JP2011508364A - 非金属電気伝導性および熱伝導性ナノ構造体ベースアダプター - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
部材間の電気または熱接触はしばしば接着剤によって提供されうる。例えば、電解キャパシター中の高い表面積部材の接合はコンプレックスセルロースバインダーおよびアルミまたはチタンフォイルによって形成される。この種のバインダーシステムはキャパシターの性能を著しく低下しうる実質的に高い内部抵抗を形成する。この内部抵抗は、またキャパシター時間定数(τ=R*C)を増大するためにも作用する。他のバインダーの例には各成分のエポキシ結合が含まれる。そのような結合は、熱源近くの飛行機やジェットエンジンの部材の結合に見られるような(1)機械的結合を提供すること、および(2)熱の保持の二つの機能を有することがある。
電流または熱エネルギーは二つの接触する表面を少しの、または50以下の原子接触点において透過しなければならないということが、電気接触のクールマンーウィルスドルフ(Kuhlmann-Wilsdorf)理論および電気接触の為のR.ホルム(R. Holm)理論よる同様のものによって示されてきた。興味ある点は、このことが接触面積の総量に強く基づくのではなく、接触間のクランピング力に基づく点である。コネクターとそれに対応する接触部材との間の実際の接触に存在する表面積の全量のこの限定は、大きな電気的または熱的接触抵抗を一般に導入しうる。
この接触抵抗を克服し、全体の伝導性を改善するためには、効果的な接触面積が増大される必要がある。これを達成するための一つの手段は、はんだ付である。しかしながら、一般にはんだに用いられている鉛−錫合金、または鉛フリーのはんだ(例えば、銀−アンチモン−錫)でさえはんだ接合点または接合部に金属間化合物または層を形成する傾向が高い。金属間化合物の形成は、例えばはんだ中に存在する錫−銅などが一般に熱導体および導電体に用いられている導体、例えば銅にカップルしたときに早い拡散を示すから、起こるのである。更に、金属間化合物または層の形成は常温でも起こり続けている。このような結合物の形成の結果、金属間層自体が脆く(即ち、劣化しやすく)電気的および熱的に抵抗性であり、これらの接合部分が熱膨張に異なる係数を有しているときには特に、抵抗の増大やはんだ付け部分に大きな機械的欠陥さえおこる。
図1Aでは、米国特許出願11/488,387号(この記載をここに導入する。)と同様に、ナノチューブの製法に用いるためのシステム10が示されている。システム10は、一態様において、合成チャンバー11を有していてもよい。合成チャンバー11は一般に、反応ガス(即ち、ガス状炭素源)を供給する導入端111、長いナノチューブの合成が起こるホットゾーン112および反応生成物、即ちナノチューブと排気ガスが排出および回収される出口端114を備えている。合成チャンバー11は一態様では、炉116中に伸びるクォーツチューブ115を備えてもよい。システム10で得られるナノチューブは、一方では、個々の単壁ナノチューブ、そのようなナノチューブの束および撚った単壁ナノチューブ(例えば、ナノチューブのロープ)であってもよい。
二つの可動性コンダクター、例えば高エネルギーキャパシター、グランドストラップ、母線若しくは母線パイプ、またはパルス発生回路、の間で高い電流パルスを波形の変形や接合部での加熱をなしに外部回路に移行するために、本発明は一態様で伝導性アダプター20、例えば図2に示すものを提供する。伝導性アダプター20は、導電性ナノ構造体ベース材料21、コネクター部分22および実質的に低い抵抗カップリングを可能にする材料から形成されたカップリング機構23を備えても良く、伝導性に実際に含まれる伝導性ナノ構造体の数を実質的に最大にする。
Claims (40)
- 伝導性ナノ構造体ベース材料から形成され、相対する末端を有する伝導性部材;
伝導性部材の一端に位置するコネクター部分であって、伝導性部材内部でコネクター部分と接触する伝導性ナノ構造体の数を最大にして、ナノスケール環境と従前の電気および/または熱回路システムとの間の効率的な伝導を可能にするコネクター部分、を有するアダプター。 - 伝導性部材がナノチューブから製造されたワイヤー、ヤーン、テープ、リボン、またはシートの一つである請求項1記載のアダプター。
- ナノチューブが炭素、銅、銀、ホウ素、ホウ素ニトリド、MoS2または同様の化合物、若しくはそれらの組合せの一つから形成される請求項2記載のアダプター。
- 伝導性部材がグラファイト材料を含む請求項1記載のアダプター。
- コネクター部分が、銅、アルミニウム、金、銀、銀被覆銅、カドミウム、ニッケル、錫、ビスマス、ヒ素、これらの金属の合金、ホウ素、ホウ素ニトリド、ガラス状カーボン、セラミックス、シリコン、シリコン化合物、ガリウムヒ素、それらの組合せ、または電気および/または熱伝導性である他の材料の一つから形成される請求項1記載のアダプター。
- コネクター部分が電源から比較的高い電流を伝導性部材で保持して実質的な減衰なく外部回路に送ることを可能にする請求項1記載のアダプター。
- コネクター部分が伝導性部材の相対する末端上の少なくとも一つに付着(deposited)される請求項1記載のアダプター。
- コネクター部分が伝導性部材の相対する末端の各表面に電気メッキされる請求項7記載の導電性アダプター。
- 付着コネクター部分が金、銀、ニッケル、アルミニウム、銅、ビスマス、錫、亜鉛、カドミウム、錫−ニッケル合金、銅合金、錫−亜鉛合金、ビスマス−銅合金、カドミウム−ニッケル合金、他の伝導性金属およびそれらの合金、若しくはそれらの組合せの一つから形成される請求項7記載のアダプター。
- 伝導性部材が少なくとも一方向に延びることを許容したパターンを包含する請求項7記載のアダプター。
- パターンがX軸、Y軸またはその組合せの一つにそって延びている請求項10記載のアダプター。
- 伝導性部材が、延長した場合に、アダプターの抵抗に妥協せず、または本質的に変更する請求項10記載のアダプター。
- 伝導性部材中の伝導性ナノ構造体ベース材料とコネクター部分との間の実質的に均一な接合を提供するために、伝導性部材とコネクター部分との間にカップリング機構を包含する請求項1記載のアダプター。
- カップリング機構がコネクター部分に対して伝導性部材の実質上低抵抗カップリングを提供する請求項13記載のアダプター。
- カップリング機構がガラス状カーボン材料から形成される請求項13記載のアダプター。
- ガラス状カーボン材料がフルフリルアルコール、レゾール樹脂、PVA、またはガラス状カーボン材料を形成しうる他の液状樹脂または材料を包含するプレカーサー材料から製造される請求項15記載のアダプター。
- ガラス状カーボン材料が、伝導性部材とコネクター部分との間の電気伝導性または熱伝導性を向上しうる請求項15記載のアダプター。
- 熱伝導材、電気伝導材、EMI用途、高電流移動材、RF用途、パルス用途、熱電および/または電力発生、センサー用途または他の同様の用途の一つに用いられる請求項1記載のアダプター。
- 従前の電気および/または熱回路システムに用いるための標準コネクターに対する効率的な導体に用いる請求項1記載の導電性アダプター。
- 伝導性部材とコネクター部分との間の接合が、約400℃以上の温度でも劣化せずに耐えることができる請求項1記載のアダプター。
- 伝導性ナノ構造体ベース材料から形成された伝導性部材と伝導性部材に接合しうるコネクター部分とを提供する工程、
伝導性部材とコネクター部分との間に接合部に、ガラス状カーボンプレカーサー材料を置く工程、および、
接合部を加熱してガラス状カーボンプレカーサーを熱分解して、伝導性部材内部でコネクター部分に接触する伝導性ナノ構造体の数を最大にして、伝導率を向上しうるガラス状カーボン材料を形成する工程、
を有する伝導性部材の製造方法。 - 提供する工程において、伝導性部材がナノチューブから製造されたワイヤー、ヤーン、テープ、リボン、またはシートの一つである請求項21記載の製造方法。
- 提供する工程において、ナノチューブが炭素、銅、銀、ホウ素、ホウ素ニトリド、MoS2または同様の化合物、若しくはそれらの組合せの一つから形成される請求項22記載の製造方法。
- 提供する工程において、伝導性部材がグラファイト材料である請求項21記載の製造方法。
- 提供する工程において、コネクター部分が、銅、アルミニウム、金、銀、銀被覆銅、カドミウム、ニッケル、錫、ビスマス、ヒ素、これらの金属の合金、ホウ素、ホウ素ニトリド、ガラス状カーボン、セラミックス、シリコン、シリコン化合物、ガリウムヒ素、それらの組合せ、または導電性および/または熱伝導性である他の材料の一つから形成される請求項21記載の製造方法。
- ガラス状カーボンプレカーサー材料を置く工程において、ガラス状カーボンプレカーサーがフルフリルアルコール、レゾール樹脂、PVA、またはガラス状カーボン材料を形成しうる他の液状樹脂または材料を包含するプレカーサー材料から得られる請求項21記載の製造方法。
- 加熱工程において、ガラス状カーボン材料が、伝導性部材とコネクター部分との間の電気伝導性または熱伝導性を向上しうる請求項21記載の製造方法。
- 加熱工程において、ガラス状カーボン材料が伝導性部材とコネクター部分との間の実質的に均一な接合を提供する請求項21記載の製造方法。
- 加熱工程において、ガラス状カーボン機構が伝導性部材のコネクター部分に対する実質的に低抵抗カップリングを提供する請求項21記載の製造方法。
- 加熱工程が接合部分での温度を約400〜約450℃またはそれ以上の温度に上げて、熱分解工程を完結する請求項21記載の製造方法。
- 伝導性ナノ構造体ベース材料から形成され、相対する末端を有する伝導性部材を提供する工程、および、
伝導性部材内部でコネクター部分と接触する伝導性ナノ構造体の数を最大にするために伝導性部材の少なくとも一端にコネクター部分を付着して、ナノスケール環境と従前の電気および/または熱回路システムとの間の効率的な伝導を可能にする工程、
を有する伝導性アダプターの製造方法。 - 提供する工程において、伝導性部材がナノチューブから製造されたワイヤー、ヤーン、テープ、リボン、またはシートの一つを含む請求項31記載の製造方法。
- 提供する工程が、ナノチューブから製造されたヤーン、テープ、リボンの複数を結合して伝導性部材を作成することを含む請求項32記載の製造方法。
- 提供する工程において、ナノ構造体ベースの材料が炭素、銅、銀、ホウ素、ホウ素ニトリド、MoS2または同様の化合物、若しくはそれらの組合せの一つから形成される請求項31記載の製造方法。
- 提供する工程において、伝導性部材がグラファイト材料を含む請求項31記載の製造方法。
- 付着工程が伝導性部材の相対する末端の各々上のコネクター部分を電気メッキすることを含む請求項31記載の製造方法。
- 付着工程が、金、銀、ニッケル、アルミニウム、銅、ビスマス、錫、亜鉛、カドミウム、錫−ニッケル合金、銅合金、錫−亜鉛合金、ビスマス−銅合金、カドミウム−ニッケル合金、他の導電性金属およびそれらの合金、若しくはそれらの組合せの一つを伝導性部材の相対する末端の各々の上に電気メッキして、コネクター部分を提供する請求項31記載の製造方法。
- 更に、伝導性部材上にデザインを施して、少なくとも一方向に伝導性部材を延長することを可能にする請求項31記載の製造方法。
- 更に、伝導性部材上にデザインを施して、X軸、Y軸またはそれらの組合せに沿って伝導性部材を延長することを可能にする請求項31記載の製造方法。
- デザインを施す工程において、伝導性部材が、延長されたときに、伝導性部材の抵抗を妥協せずまたは実質的に変更する請求項39記載の製造方法。
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