JP5255036B2 - 物の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、物の接合方法に関するものである。

二つ又は二つ以上の物がともに接合される時には、一般的に接着剤が使用される。しかし、ボンディング強度は比較的低く、接着剤が強固になるために要する時間が長い。

そのため、代替のより強いボンディング方法として、熱圧方法がある。該熱圧方法は、二つ又は二つ以上の物を高温に加熱する。これにより、物は軟化され、又は前記物の表面は液化される場合、二つ又は二つ以上の物に圧力を加えて前記二つ又は二つ以上の物を接着させる。この場合、前記二つ又は二つ以上の物は、固化されると、それらは互いに堅固に接合される。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、上述の熱圧方法は、二つ又は二つ以上の物を互いに堅固に接合させることができるが、前記二つ又は二つ以上の物自体を加熱する必要があるので、前記物の加熱過程において、前記物の構造が変更され、又は前記物は変形される。これにより、前記物が損傷されやすい。また、前記二つ又は二つ以上の物を全体的に加熱するので、消耗熱量が大きく、エネルギーを節約することが困難であるという課題もある。

従って、前記課題を解決するために、本発明は物が損傷されず、エネルギー節約という側面において利点を有する物の接合方法を提供する。

本発明の物の接合方法は、第一基板と、カーボンナノチューブ構造体と、第二基板と、を提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を前記第一基板の第一表面に設置する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、少なくとも二つの電極を絶縁的に配置し、前記少なくとも二つの電極をそれぞれ前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続する第三ステップと、前記第二基板の第二表面を、前記カーボンナノチューブ構造体における前記第一基板の第一表面に接触する表面とは反対側の表面に接触するように、前記第二基板を前記カーボンナノチューブ構造体に被覆させる第四ステップと、前記少なくとも二つの電極に電圧を印加し、前記カーボンナノチューブ構造体を所定の温度までに昇温させて、前記カーボンナノチューブ構造体に接触する前記第一基板の第一表面及び前記第二基板の第二表面を軟化又は溶融させる第五ステップと、前記第一基板及び前記第二基板に対向する圧力をかけて、前記第一基板及び前記第二基板を接着させる第六ステップと、を含む。

本発明の物の接合方法は、少なくとも二つの物及び少なくとも一つのカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を、二つの前記物の間に配置する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、電圧を印加する第三ステップと、を含む。

従来の技術と比べて、本発明の物の接合方法は、二つの物の間にカーボンナノチューブ構造体を配置して、前記二つの物の各々と前記カーボンナノチューブ構造体との間で面接触させているので、前記カーボンナノチューブ構造体を加熱することによって、前記二つの物のカーボンナノチューブ構造体に面する表面だけを軟化させ、又は溶融させることができる。この場合、前記物自体を加熱する必要がないので、前記物の構造が変更されなく、且つ前記物は変形されない。また、エネルギー消費を縮小することができる。

ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図１中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 図１に示すカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。 非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 カーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 カーボンナノチューブワイヤ構造体の一つの構造を示す図である。 カーボンナノチューブワイヤ構造体のもう一つの構造を示す図である。 本発明の実施例１の物の接合方法の接合工程のフローチャートである。 図１０に示す接合工程により接合して一体になった第一基板及び第二基板の接合界面の走査型電子顕微鏡写真である。 図１１の拡大された走査型電子顕微鏡写真である。

以下、本発明の物の接合方法の実施形態について説明する。

本発明の物の接合方法は、少なくとも二つの物及び少なくとも一つのカーボンナノチューブ構造体を提供するステップ（Ｓ１０）と、前記カーボンナノチューブ構造体を、二つの前記物の間に配置させるステップ（Ｓ２０）と、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、電圧を印加するステップ（Ｓ３０）と、を含む。

前記ステップ（Ｓ１０）において、前記物の形状に対してはとくに制限がなく、例えば、前記物は正方形、長方形又は円柱形であることができる。前記物は、工業設備、設備の部品であることができる。前記物は、陶器、グラス又は高分子材料のような絶縁材料からなることができる。前記高分子材料は、エポキシド樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアン酸塩樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン・エノール、ポリカーボネート又はポリメタクリル酸メチルである。または、前記物は、絶縁材料で被覆された金属設備又は金属部品であることもできる。

前記ステップ（Ｓ１０）において、前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有する薄膜である。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は、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）又は多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）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。

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、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、より好ましくは、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。

前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数の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構造体の隣接するカーボンナノチューブの間に間隙を有する。前記カーボンナノチューブ構造体には、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。

本発明の前記カーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。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が同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図３を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、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フィルムの表面に平行して配列されている。図１及び図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の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量は低くなるので、その加熱効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、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第二ステップと、を含む。

（二）カーボンナノチューブワイヤ
図４を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図５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。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ワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、間隔をおいて平行するように配置されることができ、又は、互いに交叉するように配置されることができ、又は、隙間なく並列されることもできる。

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。

（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。

図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

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（即ち、角度αは０°である）。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。

（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図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、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。

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。

第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。

ナイフのような工具でカーボンナノチューブを基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、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、１００マイクロメートル以上であることが好ましい。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。

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、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。超音波式分散方法の場合、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。

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。

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７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。

分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱させるか、或いは、該溶剤を自然に蒸発させると、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。

また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の前記カーボンナノチューブワイヤ、又は前記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ワイヤの組み合わせを含む。図８及び図９を参照すると、例えば、前記カーボンナノチューブ構造体が複数の前記カーボンナノチューブワイヤを含んでいる場合、前記複数の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構造体の中心軸に平行して配列され、又は前記カーボンナノチューブ構造体の中心軸を軸に、螺旋状に配列される。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を含む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ワイヤは、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。

前記ステップ（Ｓ２０）において、隣接する二つの前記物の間には、前記カーボンナノチューブ構造体が挟まれている。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記二つの物の対向する表面と接触するように配置される。

前記ステップ（Ｓ３０）において、少なくとも二つの電極を、間隔をおいて、それぞれ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。前記少なくとも二つの電極により、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、電圧を印加することができる。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、それぞれ少なくとも一つの電極を配置し、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に位置する電極に、電圧を印加する。

前記少なくとも二つの電極は、それぞれ導電フィルム、金属チップ又は金属ワイヤーである。前記電極は、それぞれ導電フィルムである場合、その厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記導電フィルムの材料は、金属、合金、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、アンチモン酸化スズ（ＡＴＯ）、亜鉛酸化アルミニウム（ＺＡＯ）、導電銀ペースト又は導電ポリマーである。前記金属又は合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、銀、ネオジム、パラジウム及びセシウムなどの一種又は数種の合金である。前記少なくとも二つの電極は、間隔をおいて前記カーボンナノチューブ構造体の１つの表面に配置されている。ここで、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、前記一つの電極から他の電極までの方向に沿って伸展させる。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積を有し、分子間力の作用により、前記カーボンナノチューブ構造体自体が良好な接着性を有するので、前記少なくとも二つの電極は、前記カーボンナノチューブ構造体に直接的に接着することができ、且つ良好な電気接続性を有する。さらに、前記少なくとも二つの電極と前記カーボンナノチューブ構造体との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。前記少なくとも二つの電極は、スパッタ法、塗布法又はシルクスクリーン印刷法によって、前記カーボンナノチューブ構造体に形成できる。

前記少なくとも二つの電極に印加する電圧は、接合しようとする物（基板）の材料、及び前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗に関係する。同じ温度で、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗が小さくなるほど、前記電極に印加する電圧は小さくなる。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の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構造体の抵抗は、前記積層されたカーボンナノチューブフィルムの枚数に関する。前記カーボンナノチューブフィルムの枚数が多くなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗が小さくなる。反対に、前記カーボンナノチューブフィルムの枚数が少なくなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗が大きくなる。前記電極に電圧を印加する場合、前記カーボンナノチューブ構造体の中に電流が流れて、前記カーボンナノチューブ構造体に熱が生じる。これにより、前記カーボンナノチューブ構造体を挟む二つの基板の、該カーボンナノチューブ構造体と接触する表面の温度が高くなる。前記基板の前記カーボンナノチューブ構造体と接触する表面が所定の温度まで達した後、前記表面は、軟化又は溶融される。この場合、前記電極に電圧を印加することを止める。

前記ステップ（Ｓ３０）において、前記カーボンナノチューブ構造体を昇温させることは、真空環境又は保護ガス環境下で行うことができる。前記真空環境の真空度は、１０^−２Ｐａ〜１０^−６Ｐａであることができる。前記保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスである。大気の雰囲気で、前記カーボンナノチューブ構造体を、６００℃以上に昇温させると、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、酸化され損傷されやすくなる。これに対して、真空環境又は保護ガス環境下で、前記カーボンナノチューブ構造体を、６００℃以上の高温までに昇温させる場合、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損傷されない。真空環境又は保護ガス環境下で、前記カーボンナノチューブ構造体は、２０００℃程度までに昇温されることができる。この場合、融点が高い基板を接合させることができる。

前記二つの表面が軟化又は溶融された後、前記隣接する二つの基板に対向する圧力をかける。前記カーボンナノチューブ構造体は複数の微孔を有するので、前記基板に圧力をかけた後、前記基板の軟化又は溶融された部分は、前記カーボンナノチューブ構造体に浸透され、且つ前記カーボンナノチューブ構造体の複数の微孔を透過して互いに接着する。前記カーボンナノチューブ構造体が薄いので、前記基板と一体になることができる。

さらに、前記カーボンナノチューブ構造体と前記基板とを一体化させた後、前記カーボンナノチューブ構造体に配置された電極を除去することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の面積が、前記基板の該カーボンナノチューブ構造体と接触する表面の面積より大きい場合、前記カーボンナノチューブ構造体と前記基板とを一体化させた後、前記電極を除去する。前記隣接する二つの基板の面積が、前記基板の該カーボンナノチューブ構造体と接触する表面の面積より大きい場合、前記カーボンナノチューブ構造体と前記基板とを一体化させた後、前記一体化された基板の周囲を、前記電極と一緒に剪断することができる。

図１０を参照し、一つの実施例を説明する。本実施例の物の接合方法は、第一基板１００と、カーボンナノチューブ構造体１２０と、第二基板２００と、を提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体１２０を前記第一基板１００の第一表面１０２に設置する第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体１２０の対向する二つの端部（図示せず）に、少なくとも二つの電極１２６を絶縁的に配置し、前記少なくとも二つの電極１２６をそれぞれ前記カーボンナノチューブ構造体１２０に電気的に接続する第三ステップと、前記第二基板２００の第二表面２０２を、前記カーボンナノチューブ構造体１２０における前記第一基板１００の第一表面１０２に接触する表面とは反対側の表面に接触するように、前記第二基板２００を前記カーボンナノチューブ構造体１２０に被覆させる第四ステップと、前記少なくとも二つの電極１２６に電圧を印加し、前記カーボンナノチューブ構造体１２０を所定の温度までに昇温させて、前記カーボンナノチューブ構造体１２０に接触する前記第一基板１００の第一表面１０２及び前記第二基板２００の第二表面２０２を軟化又は溶融させる第五ステップと、前記第一基板１００及び前記第二基板２００に対向する圧力をかけて、前記第一基板１００及び前記第二基板２００を接着させる第六ステップと、を含む。

本実施例において、前記第一基板１００及び前記第二基板２００は、長方形基板である。前記第一基板１００及び前記第二基板２００は、ポリカーボネートからなる。前記第一基板１００の面積が、前記第二基板２００の面積より大きい。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１２０は、積層された複数の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなり、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、相互に平行して配列している。

本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１２０の対向する二つの端部に、それぞれ一つの電極１２６を設置する。前記二つの電極１２６は、それぞれ厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍの導電フィルムであるが、好ましくは、その厚さが５μｍである。前記二つの電極１２６は、パラジウム金属からなり、シルクスクリーン印刷法によって形成される。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体１２０におけるカーボンナノチューブは、その長さ方向に沿って、前記カーボンナノチューブ構造体１２０に設置された一つの電極１２６から他の電極１２６まで配列されている。

本実施例の第五ステップにおいて、前記二つの電極１２６の間に印加した電圧は、１Ｖ〜１０Ｖである。前記第一基板１００及び前記第二基板２００は、ポリカーボネートからなり、その融点が２２０℃〜２３０℃であるので、前記カーボンナノチューブ構造体１２０を２２０℃に昇温させると、前記二つの電極１２６の間への電圧の印加を停止する。前記カーボンナノチューブ構造体１２０を２２０℃の温度で、所定の時間の間保持することができる。

前記第五ステップ及び前記第六ステップを同時に行うことができる。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体１２０に配置された前記二つの電極１２６の間に電圧を印加すると同時に、前記第一基板１００及び前記第二基板２００に圧力をかけることができる。

図１１を参照すると、前記の接合方法により、前記第一基板１００及び前記第二基板２００は、一つの接合界面３２０を有する。図１１を参照すると、前記第一基板１００及び前記第二基板２００の接合界面３２０には間隙及び孔が存在しない。図１２を参照すると、前記第一基板１００及び前記第二基板２００の接合界面３２０におけるカーボンナノチューブ３４０は、前記第一基板１００及び前記第二基板２００に浸入されている。従って、前記第一基板１００及び前記第二基板２００の接合強度を高めることができる。

図１１及び図１２を参照すると、前記第一基板１００の第一表面１０２及び前記第二基板２００の第二表面２０２だけを軟化又は溶融させている。このため、前記第一基板１００及び前記第二基板２００の他の部分の形状及び性質への影響がなく、且つエネルギーを節約することができる。

１００ 第一基板
１０２ 第一表面
１２０ カーボンナノチューブ構造体
１２６ 電極
２００ 第二基板
２０２ 第二表面
３２０ 接合界面
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、３４０ カーボンナノチューブ

Claims (2)

1. 第一基板と、薄膜形状のカーボンナノチューブ構造体と、第二基板と、を提供する第一ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体を前記第一基板の第一表面に設置する第二ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、少なくとも二つの電極を絶縁的に配置し、前記少なくとも二つの電極をそれぞれ前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続する第三ステップと、
   前記第二基板の第二表面を、前記カーボンナノチューブ構造体における前記第一基板の第一表面に接触する表面とは反対側の表面に接触するように、前記第二基板を前記カーボンナノチューブ構造体に被覆させる第四ステップと、
   前記少なくとも二つの電極に電圧を印加し、前記カーボンナノチューブ構造体を所定の温度までに昇温させて、前記カーボンナノチューブ構造体に接触する前記第一基板の第一表面及び前記第二基板の第二表面を軟化又は溶融させる第五ステップと、
   前記第一基板及び前記第二基板に対向する圧力をかけて、前記第一基板及び前記第二基板を接着させる第六ステップと、
   を含むことを特徴とする物の接合方法。
2. 少なくとも二つの物及び少なくとも一つの薄膜形状のカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体を、二つの前記物の間に配置する第二ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの端部に、電圧を印加する第三ステップと、
   を含むことを特徴とする物の接合方法。