】
前記カーボンナノチューブ構造体が自立構造を有する。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のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体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構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体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、均一に分布されるので、該カーボンナノチューブ構造体が所定の形状を有する。前記カーボンナノチューブ構造体は、膜状構造又は線状構造である。前記カーボンナノチューブ構造体において、隣接するカーボンナノチューブの間に複数の隙間があるので、前記カーボンナノチューブ構造体は、複数の微孔が形成される。従って、前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体における微孔の中に浸漬し、該カーボンナノチューブ構造体と緊密に結合する。
【００２３】
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構造体の厚さが０．５ナノメートル〜１．０ミリメートルである。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。前記カーボンナノチューブ構造体は、配向型のカーボンナノチューブ構造体であることが好ましい。
【００２４】
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）を有するので、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単位面積当たりの熱容量が非常に低いので、前記加熱素子を速やかに加熱させることができる。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体は、速い熱応答速度がある。前記カーボンナノチューブ構造体の密度が低く、１．３５ｇ／ｃｍ３程度に達するので、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過性が高い。
【００２５】
具体的には、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、カーボンナノチューブ線状構造体、又はカーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブ線状構造体の組み合わせを含む。前記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フィルムを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムが積層して設置される。前記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線状構造体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行して設置され、交差して設置され、又は編んで、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。また、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ線状構造体を巻き付くことにより、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。
【００２６】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、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を含む。図１を参照すると、単一の前記ドローン構造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、自立構造を有したものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、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の表面に平行に、カーボンナノチューブフィルム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。
【００２７】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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。
【００２８】
図２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、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の長さは実質的に同じである。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。
【００２９】
前記カーボンナノチューブ構造体が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、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、同一平面上に隙間なく並列されることもできる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【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。
【００３５】
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（図３を参照）。
【００３６】
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のプレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図４又は図５を参照すると、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。
【００３７】
図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム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。
【００３８】
図５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。
【００３９】
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。前記カーボンナノチューブフィルムにおける隣接するカーボンナノチューブの間に隙間があるので、該カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数の微孔が形成され、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００４０】
（三）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図６及び図７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、分子間力で接近して、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、複数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。
【００４１】
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。
【００４２】
第一ステップでは、前記カーボンナノチューブのもとになるカーボンナノチューブの原料を提供する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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８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。
【００４８】
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６と図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。前記微多孔膜が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。
【００５１】
（四）超長構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図９を参照すると、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の長さは１０センチメートルである。
【００５２】
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体を含むことができる。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、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４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１．０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
【００５３】
図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状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。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、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。
【００５４】
図１１を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状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、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００５５】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、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の長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００５６】
前記カーボンナノチューブ線状構造体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体を形成する。或いは、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体を形成する。即ち、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記カーボンナノチューブ線状構造体の長手方向に沿って、配列される。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記線状構造体の軸向に沿って、螺旋状に配列される。
【００５７】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。
【００５８】
前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルである。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が大きくなる。この逆に、単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が小さくなる。
【００５９】
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体におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。
【００６０】
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。
【００６１】
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体を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造体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体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行に配列され、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体の交叉する角度は、特に制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造体を設置する方式は制限されず、均一な加熱素子を形成することができることを確保してもよい。
【００６２】
前記カーボンナノチューブ線状構造体が、揮発性有機溶剤又は機械外力で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、形成されたものであり、且つ前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムが、自立構造体を有するので、該カーボンナノチューブ線状構造体は、自立構造体も有する。前記カーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブの間に、隙間があるので、該カーボンナノチューブ線状構造体には、複数の微孔があり、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００６３】
前記基体の材料は、高分子材料及び無機非金属材料などの一種又は数種である。前記面熱源の加熱素子を製造する過程において、前記基体の材料又は該基体の材料に形成された前駆体は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸透し、該カーボンナノチューブ構造体と緊密に接合することができる。前記基体の材料は、固化された後、複合構造が形成されるように、所定の温度で液体又は気体でなければならない。また、前記面熱源が作動して生じた熱で、前記面熱源を破壊し、又は変形させないために、前記基体は耐熱性材料からなることが必要である。
【００６４】
具体的には、前記高分子材料は、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーの一種又は数種である。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、繊維素、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどの一種又は数種である。前記無機非金属材料は、ガラス、セラミックス、半導体材料の一種又は数種である。また、前記基体の材料は、柔軟性の高分子材料であってもよい。例えば、シリコーンゴム、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル樹脂の一種又は数種である。
【００６５】
前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中だけに添加してもよく、前記カーボンナノチューブ構造体を完全に被覆してもよい。前記加熱素子は、複数のカーボンナノチューブ構造体を含む場合、該カーボンナノチューブ構造体が間隔を置いて、或いは、互いに接触して前記基体の材料の中に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体が二次元の構造体である場合、該二次元の構造体が間隔を置いて、又は接触して前記基体の中に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体が線状構造体である場合、該線状構造体が間隔を置いて、又は接触して前記基体の中に設置される。また、前記加熱素子に異なる位置に異なる加熱温度を有させるように、実際の応用に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体を前記基体材料における所定の位置に設置することができる。
【００６６】
前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸漬するので、該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を固定することができる。従って、前記面熱源が使用される過程において、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が外力で脱離することができない。前記基体の材料で、前記カーボンナノチューブ構造体を被覆させる場合、更に、該カーボンナノチューブ構造体を保護でき、前記基体が、絶縁性の有機高分子材料又は無機非金属材料である場合、前記加熱素子と外部とを絶縁させる。また、前記基体により、熱を均一的に伝送することができる。前記カーボンナノチューブ構造体が急速に昇温する場合、該基体により、前記加熱素子を徐々に昇温させることができる。さらに、前記基体の材料が柔軟性の高分子材料を採用することができ、前記面熱源の柔軟性及び強靱性を増加することができる。
【００６７】
前記基体の材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合して製造する加熱素子において、前記カーボンナノチューブは、均一的に分布し、その含有量が９９％に達することができるので、前記加熱素子を利用した熱源の放熱温度を高めることができる。前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。
【００６８】
前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子に電気的に接続しなければならない。前記第一電極及び前記第二電極は、導電材料からなり、前記加熱素子の同じ表面、又はそれぞれ前記加熱素子の対向する両表面に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体の接着性又は導電接着剤を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記加熱素子の表面に設置することができる。前記導電接着剤を利用する場合、前記第一電極及び前記第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とを電気的に接続させると同時に、前記第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定させることができる。前記第一電極及び前記第二電極によって、前記加熱素子に電圧を印加することができる。前記加熱素子が作動する場合、前記第一電極と前記第二電極との間の短路を防止し、該第一電極及び第二電極との間に所定の抵抗を接続するために、該第一電極及び第二電極は、所定の距離を置いて設置しなければならない。
【００６９】
前記加熱素子の基体を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔にしか添加しない場合、前記カーボンナノチューブ構造体における一部のカーボンナノチューブが前記加熱素子の表面に露出するので、前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子の同じ表面又は異なる表面に設置して、前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続できる。前記加熱素子の基体は、前記カーボンナノチューブ構造体を被覆する場合、前記第一電極、前記第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とに電気的に接続させるために、該第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ複合構造体の中に設置し、前記カーボンナノチューブ構造体に直接に接続させる。前記第一電極及び前記第二電極を外部電源に電気的に接続させるために、該第一電極及び前記第二電極の一部は、前記加熱素子の外部に露出し、或いは、二つのリード線により、それぞれ第一電極及び前記第二電極を、前記カーボンナノチューブ複合構造体の外部に引き出す。
【００７０】
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の配列方向が同じである場合、前記カーボンナノチューブは、前記第一電極から、前記第二電極へ延伸するように配列されている。例えば、前記カーボンナノチューブ構造体がドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記第一電極及び前記第二電極を、それぞれ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長軸方向に垂直して配置させる。前記カーボンナノチューブ構造体が平行して配列された複数のカーボンナノチューブ線状構造体を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造体の両端にそれぞれ、前記第一電極及び前記第二電極と電気的に接続させる。
【００７１】
前記第一電極及び前記第二電極は、導電フィルム、金属シート又は金属リード線である。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。前記第一電極及び前記第二電極がカーボンナノチューブ構造体からなる場合、該カーボンナノチューブ構造体は、上述の図１又は図９に示されたカーボンナノチューブフィルム、或いは、図１０又は図１１に示されたカーボンナノチューブワイヤを含む。該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ワイヤは、金属性を有するカーボンナノチューブを含むことが必要である。この場合、該カーボンナノチューブ構造体が自体の接着性又は導電接着剤によって、前記加熱素子又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定する。前記金属シート又は金属リード線の材料は、銅又はアルミニウムなどである。前記第一電極及び前記第二電極が金属シートである場合、該金属シートは、導電接着剤で前記加熱素子又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定することができる。前記導電接着剤は、前記第一電極及び前記第二電極に前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させると同時に、該第一電極及び該第二電極に前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定させる。
【００７２】
図１２を参照すると、本発明は、面熱源を製造する方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。
【００７３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供し、該カーボンナノチューブ構造体が複数の微孔を有する。
【００７４】
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。
【００７５】
第二ステップでは、第一電極及び第二電極を、間隔を置いて設置し、該第一電極及び第二電極にカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させる。
【００７６】
前記第一電極及び第二電極は、導電材料からなり、前記カーボンナノチューブ構造体の同じ表面、又は前記カーボンナノチューブ構造体の対向する両表面にそれぞれ設置され、又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に巻き付く。前記第一電極及び第二電極は、前記カーボンナノチューブ構造体の接着性又は導電接着剤を利用して、前記加熱素子の表面に設置することができる。前記導電接着剤は、前記第一電極及び第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とが電気的に接続する同時に、前記第一電極及び第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定することができる。前記第一電極及び第二電極によって、前記加熱素子に電圧を印加することができる。前記加熱素子が加熱された場合、短路を防止するように、所定の抵抗を接続するために、前記第一電極及び第二電極は、所定の距離を置いて設置しなければならない。
【００７７】
前記第一電極及び第二電極は、導電フィルム、金属シート又は金属リード線である。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。前記導電フィルムは、物理気相堆積法、化学気相堆積法又は他の方法で前記カーボンナノチューブ構造体の表面に形成する。前記金属シート又は金属リード線の材料は、銅又はアルミニウムなどである。該金属シート又は金属リード線は、導電接着剤で前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定することができる。
【００７８】
前記第一電極及び第二電極は、金属性の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１、図９、図１０又は図１１に示された構造である。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の表面に金属層を被覆し、該カーボンナノチューブ構造体の導電性を高めるようにすることが好ましい。
【００７９】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合し、加熱素子を形成する。
【００８０】
前記基体の前駆体は、基体の材料、基体材料からなる溶液、該基体材料を製造する前駆反応物である。該基体の前駆体は、所定の温度で液体又は気体である。前記の基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体とが複合する方法は、塗布、堆積、印刷及び浸漬などの一種である。
【００８１】
前記基体の材料は、高分子材料及び非金属材料などの一種又は数種である。具体的には、前記高分子材料が熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーの一種又は数種であるので、前記基体の前駆体の材料は、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーを形成するポリマー単体の溶液である。或いは、前記熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーが揮発性の有機溶剤に溶解し、形成された混合溶液である。前記カーボンナノチューブ構造体を前記液体の基体の前駆体に浸漬した後、該液体の基体の前駆体を固化し、前記基体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合させる。
【００８２】
前記非金属材料が、ガラス、セラミックス又は半導体材料などであり、前記基体の前駆体は、非金属材料粒子で製造されたペースト、非金属材料を製造する反応気体、気体状態の非金属材料である。具体的には、真空蒸着、スパッター、化学気相堆積法、物理気相堆積法などの方法で気体の基体の前駆体を形成し、該基体の前駆体を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の表面に堆積させる。また、複数の非金属材料粒子を溶剤に分散し、ペーストを形成し、前記基体の前駆体として、前記カーボンナノチューブ構造体を前記ペーストの中に浸漬した後、溶剤を蒸発させ、前記基体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合させる。
【００８３】
前記基体の前駆体が液体である場合、前記カーボンナノチューブ構造体を前記液体の基体の前駆体の中に浸漬した後、該液体の基体の前駆体を固化することによって、前記基体の材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸透させ、加熱素子を形成するようになる。前記基体の前駆体が気体である場合、該基体の前駆体を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の表面に堆積することによって、前記基体の材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に添加させ、加熱素子を形成するようになる。
【００８４】
前記第二ステップにおける第一電極及び第二電極を形成するステップを、前記第三ステップにおける前記カーボンナノチューブ複合構造体を形成した後に、行なってもよい。前記基体材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中だけに添加する場合、即ち、前記一部のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブ複合構造体の表面に露出する場合、前記第二ステップと同じ方法で前記第一電極及び第二電極を前記加熱素子の表面に直接形成し、該第一電極及び第二電極を前記加熱素子におけるカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させる。前記基体材料が前記カーボンナノチューブ構造体の表面を被覆する場合、前記カーボンナノチューブに前記カーボンナノチューブ複合構造体の表面に露出させるように切断する方法で前記カーボンナノチューブ複合構造体を切る。その後、前記第二ステップと同じ方法で前記第一電極及び第二電極に前記露出したカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させることができる。
【００８５】
（実施例１）
図１３及び図１４を参照すると、本発明実施例１に係る面熱源１０は、加熱素子１６、第一電極１２及び第二電極１４を含む。前記加熱素子１６は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４に電気的に接続する。前記加熱素子１６は、基体１６２及びカーボンナノチューブ構造体１６４を含み、該カーボンナノチューブ構造体１６４が前記基体１６２の中に複合される。前記基体１６２は、平板状の長方体であり、その材料は、エポキシ樹脂である。前記カーボンナノチューブ構造体１６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体１６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。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へ延伸する方向に沿って配列される。前記加熱素子１６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る。前記基体１６２の材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４の微孔の中に浸漬されたので、該カーボンナノチューブ構造体１６４におけるカーボンナノチューブを固定することができる。また、前記基体１６２の材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４を被覆するので、該カーボンナノチューブ構造体１６４を更に保護することができる。
【００８６】
前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、材料がパラジウムであり、その厚さが５ナノメートルである。該第一電極１２及び該第二電極１４は、それぞれ、銀ペーストで前記カーボンナノチューブ構造体１６４の両端に設置され、該カーボンナノチューブ構造体１６４と電気的に接続され、且つ前記基体１６２に被覆される。前記パラジウムと前記カーボンナノチューブとが優れた金属ぬれ性を有するので、前記第一電極１２及び前記第二電極１４と前記加熱素子１６との間が優れた電気的な接続を有し、前記面熱源１０が電気エネルギーを利用する比例を高めることができる。
【００８７】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４をそれぞれ電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記第一電極１２及び第二電極１４により前記加熱素子１６に電圧を印加した場合、該面熱源１０における加熱素子１６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、前記面熱源１０に直接接触し、又は、前記面熱源１０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生じた熱により、前記加熱対象を加熱することができる。
【００８８】
図１５は、本発明実施例１におけるカーボンナノチューブの長軸方向に垂直な方向沿って、前記カーボンナノチューブ複合構造体を切断し、形成された断面の写真である。図１５を参照すると、前記カーボンナノチューブとエポキシ樹脂とが複合した後、前記カーボンナノチューブが前記エポキシ樹脂において、基本的に同じ方向に沿って配列する状態を保持することができることが分かる。
【００８９】
前記面熱源１０は、複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４を含んでもよい。該複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子１６に電気的に接続される。
【００９０】
前記加熱素子１６の面積が一定である場合、該加熱素子１６に印加された電圧の大きさ及び前記カーボンナノチューブ構造体１６４の厚さを制御することにより、前記加熱素子１６から放出した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１６の厚さを変換させることにより、前記加熱素子１６から放出し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１６が厚くなるほど、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１６が薄くなるほど、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は長くなる。前記加熱素子１６の厚さが一定である場合、前記加熱素子１６に印加された電圧が大きくなるほど、記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１６に印加された電圧が小さくなるほど、記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は長くなる。従って、前記面熱源１０を簡単に制御することができる。
【００９１】
前記面熱源１０が応用される時、前記基体１６２の耐熱程度に応じて、前記第一電極１２及び第二電極１４に印加された電圧を制御し、前記カーボンナノチューブ構造体１６４の放熱温度を前記基体材料の耐熱温度範囲に制限させることができる。例えば、前記基体１６２の材料が有機高分子ポリマーである場合、前記加熱素子１６に印加された電圧は、０Ｖ〜１０Ｖであり、該面熱源１０の放熱温度を１２０℃以下に上げ、且つ前記有機高分子ポリマーの融点より低くする。前記基体１６２の材料がセラミックスである場合、前記加熱素子１６に印加された電圧は、１０Ｖ〜３０Ｖであり、該面熱源１０の放熱温度を１２０℃〜５００℃に上げる。図１６から実施例１における面熱源１０に印加された電圧が高くなるほど、該面熱源１０の昇温が速くなり、放熱温度が高くなることが分かる。
【００９２】
また、前記基体１６２が熱耐材料を採用し、前記カーボンナノチューブ構造体１６４の厚さが５ミリメートルであり、加熱素子１６に印加された電圧が１０Ｖ〜３０Ｖである場合、前記面熱源１０を酸化性気体あるいは大気環境の中に置き、該面熱源１０は、長い波長を有する電磁波を放出することができる。測量機器で測量すると、前記面熱源１０の温度は５０℃〜５００℃である。黒体であるカーボンナノチューブにとって、温度が２００℃〜４５０℃である場合、人の目に見えない赤外線を放出することができる。この時の熱輻射は安定であり、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。前記カーボンナノチューブ構造体１６４を利用した面熱源１０は、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ことができる。
【００９３】
また、前記面熱源１０におけるカーボンナノチューブ構造体１６４は、厚さが小さく、透明であり、且つ前記基体１６２の材料が透明の有機材料又は透明の無機材料である場合、該面熱源１０は透明の面熱源である。前記面熱源１０における加熱素子１６の基体１６２が柔軟性のポリマーからなる場合、該面熱源１０は、柔軟性の面熱源である。
【００９４】
図１３、図１４を参照すると、前記実施例１の面熱源１０を製造する方法を例として、詳しく説明する。
【００９５】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体１６４を提供し、該カーボンナノチューブ構造体１６４が複数の微孔を有する。
【００９６】
前記カーボンナノチューブ構造体１６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体１６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。
【００９７】
第二ステップでは、第一電極１２及び第二電極１４を、間隔を置いて設置し、該第一電極１２及び第二電極１４をカーボンナノチューブ構造体１６４と電気的に接続させる。
【００９８】
スパッターの方法で前記カーボンナノチューブ構造体１６４の表面に前記第一電極１２及び第二電極１４とする二つのパラジウムフィルムを堆積した後、該二つのパラジウムフィルムをそれぞれ、金属リード線に電気的に接続する。
【００９９】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体１６４とを複合し、加熱素子１６を形成する。
【０１００】
本実施例において、グルーを注入する方法で、高分子材料とカーボンナノチューブ構造体１６４とを複合し、加熱素子１６を形成する。該方法は、下記のステップを含む。
【０１０１】
第一サブステップでは、液体の熱硬化性の高分子材料を提供する。
【０１０２】
前記液体の熱硬化性の高分子材料の粘度が５パスカル・秒以下であり、室温で前記粘度が３０分時間以上を保持することができる。前記熱硬化性の高分子材料は、高分子材料及び、固化剤、改質剤、填料又は稀釈剤などの添加物を含む。
【０１０３】
前記高分子材料が前記熱硬化性の高分子材料における質量パーセンテージの含有量は、７０％〜９５％である。前記添加物が前記熱硬化性の高分子材料における質量パーセンテージの含有量は、５％〜３０％である。前記高分子材料は、フェノール樹脂（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）、ビスマレイミド樹脂（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）ポリベンゾオキサジン樹脂（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｉｎｅｓ ｒｅｓｉｎ）樹脂、シアネート エステル樹脂（Ｃｙａｎａｔｅ ｓｅｔｅｒ ｒｅｓｉｎ）、ポリイミド樹脂、（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂 （ＰＭＭＡ） などの一種又は数種である。
【０１０４】
前記固化剤は、前記熱硬化性の高分子材料の固化を加速することに用いられ、脂肪族アミン（Ａｌｉｐｈａｔｉｃ ａｍｉｎｅ）、脂環式アミン（Ａｌｉｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）、芳香族アミン（Ａｒｏｍａｔｉｃ ａｍｉｎｅ）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、酸無水物 （Ａｃｉｄ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、第三級アミン（Ｔｅｒｔｉａｒｙ ａｍｉｎｅｓ）、樹脂などの一種又は数種である。
【０１０５】
前記改質剤は、前記熱硬化性の高分子材料の柔軟性、抗せん断性、抗折性、絶縁性などを高めることができる。前記改質剤は、多硫化ゴム（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ ｒｕｂｂｅｒ）、ポリアミド樹脂（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ ）などの一種又は数種である。
【０１０６】
前記添加物は、前記熱硬化性の高分子材料が固化された時の放熱条件を改善することに用いられ、該熱硬化性の高分子材料の用量を減少し、コストを減少することもできる。前記添加物は、石綿繊維、ガラス繊維、石英の粉末、酸化アルミニウム、シリカゲルの粉などの一種又は数種である。
【０１０７】
前記稀釈剤は、ジグリシジルエーテル（Ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ポリグリシジルエーテル（Ｐｏｌｙｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、アリルフェノール（Ａｌｌｙｌｐｈｅｎｏｌ）などの一種又は数種である。
【０１０８】
本実施例は、エポキシ樹脂で液体の熱硬化性の高分子材料を製造する。具体的には、下記のステップを含む。
【０１０９】
まず、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びグリシド酸エステル型エポキシ樹脂の混合物を容器に置き、該混合物を３０℃〜６０℃に加熱し、且つ該混合物を均一的に混合させるように、該混合物を１０分間撹拌する。
【０１１０】
次に、脂肪族アミン及びジグリシジルエーテルを前記混合物に添加し、化学反応を行なって、反応生成物を形成する。
【０１１１】
最後に、前記反応生成物を３０℃〜６０℃に加熱し、エポキシ樹脂を含む液体の熱硬化性の高分子材料を形成する。
【０１１２】
第二サブステップでは、前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する。
【０１１３】
前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する方法は、下記のステップを含む。
【０１１４】
まず、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を金型の中に置く。
【０１１５】
次に、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬するために、前記液体熱硬化性の高分子材料を前記金型の中に注入する。前記液体の熱硬化性の高分子材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４を十分に浸漬するために、該カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する時間は、１０分間以上である。
【０１１６】
前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する方法は、前記注入する方法に限られず、該液体の熱硬化性の高分子材料が毛細管現象により、前記カーボンナノチューブ構造体１６４に吸入され、該カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬するようになり、或いは、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を前記液体の熱硬化性の高分子材料の中に浸漬することは理解されたい。
【０１１７】
第三サブステップでは、前記液体の熱硬化性の高分子材料に浸漬された前記カーボンナノチューブ構造体１６４を固化し、カーボンナノチューブ複合構造体を形成する。
【０１１８】
本実施例において、エポキシ樹脂を含む熱硬化性の高分子材料を固化する方法は、下記のステップを含む。
【０１１９】
まず、加熱装置により、前記金型を５０℃〜７０℃に加熱して、該温度の下で、前記エポキシ樹脂を含む熱硬化性の高分子材料が液体を加熱する。前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記温度を１時間〜３時間保持し、前記熱硬化性の高分子材料に熱を吸収させ続けさせる。
【０１２０】
次に、前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記金型を８０℃〜１００℃に加熱し続けて、該温度の下で１時間〜３時間保持する。
【０１２１】
その後で、前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記金型を１１０℃〜１５０℃に加熱し続けて、該温度の下で２時間〜２０時間保持する。
【０１２２】
最後に加熱することを止めて、前記金型が室温に下がた後で、離型してカーボンナノチューブ複合構造体を形成する。
【０１２３】
前記加熱方法において、前記金型を直接に１１０℃〜１５０℃に加熱することにより、前記熱硬化性の高分子材料を固化することもできる。
【０１２４】
（実施例２）
図１７及び図１８を参照すると、本発明の実施例２に係る面熱源２０を提供する。該面熱源２０は、加熱素子２６、第一電極２２、第二電極２４、支持体２８、反射層２７及び保護層２５を含む。前記加熱素子２６は、例えば、平面構造又は曲面構造である二次元の構造である。該加熱素子２６は、基体２６２及び、該基体２６２の中に設置されたカーボンナノチューブ構造体２６４を含む。
【０１２５】
前記反射層２７は、前記支持体２８の表面に設置される。前記加熱素子２６は、前記反射層２７の、前記支持体２８と対向する表面とは反対の表面に設置される。前記第一電極２２及び第二電極２４は、間隔を置いて、前記加熱素子２６の表面に設置し、該加熱素子２６と電気的に接続する。前記保護層２５は、前記加熱素子２６の、前記反射層２７と対向する表面とは反対の表面に設置される。前記面熱源２０は、二つのリード線２９を含み、該二つのリード線２９がそれぞれ、前記第一電極２２及び前記第二電極２４に電気的に接続する。
【０１２６】
前記支持体２８は、前記加熱素子２６を支持することに用いられる。該支持体２８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。前記支持体２８が柔らかい材料からなる場合、前記面熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記支持体２８の材料は絶縁材料であることが好ましい。前記支持体２８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、前記支持体２８は、セラミックスの平板形状の基板である。
【０１２７】
前記反射層２７は、前記加熱素子２６から放出した熱を外部の空間に反射し、加熱効率を高めることに用いられる。該反射層２７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。前記反射層２７の厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。本実施例において、前記反射層２７は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートルである。前記反射層２７は、スパッターの方法で前記支持体２８の表面に形成される。勿論、前記反射層２７は、前記支持体２８の、前記加熱素子２６と対向する表面とは反対する表面に設置される。即ち、前記支持体２８は、前記加熱素子２６と前記反射層２７との間に設置される。前記反射層２７を設置せず、即ち、前記加熱素子２６を前記支持体２８の表面に直接設置することもできる。
【０１２８】
前記保護層２５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２５の厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであることが好ましい。前記保護層２５を、前記加熱素子２６、前記第一電極２２及び前記第二電極２４の表面に被覆させることにより、前記面熱源２０を絶縁状態で使用でき、ほこりが前記加熱素子２６に付着することを防止できる。勿論、前記保護層２５を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層２５は、ゴムからなり、その厚さが０．５ミリメートルである。
【０１２９】
本発明の実施例２に係る面熱源２０の製造方法は、下記のステップを含む。
【０１３０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体２６４を提供し、該カーボンナノチューブ構造体２６４が複数の微孔を有する。
【０１３１】
前記カーボンナノチューブ構造体２６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体２６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。
【０１３２】
第二ステップでは、第一電極２２及び第二電極２４を、間隔を置いて設置し、該第一電極２２及び第二電極２４をカーボンナノチューブ構造体２６４と電気的に接続させる。
【０１３３】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体２６４とを複合し、加熱素子２６を形成する。
【０１３４】
前記第一ステップ、第二ステップ及び第三ステップの製造方法は、前記実施例１における面熱源１０を製造する方法と同じである。
【０１３５】
第四ステップでは、支持体２８を提供し、該支持体２８の表面に反射層２７を形成する。前記支持体２８は、セラミックスの平板形状の基板である。塗布又はコーティングなどの方法で前記支持体２８の表面に反射層２７を形成してもよい。該反射層２７の材料が金属酸化物又は金属塩である場合、該金属酸化物又は金属塩の粒子を溶剤に分散し、ペーストが形成される。該ペーストを前記支持体２８の表面に塗布又は印刷することによって、反射層２７を形成する。前記溶剤は、前記金属酸化物又は金属塩と化学反応を行なわない溶剤である。本実施例において、物理気相堆積法でセラミックスの基板の表面に前記反射層２７とする酸化アルミニウム膜を堆積する。
【０１３６】
第五ステップでは、前記加熱素子２６を前記反射層２７の表面に設置する。
【０１３７】
前記加熱素子２６は、銀ペーストなどの導電接着剤で前記反射層２７の表面に固定することができる。
【０１３８】
第六ステップでは、前記加熱素子２６の表面に前記保護層２５を形成する。
【０１３９】
前記保護層２５は、接着剤又は機械固定の方法で前記加熱素子２６の表面に固定する。また、前記保護層２５の材料が熱可塑性ポリマーである場合、該熱可塑性ポリマーを高温で前記加熱素子２６の表面に塗布又は被覆し、低温で固化し、前記保護層２５を形成するようになる。前記保護層２５の材料が例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの柔軟性のポリマーである場合、熱プレスの方法で前記保護層２５と前記加熱素子２６とを結合させ、該保護層２５を前記加熱素子２６の表面に固定させる。
【０１４０】
（実施例３）
図１９を参照すると、本発明の実施例３による面熱源３０が提供される。該面熱源３０は、加熱素子３６、第一電極３２及び第二電極３４を含む。前記加熱素子３６は、例えば、平面構造又は曲面構造である二次元の構造である。該加熱素子３６は、それぞれ、前記第一電極３２及び第二電極３４に電気的に接続する。
【０１４１】
前記面熱源３０と前記実施例１における面熱源１０の構造とは、基本的に同じである。異なることは、前記加熱素子３６が複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６を含み、該複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は交叉して配列し、二次元の加熱素子が形成されていることである。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は、前記カーボンナノチューブ線状構造体と基体材料とが複合されたものである。該基体材料は、前記カーボンナノチューブ線状構造体の微孔の中に添加される。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は、いろいろな形状を有する加熱素子３６を編むことができる。前記基体材料は、柔軟性のポリマーであることが好ましい。
【０１４２】
本発明の実施例３における面熱源３０の製造方法は、下記のステップを含む。
【０１４３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ線状構造体を提供し、該カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法は、前記カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法と同じである。
【０１４４】
第二ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ線状構造体とを複合し、線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６を形成する。前記カーボンナノチューブ線状構造体と基体の前駆体とを複合する方法は、前記実施例１における第三ステップと同じである。
【０１４５】
前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は交叉して配列し、巻き付き、編んで二次元の加熱素子３６が形成される。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６が編むことによって、加熱素子３６を形成する場合、該加熱素子３６が面状を保持することができる。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６が交叉して配列し、又は巻き付くことによって、加熱素子３６を形成する場合、該複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６の間が接着剤で接着し、該加熱素子３６が面状を保持することができる。
【０１４６】
第三ステップでは、第一電極３２及び第二電極３４を、間隔を置いて設置し、該第一電極３２及び第二電極３４にカーボンナノチューブ構造体２６４と電気的に接続させる。
【０１４７】
前記面熱源及び該面熱源の製造方法は、下記の優れた点がある。
【０１４８】
前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合し、加熱素子を形成することによって、前記カーボンナノチューブが、前記加熱素子において、カーボンナノチューブ構造体の形態を保持するので、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。従って、前記熱源の放熱温度を高めることができる。
【０１４９】
前記面熱源において、加熱素子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におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブが電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率は、高いので、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【０１５０】
前記加熱素子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、該加熱素子は、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、カーボンナノチューブ構造体及び柔軟性の基体が複合し、前記加熱素子を形成する場合、該加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【０１５１】
前記加熱素子おけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。
【０１５２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムからなる場合、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が同じ方向に沿って、端と端が接続されるので、優れた導電性を有する。従って、前記面熱源は、優れた加熱性能を有する。また、前記カーボンナノチューブフィルムが所定の透明度を有するので、透明の面熱源を製造することができる。
【０１５３】
前記カーボンナノチューブ線状構造体をいろいろな形状の加熱素子に編むことができるので、いろいろな形状を有する面熱源を製造することができる。
【０１５４】
前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接に複合し、加熱素子を形成する方法は、簡単である。且つ前記カーボンナノチューブの前記加熱素子における含有量を容易に制御することができる。前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体と前記基体材料とを直接複合した後、該カーボンナノチューブ構造体は従来の状態を保持することができる。従って、前記加熱素子は、純カーボンナノチューブ構造体からなる加熱素子とほとんど同じ熱を放出することができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１０、２０、３０ 面熱源
１２、２２、３２ 第一電極
１４、２４、３４ 第二電極
１６、２６、３６ 加熱素子
２５ 保護層
２７ 反射層
２８ 支持体
２９ リード線
１６２、２６２ 基体
１６４、２６４ カーボンナノチューブ構造体
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
３６６ 線状のカーボンナノチューブ複合構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した面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。面熱源は、熱源の一種であり、二次元構造体である。面熱源は、加熱される物の各々の部分を同時に加熱することができ、加熱する面積が大きく、加熱の均一性がよく、効率が高い。
【０００３】
従来技術として、面熱源は、加熱素子及び少なくとも、二つの電極を含む。該少なくとも、二つの電極は、前記加熱素子の表面に設置され、該加熱素子に電気的に接続される。前記少なくとも二つの電極によって前記加熱素子に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。従来の面熱源は、金属のフィラメント又は炭素繊維を加熱素子として、電気エネルギーを熱エネルギーに転換するものである。
【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、前記金属のフィラメント又は炭素繊維は、強度が悪く、折れやすく、重量が重い。特に前記金属のフィラメントを所定の角度に曲げる場合には、該金属のフィラメントがより折れやすくなるという欠点がある。また、前記金属のフィラメント又は炭素繊維から放出した熱は、標準的な波長で外部に放射するので、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、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い面熱源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】
面熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含む。前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合される。該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含む。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ線状構造体において、複数の微孔が形成され、前記基体材料が、前記複数の微孔の中に浸透されている。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、単一の前記カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなる。
【００１０】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも二本のカーボンナノチューブワイヤを含み、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造である。
【００１１】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、平行に配列されている。
【００１２】
前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、螺旋状に配列されている。
【発明の効果】
【００１３】
従来の面熱源と比べると、本発明の面熱源には、下記の優れた点がある。前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合し、加熱素子を形成することによって、前記カーボンナノチューブが、前記加熱素子において、カーボンナノチューブ構造体の形態を保持するので、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。従って、前記熱源の放熱温度が高めることができる。
【００１４】
前記面熱源において、加熱素子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におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブが電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高いので、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【００１５】
前記加熱素子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、該加熱素子は、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、カーボンナノチューブ構造体及び柔軟性の基体が複合し、前記加熱素子が形成される場合、該加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【００１６】
前記加熱素子おけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。
【００１７】
前記カーボンナノチューブ構造体が、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムからなる場合、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が同じ方向に沿って、端と端が接続されるので、優れた導電性を有する。従って、前記面熱源は、優れた加熱性能を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る面熱源における、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図２】ドローン構造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３】図１中の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４】本発明の実施例に係る面熱源における、プレシッド構造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５】本発明の実施例に係る面熱源における、プレシッド構造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６】本発明の実施例に係る面熱源における、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７】本発明の実施例に係る面熱源における、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８】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９】本発明の実施例に係る面熱源における、超長構造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１１】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１２】本発明の実施例に係る面熱源の製造方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の第一実施例に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第一実施例に係る面熱源の図１に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図１５】本発明の第一実施例に係る面熱源のドローン構造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に沿って、前記カーボンナノチューブ複合構造体を切断し、形成された断面の写真である。
【図１６】異なる電圧で、測量機器を利用して、本発明の実施例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１７】本発明の実施例２に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１８】本発明の実施例２に係る面熱源の図１７に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図１９】本発明の実施例３に係る面熱源の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００２０】
（実施例１）
本発明は、面熱源を提供する。該面熱源は、二次元構造体であり、即ち、二次元方向に沿って延長する構造体である。該面熱源は、加熱素子、第一電極及び第二電極を含む。前記加熱素子は、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続する。
【００２１】
前記加熱素子は、カーボンナノチューブ複合構造体である。該カーボンナノチューブ複合構造体は、カーボンナノチューブ構造体及び基体を含む。該カーボンナノチューブ構造体及び基体が複合される。具体的には、前記カーボンナノチューブ構造体が複数の微孔を含むので、前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔に浸漬し、カーボンナノチューブ複合構造体が形成される。前記基体の体積が大きい場合、前記カーボンナノチューブ構造体が前記基体の中に置かれ、該基体に被覆される。前記加熱素子は膜状構造体である。具体的には、前記加熱素子は、平面構造体又は曲面構造体である。
【００２２】
前記カーボンナノチューブ構造体が自立構造を有する。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のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体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構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体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、均一に分布されるので、該カーボンナノチューブ構造体が所定の形状を有する。前記カーボンナノチューブ構造体は、膜状構造又は線状構造である。前記カーボンナノチューブ構造体において、隣接するカーボンナノチューブの間に複数の隙間があるので、前記カーボンナノチューブ構造体は、複数の微孔が形成される。従って、前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体における微孔の中に浸漬し、該カーボンナノチューブ構造体と緊密に結合する。
【００２３】
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構造体の厚さが０．５ナノメートル〜１．０ミリメートルである。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。前記カーボンナノチューブ構造体は、配向型のカーボンナノチューブ構造体であることが好ましい。
【００２４】
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）を有するので、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単位面積当たりの熱容量が非常に低いので、前記加熱素子を速やかに加熱させることができる。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体は、速い熱応答速度がある。前記カーボンナノチューブ構造体の密度が低く、１．３５ｇ／ｃｍ３程度に達するので、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過性が高い。
【００２５】
具体的には、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、カーボンナノチューブ線状構造体、又はカーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブ線状構造体の組み合わせを含む。前記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フィルムを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムが積層して設置される。前記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線状構造体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行して設置され、交差して設置され、又は編んで、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。また、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ線状構造体を巻き付くことにより、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。
【００２６】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、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を含む。図１を参照すると、単一の前記ドローン構造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、自立構造を有したものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、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の表面に平行に、カーボンナノチューブフィルム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。
【００２７】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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。
【００２８】
図２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、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の長さは実質的に同じである。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。
【００２９】
前記カーボンナノチューブ構造体が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、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、同一平面上に隙間なく並列されることもできる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【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。
【００３５】
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（図３を参照）。
【００３６】
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のプレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図４又は図５を参照すると、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。
【００３７】
図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム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。
【００３８】
図５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。
【００３９】
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。前記カーボンナノチューブフィルムにおける隣接するカーボンナノチューブの間に隙間があるので、該カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数の微孔が形成され、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００４０】
（三）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図６及び図７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、分子間力で接近して、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、複数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。
【００４１】
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。
【００４２】
第一ステップでは、前記カーボンナノチューブのもとになるカーボンナノチューブの原料を提供する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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８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。
【００４８】
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６と図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。前記微多孔膜が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。
【００５１】
（四）超長構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）を含む。図９を参照すると、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の長さは１０センチメートルである。
【００５２】
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体を含むことができる。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、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４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１．０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
【００５３】
図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状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。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、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。
【００５４】
図１１を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状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、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００５５】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、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の長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００５６】
前記カーボンナノチューブ線状構造体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体を形成する。或いは、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体を形成する。即ち、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記カーボンナノチューブ線状構造体の長手方向に沿って、配列される。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記線状構造体の軸向に沿って、螺旋状に配列される。
【００５７】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。
【００５８】
前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルである。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が大きくなる。この逆に、単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が小さくなる。
【００５９】
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体におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。
【００６０】
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。
【００６１】
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体を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造体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体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行に配列され、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体の交叉する角度は、特に制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造体を設置する方式は制限されず、均一な加熱素子を形成することができることを確保してもよい。
【００６２】
前記カーボンナノチューブ線状構造体が、揮発性有機溶剤又は機械外力で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、形成されたものであり、且つ前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムが、自立構造体を有するので、該カーボンナノチューブ線状構造体は、自立構造体も有する。前記カーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブの間に、隙間があるので、該カーボンナノチューブ線状構造体には、複数の微孔があり、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００６３】
前記基体の材料は、高分子材料及び無機非金属材料などの一種又は数種である。前記面熱源の加熱素子を製造する過程において、前記基体の材料又は該基体の材料に形成された前駆体は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸透し、該カーボンナノチューブ構造体と緊密に接合することができる。前記基体の材料は、固化された後、複合構造が形成されるように、所定の温度で液体又は気体でなければならない。また、前記面熱源が作動して生じた熱で、前記面熱源を破壊し、又は変形させないために、前記基体は耐熱性材料からなることが必要である。
【００６４】
具体的には、前記高分子材料は、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーの一種又は数種である。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、繊維素、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどの一種又は数種である。前記無機非金属材料は、ガラス、セラミックス、半導体材料の一種又は数種である。また、前記基体の材料は、柔軟性の高分子材料であってもよい。例えば、シリコーンゴム、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル樹脂の一種又は数種である。
【００６５】
前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中だけに添加してもよく、前記カーボンナノチューブ構造体を完全に被覆してもよい。前記加熱素子は、複数のカーボンナノチューブ構造体を含む場合、該カーボンナノチューブ構造体が間隔を置いて、或いは、互いに接触して前記基体の材料の中に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体が二次元の構造体である場合、該二次元の構造体が間隔を置いて、又は接触して前記基体の中に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体が線状構造体である場合、該線状構造体が間隔を置いて、又は接触して前記基体の中に設置される。また、前記加熱素子に異なる位置に異なる加熱温度を有させるように、実際の応用に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体を前記基体材料における所定の位置に設置することができる。
【００６６】
前記基体の材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸漬するので、該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を固定することができる。従って、前記面熱源が使用される過程において、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が外力で脱離することができない。前記基体の材料で、前記カーボンナノチューブ構造体を被覆させる場合、更に、該カーボンナノチューブ構造体を保護でき、前記基体が、絶縁性の有機高分子材料又は無機非金属材料である場合、前記加熱素子と外部とを絶縁させる。また、前記基体により、熱を均一的に伝送することができる。前記カーボンナノチューブ構造体が急速に昇温する場合、該基体により、前記加熱素子を徐々に昇温させることができる。さらに、前記基体の材料が柔軟性の高分子材料を採用することができ、前記面熱源の柔軟性及び強靱性を増加することができる。
【００６７】
前記基体の材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合して製造する加熱素子において、前記カーボンナノチューブは、均一的に分布し、その含有量が９９％に達することができるので、前記加熱素子を利用した熱源の放熱温度を高めることができる。前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。
【００６８】
前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子に電気的に接続しなければならない。前記第一電極及び前記第二電極は、導電材料からなり、前記加熱素子の同じ表面、又はそれぞれ前記加熱素子の対向する両表面に設置される。前記カーボンナノチューブ構造体の接着性又は導電接着剤を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記加熱素子の表面に設置することができる。前記導電接着剤を利用する場合、前記第一電極及び前記第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とを電気的に接続させると同時に、前記第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定させることができる。前記第一電極及び前記第二電極によって、前記加熱素子に電圧を印加することができる。前記加熱素子が作動する場合、前記第一電極と前記第二電極との間の短路を防止し、該第一電極及び第二電極との間に所定の抵抗を接続するために、該第一電極及び第二電極は、所定の距離を置いて設置しなければならない。
【００６９】
前記加熱素子の基体を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔にしか添加しない場合、前記カーボンナノチューブ構造体における一部のカーボンナノチューブが前記加熱素子の表面に露出するので、前記第一電極及び前記第二電極は、前記加熱素子の同じ表面又は異なる表面に設置して、前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続できる。前記加熱素子の基体は、前記カーボンナノチューブ構造体を被覆する場合、前記第一電極、前記第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とに電気的に接続させるために、該第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ複合構造体の中に設置し、前記カーボンナノチューブ構造体に直接に接続させる。前記第一電極及び前記第二電極を外部電源に電気的に接続させるために、該第一電極及び前記第二電極の一部は、前記加熱素子の外部に露出し、或いは、二つのリード線により、それぞれ第一電極及び前記第二電極を、前記カーボンナノチューブ複合構造体の外部に引き出す。
【００７０】
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の配列方向が同じである場合、前記カーボンナノチューブは、前記第一電極から、前記第二電極へ延伸するように配列されている。例えば、前記カーボンナノチューブ構造体がドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記第一電極及び前記第二電極を、それぞれ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長軸方向に垂直して配置させる。前記カーボンナノチューブ構造体が平行して配列された複数のカーボンナノチューブ線状構造体を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造体の両端にそれぞれ、前記第一電極及び前記第二電極と電気的に接続させる。
【００７１】
前記第一電極及び前記第二電極は、導電フィルム、金属シート又は金属リード線である。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。前記第一電極及び前記第二電極がカーボンナノチューブ構造体からなる場合、該カーボンナノチューブ構造体は、上述の図１又は図９に示されたカーボンナノチューブフィルム、或いは、図１０又は図１１に示されたカーボンナノチューブワイヤを含む。該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ワイヤは、金属性を有するカーボンナノチューブを含むことが必要である。この場合、該カーボンナノチューブ構造体が自体の接着性又は導電接着剤によって、前記加熱素子又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定する。前記金属シート又は金属リード線の材料は、銅又はアルミニウムなどである。前記第一電極及び前記第二電極が金属シートである場合、該金属シートは、導電接着剤で前記加熱素子又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定することができる。前記導電接着剤は、前記第一電極及び前記第二電極に前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させると同時に、該第一電極及び該第二電極に前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定させる。
【００７２】
図１２を参照すると、本発明は、面熱源を製造する方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。
【００７３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供し、該カーボンナノチューブ構造体が複数の微孔を有する。
【００７４】
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。
【００７５】
第二ステップでは、第一電極及び第二電極を、間隔を置いて設置し、該第一電極及び第二電極にカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させる。
【００７６】
前記第一電極及び第二電極は、導電材料からなり、前記カーボンナノチューブ構造体の同じ表面、又は前記カーボンナノチューブ構造体の対向する両表面にそれぞれ設置され、又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に巻き付く。前記第一電極及び第二電極は、前記カーボンナノチューブ構造体の接着性又は導電接着剤を利用して、前記加熱素子の表面に設置することができる。前記導電接着剤は、前記第一電極及び第二電極と前記カーボンナノチューブ構造体とが電気的に接続する同時に、前記第一電極及び第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面によく固定することができる。前記第一電極及び第二電極によって、前記加熱素子に電圧を印加することができる。前記加熱素子が加熱された場合、短路を防止するように、所定の抵抗を接続するために、前記第一電極及び第二電極は、所定の距離を置いて設置しなければならない。
【００７７】
前記第一電極及び第二電極は、導電フィルム、金属シート又は金属リード線である。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。前記導電フィルムは、物理気相堆積法、化学気相堆積法又は他の方法で前記カーボンナノチューブ構造体の表面に形成する。前記金属シート又は金属リード線の材料は、銅又はアルミニウムなどである。該金属シート又は金属リード線は、導電接着剤で前記カーボンナノチューブ構造体の表面に固定することができる。
【００７８】
前記第一電極及び第二電極は、金属性の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１、図９、図１０又は図１１に示された構造である。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の表面に金属層を被覆し、該カーボンナノチューブ構造体の導電性を高めるようにすることが好ましい。
【００７９】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合し、加熱素子を形成する。
【００８０】
前記基体の前駆体は、基体の材料、基体材料からなる溶液、該基体材料を製造する前駆反応物である。該基体の前駆体は、所定の温度で液体又は気体である。前記の基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体とが複合する方法は、塗布、堆積、印刷及び浸漬などの一種である。
【００８１】
前記基体の材料は、高分子材料及び非金属材料などの一種又は数種である。具体的には、前記高分子材料が熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーの一種又は数種であるので、前記基体の前駆体の材料は、熱可塑性ポリマー及び熱硬化性ポリマーを形成するポリマー単体の溶液である。或いは、前記熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーが揮発性の有機溶剤に溶解し、形成された混合溶液である。前記カーボンナノチューブ構造体を前記液体の基体の前駆体に浸漬した後、該液体の基体の前駆体を固化し、前記基体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合させる。
【００８２】
前記非金属材料が、ガラス、セラミックス又は半導体材料などであり、前記基体の前駆体は、非金属材料粒子で製造されたペースト、非金属材料を製造する反応気体、気体状態の非金属材料である。具体的には、真空蒸着、スパッター、化学気相堆積法、物理気相堆積法などの方法で気体の基体の前駆体を形成し、該基体の前駆体を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の表面に堆積させる。また、複数の非金属材料粒子を溶剤に分散し、ペーストを形成し、前記基体の前駆体として、前記カーボンナノチューブ構造体を前記ペーストの中に浸漬した後、溶剤を蒸発させ、前記基体と前記カーボンナノチューブ構造体とを複合させる。
【００８３】
前記基体の前駆体が液体である場合、前記カーボンナノチューブ構造体を前記液体の基体の前駆体の中に浸漬した後、該液体の基体の前駆体を固化することによって、前記基体の材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に浸透させ、加熱素子を形成するようになる。前記基体の前駆体が気体である場合、該基体の前駆体を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の表面に堆積することによって、前記基体の材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に添加させ、加熱素子を形成するようになる。
【００８４】
前記第二ステップにおける第一電極及び第二電極を形成するステップを、前記第三ステップにおける前記カーボンナノチューブ複合構造体を形成した後に、行なってもよい。前記基体材料を前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中だけに添加する場合、即ち、前記一部のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブ複合構造体の表面に露出する場合、前記第二ステップと同じ方法で前記第一電極及び第二電極を前記加熱素子の表面に直接形成し、該第一電極及び第二電極を前記加熱素子におけるカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させる。前記基体材料が前記カーボンナノチューブ構造体の表面を被覆する場合、前記カーボンナノチューブに前記カーボンナノチューブ複合構造体の表面に露出させるように切断する方法で前記カーボンナノチューブ複合構造体を切る。その後、前記第二ステップと同じ方法で前記第一電極及び第二電極に前記露出したカーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させることができる。
【００８５】
（実施例１）
図１３及び図１４を参照すると、本発明実施例１に係る面熱源１０は、加熱素子１６、第一電極１２及び第二電極１４を含む。前記加熱素子１６は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４に電気的に接続する。前記加熱素子１６は、基体１６２及びカーボンナノチューブ構造体１６４を含み、該カーボンナノチューブ構造体１６４が前記基体１６２の中に複合される。前記基体１６２は、平板状の長方体であり、その材料は、エポキシ樹脂である。前記カーボンナノチューブ構造体１６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体１６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。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へ延伸する方向に沿って配列される。前記加熱素子１６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る。前記基体１６２の材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４の微孔の中に浸漬されたので、該カーボンナノチューブ構造体１６４におけるカーボンナノチューブを固定することができる。また、前記基体１６２の材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４を被覆するので、該カーボンナノチューブ構造体１６４を更に保護することができる。
【００８６】
前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、材料がパラジウムであり、その厚さが５ナノメートルである。該第一電極１２及び該第二電極１４は、それぞれ、銀ペーストで前記カーボンナノチューブ構造体１６４の両端に設置され、該カーボンナノチューブ構造体１６４と電気的に接続され、且つ前記基体１６２に被覆される。前記パラジウムと前記カーボンナノチューブとが優れた金属ぬれ性を有するので、前記第一電極１２及び前記第二電極１４と前記加熱素子１６との間が優れた電気的な接続を有し、前記面熱源１０が電気エネルギーを利用する比例を高めることができる。
【００８７】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４をそれぞれ電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記第一電極１２及び第二電極１４により前記加熱素子１６に電圧を印加した場合、該面熱源１０における加熱素子１６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、前記面熱源１０に直接接触し、又は、前記面熱源１０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生じた熱により、前記加熱対象を加熱することができる。
【００８８】
図１５は、本発明実施例１におけるカーボンナノチューブの長軸方向に垂直な方向沿って、前記カーボンナノチューブ複合構造体を切断し、形成された断面の写真である。図１５を参照すると、前記カーボンナノチューブとエポキシ樹脂とが複合した後、前記カーボンナノチューブが前記エポキシ樹脂において、基本的に同じ方向に沿って配列する状態を保持することができることが分かる。
【００８９】
前記面熱源１０は、複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４を含んでもよい。該複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子１６に電気的に接続される。
【００９０】
前記加熱素子１６の面積が一定である場合、該加熱素子１６に印加された電圧の大きさ及び前記カーボンナノチューブ構造体１６４の厚さを制御することにより、前記加熱素子１６から放出した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１６の厚さを変換させることにより、前記加熱素子１６から放出し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１６が厚くなるほど、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１６が薄くなるほど、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は長くなる。前記加熱素子１６の厚さが一定である場合、前記加熱素子１６に印加された電圧が大きくなるほど、記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１６に印加された電圧が小さくなるほど、記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は長くなる。従って、前記面熱源１０を簡単に制御することができる。
【００９１】
前記面熱源１０が応用される時、前記基体１６２の耐熱程度に応じて、前記第一電極１２及び第二電極１４に印加された電圧を制御し、前記カーボンナノチューブ構造体１６４の放熱温度を前記基体材料の耐熱温度範囲に制限させることができる。例えば、前記基体１６２の材料が有機高分子ポリマーである場合、前記加熱素子１６に印加された電圧は、０Ｖ〜１０Ｖであり、該面熱源１０の放熱温度を１２０℃以下に上げ、且つ前記有機高分子ポリマーの融点より低くする。前記基体１６２の材料がセラミックスである場合、前記加熱素子１６に印加された電圧は、１０Ｖ〜３０Ｖであり、該面熱源１０の放熱温度を１２０℃〜５００℃に上げる。図１６から実施例１における面熱源１０に印加された電圧が高くなるほど、該面熱源１０の昇温が速くなり、放熱温度が高くなることが分かる。
【００９２】
また、前記基体１６２が熱耐材料を採用し、前記カーボンナノチューブ構造体１６４の厚さが５ミリメートルであり、加熱素子１６に印加された電圧が１０Ｖ〜３０Ｖである場合、前記面熱源１０を酸化性気体あるいは大気環境の中に置き、該面熱源１０は、長い波長を有する電磁波を放出することができる。測量機器で測量すると、前記面熱源１０の温度は５０℃〜５００℃である。黒体であるカーボンナノチューブにとって、温度が２００℃〜４５０℃である場合、人の目に見えない赤外線を放出することができる。この時の熱輻射は安定であり、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。前記カーボンナノチューブ構造体１６４を利用した面熱源１０は、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ことができる。
【００９３】
また、前記面熱源１０におけるカーボンナノチューブ構造体１６４は、厚さが小さく、透明であり、且つ前記基体１６２の材料が透明の有機材料又は透明の無機材料である場合、該面熱源１０は透明の面熱源である。前記面熱源１０における加熱素子１６の基体１６２が柔軟性のポリマーからなる場合、該面熱源１０は、柔軟性の面熱源である。
【００９４】
図１３、図１４を参照すると、前記実施例１の面熱源１０を製造する方法を例として、詳しく説明する。
【００９５】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体１６４を提供し、該カーボンナノチューブ構造体１６４が複数の微孔を有する。
【００９６】
前記カーボンナノチューブ構造体１６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体１６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。
【００９７】
第二ステップでは、第一電極１２及び第二電極１４を、間隔を置いて設置し、該第一電極１２及び第二電極１４をカーボンナノチューブ構造体１６４と電気的に接続させる。
【００９８】
スパッターの方法で前記カーボンナノチューブ構造体１６４の表面に前記第一電極１２及び第二電極１４とする二つのパラジウムフィルムを堆積した後、該二つのパラジウムフィルムをそれぞれ、金属リード線に電気的に接続する。
【００９９】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体１６４とを複合し、加熱素子１６を形成する。
【０１００】
本実施例において、グルーを注入する方法で、高分子材料とカーボンナノチューブ構造体１６４とを複合し、加熱素子１６を形成する。該方法は、下記のステップを含む。
【０１０１】
第一サブステップでは、液体の熱硬化性の高分子材料を提供する。
【０１０２】
前記液体の熱硬化性の高分子材料の粘度が５パスカル・秒以下であり、室温で前記粘度が３０分時間以上を保持することができる。前記熱硬化性の高分子材料は、高分子材料及び、固化剤、改質剤、填料又は稀釈剤などの添加物を含む。
【０１０３】
前記高分子材料が前記熱硬化性の高分子材料における質量パーセンテージの含有量は、７０％〜９５％である。前記添加物が前記熱硬化性の高分子材料における質量パーセンテージの含有量は、５％〜３０％である。前記高分子材料は、フェノール樹脂（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）、ビスマレイミド樹脂（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）ポリベンゾオキサジン樹脂（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｉｎｅｓ ｒｅｓｉｎ）樹脂、シアネート エステル樹脂（Ｃｙａｎａｔｅ ｓｅｔｅｒ ｒｅｓｉｎ）、ポリイミド樹脂、（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂 （ＰＭＭＡ） などの一種又は数種である。
【０１０４】
前記固化剤は、前記熱硬化性の高分子材料の固化を加速することに用いられ、脂肪族アミン（Ａｌｉｐｈａｔｉｃ ａｍｉｎｅ）、脂環式アミン（Ａｌｉｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）、芳香族アミン（Ａｒｏｍａｔｉｃ ａｍｉｎｅ）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、酸無水物 （Ａｃｉｄ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、第三級アミン（Ｔｅｒｔｉａｒｙ ａｍｉｎｅｓ）、樹脂などの一種又は数種である。
【０１０５】
前記改質剤は、前記熱硬化性の高分子材料の柔軟性、抗せん断性、抗折性、絶縁性などを高めることができる。前記改質剤は、多硫化ゴム（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ ｒｕｂｂｅｒ）、ポリアミド樹脂（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ ）などの一種又は数種である。
【０１０６】
前記添加物は、前記熱硬化性の高分子材料が固化された時の放熱条件を改善することに用いられ、該熱硬化性の高分子材料の用量を減少し、コストを減少することもできる。前記添加物は、石綿繊維、ガラス繊維、石英の粉末、酸化アルミニウム、シリカゲルの粉などの一種又は数種である。
【０１０７】
前記稀釈剤は、ジグリシジルエーテル（Ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ポリグリシジルエーテル（Ｐｏｌｙｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、アリルフェノール（Ａｌｌｙｌｐｈｅｎｏｌ）などの一種又は数種である。
【０１０８】
本実施例は、エポキシ樹脂で液体の熱硬化性の高分子材料を製造する。具体的には、下記のステップを含む。
【０１０９】
まず、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びグリシド酸エステル型エポキシ樹脂の混合物を容器に置き、該混合物を３０℃〜６０℃に加熱し、且つ該混合物を均一的に混合させるように、該混合物を１０分間撹拌する。
【０１１０】
次に、脂肪族アミン及びジグリシジルエーテルを前記混合物に添加し、化学反応を行なって、反応生成物を形成する。
【０１１１】
最後に、前記反応生成物を３０℃〜６０℃に加熱し、エポキシ樹脂を含む液体の熱硬化性の高分子材料を形成する。
【０１１２】
第二サブステップでは、前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する。
【０１１３】
前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する方法は、下記のステップを含む。
【０１１４】
まず、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を金型の中に置く。
【０１１５】
次に、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬するために、前記液体熱硬化性の高分子材料を前記金型の中に注入する。前記液体の熱硬化性の高分子材料が前記カーボンナノチューブ構造体１６４を十分に浸漬するために、該カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する時間は、１０分間以上である。
【０１１６】
前記液体の熱硬化性の高分子材料で前記カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬する方法は、前記注入する方法に限られず、該液体の熱硬化性の高分子材料が毛細管現象により、前記カーボンナノチューブ構造体１６４に吸入され、該カーボンナノチューブ構造体１６４を浸漬するようになり、或いは、前記カーボンナノチューブ構造体１６４を前記液体の熱硬化性の高分子材料の中に浸漬することは理解されたい。
【０１１７】
第三サブステップでは、前記液体の熱硬化性の高分子材料に浸漬された前記カーボンナノチューブ構造体１６４を固化し、カーボンナノチューブ複合構造体を形成する。
【０１１８】
本実施例において、エポキシ樹脂を含む熱硬化性の高分子材料を固化する方法は、下記のステップを含む。
【０１１９】
まず、加熱装置により、前記金型を５０℃〜７０℃に加熱して、該温度の下で、前記エポキシ樹脂を含む熱硬化性の高分子材料が液体を加熱する。前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記温度を１時間〜３時間保持し、前記熱硬化性の高分子材料に熱を吸収させ続けさせる。
【０１２０】
次に、前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記金型を８０℃〜１００℃に加熱し続けて、該温度の下で１時間〜３時間保持する。
【０１２１】
その後で、前記熱硬化性の高分子材料が固化される程度を増加するように、前記金型を１１０℃〜１５０℃に加熱し続けて、該温度の下で２時間〜２０時間保持する。
【０１２２】
最後に加熱することを止めて、前記金型が室温に下がた後で、離型してカーボンナノチューブ複合構造体を形成する。
【０１２３】
前記加熱方法において、前記金型を直接に１１０℃〜１５０℃に加熱することにより、前記熱硬化性の高分子材料を固化することもできる。
【０１２４】
（実施例２）
図１７及び図１８を参照すると、本発明の実施例２に係る面熱源２０を提供する。該面熱源２０は、加熱素子２６、第一電極２２、第二電極２４、支持体２８、反射層２７及び保護層２５を含む。前記加熱素子２６は、例えば、平面構造又は曲面構造である二次元の構造である。該加熱素子２６は、基体２６２及び、該基体２６２の中に設置されたカーボンナノチューブ構造体２６４を含む。
【０１２５】
前記反射層２７は、前記支持体２８の表面に設置される。前記加熱素子２６は、前記反射層２７の、前記支持体２８と対向する表面とは反対の表面に設置される。前記第一電極２２及び第二電極２４は、間隔を置いて、前記加熱素子２６の表面に設置し、該加熱素子２６と電気的に接続する。前記保護層２５は、前記加熱素子２６の、前記反射層２７と対向する表面とは反対の表面に設置される。前記面熱源２０は、二つのリード線２９を含み、該二つのリード線２９がそれぞれ、前記第一電極２２及び前記第二電極２４に電気的に接続する。
【０１２６】
前記支持体２８は、前記加熱素子２６を支持することに用いられる。該支持体２８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。前記支持体２８が柔らかい材料からなる場合、前記面熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記支持体２８の材料は絶縁材料であることが好ましい。前記支持体２８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、前記支持体２８は、セラミックスの平板形状の基板である。
【０１２７】
前記反射層２７は、前記加熱素子２６から放出した熱を外部の空間に反射し、加熱効率を高めることに用いられる。該反射層２７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。前記反射層２７の厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。本実施例において、前記反射層２７は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートルである。前記反射層２７は、スパッターの方法で前記支持体２８の表面に形成される。勿論、前記反射層２７は、前記支持体２８の、前記加熱素子２６と対向する表面とは反対する表面に設置される。即ち、前記支持体２８は、前記加熱素子２６と前記反射層２７との間に設置される。前記反射層２７を設置せず、即ち、前記加熱素子２６を前記支持体２８の表面に直接設置することもできる。
【０１２８】
前記保護層２５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２５の厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであることが好ましい。前記保護層２５を、前記加熱素子２６、前記第一電極２２及び前記第二電極２４の表面に被覆させることにより、前記面熱源２０を絶縁状態で使用でき、ほこりが前記加熱素子２６に付着することを防止できる。勿論、前記保護層２５を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層２５は、ゴムからなり、その厚さが０．５ミリメートルである。
【０１２９】
本発明の実施例２に係る面熱源２０の製造方法は、下記のステップを含む。
【０１３０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体２６４を提供し、該カーボンナノチューブ構造体２６４が複数の微孔を有する。
【０１３１】
前記カーボンナノチューブ構造体２６４は、積層された百枚のドローン構造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構造体２６４において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が平行する。
【０１３２】
第二ステップでは、第一電極２２及び第二電極２４を、間隔を置いて設置し、該第一電極２２及び第二電極２４をカーボンナノチューブ構造体２６４と電気的に接続させる。
【０１３３】
第三ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ構造体２６４とを複合し、加熱素子２６を形成する。
【０１３４】
前記第一ステップ、第二ステップ及び第三ステップの製造方法は、前記実施例１における面熱源１０を製造する方法と同じである。
【０１３５】
第四ステップでは、支持体２８を提供し、該支持体２８の表面に反射層２７を形成する。前記支持体２８は、セラミックスの平板形状の基板である。塗布又はコーティングなどの方法で前記支持体２８の表面に反射層２７を形成してもよい。該反射層２７の材料が金属酸化物又は金属塩である場合、該金属酸化物又は金属塩の粒子を溶剤に分散し、ペーストが形成される。該ペーストを前記支持体２８の表面に塗布又は印刷することによって、反射層２７を形成する。前記溶剤は、前記金属酸化物又は金属塩と化学反応を行なわない溶剤である。本実施例において、物理気相堆積法でセラミックスの基板の表面に前記反射層２７とする酸化アルミニウム膜を堆積する。
【０１３６】
第五ステップでは、前記加熱素子２６を前記反射層２７の表面に設置する。
【０１３７】
前記加熱素子２６は、銀ペーストなどの導電接着剤で前記反射層２７の表面に固定することができる。
【０１３８】
第六ステップでは、前記加熱素子２６の表面に前記保護層２５を形成する。
【０１３９】
前記保護層２５は、接着剤又は機械固定の方法で前記加熱素子２６の表面に固定する。また、前記保護層２５の材料が熱可塑性ポリマーである場合、該熱可塑性ポリマーを高温で前記加熱素子２６の表面に塗布又は被覆し、低温で固化し、前記保護層２５を形成するようになる。前記保護層２５の材料が例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの柔軟性のポリマーである場合、熱プレスの方法で前記保護層２５と前記加熱素子２６とを結合させ、該保護層２５を前記加熱素子２６の表面に固定させる。
【０１４０】
（実施例３）
図１９を参照すると、本発明の実施例３による面熱源３０が提供される。該面熱源３０は、加熱素子３６、第一電極３２及び第二電極３４を含む。前記加熱素子３６は、例えば、平面構造又は曲面構造である二次元の構造である。該加熱素子３６は、それぞれ、前記第一電極３２及び第二電極３４に電気的に接続する。
【０１４１】
前記面熱源３０と前記実施例１における面熱源１０の構造とは、基本的に同じである。異なることは、前記加熱素子３６が複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６を含み、該複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は交叉して配列し、二次元の加熱素子が形成されていることである。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は、前記カーボンナノチューブ線状構造体と基体材料とが複合されたものである。該基体材料は、前記カーボンナノチューブ線状構造体の微孔の中に添加される。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は、いろいろな形状を有する加熱素子３６を編むことができる。前記基体材料は、柔軟性のポリマーであることが好ましい。
【０１４２】
本発明の実施例３における面熱源３０の製造方法は、下記のステップを含む。
【０１４３】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ線状構造体を提供し、該カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法は、前記カーボンナノチューブ線状構造体の製造方法と同じである。
【０１４４】
第二ステップでは、基体の前駆体を提供し、該基体の前駆体と前記カーボンナノチューブ線状構造体とを複合し、線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６を形成する。前記カーボンナノチューブ線状構造体と基体の前駆体とを複合する方法は、前記実施例１における第三ステップと同じである。
【０１４５】
前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６は交叉して配列し、巻き付き、編んで二次元の加熱素子３６が形成される。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６が編むことによって、加熱素子３６を形成する場合、該加熱素子３６が面状を保持することができる。前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６が交叉して配列し、又は巻き付くことによって、加熱素子３６を形成する場合、該複数の線状のカーボンナノチューブ複合構造体３６６の間が接着剤で接着し、該加熱素子３６が面状を保持することができる。
【０１４６】
第三ステップでは、第一電極３２及び第二電極３４を、間隔を置いて設置し、該第一電極３２及び第二電極３４にカーボンナノチューブ構造体２６４と電気的に接続させる。
【０１４７】
前記面熱源及び該面熱源の製造方法は、下記の優れた点がある。
【０１４８】
前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接複合し、加熱素子を形成することによって、前記カーボンナノチューブが、前記加熱素子において、カーボンナノチューブ構造体の形態を保持するので、前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、均一的に分布し、導電通路を形成することができ、従来技術におけるカーボンナノチューブが、溶液に分散された濃度に制限されることと比べて、該カーボンナノチューブは、前記加熱素子における含有量が９９％に達することができる。従って、前記熱源の放熱温度を高めることができる。
【０１４９】
前記面熱源において、加熱素子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におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができる。前記カーボンナノチューブが電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率は、高いので、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。
【０１５０】
前記加熱素子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、該加熱素子は、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、カーボンナノチューブ構造体及び柔軟性の基体が複合し、前記加熱素子を形成する場合、該加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【０１５１】
前記加熱素子おけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。
【０１５２】
前記カーボンナノチューブ構造体が、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたカーボンナノチューブフィルムからなる場合、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が同じ方向に沿って、端と端が接続されるので、優れた導電性を有する。従って、前記面熱源は、優れた加熱性能を有する。また、前記カーボンナノチューブフィルムが所定の透明度を有するので、透明の面熱源を製造することができる。
【０１５３】
前記カーボンナノチューブ線状構造体をいろいろな形状の加熱素子に編むことができるので、いろいろな形状を有する面熱源を製造することができる。
【０１５４】
前記基体材料と前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体とを直接に複合し、加熱素子を形成する方法は、簡単である。且つ前記カーボンナノチューブの前記加熱素子における含有量を容易に制御することができる。前記自立構造体を有するカーボンナノチューブ構造体と前記基体材料とを直接複合した後、該カーボンナノチューブ構造体は従来の状態を保持することができる。従って、前記加熱素子は、純カーボンナノチューブ構造体からなる加熱素子とほとんど同じ熱を放出することができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１０、２０、３０ 面熱源
１２、２２、３２ 第一電極
１４、２４、３４ 第二電極
１６、２６、３６ 加熱素子
２５ 保護層
２７ 反射層
２８ 支持体
２９ リード線
１６２、２６２ 基体
１６４、２６４ カーボンナノチューブ構造体
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
３６６ 線状のカーボンナノチューブ複合構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含み、
前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、
前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合されており、
該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする面熱源。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ線状構造体において、複数の微孔が形成され、前記基体材料が、前記複数の微孔の中に浸透されていることを特徴とする、請求項１に記載の面熱源。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、単一の前記カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面熱源。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも二本のカーボンナノチューブワイヤを含み、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造であることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の面熱源。
【請求項５】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、平行に配列されていることを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項６】
前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、螺旋状に配列されていることを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項１】
加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含み、
前記加熱素子が線状のカーボンナノチューブ複合構造体であり、
前記線状のカーボンナノチューブ複合構造体が少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料を含み、該カーボンナノチューブ線状構造体及び基体材料が複合されており、
該カーボンナノチューブ線状構造体が、複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする面熱源。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ線状構造体において、複数の微孔が形成され、前記基体材料が、前記複数の微孔の中に浸透されていることを特徴とする、請求項１に記載の面熱源。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、単一の前記カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面熱源。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも二本のカーボンナノチューブワイヤを含み、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造であることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の面熱源。
【請求項５】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、平行に配列されていることを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項６】
前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造は、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、螺旋状に配列されていることを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２５７９７５（Ｐ２０１０−２５７９７５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９７２８５（Ｐ２０１０−９７２８５）
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【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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