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。前記複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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。前記複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面熱源及びその製造方法に関し、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は、強度が低く、折れやすい。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いという欠点がある。また、前記金属のフィラメントから放出された熱は、標準的な波長で外部に放射されるので、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。該金属のフィラメントは、密度及び重量が大きいので、その利用が不便である。
【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。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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を含む。
【００１０】
前記カーボンナノチューブフィルムが、同じ方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１１】
前記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セグメントを含み、各々の前記カーボンナノチューブセグメントが、分子間力で接続され、同じ方向に沿って配列され、前記カーボンナノチューブセグメントが、長さが同じであり且つ平行に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１２】
前記カーボンナノチューブフィルムが、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を含む。
【００１３】
前記カーボンナノチューブフィルムが、長さが該カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１４】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、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を含む。
【発明の効果】
【００１５】
従来の面熱源と比べると、本発明の面熱源が、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面熱源は、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。また、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面熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。また、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、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る面熱源の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る面熱源を図１に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って切る断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る面熱源における、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４】カーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る面熱源における、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６】本発明の実施例に係る面熱源における、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７】本発明の実施例に係る面熱源における、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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】本発明の実施例に係る面熱源における、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造のＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の実施例に係る面熱源における、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造のＳＥＭ写真である。
【図１５】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のＳＥＭ写真である。
【図１６】本発明の実施例に係るねじれ状ワイヤ構造のカーボンナノチューブのＳＥＭ写真である。
【図１７】本発明の実施例３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４に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例５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】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、面熱源１０を提供する。該面熱源１０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１０は、基板１８、反射層１７、加熱素子１６、保護層１５、第一電極１２及び第二電極１４を含む。
【００１９】
前記反射層１７は、前記基板１８の一つの表面に設置される。前記加熱素子１６は、前記反射層１７の、前記基板１８に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、前記加熱素子１６に電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、該加熱素子１６に電気的に接続されるように、前記加熱素子１６の表面に間隔を置いて設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４により、該加熱素子１６に電流を流す。前記保護層１５は、前記加熱素子１６の、前記反射層１７に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記保護層１５は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４を被覆し、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。
【００２０】
前記基板１８の形状及び寸法は、実際の応用に応じて選択することができる。例えば、前記基板１８は方形、円形又は三角形である。該基板１８は、平面又は曲面の表面を有し、前記加熱素子１６及び前記反射層１７を支持するために用いられる。該基板１８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性の繊維などの柔軟性の材料であってもよい。本実施例において、前記基板１８は、厚さが１ミリメートルのセラミックス基板である。前記加熱素子１６が自立構造を有する場合、前記面熱源１０における基板１８は、使用しなくてもよい。
【００２１】
前記反射層１７は、前記加熱素子１６から放出された熱を反射し、該熱を一つの方向に沿って放出させ、加熱効率を高めるために用いられる。該反射層１７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１７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。本実施例において、前記反射層１７の厚さは、０．１ミリメートルである。勿論、前記反射層１７は、前記基板１８の、前記加熱素子１６から離れた表面に設置してもよい。即ち、前記基板１８を、前記加熱素子１６と前記反射層１７との間に設置し、該反射層１７により、熱を十分に反射させる。前記反射層１７を設置せず、即ち、前記加熱素子１６を前記基板１８の表面に直接設置することもできる。これによって、前記面熱源１０の加熱方向が制限されず、前記面熱源１０は両面から熱を放出することができる。
【００２２】
前記加熱素子１６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類に分類される。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０．５ｎｍ〜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。
【００２３】
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であり、本実施例では、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熱容量が非常に低い場合、前記加熱素子１６を速やかに加熱させることができる。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。
【００２４】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（五）のものが挙げられる。
（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、図３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。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム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の幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが１０μｍ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９０％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。
【００２５】
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におけるカーボンナノチューブは、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におけるカーボンナノチューブが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は、隙間なく並列されることもできる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２８】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２９】
本実施例から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。
【００３０】
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セグメントからなる連続するカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３１】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３２】
（二）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、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を含む。このカーボンナノチューブフィルムは超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。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、１０ｎｍ〜１００μｍ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０μｍ〜５μｍである。前記距離が０μｍ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同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。即ち、カーボンナノチューブの長さが超長である。さらに、各々の前記カーボンナノチューブ１４５に結節がない。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１０μｍである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０ｃｍである。
【００３３】
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のみを含む場合、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。
【００３４】
（三）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、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、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）である。前記カーボンナノチューブフィルムは、図６又は図７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。
【００３５】
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。
【００３６】
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る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る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。
【００３７】
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の厚さが１マイクロメートル〜１ミリメートルであることが好ましい。
【００３８】
（四）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、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図８及び図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いて、複数のカーボンナノチューブは、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、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍ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、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１０μｍ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、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３９】
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。
【００４０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００４１】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。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。
【００４２】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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１０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。
【００４６】
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加熱し、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図８と図９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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（五）カーボンナノチューブフィルムセグメント
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルム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セグメントの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００５０】
前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電材料からなり、前記加熱素子１６の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子１６の対向する両表面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４の形状は制限されない。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、極めて小型の面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、上述の少なくとも一枚の図３に示すカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルムである。
【００５１】
前記加熱素子１６における前記カーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、直接前記加熱素子１６の表面に設置されることができる。或いは、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電接着剤で前記加熱素子１６の表面に接着してもよい。該第一電極１２及び前記第二電極１４を前記加熱素子１６に電気的に接続させると同時に、該加熱素子１６の表面によく固定させる。前記導電接着剤は、銀ペーストである。
【００５２】
本実施例において、前記加熱素子１６は、積層された百枚のカーボンナノチューブフィルムである。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力で緊密に接続される。図３と図４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１６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への方向に配列される。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り、厚さが５００ナノメートルである。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、積層された複数の図３に示すようなカーボンナノチューブフィルムであり、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が同じ方向に沿って、配列されている。
【００５３】
前記保護層１５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１５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１５は、前記第一電極１２、前記第二電極１４及び前記加熱素子１６に被覆され、前記面熱源１０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。勿論、前記保護層１５を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層１５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２６を保護するために用いられる。
【００５４】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源（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に電圧を印加する場合、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、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子１６の寸法及び該加熱素子１６に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子１６から放出され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の厚さを変更することにより、前記加熱素子１６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１６が厚くなるほど、前記加熱素子１６から放出された電磁波の波長は短くなる。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から放出された電磁波の波長は短くなる。従って、前記面熱源１０は簡単に制御することができる。
【００５５】
本実施例の面熱源１０を空気雰囲気下に置き、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１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０の温度は５０℃〜５００℃に上昇する。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１６は熱を放出する。前記加熱素子１６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。
【００５６】
図１１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℃に達することができることが分かる。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。
【００５７】
本実施例の面熱源１０を真空装置に置き、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８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該面熱源１０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、前記面熱源１０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記面熱源１０に印加された電圧が十分に強い場合、前記面熱源１０は、紫外光線を放出することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源に電気的に接続させる場合、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。加熱対象を前記面熱源１０に直接接触してもよく、又は、加熱対象を前記面熱源１０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は、前記加熱対象を加熱する。
【００６０】
（実施例２）
図１２を参照すると、本実施例は、面熱源２０を提供する。本実施例の面熱源２０は、基板２８、反射層２７、加熱素子２６、保護層２５、第一電極２２及び第二電極２４を含む。前記反射層２７は、前記基板２８の一つの表面に設置される。前記加熱素子２６は、前記反射層２７の、前記基板２８に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記第一電極２２及び前記第二電極２４は、前記加熱素子２６に電気的に接続される。本実施例と実施例１との異なる点は、前記加熱素子２６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。
【００６１】
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４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１μｍ〜１ｃｍであることが好ましい。該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１３を参照）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１４を参照）。即ち、図１３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、配列される。図１４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の軸周りに、螺旋状に配列される。
【００６２】
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１５を参照）又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。
【００６３】
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、２０マイクロメートル〜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。
【００６４】
図１５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、得られたものである。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（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、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。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、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、前記第一電極２２及び前記第二電極２４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、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、又は交差して配列される。前記平行に配列された隣接するカーボンナノチューブ線状構造の間の距離は、０マイクロメートル〜３０マイクロメートルである。前記交差して配列されたカーボンナノチューブ線状構造の交差する角度は、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の設置する方式が制限されず、均一な加熱素子１６を形成することができることを確保してもよい。
【００６８】
本実施例において、前記加熱素子２６が複数の図１４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が前記基板２８に平行に配列し、二次元の加熱素子が形成される。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該線状構造１７０の軸周りに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の軸周りに、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００６９】
前記第一電極２２及び第二電極２４は前記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、前記第一電極２２及び第二電極２４は一本の図１３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。
【００７０】
勿論、実施例１の第一電極１２及び第二電極１４は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。
【００７１】
（実施例３）
図１７を参照すると、本発明の実施例３は、面熱源３０を提供する。該面熱源３０は、基板３８、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、前記基板３８の表面に設置される。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、前記加熱素子３６に電気的に接続される。前記加熱素子３６が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に配列され、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続される。他の一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続された前記カーボンナノチューブワイヤに、垂直に配列される。前記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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子３６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７２】
（実施例４）
図１８を参照すると、本発明の実施例４は、面熱源４０を提供する。該面熱源４０は、基板（図示せず）、加熱素子４６、第一電極４２及び第二電極４４を含む。該加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。各々のカーボンナノチューブワイヤが互いに編まれ、二次元の加熱素子を形成することである。該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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７３】
（実施例５）
図１９を参照すると、本発明の実施例５は、面熱源５０を提供する。該面熱源５０と前記実施例３における面熱源３０の構造とは、基本的に同じであり、該面熱源５０は、基板５８、加熱素子５６、第一電極５２及び第二電極５４を含む。本実施例において、前記加熱素子５６が一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。前記カーボンナノチューブワイヤは曲げられた二次元の加熱素子に形成される。該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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子５６は、カーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極５２及び前記第二電極５４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７４】
本発明の面熱源が、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面熱源は、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。また、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面熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。また、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、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【００７５】
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、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／ｍ２Ｋ以下である。従って、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。
【００７６】
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、前記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。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、厚さが薄い。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。
【００７７】
本発明の実施例は、前記面熱源の製造方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。
【００７８】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。
【００７９】
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と同様である。
【００８０】
第二ステップでは、第一電極及び第二電極を提供し、該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に電気的に接続させ、面熱源を形成する。
【００８１】
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に電気的に接続する方法は、制限されず、リード線により前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続してもよく、又は、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に直接設置してもよい。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同一表面又は異なる表面に設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、所定の距離を置いて設置され、該第一電極と該第二電極と間に所定の抵抗を生じ、該第一電極及び該第二電極間のショートを防止することができる。前記カーボンナノチューブ構造体自体が優れた接着性を有するので、該接着性を利用して、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接着する。従って、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が十分に電気的に接続することができる。また、例えば銀ペーストなどの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カーボンナノチューブ構造体の表面に接着してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０、２０、３０、４０、５０ 面熱源
１２、２２、３２、４２、５２ 第一電極
１４、２４、３４、４４、５４ 第二電極
１５、２５ 保護層
１６、２６、３６，４６、５６ 加熱素子
１７、２７ 反射層
１８、２８、３８、５８ 基板
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、面熱源及びその製造方法に関し、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は、強度が低く、折れやすい。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いという欠点がある。また、前記金属のフィラメントから放出された熱は、標準的な波長で外部に放射されるので、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。該金属のフィラメントは、密度及び重量が大きいので、その利用が不便である。
【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。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。
【０００９】
前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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を含む。
【００１０】
前記カーボンナノチューブフィルムが、同じ方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１１】
前記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セグメントを含み、各々の前記カーボンナノチューブセグメントが、分子間力で接続され、同じ方向に沿って配列され、前記カーボンナノチューブセグメントが、長さが同じであり且つ平行に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１２】
前記カーボンナノチューブフィルムが、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を含む。
【００１３】
前記カーボンナノチューブフィルムが、長さが該カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである複数のカーボンナノチューブを含む。
【００１４】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、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を含む。
【発明の効果】
【００１５】
従来の面熱源と比べると、本発明の面熱源が、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面熱源は、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。また、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面熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。また、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、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る面熱源の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る面熱源を図１に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って切る断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る面熱源における、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４】カーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る面熱源における、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６】本発明の実施例に係る面熱源における、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７】本発明の実施例に係る面熱源における、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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】本発明の実施例に係る面熱源における、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造のＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の実施例に係る面熱源における、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造のＳＥＭ写真である。
【図１５】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のＳＥＭ写真である。
【図１６】本発明の実施例に係るねじれ状ワイヤ構造のカーボンナノチューブのＳＥＭ写真である。
【図１７】本発明の実施例３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４に係る面熱源の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例５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】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、面熱源１０を提供する。該面熱源１０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１０は、基板１８、反射層１７、加熱素子１６、保護層１５、第一電極１２及び第二電極１４を含む。
【００１９】
前記反射層１７は、前記基板１８の一つの表面に設置される。前記加熱素子１６は、前記反射層１７の、前記基板１８に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、前記加熱素子１６に電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、該加熱素子１６に電気的に接続されるように、前記加熱素子１６の表面に間隔を置いて設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４により、該加熱素子１６に電流を流す。前記保護層１５は、前記加熱素子１６の、前記反射層１７に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記保護層１５は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４を被覆し、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。
【００２０】
前記基板１８の形状及び寸法は、実際の応用に応じて選択することができる。例えば、前記基板１８は方形、円形又は三角形である。該基板１８は、平面又は曲面の表面を有し、前記加熱素子１６及び前記反射層１７を支持するために用いられる。該基板１８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性の繊維などの柔軟性の材料であってもよい。本実施例において、前記基板１８は、厚さが１ミリメートルのセラミックス基板である。前記加熱素子１６が自立構造を有する場合、前記面熱源１０における基板１８は、使用しなくてもよい。
【００２１】
前記反射層１７は、前記加熱素子１６から放出された熱を反射し、該熱を一つの方向に沿って放出させ、加熱効率を高めるために用いられる。該反射層１７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１７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。本実施例において、前記反射層１７の厚さは、０．１ミリメートルである。勿論、前記反射層１７は、前記基板１８の、前記加熱素子１６から離れた表面に設置してもよい。即ち、前記基板１８を、前記加熱素子１６と前記反射層１７との間に設置し、該反射層１７により、熱を十分に反射させる。前記反射層１７を設置せず、即ち、前記加熱素子１６を前記基板１８の表面に直接設置することもできる。これによって、前記面熱源１０の加熱方向が制限されず、前記面熱源１０は両面から熱を放出することができる。
【００２２】
前記加熱素子１６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類に分類される。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０．５ｎｍ〜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。
【００２３】
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であり、本実施例では、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熱容量が非常に低い場合、前記加熱素子１６を速やかに加熱させることができる。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。
【００２４】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（五）のものが挙げられる。
（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、図３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。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム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の幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが１０μｍ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９０％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。
【００２５】
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におけるカーボンナノチューブは、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におけるカーボンナノチューブが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は、隙間なく並列されることもできる。
【００２６】
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。
【００２７】
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、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２８】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２９】
本実施例から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。
【００３０】
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セグメントからなる連続するカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３１】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続するカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３２】
（二）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、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を含む。このカーボンナノチューブフィルムは超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。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、１０ｎｍ〜１００μｍ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０μｍ〜５μｍである。前記距離が０μｍ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同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。即ち、カーボンナノチューブの長さが超長である。さらに、各々の前記カーボンナノチューブ１４５に結節がない。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１０μｍである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０ｃｍである。
【００３３】
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のみを含む場合、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。
【００３４】
（三）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、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、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）である。前記カーボンナノチューブフィルムは、図６又は図７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。
【００３５】
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。
【００３６】
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る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る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。
【００３７】
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の厚さが１マイクロメートル〜１ミリメートルであることが好ましい。
【００３８】
（四）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、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図８及び図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いて、複数のカーボンナノチューブは、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、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍ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、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１０μｍ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、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３９】
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。
【００４０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００４１】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。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。
【００４２】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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１０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。
【００４６】
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加熱し、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図８と図９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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（五）カーボンナノチューブフィルムセグメント
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルム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セグメントの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００５０】
前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電材料からなり、前記加熱素子１６の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子１６の対向する両表面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４の形状は制限されない。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、極めて小型の面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、上述の少なくとも一枚の図３に示すカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルムである。
【００５１】
前記加熱素子１６における前記カーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、直接前記加熱素子１６の表面に設置されることができる。或いは、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電接着剤で前記加熱素子１６の表面に接着してもよい。該第一電極１２及び前記第二電極１４を前記加熱素子１６に電気的に接続させると同時に、該加熱素子１６の表面によく固定させる。前記導電接着剤は、銀ペーストである。
【００５２】
本実施例において、前記加熱素子１６は、積層された百枚のカーボンナノチューブフィルムである。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力で緊密に接続される。図３と図４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１６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への方向に配列される。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り、厚さが５００ナノメートルである。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、積層された複数の図３に示すようなカーボンナノチューブフィルムであり、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が同じ方向に沿って、配列されている。
【００５３】
前記保護層１５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１５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１５は、前記第一電極１２、前記第二電極１４及び前記加熱素子１６に被覆され、前記面熱源１０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。勿論、前記保護層１５を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層１５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２６を保護するために用いられる。
【００５４】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源（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に電圧を印加する場合、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、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子１６の寸法及び該加熱素子１６に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子１６から放出され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の厚さを変更することにより、前記加熱素子１６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１６が厚くなるほど、前記加熱素子１６から放出された電磁波の波長は短くなる。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から放出された電磁波の波長は短くなる。従って、前記面熱源１０は簡単に制御することができる。
【００５５】
本実施例の面熱源１０を空気雰囲気下に置き、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１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０の温度は５０℃〜５００℃に上昇する。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１６は熱を放出する。前記加熱素子１６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。
【００５６】
図１１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℃に達することができることが分かる。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。
【００５７】
本実施例の面熱源１０を真空装置に置き、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８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該面熱源１０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、前記面熱源１０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記面熱源１０に印加された電圧が十分に強い場合、前記面熱源１０は、紫外光線を放出することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源に電気的に接続させる場合、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。加熱対象を前記面熱源１０に直接接触してもよく、又は、加熱対象を前記面熱源１０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は、前記加熱対象を加熱する。
【００６０】
（実施例２）
図１２を参照すると、本実施例は、面熱源２０を提供する。本実施例の面熱源２０は、基板２８、反射層２７、加熱素子２６、保護層２５、第一電極２２及び第二電極２４を含む。前記反射層２７は、前記基板２８の一つの表面に設置される。前記加熱素子２６は、前記反射層２７の、前記基板２８に面する表面とは反対側の表面に設置される。前記第一電極２２及び前記第二電極２４は、前記加熱素子２６に電気的に接続される。本実施例と実施例１との異なる点は、前記加熱素子２６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。
【００６１】
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４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１μｍ〜１ｃｍであることが好ましい。該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１３を参照）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１４を参照）。即ち、図１３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、配列される。図１４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の軸周りに、螺旋状に配列される。
【００６２】
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１５を参照）又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。
【００６３】
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、２０マイクロメートル〜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。
【００６４】
図１５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、得られたものである。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（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、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。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、０．５ｎｍ〜１００μｍである。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、前記第一電極２２及び前記第二電極２４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、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、又は交差して配列される。前記平行に配列された隣接するカーボンナノチューブ線状構造の間の距離は、０マイクロメートル〜３０マイクロメートルである。前記交差して配列されたカーボンナノチューブ線状構造の交差する角度は、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の設置する方式が制限されず、均一な加熱素子１６を形成することができることを確保してもよい。
【００６８】
本実施例において、前記加熱素子２６が複数の図１４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が前記基板２８に平行に配列し、二次元の加熱素子が形成される。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該線状構造１７０の軸周りに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の軸周りに、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００６９】
前記第一電極２２及び第二電極２４は前記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、前記第一電極２２及び第二電極２４は一本の図１３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。
【００７０】
勿論、実施例１の第一電極１２及び第二電極１４は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。
【００７１】
（実施例３）
図１７を参照すると、本発明の実施例３は、面熱源３０を提供する。該面熱源３０は、基板３８、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、前記基板３８の表面に設置される。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、前記加熱素子３６に電気的に接続される。前記加熱素子３６が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に配列され、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続される。他の一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続された前記カーボンナノチューブワイヤに、垂直に配列される。前記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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子３６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７２】
（実施例４）
図１８を参照すると、本発明の実施例４は、面熱源４０を提供する。該面熱源４０は、基板（図示せず）、加熱素子４６、第一電極４２及び第二電極４４を含む。該加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。各々のカーボンナノチューブワイヤが互いに編まれ、二次元の加熱素子を形成することである。該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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７３】
（実施例５）
図１９を参照すると、本発明の実施例５は、面熱源５０を提供する。該面熱源５０と前記実施例３における面熱源３０の構造とは、基本的に同じであり、該面熱源５０は、基板５８、加熱素子５６、第一電極５２及び第二電極５４を含む。本実施例において、前記加熱素子５６が一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。前記カーボンナノチューブワイヤは曲げられた二次元の加熱素子に形成される。該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（図１５を参照）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を参照）である。前記加熱素子５６は、カーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極５２及び前記第二電極５４は、金属のパラジウムフィルムである。
【００７４】
本発明の面熱源が、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面熱源は、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。また、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面熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。また、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、柔軟性の面熱源を製造することができる。
【００７５】
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、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／ｍ２Ｋ以下である。従って、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。
【００７６】
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、前記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。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、厚さが薄い。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。
【００７７】
本発明の実施例は、前記面熱源の製造方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。
【００７８】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。
【００７９】
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と同様である。
【００８０】
第二ステップでは、第一電極及び第二電極を提供し、該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に電気的に接続させ、面熱源を形成する。
【００８１】
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に電気的に接続する方法は、制限されず、リード線により前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続してもよく、又は、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に直接設置してもよい。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同一表面又は異なる表面に設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、所定の距離を置いて設置され、該第一電極と該第二電極と間に所定の抵抗を生じ、該第一電極及び該第二電極間のショートを防止することができる。前記カーボンナノチューブ構造体自体が優れた接着性を有するので、該接着性を利用して、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接着する。従って、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が十分に電気的に接続することができる。また、例えば銀ペーストなどの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カーボンナノチューブ構造体の表面に接着してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０、２０、３０、４０、５０ 面熱源
１２、２２、３２、４２、５２ 第一電極
１４、２４、３４、４４、５４ 第二電極
１５、２５ 保護層
１６、２６、３６，４６、５６ 加熱素子
１７、２７ 反射層
１８、２８、３８、５８ 基板
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】
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構造体において、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構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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を含むことを特徴とする、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フィルムが、同じ方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項３に記載の面熱源。
【請求項５】
前記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セグメントを含み、
各々の前記カーボンナノチューブセグメントが、分子間力で接続され、同じ方向に沿って配列され、
前記カーボンナノチューブセグメントが、長さが同じであり且つ平行に配列されている複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブフィルムが、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を含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブフィルムが、長さが該カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、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を含むことを特徴とする、請求項３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構造体において、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構造体が、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造又は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を含むことを特徴とする、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フィルムが、同じ方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項３に記載の面熱源。
【請求項５】
前記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セグメントを含み、
各々の前記カーボンナノチューブセグメントが、分子間力で接続され、同じ方向に沿って配列され、
前記カーボンナノチューブセグメントが、長さが同じであり且つ平行に配列されている複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブフィルムが、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を含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブフィルムが、長さが該カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の面熱源。
【請求項８】
前記カーボンナノチューブ線状構造が、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を含むことを特徴とする、請求項３に記載の面熱源。
【図１】
【図２】
【図４】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図４】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−３４０５６（Ｐ２０１０−３４０５６Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３４７１（Ｐ２００９−１７３４７１）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【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２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【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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