JP2010257975A - Planar heater - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a surface heat source, and more particularly to a surface heat source using carbon nanotubes.
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。 Heat sources play an important role in areas such as people's life and scientific research. For example, it is applied to an electric heater, an electric heater, an infrared therapy device, and the like. The surface heat source is a kind of heat source and is a two-dimensional structure. The surface heat source can simultaneously heat each part of the object to be heated, has a large heating area, good heating uniformity, and high efficiency.
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。 As a conventional technique, a surface heat source includes a heating element and at least two electrodes. The at least two electrodes are disposed on the surface of the heating element and are electrically connected to the heating element. When a current is passed through the heating element by the at least two electrodes, heat is released from the heating element. A conventional surface heat source converts electric energy into heat energy using a metal filament or carbon fiber as a heating element.
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。 However, the metal filament or carbon fiber has poor strength, is easy to break, and is heavy. In particular, when the metal filament is bent at a predetermined angle, there is a drawback that the metal filament is more easily broken. In addition, since heat emitted from the metal filament or carbon fiber is radiated to the outside at a standard wavelength, there is a disadvantage that the efficiency of converting electric energy into heat energy is low and energy is wasted.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface heat source with high efficiency for converting electric energy into heat energy.
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。 The surface heat source includes a heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element. The heating element is a linear carbon nanotube composite structure, and the linear carbon nanotube composite structure includes at least one carbon nanotube linear structure and a base material, and the carbon nanotube linear structure and the base The material is compounded. The carbon nanotube linear structure includes a plurality of carbon nanotubes.
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。 In the carbon nanotube linear structure, a plurality of micropores are formed, and the base material is infiltrated into the plurality of micropores.
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。 The carbon nanotube linear structure includes at least one carbon nanotube wire, and the single carbon nanotube wire includes only a plurality of carbon nanotubes.
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。 The carbon nanotube linear structure includes at least two carbon nanotube wires, and is a non-twisted carbon nanotube linear structure or a twisted carbon nanotube linear structure.
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。 In the non-twisted carbon nanotube linear structure, the carbon nanotube wires are arranged in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure.
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。 In the twisted carbon nanotube linear structure, each of the carbon nanotube wires is spirally arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure.
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。 Compared with the conventional surface heat source, the surface heat source of the present invention has the following excellent points. By directly combining the base material and the carbon nanotube structure having the self-supporting structure to form a heating element, the carbon nanotube retains the form of the carbon nanotube structure in the heating element. Compared to the carbon nanotubes in the heating element being uniformly distributed and forming conductive paths, the carbon nanotubes in the prior art are limited to the concentration dispersed in the solution, the carbon nanotubes The content in the heating element can reach 99%. Therefore, the heat radiation temperature of the heat source can be increased.
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。 In the surface heat source, the heating element includes a carbon nanotube structure, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are uniformly arranged, and the heating element has a uniform thickness and resistance. Heat can be released. Since the carbon nanotube has a high efficiency of converting electric energy into heat energy, the surface heat source has a high temperature rising speed, a high thermal response speed, and a high heat exchange speed.
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。 Since the carbon nanotube in the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. . Further, when the carbon nanotube structure and the flexible substrate are combined to form the heating element, a flexible surface heat source can be manufactured using the heating element.
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。 Since the diameter of the carbon nanotube in the heating element is small, the heating element has a small thickness. Therefore, it is possible to manufacture a very small surface heat source, and it is possible to heat a small element to be heated using the small surface heat source.
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。 When the carbon nanotube structure is made of a carbon nanotube film obtained by pulling out from a super-aligned carbon nanotube array, since the plurality of carbon nanotubes in the carbon nanotube film are connected in the same direction, the ends are connected, Excellent conductivity. Therefore, the surface heat source has excellent heating performance.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（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。
Example 1
The present invention provides a surface heat source. The surface heat source is a two-dimensional structure, that is, a structure extending along a two-dimensional direction. The surface heat source includes a heating element, a first electrode, and a second electrode. The heating element is electrically connected to the first electrode and the second electrode.
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。 The heating element is a carbon nanotube composite structure. The carbon nanotube composite structure includes a carbon nanotube structure and a substrate. The carbon nanotube structure and the substrate are combined. Specifically, since the carbon nanotube structure includes a plurality of micropores, the base material is immersed in the micropores of the carbon nanotube structure, thereby forming a carbon nanotube composite structure. When the volume of the substrate is large, the carbon nanotube structure is placed in the substrate and covered with the substrate. The heating element is a film structure. Specifically, the heating element is a planar structure or a curved structure.
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。 The carbon nanotube structure has a self-supporting structure. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. That is, it means that the carbon nanotube structure can be suspended by supporting the carbon nanotube structure from opposite sides without changing the structure of the carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are connected by an intermolecular force and are uniformly distributed. Therefore, the carbon nanotube structure has a predetermined shape. The carbon nanotube structure has a film-like structure or a linear structure. Since there are a plurality of gaps between adjacent carbon nanotubes in the carbon nanotube structure, the carbon nanotube structure is formed with a plurality of micropores. Accordingly, the base material is immersed in the micropores in the carbon nanotube structure and is closely bonded to the carbon nanotube structure.
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。 The carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes, and the plurality of carbon nanotubes are connected by an intermolecular force and are uniformly distributed. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged with or without orientation. According to the arrangement method of the plurality of carbon nanotubes, the carbon nanotube structure is classified into two types: a non-oriented carbon nanotube structure and an oriented carbon nanotube structure. In the non-oriented carbon nanotube structure in the present embodiment, the carbon nanotubes are arranged or entangled along different directions. In the oriented carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged along the same direction. Alternatively, in the oriented carbon nanotube structure, when the oriented carbon nanotube structure is divided into two or more regions, a plurality of carbon nanotubes in each region are arranged along the same direction. In this case, the arrangement directions of the carbon nanotubes in different regions are different. The carbon nanotube structure has a thickness of 0.5 nanometer to 1.0 millimeter. The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, a double-walled carbon nanotube, or a multi-walled carbon nanotube. When the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, the diameter is set to 0.5 nm to 50 nm. When the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 nm to 50 nm. In the case of a nanotube, the diameter is set to 1.5 nm to 50 nm. The carbon nanotube structure is preferably an oriented carbon nanotube structure.
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。 The thermal response speed of the carbon nanotube structure is related to the thickness of the carbon nanotube structure. When the carbon nanotube structures have the same surface area, the thermal response speed is slow if the thickness is large, and the thermal response speed is fast if the thickness is thin. Since the purity of the carbon nanotube structure is high and the carbon nanotube structure has a large specific surface area (for example, 100 m 2 / g or more), the heat capacity per unit area of the carbon nanotube structure is 0 (0 is included) 1) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, preferably 0 (not including 0) to 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K. Since the heat capacity per unit area of the carbon nanotube structure is very low, the heating element can be quickly heated. That is, the carbon nanotube structure has a high thermal response speed. Since the density of the carbon nanotube structure is low and reaches about 1.35 g / cm 3 , the light transmittance of the carbon nanotube structure is high.
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。 Specifically, the carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film, a carbon nanotube linear structure, or a combination of a carbon nanotube film and a carbon nanotube linear structure. When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube films, the plurality of carbon nanotube films are stacked and installed. When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube linear structures, the plurality of carbon nanotube linear structures are installed in parallel, crossed, or knitted to form a two-dimensional carbon nanotube structure. The body can be formed. The carbon nanotube structure can form a two-dimensional carbon nanotube structure by winding the carbon nanotube linear structure.
（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。
(1) Drone structure carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one drone structure carbon nanotube film. Referring to FIG. 1, a single drone-structured carbon nanotube film 143a is obtained by pulling out from a super-aligned carbon nanotube array (see Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 1), and has a self-supporting structure. is there. In the single carbon nanotube film 143a, most of the plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel to the surface of the carbon nanotube film, along the direction of drawing out the carbon nanotube film, and along the same direction. Yes. The ends of the plurality of carbon nanotubes are connected by an intermolecular force.
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。 Microscopically, in the carbon nanotube film 143a, in addition to the plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction, there are carbon nanotubes which are not along the same direction but are oriented in a random direction. . Here, the proportion of the carbon nanotubes oriented in the random direction is smaller than that of the plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction.
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。 Referring to FIG. 2, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotube segments 143b. The plurality of carbon nanotube segments 143b are connected to each other by an intermolecular force along the length direction. Each carbon nanotube segment 143b includes a plurality of carbon nanotubes 145 connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the lengths of the plurality of carbon nanotubes 145 are substantially the same. By immersing the carbon nanotube film 143a in an organic solvent, the toughness and mechanical strength of the carbon nanotube film 143a can be increased. When the thickness of the carbon nanotube film 143a is 10 micrometers or less, since the light transmittance of the carbon nanotube film 143a reaches about 96% or more, it can be used as a transparent heat source. The heat capacity per unit area of the single carbon nanotube film 143a is 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K or less.
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。 When the plurality of carbon nanotube films 143a are stacked with the carbon nanotube structure, the adjacent carbon nanotube films 143a are bonded by intermolecular force. The carbon nanotubes 145 in the adjacent carbon nanotube films 143a intersect each other at an angle of 0 ° to 90 °. When the carbon nanotubes 145 in the adjacent carbon nanotube film 143a intersect at an angle of 0 ° or more, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube structure, and the diameter of the micropores is 10 micrometers or less. Alternatively, the plurality of carbon nanotube films 143a may be juxtaposed on the same plane without a gap.
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。 The method for manufacturing the carbon nanotube film includes the following steps.
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。 In the first step, a carbon nanotube array is provided. The carbon nanotube array is a super aligned carbon nanotube array (see Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 1), and a chemical vapor deposition method is employed as a method of manufacturing the super aligned carbon nanotube array. The manufacturing method includes the following steps. In step (a), a flat substrate is provided, and the substrate is any one of a P-type silicon substrate, an N-type silicon substrate, and a silicon substrate on which an oxide layer is formed. In this embodiment, it is preferable to select a 4-inch silicon substrate. In step (b), a catalyst layer is uniformly formed on the surface of the substrate. The material of the catalyst layer is any one of iron, cobalt, nickel and two or more alloys thereof. In step (c), the substrate on which the catalyst layer has been formed is annealed with air at 700 ° C. to 900 ° C. for 30 minutes to 90 minutes. In step (d), the annealed substrate is placed in a reaction furnace, heated with a protective gas at a temperature of 500 ° C. to 740 ° C., and then a carbon-containing gas is introduced to react for 5 to 30 minutes. Thus, it is possible to grow a super aligned carbon nanotube array (Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 1). The carbon nanotube array has a height of 100 micrometers or more. The carbon nanotube array is composed of a plurality of carbon nanotubes that are parallel to each other and grow perpendicular to the substrate. Since the carbon nanotubes are long, the carbon nanotubes are partially entangled with each other. By controlling the growth conditions, the carbon nanotube array does not contain impurities such as amorphous carbon and remaining metal particles as a catalyst.
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。 In this embodiment, as the gas containing carbon, for example, active hydrocarbons such as acetylene, ethylene, and methane are selected, and it is preferable to select ethylene. The protective gas is nitrogen gas or inert gas, preferably argon gas.
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。 The carbon nanotube array provided by the present embodiment is not limited to being manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by an arc discharge method or a laser evaporation method.
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。 In the second step, at least one carbon nanotube film is stretched from the carbon nanotube array. First, using a tool such as tweezers, a plurality of carbon nanotube ends are provided. For example, a plurality of carbon nanotube ends are used by using a tape having a certain width. Next, the plurality of carbon nanotubes are pulled out at a predetermined speed to form a continuous carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotube bundles.
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）。 In the step of pulling out the plurality of carbon nanotubes, when the plurality of carbon nanotubes are detached from the base material, the carbon nanotube bundles are joined to each other by an intermolecular force to form a continuous carbon nanotube film. (See FIG. 3).
（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。
(2) Precise structure carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one pressed structure carbon nanotube film. Referring to FIG. 4 or FIG. 5, the plurality of carbon nanotubes in the carbon nanotube film are arranged isotropically, arranged along a predetermined direction, or arranged along different directions. Has been. The carbon nanotube film has a sheet-like self-standing structure formed by pressing the carbon nanotube array by applying a predetermined pressure by using a pushing tool and then depressing the carbon nanotube array with the pressure. is there. The arrangement direction of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is determined by the shape of the pushing device and the pushing direction of the carbon nanotube array.
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。 Referring to FIG. 4, the carbon nanotubes in a single carbon nanotube film are arranged without being oriented. The carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged isotropically. Adjacent carbon nanotubes attract each other by intermolecular force and connect. The carbon nanotube structure has planar isotropy. The carbon nanotube film is formed by pressing the carbon nanotube array along a direction perpendicular to the substrate on which the carbon nanotube array is grown using a pressing device having a flat surface.
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。 Referring to FIG. 5, carbon nanotubes in a single carbon nanotube film are aligned and arranged. The carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction. When the carbon nanotube array is simultaneously pressed along the same direction using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in the same direction is formed. In addition, when the carbon nanotube array is simultaneously pressed along different directions using a pressing device having a roller shape, a carbon nanotube film including carbon nanotubes arranged in a selective direction along the different directions Is formed.
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。 The degree of inclination of the carbon nanotubes in the carbon nanotube film is related to the pressure applied to the carbon nanotube array. The carbon nanotubes in the carbon nanotube film and the surface of the carbon nanotube film form an angle α, and the angle α is not less than 0 ° and not more than 15 °. Preferably, the carbon nanotubes in the carbon nanotube film are parallel to the surface of the carbon nanotube film. The greater the pressure, the greater the degree of tilt. The thickness of the carbon nanotube film is related to the height of the carbon nanotube array and the pressure applied to the carbon nanotube array. That is, as the height of the carbon nanotube array increases and the pressure applied to the carbon nanotube array decreases, the thickness of the carbon nanotube film increases. On the contrary, as the height of the carbon nanotube array becomes smaller and as the pressure applied to the carbon nanotube array becomes larger, the thickness of the carbon nanotube film becomes smaller. Since there is a gap between adjacent carbon nanotubes in the carbon nanotube film, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube film, and the diameter of the micropores is 10 micrometers or less.
（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。
(3) Fluff-structured carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one fluff-structured carbon nanotube film (flocculated carbon nanotube film). 6 and 7, in a single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are entangled with each other and isotropically arranged. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are uniformly distributed. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented. The length of the single said carbon nanotube is 10 micrometers or more, and it is preferable in it being 200 micrometers-900 micrometers. The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. The plurality of carbon nanotubes are close to each other by intermolecular force and entangled with each other to form a carbon nanotube net. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented to form a plurality of minute holes. Here, the diameter of the single minute hole is 10 micrometers or less. Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are arranged so as to be intertwined with each other, the carbon nanotube structure is excellent in flexibility and can be formed to be bent into an arbitrary shape. Depending on the application, the length and width of the carbon nanotube structure can be adjusted. The carbon nanotube structure has a thickness of 1.0 micrometer to 1.0 millimeter, preferably 100 micrometers.
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。 The method for producing the carbon nanotube film includes the following steps.
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。 In the first step, a raw material for carbon nanotubes that is the basis of the carbon nanotubes is provided.
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。 The carbon nanotubes are peeled off from the substrate with a tool such as a knife to form a carbon nanotube raw material. The carbon nanotubes are intertwined with each other to some extent. In the raw material of the carbon nanotube, the carbon nanotube has a length of 10 micrometers or more, preferably 200 micrometers to 900 micrometers.
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。 In the second step, the carbon nanotube raw material is immersed in a solvent, and the carbon nanotube raw material is treated to form a fluffy carbon nanotube structure.
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。 After the carbon nanotube raw material is immersed in the solvent, the carbon nanotube is formed into a fluff structure by a method such as ultrasonic dispersion, high intensity stirring or vibration. The solvent is water or a volatile organic solvent. Treatment is performed for 10 to 30 minutes with respect to the solvent containing carbon nanotubes by an ultrasonic dispersion method. Since the carbon nanotube has a large specific surface area and a large intermolecular force is generated between the carbon nanotubes, the carbon nanotubes are entangled and formed into a fluff structure.
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。 In the third step, the solution containing the fluff structure carbon nanotube structure is filtered to take out the final fluff structure carbon nanotube structure.
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。 First, provide a funnel with filter paper. When the solvent containing the fluffy carbon nanotube structure is applied to the funnel on which the filter paper is placed and then left standing for a while to dry, the fluffy carbon nanotube structure is separated. Referring to FIG. 8, carbon nanotubes in the carbon nanotube structure having the fluff structure are entangled with each other to form an irregular fluff structure.
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。 The separated fluff structure carbon nanotube structure is placed in a container, the fluff structure carbon nanotube structure is expanded into a predetermined shape, and a predetermined pressure is applied to the expanded fluff structure carbon nanotube structure, When the solvent remaining in the fluffy carbon nanotube structure is roasted or the solvent naturally evaporates, the fluffy carbon nanotube film shown in FIGS. 6 and 7 is formed.
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。 The thickness and surface density of the fluffy carbon nanotube film can be controlled by the area where the fluffy carbon nanotube structure is developed. That is, the fluff-structured carbon nanotube structure having a certain volume has a smaller thickness and areal density of the fluff-structured carbon nanotube film as the developed area increases.
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。 In addition, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed using a microporous film and an air pump funnel. Specifically, a microporous membrane and an air pump funnel are provided, and the solvent containing the fluff-structured carbon nanotube structure is passed through the microporous membrane to the air pump funnel, and then extracted to the air pump funnel and dried. As a result, a carbon nanotube film having a fluff structure is formed. The microporous film has a smooth surface. In the microporous membrane, the diameter of a single micropore is 0.22 micrometers. Since the microporous film has a smooth surface, the carbon nanotube film can be easily peeled off from the microporous film. Furthermore, since air pressure is applied to the fluffy carbon nanotube film by using the air pump, a uniform fluffy carbon nanotube film can be formed.
（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。
(4) Ultra-long structure carbon nanotube film The carbon nanotube structure includes at least one ultra-long structure carbon nanotube film (ultra-long carbon nanotube film). Referring to FIG. 9, the carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes having substantially the same length. In the single carbon nanotube film, the plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel along the same direction. The thickness of the single carbon nanotube film is 10 nanometers to 100 micrometers. The plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel to the surfaces of the plurality of carbon nanotube films, and are arranged in parallel to each other. Adjacent carbon nanotubes are separated and installed at a predetermined distance. The distance is from 0 to 5 micrometers. When the distance is 0 micrometer, the adjacent carbon nanotubes are connected by intermolecular force. The length of each carbon nanotube in the carbon nanotube film is basically the same as the length of the carbon nanotube film. The length of the single carbon nanotube is 1 centimeter or more, and preferably 1 centimeter to 30 centimeter. Furthermore, each carbon nanotube has no nodules. In the present embodiment, the carbon nanotube film has a thickness of 10 micrometers. The length of the single carbon nanotube is 10 centimeters.
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。 The carbon nanotube structure may include at least one carbon nanotube linear structure. The carbon nanotube linear structure includes at least one carbon nanotube wire. The heat capacity of one carbon nanotube wire is 2 × 10 −4 J / cm 2 · K or less, preferably 0 (not including 0) to 5 × 10 −5 J / cm 2 · K. . The diameter of one carbon nanotube wire is 4.5 nm to 1 cm, preferably 1.0 μm to 100 μm.
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。 Referring to FIG. 10, the carbon nanotube wire (non-twisted carbon nanotube wire) includes a plurality of carbon nanotube segments (not shown) connected end to end. The carbon nanotube segments have the same length and width. Further, a plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel in each of the carbon nanotube segments. The plurality of carbon nanotubes are arranged parallel to the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm.
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。 Referring to FIG. 11, the carbon nanotube wire can be twisted to form a twisted carbon nanotube wire. Here, the plurality of carbon nanotubes are arranged in a spiral shape around the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm. The carbon nanotube linear structure is made of any one of the non-twisted carbon nanotube wire, the twisted carbon nanotube wire, or a combination thereof.
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。 The method of forming the carbon nanotube wire uses a carbon nanotube film drawn from a carbon nanotube array. There are the following three methods for forming the carbon nanotube wire. In the first type, the carbon nanotube film is cut with a predetermined width along the longitudinal direction of the carbon nanotube in the carbon nanotube film to form a carbon nanotube wire. In the second type, the carbon nanotube film can be formed by immersing the carbon nanotube film in an organic solvent and shrinking the carbon nanotube film. In the third type, the carbon nanotube film is machined (for example, a spinning process) to form a twisted carbon nanotube wire. More specifically, first, the carbon nanotube film is fixed to a spinning device. Next, the spinning device is operated to rotate the carbon nanotube film to form a twisted carbon nanotube wire.
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。 When the carbon nanotube linear structure includes two or more carbon nanotube wires, the carbon nanotube wires are arranged in parallel to form a non-twisted carbon nanotube linear structure. Alternatively, the carbon nanotube wires are arranged in a spiral shape to form a twisted carbon nanotube linear structure. That is, the carbon nanotube wires in the non-twisted carbon nanotube linear structure are arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure. The carbon nanotube wires in the twisted carbon nanotube linear structure are spirally arranged along the axial direction of the linear structure.
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。 The carbon nanotube wire in the non-twisted carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube wire or a twisted carbon nanotube wire. The carbon nanotube wire in the twisted carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube wire or a twisted carbon nanotube wire.
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。 The carbon nanotube linear structure has a diameter of 0.5 nanometers to 2 millimeters. The diameter of the carbon nanotube linear structure increases as the diameter of the single carbon nanotube wire increases and the number of the carbon nanotube wires increases. Conversely, the smaller the diameter of the single carbon nanotube wire and the smaller the number of carbon nanotube wires, the smaller the diameter of the carbon nanotube linear structure.
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。 Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube wire are oriented and arranged, the carbon nanotubes in the carbon nanotube linear structure made of the carbon nanotube wire are oriented and arranged.
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。 Further, the twisted carbon nanotube wire may be treated with a volatile organic solvent. Adjacent carbon nanotubes in the twisted carbon nanotube wire are tightly connected by intermolecular force due to the action of the surface force of the volatile organic solvent, so that the twisted carbon nanotube wire has a small diameter and specific surface area. It has a large density, excellent mechanical strength and excellent toughness.
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。 When the carbon nanotube structure includes one carbon nanotube linear structure, both ends of the carbon nanotube in the carbon nanotube linear structure are electrically connected to the electrodes, respectively. When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube linear structures, the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged in parallel or crossed. The crossing angle of the cross-arranged carbon nanotube linear structures is not particularly limited. The method of installing each of the carbon nanotube linear structures is not limited, and it may be ensured that a uniform heating element can be formed.
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。 The carbon nanotube linear structure is formed by treating the drone structure carbon nanotube film with a volatile organic solvent or mechanical external force, and the drone structure carbon nanotube film has a self-supporting structure. The carbon nanotube linear structure also has a free-standing structure. Since there are gaps between the carbon nanotubes in the carbon nanotube linear structure, the carbon nanotube linear structure has a plurality of micropores, and the diameter of the micropores is 10 micrometers or less.
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。 The base material may be one or several types such as a polymer material and an inorganic non-metallic material. In the process of manufacturing the heating element of the surface heat source, the base material or the precursor formed in the base material penetrates into the micropores of the carbon nanotube structure and is in close contact with the carbon nanotube structure. Can be joined. The substrate material must be liquid or gas at a predetermined temperature so that after solidification, a composite structure is formed. Further, in order to prevent the surface heat source from being destroyed or deformed by the heat generated by the operation of the surface heat source, the substrate needs to be made of a heat resistant material.
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。 Specifically, the polymer material is one or several of a thermoplastic polymer and a thermosetting polymer. For example, it is one or several kinds of epoxy resin, phenol resin, polyamide resin, fiber, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, and the like. The inorganic nonmetallic material is one or several kinds of glass, ceramics, and semiconductor materials. The base material may be a flexible polymer material. For example, it is one or several kinds of silicone rubber, polyurethane, and polymethyl methacrylate resin.
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。 The base material may be added only in the micropores of the carbon nanotube structure, or the carbon nanotube structure may be completely covered. When the heating element includes a plurality of carbon nanotube structures, the carbon nanotube structures are disposed in the base material at intervals or in contact with each other. When the carbon nanotube structure is a two-dimensional structure, the two-dimensional structure is placed in the substrate at a distance or in contact. When the carbon nanotube structure is a linear structure, the linear structure is placed in the substrate at a distance or in contact therewith. Further, the carbon nanotube structure can be installed at a predetermined position in the base material according to actual application so that the heating element has different heating temperatures at different positions.
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。 Since the base material is immersed in the micropores of the carbon nanotube structure, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure can be fixed. Therefore, in the process of using the surface heat source, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure cannot be detached by an external force. When the carbon nanotube structure is coated with the base material, the carbon nanotube structure can be further protected, and when the base is an insulating organic polymer material or an inorganic non-metallic material, the heating element Insulate from the outside. Moreover, heat can be uniformly transmitted by the base. When the temperature of the carbon nanotube structure is rapidly increased, the heating element can be gradually heated by the substrate. Further, a flexible polymer material can be adopted as the material of the substrate, and the flexibility and toughness of the surface heat source can be increased.
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。 In the heating element manufactured by directly combining the base material and the carbon nanotube structure having the self-supporting structure, the carbon nanotubes are uniformly distributed and the content thereof can reach 99%. The heat radiation temperature of the heat source using the heating element can be increased. The carbon nanotubes in the heating element can be uniformly distributed to form a conductive path, and compared with the carbon nanotubes in the prior art limited to the concentration dispersed in the solution, the carbon nanotubes The content in the heating element can reach 99%.
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。 The first electrode and the second electrode must be electrically connected to the heating element. The first electrode and the second electrode are made of a conductive material, and are installed on the same surface of the heating element or on both surfaces of the heating element facing each other. The first electrode and the second electrode can be installed on the surface of the heating element using the adhesive property of the carbon nanotube structure or the conductive adhesive. When using the conductive adhesive, the first electrode and the second electrode are electrically connected to the carbon nanotube structure, and at the same time, the first electrode and the second electrode are connected to the carbon nanotube structure. Can be fixed to the surface well. A voltage can be applied to the heating element by the first electrode and the second electrode. When the heating element is activated, the first element is used to prevent a short circuit between the first electrode and the second electrode, and to connect a predetermined resistance between the first electrode and the second electrode. The electrode and the second electrode must be installed at a predetermined distance.
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。 When the base of the heating element is added only to the micropores of the carbon nanotube structure, some of the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are exposed on the surface of the heating element, so the first electrode and the second The electrodes can be placed on the same surface or different surfaces of the heating element and electrically connected to the carbon nanotube structure. When the carbon nanotube structure is coated on the substrate of the heating element, the first electrode and the second electrode are electrically connected to the first electrode, the second electrode, and the carbon nanotube structure. An electrode is placed in the carbon nanotube composite structure and directly connected to the carbon nanotube structure. In order to electrically connect the first electrode and the second electrode to an external power source, a part of the first electrode and the second electrode is exposed to the outside of the heating element, or two lead wires Thus, the first electrode and the second electrode are pulled out of the carbon nanotube composite structure, respectively.
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。 When the arrangement direction of the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure is the same, the carbon nanotubes are arranged so as to extend from the first electrode to the second electrode. For example, when the carbon nanotube structure includes a drone-structured carbon nanotube film, the first electrode and the second electrode are respectively disposed perpendicular to the long axis direction of the carbon nanotube in the carbon nanotube film. When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube linear structures arranged in parallel, the carbon nanotube linear structures are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively, at both ends of the carbon nanotube linear structure Let
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。 The first electrode and the second electrode are a conductive film, a metal sheet, or a metal lead wire. The material of the conductive film is a metal, an alloy, an indium tin oxide (ITO) film, an antimony tin oxide (ATO), a silver paste, a conductive polymer, or a carbon nanotube structure. The metal is aluminum, copper, tungsten, molybdenum, gold, titanium, neodymium, palladium, cesium, or the like. The alloy is an alloy of the metal. When the first electrode and the second electrode are made of a carbon nanotube structure, the carbon nanotube structure is the carbon nanotube film shown in FIG. 1 or FIG. 9, or the carbon nanotube film shown in FIG. 10 or FIG. Carbon nanotube wire. The carbon nanotube film or the carbon nanotube wire needs to contain carbon nanotubes having metallic properties. In this case, the carbon nanotube structure is fixed to the surface of the heating element or the carbon nanotube structure by its own adhesiveness or conductive adhesive. The material of the metal sheet or the metal lead wire is copper or aluminum. When the first electrode and the second electrode are metal sheets, the metal sheet can be fixed to the surface of the heating element or the carbon nanotube structure with a conductive adhesive. The conductive adhesive electrically connects the first electrode and the second electrode to the carbon nanotube structure, and at the same time, is well fixed to the surface of the carbon nanotube structure to the first electrode and the second electrode. Let
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。 Referring to FIG. 12, the present invention provides a method of manufacturing a surface heat source. Specifically, the following steps are included.
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。 In the first step, a carbon nanotube structure is provided, and the carbon nanotube structure has a plurality of micropores.
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。 The structure of the carbon nanotube structure and the manufacturing method thereof are the above-described structure of the carbon nanotube structure and the manufacturing method thereof.
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。 In the second step, the first electrode and the second electrode are placed at an interval, and the first electrode and the second electrode are electrically connected to the carbon nanotube structure.
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。 The first electrode and the second electrode are made of a conductive material, and are respectively installed on the same surface of the carbon nanotube structure, or both opposing surfaces of the carbon nanotube structure, or wound around the surface of the carbon nanotube structure. Stick. The first electrode and the second electrode may be installed on the surface of the heating element using an adhesive property of the carbon nanotube structure or a conductive adhesive. The conductive adhesive fixes the first electrode and the second electrode to the surface of the carbon nanotube structure at the same time that the first electrode and the second electrode are electrically connected to the carbon nanotube structure. Can do. A voltage can be applied to the heating element by the first electrode and the second electrode. When the heating element is heated, the first electrode and the second electrode have to be installed at a predetermined distance in order to connect a predetermined resistance so as to prevent a short circuit.
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。 The first electrode and the second electrode are a conductive film, a metal sheet, or a metal lead wire. The material of the conductive film is a metal, an alloy, an indium tin oxide (ITO) film, an antimony tin oxide (ATO), a silver paste, a conductive polymer, or a carbon nanotube structure. The conductive film is formed on the surface of the carbon nanotube structure by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or other methods. The material of the metal sheet or the metal lead wire is copper or aluminum. The metal sheet or metal lead wire can be fixed to the surface of the carbon nanotube structure with a conductive adhesive.
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。 The first electrode and the second electrode may be a metallic carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure has the structure shown in FIG. 1, FIG. 9, FIG. 10, or FIG. It is preferable to coat the surface of the carbon nanotube in the carbon nanotube structure with a metal layer so as to increase the conductivity of the carbon nanotube structure.
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。 In the third step, a substrate precursor is provided, and the substrate precursor and the carbon nanotube structure are combined to form a heating element.
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。 The substrate precursor is a substrate material, a solution comprising the substrate material, and a precursor reactant for producing the substrate material. The precursor of the substrate is a liquid or a gas at a predetermined temperature. The method in which the precursor of the substrate and the carbon nanotube structure are combined is one kind of coating, deposition, printing, and dipping.
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。 The base material may be one or several types such as a polymer material and a non-metallic material. Specifically, since the polymer material is one or several of a thermoplastic polymer and a thermosetting polymer, the precursor material of the substrate is a single polymer that forms the thermoplastic polymer and the thermosetting polymer. It is a solution. Alternatively, it is a mixed solution formed by dissolving the thermoplastic polymer or thermosetting polymer in a volatile organic solvent. After the carbon nanotube structure is immersed in the precursor of the liquid substrate, the precursor of the liquid substrate is solidified, and the substrate and the carbon nanotube structure are combined.
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。 The non-metallic material is glass, ceramics or a semiconductor material, and the precursor of the base is a paste made of non-metallic material particles, a reaction gas for producing the non-metallic material, or a non-metallic material in a gaseous state. . Specifically, a precursor of a gaseous substrate is formed by a method such as vacuum evaporation, sputtering, chemical vapor deposition, or physical vapor deposition, and the precursor of the substrate is converted into the carbon nanotube structure in the carbon nanotube structure. Deposit on the surface. Further, a plurality of non-metallic material particles are dispersed in a solvent, a paste is formed, the carbon nanotube structure is immersed in the paste as a precursor of the substrate, the solvent is evaporated, and the substrate and the substrate A carbon nanotube structure is combined.
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。 When the substrate precursor is a liquid, the substrate material is obtained by immersing the carbon nanotube structure in the liquid substrate precursor and then solidifying the liquid substrate precursor. A heating element is formed by penetrating into the micropores of the carbon nanotube structure. If the substrate precursor is a gas, the substrate material is added to the micropores of the carbon nanotube structure by depositing the substrate precursor on the surface of the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure. And a heating element is formed.
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。 The step of forming the first electrode and the second electrode in the second step may be performed after forming the carbon nanotube composite structure in the third step. When the base material is added only in the micropores of the carbon nanotube structure, that is, when the part of the carbon nanotubes is exposed on the surface of the carbon nanotube composite structure, the same method as in the second step is used. The first electrode and the second electrode are directly formed on the surface of the heating element, and the first electrode and the second electrode are electrically connected to the carbon nanotube structure in the heating element. When the base material covers the surface of the carbon nanotube structure, the carbon nanotube composite structure is cut by a method of cutting so that the carbon nanotube is exposed on the surface of the carbon nanotube composite structure. Thereafter, the exposed carbon nanotube structure can be electrically connected to the first electrode and the second electrode in the same manner as in the second step.
（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。
Example 1
Referring to FIGS. 13 and 14, the surface heat source 10 according to the first embodiment of the present invention includes a heating element 16, a first electrode 12, and a second electrode 14. The heating element 16 is electrically connected to the first electrode 12 and the second electrode 14. The heating element 16 includes a base 162 and a carbon nanotube structure 164, and the carbon nanotube structure 164 is composited in the base 162. The base 162 is a plate-shaped rectangular parallelepiped, and the material thereof is an epoxy resin. The carbon nanotube structure 164 includes one hundred drone structure carbon nanotube films stacked. In the carbon nanotube structure 164, the aligned directions of the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films are parallel to each other. The carbon nanotubes are arranged along a direction extending from the first electrode 12 to the second electrode 14. The heating element 16 has an area of 9 square centimeters, a length of 3 centimeters, and a width of 3 centimeters. Since the material of the substrate 162 is immersed in the micropores of the carbon nanotube structure 164, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure 164 can be fixed. In addition, since the material of the base 162 covers the carbon nanotube structure 164, the carbon nanotube structure 164 can be further protected.
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。 The first electrode 12 and the second electrode 14 are made of palladium and have a thickness of 5 nanometers. The first electrode 12 and the second electrode 14 are respectively installed at both ends of the carbon nanotube structure 164 with silver paste, electrically connected to the carbon nanotube structure 164, and covered with the base body 162. The Since the palladium and the carbon nanotube have excellent metal wettability, the first electrode 12, the second electrode 14, and the heating element 16 have excellent electrical connection, and the surface heat source 10 can increase the proportion of using electrical energy.
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。 When the first electrode 12 and the second electrode 14 of the surface heat source 10 are electrically connected to a power source (not shown), respectively, and a voltage is applied to the heating element 16 by the first electrode 12 and the second electrode 14 The carbon nanotube structure of the heating element 16 in the surface heat source 10 can emit an electromagnetic wave having a predetermined wavelength. The object to be heated may be placed in direct contact with the surface heat source 10 or at a predetermined distance from the surface heat source 10. The object to be heated can be heated by heat generated by electromagnetic waves emitted from the carbon nanotube structure.
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。 FIG. 15 is a photograph of a cross section formed by cutting the carbon nanotube composite structure along a direction perpendicular to the major axis direction of the carbon nanotube in Example 1 of the present invention. Referring to FIG. 15, it can be seen that after the carbon nanotubes and the epoxy resin are combined, the carbon nanotubes can keep a state of being aligned along the same direction in the epoxy resin.
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。 The surface heat source 10 may include a plurality of first electrodes 12 and a plurality of second electrodes 14. The plurality of first electrodes 12 and the plurality of second electrodes 14 are disposed at intervals, and are electrically connected to the heating element 16, respectively.
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。 When the area of the heating element 16 is constant, the amount of voltage applied to the heating element 16 and the thickness of the carbon nanotube structure 164 are controlled to control the heat released from the heating element 16. can do. When the voltage is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16 can be adjusted by changing the thickness of the heating element 16. That is, the thicker the heating element 16, the shorter the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16. The thinner the heating element 16, the longer the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16. When the thickness of the heating element 16 is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16 becomes shorter as the voltage applied to the heating element 16 increases. The smaller the voltage applied to the heating element 16, the longer the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16. Therefore, the surface heat source 10 can be easily controlled.
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。 When the surface heat source 10 is applied, the voltage applied to the first electrode 12 and the second electrode 14 is controlled according to the heat resistance of the base 162, and the heat radiation temperature of the carbon nanotube structure 164 It can be limited to the heat-resistant temperature range of the base material. For example, when the material of the substrate 162 is an organic polymer, the voltage applied to the heating element 16 is 0 V to 10 V, the heat radiation temperature of the surface heat source 10 is raised to 120 ° C. or lower, and the organic Lower than the melting point of the polymer. When the material of the substrate 162 is ceramic, the voltage applied to the heating element 16 is 10V to 30V, and the heat radiation temperature of the surface heat source 10 is increased to 120 ° C to 500 ° C. It can be seen from FIG. 16 that the higher the voltage applied to the surface heat source 10 in Example 1, the faster the temperature of the surface heat source 10 increases and the higher the heat radiation temperature.
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。 Further, when the substrate 162 is made of a heat resistant material, the thickness of the carbon nanotube structure 164 is 5 millimeters, and the voltage applied to the heating element 16 is 10V to 30V, the surface heat source 10 is oxidized. The surface heat source 10 can emit an electromagnetic wave having a long wavelength when placed in a natural gas or an atmospheric environment. When surveying with a surveying instrument, the temperature of the surface heat source 10 is 50 ° C to 500 ° C. For carbon nanotubes that are black bodies, when the temperature is 200 ° C. to 450 ° C., infrared rays that are invisible to human eyes can be emitted. At this time, the heat radiation is stable, the heat release efficiency is high, and the amount of heat released is excellent. The surface heat source 10 using the carbon nanotube structure 164 can be applied to an electric heater, an electric stove, an infrared treatment device, and the like.
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。 Further, the carbon nanotube structure 164 in the surface heat source 10 has a small thickness and is transparent, and when the material of the base 162 is a transparent organic material or a transparent inorganic material, the surface heat source 10 is transparent. It is a surface heat source. When the base 162 of the heating element 16 in the surface heat source 10 is made of a flexible polymer, the surface heat source 10 is a flexible surface heat source.
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。 Referring to FIGS. 13 and 14, the method for manufacturing the surface heat source 10 of the first embodiment will be described in detail as an example.
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。 In the first step, a carbon nanotube structure 164 is provided, and the carbon nanotube structure 164 has a plurality of micropores.
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。 The carbon nanotube structure 164 includes one hundred drone structure carbon nanotube films stacked. In the carbon nanotube structure 164, the aligned directions of the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films are parallel to each other.
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。 In the second step, the first electrode 12 and the second electrode 14 are placed at an interval, and the first electrode 12 and the second electrode 14 are electrically connected to the carbon nanotube structure 164.
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。 After depositing two palladium films serving as the first electrode 12 and the second electrode 14 on the surface of the carbon nanotube structure 164 by a sputtering method, the two palladium films are electrically connected to metal lead wires, respectively. To do.
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。 In the third step, a substrate precursor is provided, and the substrate precursor and the carbon nanotube structure 164 are combined to form the heating element 16.
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。 In this embodiment, the heating element 16 is formed by combining the polymer material and the carbon nanotube structure 164 by a method of injecting glue. The method includes the following steps.
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。 In the first sub-step, a liquid thermosetting polymeric material is provided.
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。 The viscosity of the liquid thermosetting polymer material is 5 Pascal · second or less, and the viscosity can be maintained for 30 minutes or more at room temperature. The thermosetting polymer material includes a polymer material and additives such as a solidifying agent, a modifier, a filler, or a diluent.
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。 The mass percentage content of the polymer material in the thermosetting polymer material is 70% to 95%. The content by mass of the additive in the thermosetting polymer material is 5% to 30%. Examples of the polymer material include phenol resin, epoxy resin, bismaleimide resin, polybenzoxazine resin, cyanate ester resin, dei lyi, and polyimide resin. resin), polyurethane (Polyurethane), polymethyl methacrylate resin (PMMA) and the like.
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。 The solidifying agent is used for accelerating solidification of the thermosetting polymer material, and includes an aliphatic amine, an alicyclic amine, an aromatic amine, a polyamide ( It is one or several kinds such as Polyamide, acid anhydride, tertiary amine, and resin.
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。 The modifying agent can enhance the flexibility, shear resistance, bending resistance, insulation, and the like of the thermosetting polymer material. The modifier is one or several types such as polysulfide rubber and polyamide resin.
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。 The additive is used to improve heat dissipation conditions when the thermosetting polymer material is solidified, and can reduce the dose of the thermosetting polymer material and reduce the cost. . The additive is one or several kinds of asbestos fiber, glass fiber, quartz powder, aluminum oxide, silica gel powder and the like.
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。 The diluent is one or several kinds such as diglycidyl ether, polyglycidyl ether, and allylphenol.
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。 In this embodiment, a liquid thermosetting polymer material is produced with an epoxy resin. Specifically, the following steps are included.
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。 First, a mixture of glycidyl ether type epoxy resin and glycidic acid ester type epoxy resin is placed in a container, the mixture is heated to 30 ° C. to 60 ° C., and the mixture is mixed for 10 minutes so that the mixture is uniformly mixed. Stir.
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。 Next, an aliphatic amine and diglycidyl ether are added to the mixture and a chemical reaction is performed to form a reaction product.
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。 Finally, the reaction product is heated to 30 ° C. to 60 ° C. to form a liquid thermosetting polymer material containing an epoxy resin.
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。 In the second sub-step, the carbon nanotube structure 164 is immersed in the liquid thermosetting polymer material.
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。 The method of immersing the carbon nanotube structure 164 with the liquid thermosetting polymer material includes the following steps.
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。 First, the carbon nanotube structure 164 is placed in a mold.
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。 Next, in order to immerse the carbon nanotube structure 164, the liquid thermosetting polymer material is injected into the mold. In order for the liquid thermosetting polymer material to sufficiently immerse the carbon nanotube structure 164, the time for immersing the carbon nanotube structure 164 is 10 minutes or more.
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。 The method of immersing the carbon nanotube structure 164 with the liquid thermosetting polymer material is not limited to the injection method, and the liquid thermosetting polymer material may have the carbon nanotube structure due to capillary action. It should be understood that the body 164 is inhaled and becomes immersed in the carbon nanotube structure 164, or the carbon nanotube structure 164 is immersed in the liquid thermosetting polymeric material.
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。 In the third sub-step, the carbon nanotube structure 164 immersed in the liquid thermosetting polymer material is solidified to form a carbon nanotube composite structure.
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。 In this embodiment, a method for solidifying a thermosetting polymer material containing an epoxy resin includes the following steps.
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。 First, the mold is heated to 50 ° C. to 70 ° C. by a heating device, and the thermosetting polymer material containing the epoxy resin heats the liquid at the temperature. The temperature is maintained for 1 to 3 hours so as to increase the degree of solidification of the thermosetting polymer material, and the thermosetting polymer material continues to absorb heat.
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。 Next, the mold is continuously heated to 80 ° C. to 100 ° C. so as to increase the degree to which the thermosetting polymer material is solidified, and held at the temperature for 1 to 3 hours.
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。 Thereafter, the mold is continuously heated to 110 ° C. to 150 ° C. and held at the temperature for 2 hours to 20 hours so as to increase the degree of solidification of the thermosetting polymer material.
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。 Finally, heating is stopped and the mold is lowered to room temperature, and then released to form a carbon nanotube composite structure.
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。 In the heating method, the thermosetting polymer material can be solidified by directly heating the mold to 110 to 150 ° C.
（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。
(Example 2)
17 and 18, a surface heat source 20 according to a second embodiment of the present invention is provided. The surface heat source 20 includes a heating element 26, a first electrode 22, a second electrode 24, a support 28, a reflective layer 27, and a protective layer 25. The heating element 26 has, for example, a two-dimensional structure that is a planar structure or a curved surface structure. The heating element 26 includes a base 262 and a carbon nanotube structure 264 installed in the base 262.
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。 The reflective layer 27 is installed on the surface of the support 28. The heating element 26 is installed on the surface of the reflective layer 27 opposite to the surface facing the support 28. The first electrode 22 and the second electrode 24 are disposed on the surface of the heating element 26 at an interval, and are electrically connected to the heating element 26. The protective layer 25 is disposed on the surface of the heating element 26 opposite to the surface facing the reflective layer 27. The surface heat source 20 includes two lead wires 29, and the two lead wires 29 are electrically connected to the first electrode 22 and the second electrode 24, respectively.
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。 The support 28 is used to support the heating element 26. The material of the support 28 may be a hard material such as ceramics, glass, resin, or quartz, or may be a soft material such as plastic or soft fiber. When the support 28 is made of a soft material, the surface heat source 20 can be curved into an arbitrary shape. The material of the support 28 is preferably an insulating material. The length and diameter of the support 28 are not limited and can be selected according to actual application. In the present embodiment, the support 28 is a ceramic plate-shaped substrate.
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。 The reflective layer 27 is used to reflect the heat released from the heating element 26 to the external space and increase the heating efficiency. The material of the reflective layer 27 is, for example, an insulating material such as a metal oxide, a metal salt, and ceramics. The reflective layer 27 has a thickness of 100 micrometers to 0.5 millimeters. In this embodiment, the reflective layer 27 is an aluminum oxide film, and its thickness is 100 micrometers. The reflective layer 27 is formed on the surface of the support 28 by a sputtering method. Of course, the reflective layer 27 is disposed on the surface of the support 28 opposite to the surface facing the heating element 26. That is, the support 28 is installed between the heating element 26 and the reflective layer 27. The reflective layer 27 may not be installed, that is, the heating element 26 may be installed directly on the surface of the support 28.
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。 The material of the protective layer 25 is an insulating material such as plastic, rubber and resin. The protective layer 25 preferably has a thickness of 0.5 millimeters to 2 millimeters. By covering the surface of the heating element 26, the first electrode 22, and the second electrode 24 with the protective layer 25, the surface heat source 20 can be used in an insulated state, and dust adheres to the heating element 26. Can be prevented. Of course, the protective layer 25 may not be provided. In this embodiment, the protective layer 25 is made of rubber and has a thickness of 0.5 millimeter.
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。 The method for manufacturing the surface heat source 20 according to the second embodiment of the present invention includes the following steps.
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。 In the first step, a carbon nanotube structure 264 is provided, and the carbon nanotube structure 264 has a plurality of micropores.
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。 The carbon nanotube structure 264 includes one hundred drone structure carbon nanotube films stacked. In the carbon nanotube structure 264, the aligned directions of the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films are parallel to each other.
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。 In the second step, the first electrode 22 and the second electrode 24 are placed at an interval, and the first electrode 22 and the second electrode 24 are electrically connected to the carbon nanotube structure 264.
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。 In the third step, a substrate precursor is provided, and the substrate precursor and the carbon nanotube structure 264 are combined to form the heating element 26.
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。 The manufacturing method of said 1st step, 2nd step, and 3rd step is the same as the method of manufacturing the surface heat source 10 in the said Example 1. FIG.
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。 In the fourth step, the support 28 is provided, and the reflective layer 27 is formed on the surface of the support 28. The support 28 is a ceramic plate-shaped substrate. The reflective layer 27 may be formed on the surface of the support 28 by a method such as application or coating. When the material of the reflective layer 27 is a metal oxide or metal salt, the metal oxide or metal salt particles are dispersed in a solvent to form a paste. The reflective layer 27 is formed by applying or printing the paste on the surface of the support 28. The solvent is a solvent that does not chemically react with the metal oxide or metal salt. In this embodiment, an aluminum oxide film serving as the reflective layer 27 is deposited on the surface of a ceramic substrate by physical vapor deposition.
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。 In the fifth step, the heating element 26 is placed on the surface of the reflective layer 27.
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。 The heating element 26 can be fixed to the surface of the reflective layer 27 with a conductive adhesive such as silver paste.
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。 In the sixth step, the protective layer 25 is formed on the surface of the heating element 26.
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。 The protective layer 25 is fixed to the surface of the heating element 26 by an adhesive or a mechanical fixing method. When the material of the protective layer 25 is a thermoplastic polymer, the thermoplastic polymer is applied or coated on the surface of the heating element 26 at a high temperature and solidified at a low temperature to form the protective layer 25. . When the material of the protective layer 25 is, for example, a flexible polymer such as polyethylene terephthalate (PET), the protective layer 25 and the heating element 26 are bonded by a hot press method, and the protective layer 25 is heated. It is fixed to the surface of the element 26.
（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。
(Example 3)
Referring to FIG. 19, a surface heat source 30 according to a third embodiment of the present invention is provided. The surface heat source 30 includes a heating element 36, a first electrode 32, and a second electrode 34. The heating element 36 has, for example, a two-dimensional structure that is a planar structure or a curved surface structure. The heating elements 36 are electrically connected to the first electrode 32 and the second electrode 34, respectively.
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。 The surface heat source 30 and the structure of the surface heat source 10 in the first embodiment are basically the same. The difference is that the heating element 36 includes a plurality of linear carbon nanotube composite structures 366, and the plurality of linear carbon nanotube composite structures 366 are arranged in an intersecting manner to form a two-dimensional heating element. It is that. The linear carbon nanotube composite structure 366 is a composite of the carbon nanotube linear structure and a base material. The base material is added into the micropores of the carbon nanotube linear structure. The linear carbon nanotube composite structure 366 can knit the heating element 36 having various shapes. The substrate material is preferably a flexible polymer.
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。 The manufacturing method of the surface heat source 30 in Example 3 of the present invention includes the following steps.
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。 In the first step, a carbon nanotube linear structure is provided, and the method for manufacturing the carbon nanotube linear structure is the same as the method for manufacturing the carbon nanotube linear structure.
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。 In the second step, a substrate precursor is provided, and the substrate precursor and the carbon nanotube linear structure are combined to form a linear carbon nanotube composite structure 366. The method of combining the carbon nanotube linear structure and the base precursor is the same as the third step in the first embodiment.
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。 The linear carbon nanotube composite structure 366 is arranged in an intersecting manner, wound and knitted to form a two-dimensional heating element 36. When the heating element 36 is formed by knitting the linear carbon nanotube composite structure 366, the heating element 36 can maintain a planar shape. In the case where the heating element 36 is formed by the linear carbon nanotube composite structure 366 crossing the array or winding, the plurality of linear carbon nanotube composite structures 366 are bonded with an adhesive. In addition, the heating element 36 can maintain a planar shape.
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。 In the third step, the first electrode 32 and the second electrode 34 are placed at an interval, and the first and second electrodes 32 and 34 are electrically connected to the carbon nanotube structure 264.
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。 The surface heat source and the method for manufacturing the surface heat source have the following excellent points.
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。 By directly combining the base material and the carbon nanotube structure having the self-supporting structure to form a heating element, the carbon nanotube retains the form of the carbon nanotube structure in the heating element. Compared to the carbon nanotubes in the heating element being uniformly distributed and forming conductive paths, the carbon nanotubes in the prior art are limited to the concentration dispersed in the solution, the carbon nanotubes The content in the heating element can reach 99%. Therefore, the heat radiation temperature of the heat source can be increased.
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。 In the surface heat source, the heating element includes a carbon nanotube structure, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are uniformly arranged, and the heating element has a uniform thickness and resistance. Heat can be released. Since the carbon nanotube has a high efficiency in converting electric energy into heat energy, the surface heat source has a high temperature rising rate, a high thermal response speed, and a high heat exchange rate.
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。 Since the carbon nanotube in the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. . Furthermore, when a carbon nanotube structure and a flexible substrate are combined to form the heating element, a flexible surface heat source can be manufactured using the heating element.
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。 Since the diameter of the carbon nanotube in the heating element is small, the heating element has a small thickness. Therefore, it is possible to manufacture a very small surface heat source, and it is possible to heat a small element to be heated using the small surface heat source.
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。 When the carbon nanotube structure is made of a carbon nanotube film obtained by pulling out from a super-aligned carbon nanotube array, since the plurality of carbon nanotubes in the carbon nanotube film are connected in the same direction, the ends are connected, Excellent conductivity. Therefore, the surface heat source has excellent heating performance. Moreover, since the carbon nanotube film has a predetermined transparency, a transparent surface heat source can be manufactured.
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。 Since the carbon nanotube linear structure can be knitted into heating elements having various shapes, surface heat sources having various shapes can be manufactured.
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。 A method of directly combining the base material and the carbon nanotube structure having the self-supporting structure to form a heating element is simple. In addition, the content of the carbon nanotubes in the heating element can be easily controlled. After the carbon nanotube structure having the self-standing structure and the base material are directly combined, the carbon nanotube structure can maintain the conventional state. Therefore, the heating element can release almost the same heat as the heating element made of a pure carbon nanotube structure.
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
10, 20, 30 Surface heat source
12, 22, 32 First electrode 14, 24, 34 Second electrode 16, 26, 36 Heating element 25 Protective layer 27 Reflective layer
28 Support 29 Lead Wire 162, 262 Base
164, 264 Carbon nanotube structure 143a Carbon nanotube film 143b Carbon nanotube segment 145 Carbon nanotube 366 Linear carbon nanotube composite structure
Claims (6)
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。 A heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element;
The heating element is a linear carbon nanotube composite structure;
The linear carbon nanotube composite structure includes at least one carbon nanotube linear structure and a base material, and the carbon nanotube linear structure and the base material are composited;
The surface heat source, wherein the carbon nanotube linear structure includes a plurality of carbon nanotubes.
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