JP2013047402A - Carbon nano-tube yarn connection body and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ糸同士が接続されたカーボンナノチューブ糸接続体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube yarn connection body in which carbon nanotube yarns composed of a large number of carbon nanotubes are connected to each other, and a method for producing the same.
従来、炭素系微細構造物の１つであるカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと記すこともある）が知られている。このＣＮＴは、例えば直径が約０．５ｎｍから１０ｎｍ程度、長さが約１μｍ程度のパイプ状のカーボン素材である。 Conventionally, carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as CNT) which are one of carbon-based microstructures are known. This CNT is, for example, a pipe-like carbon material having a diameter of about 0.5 nm to 10 nm and a length of about 1 μm.
ＣＮＴは、上記のとおり、微細な構造を有するため、そのままでは、取り扱い性や加工性が悪い。このため、肉眼で確認しながら取り扱うことが容易な大きさのＣＮＴの集合体を製造することが試みられている。 Since CNT has a fine structure as described above, handling and workability are poor as it is. For this reason, it has been attempted to produce an aggregate of CNTs that can be easily handled while being confirmed with the naked eye.
このＣＮＴの集合体としては、例えば多数のＣＮＴを糸状にしたＣＮＴ糸（例えばＣＮＴを撚り合わせたＣＮＴ撚糸：ＣＮＴｙａｒｎ）が挙げられる。また、このＣＮＴ糸を用いて、ＣＮＴ製の織布やシートを製造することができる。 Examples of the CNT aggregate include a CNT yarn in which a large number of CNTs are formed into a thread (for example, a CNT twisted yarn obtained by twisting CNTs: CNT yarn). Further, a CNT woven fabric or sheet can be produced using the CNT yarn.
上述したＣＮＴ糸は、次のようにして製造できる。
まず、基板上に、基板に対して垂直方向に配向するＣＮＴを複数形成する。そして、ＣＮＴからなる束を基板から順次引き出し、紡ぐことで、ＣＮＴ糸を製造できる（特許文献１参照）。一方、ＣＮＴを合成する炉から直接ＣＮＴ糸を形成する方法も考案されている（特許文献２参照）。
The CNT yarn described above can be manufactured as follows.
First, a plurality of CNTs oriented in a direction perpendicular to the substrate are formed on the substrate. Then, a CNT yarn can be manufactured by sequentially drawing and spinning a bundle of CNTs from the substrate (see Patent Document 1). On the other hand, a method of forming CNT yarns directly from a furnace for synthesizing CNTs has also been devised (see Patent Document 2).
しかしながら、上述した特許文献１の技術では、製造できるＣＮＴ糸の長さは、例えば１００ｍｍ程度と短く、例えば数十ｋｍに及ぶ長い電線やワイヤ（線材）などの用途には十分ではないという問題があった。 However, in the technique of Patent Document 1 described above, the length of the CNT yarn that can be manufactured is as short as about 100 mm, for example, and is not sufficient for applications such as long electric wires and wires (wires) that extend to several tens of kilometers, for example. there were.
一方、特許文献２の技術の場合には、１〜１０ｋｍ程度の長さのＣＮＴ糸を製造することは可能であるが、それでも、それ以上の長さの電線やワイヤなどの用途には十分ではない。 On the other hand, in the case of the technique of Patent Document 2, it is possible to manufacture a CNT yarn having a length of about 1 to 10 km, but it is still not sufficient for applications such as longer wires and wires. Absent.
更に、上述した従来技術では、ＣＮＴ糸を用いて織布やシートを製造することが可能であるが、それらは単にＣＮＴ糸を組み合わせてあるだけなので、ＣＮＴ糸同士の機械的接続や電気的接続に関する性能（機械的強度や電気伝導性等）は十分ではない。 Furthermore, in the above-described prior art, it is possible to manufacture woven fabrics and sheets using CNT yarns, but since these are simply a combination of CNT yarns, mechanical connection and electrical connection between CNT yarns. Performance (such as mechanical strength and electrical conductivity) is not sufficient.
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、従来より長い寸法等の各種の形状の接続体を実現できるとともに、ＣＮＴ糸同士の接続を確実に行って、その特性を高めることができるカーボンナノチューブ糸接続体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can realize a connection body having various shapes such as a longer dimension than the conventional one, and can reliably connect the CNT yarns and enhance the characteristics thereof. An object of the present invention is to provide a nanotube yarn connector and a method for producing the same.
（１）請求項１の発明は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ糸同士が接続されたカーボンナノチューブ糸接続体であって、前記各カーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブが、互いの接続相手側の前記カーボンナノチューブ糸及び／又は前記成長したカーボンナノチューブに絡みつくことにより、前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。 (1) The invention of claim 1 is a carbon nanotube yarn connection body in which carbon nanotube yarns composed of a plurality of carbon nanotubes are connected to each other, and the carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns are connected to each other. The carbon nanotube yarns are connected to each other by being entangled with the carbon nanotube yarns and / or the grown carbon nanotubes.
本発明では、接続される両方のＣＮＴ糸からそれぞれ成長したＣＮＴ（以下成長ＣＮＴと記すこともある）が、接続相手側のＣＮＴ糸や成長ＣＮＴに絡みつくことにより、ＣＮＴ糸同士が接続されている。 In the present invention, CNTs grown from both connected CNT yarns (hereinafter also referred to as grown CNT) are entangled with the CNT yarns on the connection partner side or the grown CNTs, so that the CNT yarns are connected to each other. .
従って、本発明のＣＮＴ糸接続体は、２本のＣＮＴ糸を接続することにより、或いは、多数のＣＮＴ糸を順次接続することにより、例えば数十ｋｍに及ぶような非常に長いＣＮＴ糸接続体を実現すること可能であり、その長さには特に制限はない。 Accordingly, the CNT yarn connector of the present invention is a very long CNT yarn connector, for example, extending to several tens of kilometers by connecting two CNT yarns or by connecting a number of CNT yarns sequentially. The length is not particularly limited.
また、ＣＮＴ糸を単に長手方向に接続するのではなく、後述する様に、交差させて接続することにより、或いはメッシュ状に配置して接続すること等により、所望の形状のＣＮＴ糸接続体を実現することができる。 Also, instead of simply connecting the CNT yarns in the longitudinal direction, as will be described later, by connecting them in a cross or by arranging and connecting them in a mesh shape, etc. Can be realized.
更に、各ＣＮＴ糸同士を接続する場合には、各ＣＮＴ糸から伸びる成長ＣＮＴによって、ＣＮＴ糸同士を確実に接続できるので、各ＣＮＴ糸の接続の機械的強度（接続強度）が大きく、電気的特性（導電性）も優れている。 Furthermore, when connecting each CNT thread | yarn, since the CNT thread | yarn can be reliably connected by the growth CNT extended | stretched from each CNT thread | yarn, the mechanical strength (connection strength) of each CNT thread | yarn connection is large, and electrical The characteristics (conductivity) are also excellent.
その上、本発明では、成長ＣＮＴを成長させる起点（即ちＣＮＴを生成するための触媒の配置箇所）は、ＣＮＴ糸を接続する箇所のみで済むので、触媒によってＣＮＴの特性（例えば柔軟性など）が低下することを抑制することが可能である。 Moreover, in the present invention, the starting point for growing the grown CNT (that is, the location where the catalyst for generating the CNT is disposed) is only the location where the CNT yarn is connected. Can be prevented from decreasing.
（２）請求項２の発明では、前記接続されたカーボンナノチューブ糸同士は、軸方向を揃えて該軸方向における端部を並列に重ね合わせて配置されており、この重ね合わせて配置された箇所において、前記互いのカーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。 (2) In the invention of claim 2, the connected carbon nanotube yarns are arranged by aligning the axial direction and overlapping the end portions in the axial direction in parallel, and the overlappingly arranged portions The carbon nanotube yarns are connected to each other by carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns.
本発明は、ＣＮＴ糸同士の接続状態を例示したものである。本発明では、ＣＮＴ糸の端部同士を軸方向に並列に重ね合わせて接続しているので、ＣＮＴ糸接続体を軸方向に長く伸ばすことが容易であり、しかも、接続する範囲が広いので、ＣＮＴ糸同士の機械的接続が強固であり、電気的特性も優れているという利点がある。 The present invention exemplifies the connection state between CNT yarns. In the present invention, since the ends of the CNT yarns are overlapped and connected in parallel in the axial direction, it is easy to extend the CNT yarn connecting body long in the axial direction, and the connection range is wide. There is an advantage that the mechanical connection between the CNT yarns is strong and the electrical characteristics are excellent.
（３）請求項３の発明では、前記接続されたカーボンナノチューブ糸同士は、軸方向を揃えて該軸方向における先端面を付き合わされて配置されており、この付き合わされた箇所の周囲において、前記互いのカーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。 (3) In the invention of claim 3, the connected carbon nanotube yarns are arranged such that the axial directions are aligned and the tip surfaces in the axial direction are attached to each other, and around the attached portions, The carbon nanotube yarns are connected to each other by carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns of each other.
本発明は、ＣＮＴ糸同士の接続状態を例示したものである。本発明では、ＣＮＴ糸の端面同士を付き合わせた状態で接続しているので、ＣＮＴ糸接続体の太さがほぼ均一になるとともに、ＣＮＴ糸接続体を長く伸ばすことが容易であるという利点がある。 The present invention exemplifies the connection state between CNT yarns. In the present invention, since the end faces of the CNT yarns are connected together, there is an advantage that the thickness of the CNT yarn connection body is almost uniform and that it is easy to extend the CNT yarn connection body long. is there.
（４）請求項４の発明では、前記接続されたカーボンナノチューブ糸同士は、交差するように配置されており、この交差する箇所において、前記互いのカーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。 (4) In the invention of claim 4, the connected carbon nanotube yarns are arranged so as to intersect with each other, and the carbon nanotubes are grown by the carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns at the intersections. Nanotube yarns are connected to each other.
本発明は、ＣＮＴ糸同士の接続状態を例示したものである。本発明では、ＣＮＴ糸を交差した状態で接続しているので、両ＣＮＴ糸を接触させる作業が容易である。また、ＣＮＴ糸接続体の伸びる方向は、一方向に限定されないので、多様な形状のＣＮＴ糸接続体を実現できるという利点がある。 The present invention exemplifies the connection state between CNT yarns. In the present invention, since the CNT yarns are connected in an intersecting state, the operation of bringing both CNT yarns into contact is easy. In addition, the direction in which the CNT yarn connecting body extends is not limited to one direction, and there is an advantage that CNT yarn connecting bodies having various shapes can be realized.
（５）請求項５の発明では、多数の前記カーボンナノチューブ糸が、交差してメッシュ状に配置されており、この交差する箇所において、前記互いのカーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。 (5) In the invention of claim 5, a large number of the carbon nanotube yarns are arranged so as to intersect each other in a mesh shape, and the carbon nanotubes are grown by the carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns at the intersections. Nanotube yarns are connected to each other.
本発明は、ＣＮＴ糸同士の接続状態を例示したものである。本発明では、ＣＮＴ糸がメッシュ状に配置されて接続されているので、平面状のＣＮＴ糸接続体を実現できる。
（６）請求項６の発明は、複数の前記カーボンナノチューブ糸が並列に配置され束ねられて構成されたカーボンナノチューブ糸接続体であって、前記各カーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記各カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする。
The present invention exemplifies the connection state between CNT yarns. In the present invention, since the CNT yarns are arranged and connected in a mesh shape, a planar CNT yarn connector can be realized.
(6) The invention of claim 6 is a carbon nanotube yarn connection body configured by arranging and bundling a plurality of the carbon nanotube yarns in parallel, and the carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns The carbon nanotube yarns are connected to each other.
本発明は、複数のＣＮＴ糸を長手方向に揃えて（即ち並列に配置して）束ねたＣＮＴ糸接続体を例示している。この場合は、単一のＣＮＴ糸より径の大きなＣＮＴ糸接続体を実現できる。これにより、機械的強度や電気的特性（例えば流す電流の大きさ）を高めることができる。 The present invention exemplifies a CNT yarn connection body in which a plurality of CNT yarns are aligned in the longitudinal direction (that is, arranged in parallel) and bundled. In this case, a CNT yarn connector having a larger diameter than a single CNT yarn can be realized. Thereby, mechanical strength and electrical characteristics (for example, the magnitude | size of the electric current to flow) can be improved.
（７）請求項７の発明は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ糸同士が接続されたカーボンナノチューブ糸接続体を製造するカーボンナノチューブ糸接続体の製造方法であって、前記カーボンナノチューブ糸同士を接続する箇所に、前記カーボンナノチューブを成長させる触媒を担持させる第１工程と、前記接続するカーボンナノチューブ糸同士を接触又は近接して配置する第２工程と、前記カーボンナノチューブ糸を接続する箇所のカーボンナノチューブを成長させ、該カーボンナノチューブを接続相手に絡みつかせて、前記カーボンナノチューブ糸同士を接続する第３工程と、を有することを特徴とする。 (7) The invention of claim 7 is a method of manufacturing a carbon nanotube yarn connection body for manufacturing a carbon nanotube yarn connection body in which carbon nanotube yarns composed of a plurality of carbon nanotubes are connected to each other. A first step of supporting a catalyst for growing the carbon nanotubes at a location to be connected; a second step of arranging the carbon nanotube yarns to be connected in contact with or close to each other; and carbon at a location where the carbon nanotube yarns are connected And a third step of growing the nanotubes, tangling the carbon nanotubes to the connection partner, and connecting the carbon nanotube yarns to each other.
本発明では、第１工程にて、ＣＮＴ糸を接続する箇所に、ＣＮＴを成長させる触媒を担持させ、第２工程にて、接続するＣＮＴ糸同士を接触又は近接して配置する。そして、第３工程にて、ＣＮＴ糸を接続する箇所のＣＮＴを成長させ、その成長ＣＮＴを接続相手（即ち相手側のＣＮＴ糸や成長ＣＮＴ）に絡みつかせて、ＣＮＴ糸同士を接続する。 In the present invention, in the first step, a catalyst for growing CNTs is supported at the location where the CNT yarns are connected, and in the second step, the CNT yarns to be connected are arranged in contact or close to each other. Then, in the third step, the CNT at the location where the CNT yarn is connected is grown, and the grown CNT is entangled with the connection partner (that is, the CNT yarn or the growth CNT on the other side) to connect the CNT yarns.
これにより、前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の優れた特性を備えたＣＮＴ糸接続体を、容易に実現することができる。
なお、ＣＮＴ糸からＣＮＴを成長させる方法としては、周知の化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）やレザーアブレーション（laser ablation）など各種の方法を採用できる。
Thereby, the CNT thread | yarn connection body provided with the outstanding characteristic of any one of the said Claims 1-6 is easily realizable.
Various methods such as well-known chemical vapor deposition (CVD) and laser ablation can be employed as a method for growing CNT from the CNT yarn.
また、ＣＮＴ糸に触媒を担持させる方法としては、ＣＮＴ糸を触媒を含む溶液に漬ける方法、ＣＮＴ糸に触媒を含む溶液を滴下する方法、触媒をスパッタリングによって担持させる方法などが挙げられる。 Examples of the method of supporting the catalyst on the CNT yarn include a method of dipping the CNT yarn in a solution containing the catalyst, a method of dropping a solution containing the catalyst on the CNT yarn, a method of supporting the catalyst by sputtering, and the like.
なお、第１工程と第２工程の順序を入れ替えても良い。
（８）請求項８の発明では、前記触媒を担持させた前記カーボンナノチューブ糸を接続する箇所の周囲を、カバーで覆い、そのカバーの内側にて、前記カーボンナノチューブを成長させることを特徴とする。
Note that the order of the first step and the second step may be interchanged.
(8) The invention of claim 8 is characterized in that the periphery of a portion where the carbon nanotube yarn carrying the catalyst is connected is covered with a cover, and the carbon nanotube is grown inside the cover. .
本発明では、ＣＮＴ糸同士を接続する箇所をカバーで覆い、その内側でＣＮＴを成長させるので、成長ＣＮＴはカバー内側にて効率よく相手側と接続することができる。これにより、接続強度や電気的特性が向上するという利点がある。 In the present invention, the portion where the CNT yarns are connected to each other is covered with the cover, and the CNTs are grown on the inside thereof. Therefore, the grown CNTs can be efficiently connected to the other side on the inside of the cover. Thereby, there exists an advantage that connection strength and an electrical property improve.
（９）請求項９の発明では、前記カーボンナノチューブ糸同士を接続する箇所及びその近傍に、触媒を含む溶液を付着させ、その後、前記触媒を前記カーボンナノチューブ糸同士が接触する箇所に近づけるように移動させることを特徴とする。 (9) In invention of Claim 9, the solution containing a catalyst is made to adhere to the location which connects the said carbon nanotube yarns, and its vicinity, Then, the said catalyst is brought close to the location where the said carbon nanotube yarns contact. It is made to move.
本発明では、ＣＮＴを成長させる前に、予め触媒を接続箇所に近づけるように移動させるので、その触媒から成長した成長ＣＮＴは、効率よく相手側と接続することができる。これにより、接続強度や電気的特性が向上するという利点がある。 In the present invention, before the CNT is grown, the catalyst is moved so as to approach the connection portion in advance, so that the grown CNT grown from the catalyst can be efficiently connected to the other side. Thereby, there exists an advantage that connection strength and an electrical property improve.
なお、触媒を移動させる手段としては、重力を利用したり、表面張力を利用する方法が挙げられる。 Examples of means for moving the catalyst include a method using gravity or a method using surface tension.
本発明の実施形態を実施例に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described based on examples.
本実施例では、糸状（ワイヤ状）のＣＮＴ糸接続体及びその製造方法について説明する。
ａ）まず、本実施例のＣＮＴ糸接続体の製造方法について説明する。
In this embodiment, a thread-like (wire-like) CNT yarn connector and a manufacturing method thereof will be described.
a) First, a method for manufacturing the CNT yarn connector of this embodiment will be described.
（１）ＣＮＴ糸の製造
縦：８ｍｍ×横：２ｍｍ×厚さ：１ｍｍのＳｉ基板の片面（面積：１６ｍｍ2）に、１ｍ2当り、鉄（Ｆｅ）０．００２モルを真空蒸着法により蒸着させ、活性Ｓｉ基板を得た。
(1) Manufacture of CNT yarn Length: 8 mm x width: 2 mm x thickness: 1 mm of Si substrate (area: 16 mm 2 ), 0.002 mol of iron (Fe) per 1 m 2 was deposited by vacuum deposition. An active Si substrate was obtained.
この活性Ｓｉ基板を、電気炉内に配置し、７００℃に加熱し、エチレンガスを３０ｃｃ／分、水素ガスを７０ｃｃ／分、アルゴンガスを４００ｃｃ／分の流通速度で５分間流通させた。 This active Si substrate was placed in an electric furnace and heated to 700 ° C., and ethylene gas was circulated at a rate of 30 cc / min, hydrogen gas at 70 cc / min, and argon gas at a flow rate of 400 cc / min for 5 minutes.
その結果、図１に示す様に、Ｓｉ基板１上には、多数のＣＮＴが堆積したＣＮＴの配向膜（マトリックス）が形成された。
堆積したＣＮＴは、その一端がＳｉ基板１に固定されており、Ｓｉ基板１に対して垂直方向に均一に配向している。なお、個々のＣＮＴの直径は約１０ｎｍであり、ＣＮＴの長さは約３００μｍであった。
As a result, as shown in FIG. 1, an alignment film (matrix) of CNTs in which a large number of CNTs were deposited was formed on the Si substrate 1.
One end of the deposited CNT is fixed to the Si substrate 1 and is uniformly oriented in a direction perpendicular to the Si substrate 1. In addition, the diameter of each CNT was about 10 nm, and the length of CNT was about 300 micrometers.
次に、Ｓｉ基板１上に配向しているＣＮＴの配向膜において、複数のＣＮＴから成る束の端部を引出し具でつまみ、ＣＮＴの配向方向とは直交する方向に引出した。
引出されたＣＮＴの束の端部（引出し方向に関して後方の端部）と、Ｓｉ基板１上で隣接するＣＮＴの束の端部とは、ファンデルワールス力により接続し、結果として、ＣＮＴの束が安定して長くつながる。
Next, in the alignment film of CNTs aligned on the Si substrate 1, the end of a bundle made of a plurality of CNTs was picked with an extraction tool, and extracted in a direction perpendicular to the alignment direction of the CNTs.
The end of the drawn CNT bundle (the rear end with respect to the drawing direction) and the end of the adjacent CNT bundle on the Si substrate 1 are connected by van der Waals force. As a result, the CNT bundle Is connected stably for a long time.
このとき、ＣＮＴの束は、Ｓｉ基板１上に配向しているＣＮＴの配向膜から、複数箇所で引き出した。そして、ＣＮＴの束を複数撚ることで、ＣＮＴから成るＣＮＴ糸（ＣＮＴ撚糸）３（図２（ａ）参照）が得られた。 At this time, a bundle of CNTs was drawn out from a CNT alignment film aligned on the Si substrate 1 at a plurality of locations. A plurality of CNT bundles were twisted to obtain a CNT yarn (CNT twisted yarn) 3 (refer to FIG. 2A).
（２）ＣＮＴ糸接続体の製造
図２（ａ）に示す様に、前記（１）で製造したＣＮＴ糸３を一対用意し、図２（ｂ）に示す様に、ＣＮＴ糸３を接続する箇所、具体的には、ＣＮＴ糸３における軸方向の端部５を触媒を含む溶液（触媒溶液）に漬け、ＣＮＴ糸３の端部５に、触媒溶液を付着させる（濃い灰色部分に触媒溶液が付着）。
(2) Manufacture of CNT yarn connection body As shown in FIG. 2 (a), a pair of the CNT yarns 3 manufactured in (1) is prepared, and the CNT yarn 3 is connected as shown in FIG. 2 (b). Specifically, the end 5 in the axial direction of the CNT yarn 3 is dipped in a solution containing the catalyst (catalyst solution), and the catalyst solution is attached to the end 5 of the CNT yarn 3 (the catalyst solution in the dark gray portion) Attached).
なお、触媒溶液を漬ける領域（軸方向長さ）としては、接続強度等の特性に応じて適宜設定すれば良い。
なお、前記触媒溶液としては、アルコール（例えばエタノール）を溶媒とする酢酸鉄(II)の溶液が挙げられ、この場合は、鉄が触媒として作用する。
In addition, what is necessary is just to set suitably as an area | region (axial direction length) which can soak a catalyst solution according to characteristics, such as connection strength.
Examples of the catalyst solution include a solution of iron (II) acetate using alcohol (for example, ethanol) as a solvent. In this case, iron acts as a catalyst.
その後、図２（ｃ）に示す様に、ＣＮＴ糸３に付着させた触媒溶液を乾燥し、ＣＮＴ糸３の表面や内部（詳しくは各ＣＮＴの表面）に、触媒を担持させる（薄い灰色部分に触媒が付着）。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), the catalyst solution adhered to the CNT yarn 3 is dried, and the catalyst is supported on the surface or inside of the CNT yarn 3 (specifically, the surface of each CNT) (light gray portion). To the catalyst).
次に、図２（ｄ）に示す様に、接続するＣＮＴ糸３の軸方向の端部（触媒を担持させた端部）５を、軸方向を合わせて並列に重ね合わせて配置し、図示しない治具によって、位置がずれないように固定する。例えばクリップ等で挟んだり接着シートに貼り付ける等によって、ずれないように固定する。 Next, as shown in FIG. 2 (d), the axial ends (ends carrying the catalyst) 5 of the CNT yarns 3 to be connected are arranged in parallel in the axial direction and are shown in the figure. Fix it so that the position does not shift with a jig that does not. For example, it is fixed so as not to be displaced by being sandwiched between clips or attached to an adhesive sheet.
その後、この端部５を重ね合わせたＣＮＴ糸３を、前記ＣＮＴを成長させた際に用いた様な電気炉に入れて、周知のＣＶＤによってＣＮＴを成長させる。
なお、このＣＮＴを成長させる際には、例えば電気炉内を８８０℃に加熱し、エチレンガスを３０ｃｃ／分、水素ガスを７０ｃｃ／分、アルゴンガスを４００ｃｃ／分の流通速度で１０分間流通させた。
Thereafter, the CNT yarn 3 on which the end portions 5 are overlapped is put into an electric furnace as used when growing the CNT, and CNT is grown by well-known CVD.
When growing this CNT, for example, the inside of an electric furnace is heated to 880 ° C., and ethylene gas is circulated at a rate of 30 cc / min, hydrogen gas at 70 cc / min, and argon gas at a rate of 400 cc / min for 10 minutes. It was.
これによって、図３に模式的に示す様に、ＣＮＴ糸３同士が、各ＣＮＴ糸３から成長したＣＮＴ（成長ＣＮＴ）７によって接続したＣＮＴ糸接続体（ワイヤ）９が得られた。
ｂ）次に、本実施例のＣＮＴ糸接続体９の構造について説明する。
Thereby, as schematically shown in FIG. 3, a CNT yarn connection body (wire) 9 in which the CNT yarns 3 are connected by the CNT (growth CNT) 7 grown from each CNT yarn 3 was obtained.
b) Next, the structure of the CNT yarn connector 9 of this embodiment will be described.
図３に示す様に、ＣＮＴ糸接続体９は、ＣＮＴ糸３の先端の端部５同士が、軸方向を揃えて並列に重ね合わせて配置されるとともに、その重ね合わされた箇所（接続箇所）にて、互いのＣＮＴ糸３から伸びた成長ＣＮＴ７によってＣＮＴ糸３同士が接続されたものである。 As shown in FIG. 3, the CNT yarn connector 9 is arranged such that the end portions 5 at the tip of the CNT yarn 3 are arranged so as to be aligned in parallel in the axial direction, and the overlapped portion (connection portion) The CNT yarns 3 are connected to each other by growing CNTs 7 extending from the CNT yarns 3 of each other.
詳しくは、一方のＣＮＴ糸３から伸びる成長ＣＮＴ７が、他方のＣＮＴ糸３や成長ＣＮＴ７に絡みつくことにより、ＣＮＴ糸３同士が強固に接続されている。
特に、成長ＣＮＴ７は、ＣＮＴ糸３が接触する部分や近接している部分にて、集中的に絡みついている。
Specifically, the grown CNTs 7 extending from one CNT yarn 3 are entangled with the other CNT yarns 3 and the grown CNTs 7, whereby the CNT yarns 3 are firmly connected to each other.
In particular, the grown CNTs 7 are entangled in a concentrated manner at a portion where the CNT yarns 3 are in contact with each other or a portion where they are close to each other.
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
上述した様に、本実施例では、接続される両方のＣＮＴ糸３からそれぞれ伸びる成長ＣＮＴ７が、接続相手側のＣＮＴ糸３や成長ＣＮＴ７に絡みつくことにより、ＣＮＴ糸３同士が接続されている。
c) Next, the effect of the present embodiment will be described.
As described above, in this embodiment, the grown CNTs 7 extending from both of the connected CNT yarns 3 are entangled with the CNT yarns 3 and the grown CNTs 7 on the connection partner side, so that the CNT yarns 3 are connected to each other.
従って、本実施例のＣＮＴ糸接続体９は、２本のＣＮＴ糸３を１箇所で接続することにより、或いは、多数のＣＮＴ糸３を順次接続することにより、例えば数十ｋｍに及ぶような非常に長いＣＮＴ糸接続体９を実現すること可能である。 Accordingly, the CNT yarn connector 9 of the present embodiment can reach several tens of kilometers, for example, by connecting two CNT yarns 3 at one place or by connecting a large number of CNT yarns 3 in sequence. It is possible to realize a very long CNT yarn connector 9.
また、本実施例では、各ＣＮＴ糸３から伸びる成長ＣＮＴ７によって、ＣＮＴ糸３同士を確実に接続できるので、各ＣＮＴ糸３の接続の機械的強度が大きく、電気的特性（導電性）も優れている。 Further, in this embodiment, the CNT yarns 3 can be reliably connected to each other by the grown CNTs 7 extending from the CNT yarns 3. Therefore, the mechanical strength of the connection of the CNT yarns 3 is large, and the electrical characteristics (conductivity) are also excellent. ing.
更に、本実施例では、ＣＮＴ糸３の端部５同士を並列に重ね合わせて接続しているので、この点からも、ＣＮＴ糸３同士の機械的接続が強固であり、電気的特性も優れているという利点がある。また、ＣＮＴ糸接続体９を長く伸ばすことも容易である。 Furthermore, in this embodiment, since the end portions 5 of the CNT yarns 3 are overlapped and connected in parallel, the mechanical connection between the CNT yarns 3 is also strong from this point, and the electrical characteristics are excellent. There is an advantage that. It is also easy to extend the CNT yarn connector 9 long.
その上、本実施例では、成長ＣＮＴ７を成長させる起点は、ＣＮＴ糸３を接続する箇所のみで済むので、即ち最小限の触媒で済むので、触媒によってＣＮＴの特性（例えば柔軟性など）が低下することを抑制できるという利点もある。 In addition, in this embodiment, the starting point for growing the grown CNTs 7 is only the location where the CNT yarns 3 are connected, that is, a minimum amount of catalyst is required, and the characteristics of the CNT (for example, flexibility) are reduced by the catalyst. There is also an advantage that it can be suppressed.
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図４（ａ）に示す様に、接続するＣＮＴ糸１１の端部１３に、実施例１と同様にして触媒を担持させ（灰色部分に触媒が付着）、その端部１３の軸方向における端面同士を付き合わせて配置する。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, a catalyst is supported on the end portion 13 of the CNT yarn 11 to be connected in the same manner as in the first embodiment (the catalyst adheres to the gray portion). The end surfaces in the axial direction of the two are attached to each other.
そして、図４（ｂ）に示す様に、実施例１と同様にして、ＣＶＤ等によって、各ＣＮＴ糸１１からＣＮＴ（成長ＣＮＴ１５）を成長させ、相手側のＣＮＴ糸１１等に絡みつかせて、ＣＮＴ糸１１同士を接続してＣＮＴ糸接続体１７を製造する。 Then, as shown in FIG. 4B, in the same manner as in Example 1, CNT (growth CNT 15) is grown from each CNT yarn 11 by CVD or the like and entangled with the CNT yarn 11 on the other side. CNT yarns 11 are connected to each other to produce a CNT yarn connector 17.
本実施例では、ＣＮＴ糸１１の端面同士を付き合わせた状態で接続しているので、ＣＮＴ糸接続体１７の太さがほぼ均一になるとともに、ＣＮＴ糸接続体１７を長く伸ばすことが容易である。 In this embodiment, since the end faces of the CNT yarns 11 are connected to each other, the thickness of the CNT yarn connection body 17 is almost uniform, and the CNT yarn connection body 17 can be easily elongated. is there.
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図５（ａ）に示す様に、接続するＣＮＴ糸２１同士を交差し接触させて配置する。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the CNT yarns 21 to be connected are arranged so as to intersect and contact each other.
次に、図５（ｂ）に示す様に、ＣＮＴ糸の交差する箇所に、触媒溶液を（例えば滴下や吹き付け等によって）付着させ（同図灰色部分）、その後乾燥させる。
次に、図５（ｃ）に示す様に、実施例１と同様にして、ＣＶＤ等によって、各ＣＮＴ糸２１からＣＮＴ（成長ＣＮＴ２３）を成長させ、相手側のＣＮＴ糸２１等に絡みつかせて、ＣＮＴ糸２１同士を接続してＣＮＴ糸接続体２５を製造する。
Next, as shown in FIG. 5 (b), the catalyst solution is attached (for example, by dropping or spraying) to the intersecting portions of the CNT yarns (gray portion in the figure) and then dried.
Next, as shown in FIG. 5C, in the same manner as in Example 1, CNT (growth CNT23) is grown from each CNT yarn 21 by CVD or the like and entangled with the CNT yarn 21 on the other side. Thus, the CNT yarns 21 are manufactured by connecting the CNT yarns 21 to each other.
本実施例では、ＣＮＴ糸２１を交差して接続しているので、接続する作業が容易であるという利点がある。また、ＣＮＴ糸接続体２５の長手方向は、一方向（軸線方向）に限定されないので、多様な形状のＣＮＴ糸接続体２５を実現できるという利点がある。 In this embodiment, since the CNT yarns 21 are crossed and connected, there is an advantage that the connecting work is easy. Further, since the longitudinal direction of the CNT yarn connecting body 25 is not limited to one direction (axial direction), there is an advantage that CNT yarn connecting bodies 25 having various shapes can be realized.
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図６（ａ）に示す様に、多数のＣＮＴ糸３１をメッシュ状に（例えば直交するように）接触させて配置する。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 6 (a), a large number of CNT yarns 31 are arranged in contact with each other in a mesh shape (for example, perpendicularly).
次に、図６（ｂ）に示す様に、ＣＮＴ糸３１の交差する箇所に、触媒溶液を（例えば滴下や吹き付け等によって）付着させ（同図灰色部分）、その後乾燥させる。
次に、図６（ｃ）に示す様に、実施例１と同様にして、ＣＶＤ等によって、各ＣＮＴ糸３１からＣＮＴ（成長ＣＮＴ３３）を成長させ、相手側のＣＮＴ糸３１等に絡みつかせて、ＣＮＴ糸３１同士を接続して、メッシュ状のＣＮＴ糸接続体３５を製造する。
Next, as shown in FIG. 6 (b), the catalyst solution is attached (for example, by dropping or spraying) to the intersecting portions of the CNT yarns 31 (gray portion in the figure) and then dried.
Next, as shown in FIG. 6C, in the same manner as in Example 1, CNT (growth CNT 33) is grown from each CNT yarn 31 by CVD or the like, and is entangled with the other CNT yarn 31 or the like. Then, the CNT yarns 31 are connected to each other, and the mesh-like CNT yarn connector 35 is manufactured.
本実施例では、ＣＮＴ糸３１がメッシュ状に配置されて接続されているので、平面状のＣＮＴ糸接続体３５を実現できる。
なお、触媒を担持させる場合には、メッシュ状に配置したメッシュ状のＣＮＴ糸３１の全体を、触媒溶液に浸けてもよい。
In the present embodiment, since the CNT yarns 31 are arranged and connected in a mesh shape, a planar CNT yarn connector 35 can be realized.
In addition, when carrying a catalyst, you may immerse the whole mesh-like CNT thread | yarn 31 arrange | positioned in mesh shape in a catalyst solution.
次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図７（ａ）に示す様に、多数のＣＮＴ糸４１を束ねて（例えば撚り合わせて）ワイヤ４３を作製する。
Next, although Example 5 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 7A, the wire 43 is produced by bundling (for example, twisting) a large number of CNT yarns 41.
次に、そのワイヤ４３を、触媒溶液に漬けて、その後乾燥させる。
次に、図７（ｂ）に示す様に、実施例１と同様にして、ＣＶＤ等によって、各ＣＮＴ糸４１からＣＮＴ（成長ＣＮＴ４５）を成長させ、接触している又は近くにある（１又は複数の）相手側のＣＮＴ糸４１等に絡みつかせて、ＣＮＴ糸４１同士を接続して、ワイヤ状のＣＮＴ糸接続体４７を製造する。
Next, the wire 43 is immersed in the catalyst solution and then dried.
Next, as shown in FIG. 7B, in the same manner as in Example 1, CNT (growth CNT 45) is grown from each CNT yarn 41 by CVD or the like and is in contact with or close to (1 or A plurality of CNT yarns 41 are entangled with each other, and the CNT yarns 41 are connected to each other to produce a wire-like CNT yarn connector 47.
本実施例では、単一のＣＮＴ糸４１より径の大きなワイヤ状のＣＮＴ糸接続体４７を実現できる。これにより、機械的強度や電気的特性（例えば流す電流の大きさ）を一層高めることができる。 In this embodiment, a wire-like CNT yarn connector 47 having a diameter larger than that of the single CNT yarn 41 can be realized. Thereby, mechanical strength and electrical characteristics (for example, the magnitude | size of the electric current to flow) can be improved further.
次に、実施例６について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図８（ａ）に示す様に、接続するＣＮＴ糸５１の端部５３に、実施例１と同様にして触媒を担持させ（灰色部分に触媒が付着）、その端部５３同士を、軸方向を揃えて並列に重ね合わせて配置する。
Next, the sixth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, as shown in FIG. 8A, a catalyst is supported on the end portion 53 of the CNT yarn 51 to be connected in the same manner as in the first embodiment (the catalyst adheres to the gray portion). The two are arranged in parallel with the axial direction aligned.
次に、図８（ｂ）、（ｃ）に示す様に、上述したＣＮＴ糸５１同士を重ね合わせた部分の外周を、例えばステンレスからなる薄膜の帯状のカバー５５で覆う（即ち、カバー５５で一周するように巻く）。なお、このカバー５５としては、ＣＶＤで破損しない材料を使用する。 Next, as shown in FIGS. 8B and 8C, the outer periphery of the portion where the CNT yarns 51 are overlapped with each other is covered with a thin band-like cover 55 made of, for example, stainless steel (that is, with the cover 55). Wrap to make a round). The cover 55 is made of a material that is not damaged by CVD.
次に、図８（ｄ）に示す様に、実施例１と同様にして、ＣＶＤ等によって、カバー５５の内側にて、各ＣＮＴ糸５１からＣＮＴ（成長ＣＮＴ５７）を成長させ、相手側のＣＮＴ糸５１等に絡みつかせて、ＣＮＴ糸５１同士を接続してＣＮＴ糸接続体５９を製造する。なお、カバー５５は、ＣＮＴ糸接続体５９から、例えばカバー５５を溶かす薬剤等により除去してよい。 Next, as shown in FIG. 8D, in the same manner as in Example 1, CNT (growth CNT 57) is grown from each CNT yarn 51 inside the cover 55 by CVD or the like, and the opposite CNT The CNT yarns 51 are entangled with each other, and the CNT yarns 51 are connected to each other to produce the CNT yarn connection body 59. The cover 55 may be removed from the CNT yarn connector 59 with, for example, a chemical that dissolves the cover 55.
本実施例では、ＣＮＴ糸５１同士を接続する箇所をカバー５５で覆い、その内側でＣＮＴ（成長ＣＮＴ）５７を成長させるので、成長ＣＮＴ５７はカバー５５内側にて効率よく相手側と接続することができる。これにより、接続強度や電気的特性が向上するという利点がある。 In this embodiment, the portion where the CNT yarns 51 are connected to each other is covered with the cover 55, and the CNT (growth CNT) 57 is grown on the inside thereof, so that the grown CNT 57 can be efficiently connected to the other side inside the cover 55. it can. Thereby, there exists an advantage that connection strength and an electrical property improve.
次に、実施例７について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図示しないが、本実施例では、カーボンナノチューブ糸同士を接続する箇所及びその近傍に、触媒を含む溶液を付着させ、その後、触媒をカーボンナノチューブ糸同士が接触する箇所に近づけるように移動させる。
Next, although Example 7 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
Although not shown in the drawings, in this embodiment, a solution containing the catalyst is attached to a portion where the carbon nanotube yarns are connected to each other and the vicinity thereof, and then the catalyst is moved so as to approach the portion where the carbon nanotube yarns are in contact with each other.
例えばＣＮＴ糸の接続箇所より上方に触媒溶液を供給すると、溶液及び触媒は、重力で下方（即ちＣＮＴ糸の接合箇所）に移動する。このＣＮＴ糸の接続箇所では、ＣＮＴ同士が接触していることから、その近傍における表面張力によって溶液及び触媒が滞留することになる。 For example, when the catalyst solution is supplied above the connection portion of the CNT yarn, the solution and the catalyst move downward (that is, the joint portion of the CNT yarn) by gravity. Since the CNTs are in contact with each other at the connection portion of the CNT yarn, the solution and the catalyst are retained by the surface tension in the vicinity thereof.
従って、この状態にてＣＮＴを成長させることにより、接続箇所にて多くのＣＮＴが成長するので、ＣＮＴ糸同士の接続強度や電気的特性が向上する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
Therefore, by growing CNTs in this state, many CNTs grow at the connection locations, so that the connection strength and electrical characteristics between the CNT yarns are improved.
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
（１）前記実施例では、接続するＣＮＴ糸同士を接触させたが、成長ＣＮＴが接続相手に届く範囲であれば、ＣＮＴ糸同士は若干離れていてもよい。
（２）ＣＮＴ糸を製造する方法としては、従来の各種の方法（例えば特許技術１、２等の技術）を採用できる。
(1) In the above embodiment, the CNT yarns to be connected are brought into contact with each other. However, the CNT yarns may be slightly separated from each other as long as the grown CNTs reach the connection partner.
(2) As a method for producing the CNT yarn, various conventional methods (for example, techniques such as patent techniques 1 and 2) can be employed.
（３）ＣＮＴを成長させる方法としては、各種の周知の方法、例えばＣＶＤやレーザーアブレーション等を採用できる。 (3) As a method for growing CNTs, various known methods such as CVD and laser ablation can be employed.
３、１１、２１、３１、４１、５１・・カーボンナノチューブ糸（ＣＮＴ糸）
５、１３、５３・・端部
７、１５、２３、３３、４５、５７・・成長カーボンナノチューブ（成長ＣＮＴ）
９、１７、２５、３５、４７、５９・・カーボンナノチューブ糸接続体（ＣＮＴ糸接続体）
４３・・ワイヤ
５５・・カバー
3, 11, 21, 31, 41, 51 .. carbon nanotube yarn (CNT yarn)
5, 13, 53 .. End 7, 15, 23, 33, 45, 57 .. Grown carbon nanotube (grown CNT)
9, 17, 25, 35, 47, 59 .. carbon nanotube yarn connector (CNT yarn connector)
43..Wire 55..Cover
Claims (9)
前記各カーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブが、互いの接続相手側の前記カーボンナノチューブ糸及び／又は前記成長したカーボンナノチューブに絡みつくことにより、
前記カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とするカーボンナノチューブ糸接続体。 A carbon nanotube yarn connection body in which carbon nanotube yarns composed of a plurality of carbon nanotubes are connected to each other,
The carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns are entangled with the carbon nanotube yarns and / or the grown carbon nanotubes on the connection partner side,
A carbon nanotube yarn connector, wherein the carbon nanotube yarns are connected to each other.
前記各カーボンナノチューブ糸から成長したカーボンナノチューブによって、前記各カーボンナノチューブ糸同士が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ糸接続体。 A carbon nanotube yarn connecting body constituted by arranging and bundling a plurality of the carbon nanotube yarns in parallel,
The carbon nanotube yarn connector according to claim 1, wherein the carbon nanotube yarns are connected to each other by carbon nanotubes grown from the carbon nanotube yarns.
前記カーボンナノチューブ糸同士を接続する箇所に、前記カーボンナノチューブを成長させる触媒を担持させる第１工程と、
前記接続するカーボンナノチューブ糸同士を接触又は近接して配置する第２工程と、
前記カーボンナノチューブ糸を接続する箇所のカーボンナノチューブを成長させ、該カーボンナノチューブを接続相手に絡みつかせて、前記カーボンナノチューブ糸同士を接続する第３工程と、
を有することを特徴とするカーボンナノチューブ糸接続体の製造方法。 A method for producing a carbon nanotube yarn connector, which produces a carbon nanotube yarn connector in which carbon nanotube yarns composed of a plurality of carbon nanotubes are connected to each other,
A first step of supporting a catalyst for growing the carbon nanotubes at a place where the carbon nanotube yarns are connected to each other;
A second step of placing the carbon nanotube yarns to be connected in contact with or in proximity to each other;
Growing a carbon nanotube at a location where the carbon nanotube yarns are connected, tangling the carbon nanotubes to a connection partner, and connecting the carbon nanotube yarns;
A method for producing a carbon nanotube yarn connector, comprising:
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