JP5638639B2 - Wire heat source - Google Patents
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Description
本発明は、線熱源に関し、特にカーボンナノチューブを利用した線熱源に関するものである。 The present invention relates to a linear heat source, and more particularly to a linear 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。 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.
図１は、従来技術における線熱源１０を示す。該線熱源１０は、円柱状の支持体１０２と、加熱素子１０４と、保護層１０６と、二つの電極１１０と、二つの固定素子１０８とを含む。前記加熱素子１０４は、前記支持体１０２の表面に設置される。前記保護層１０６は、前記加熱素子１０４の表面に設置される。前記二つの電極１１０は、それぞれ、前記支持体１０２の両端に設置され、前記加熱素子１０４に電気的に接続される。前記二つの固定素子１０８は、それぞれ、前記二つの電極１１０及び前記加熱素子１０４を前記支持体１０２の両端に固定する。前記加熱素子１０４は、炭素繊維紙であり、該炭素繊維紙は、紙の基材及び該紙の基材に乱雑に分布されたアスファルト基の炭素繊維を含む。前記紙の基材は、セルロース繊維及び樹脂などの混合物である。前記炭素繊維紙は、前記支持体１０２に巻き付き、又は前記支持体１０２を被覆する。前記二つの電極１１０によって前記加熱素子１０４に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。 FIG. 1 shows a linear heat source 10 in the prior art. The linear heat source 10 includes a cylindrical support 102, a heating element 104, a protective layer 106, two electrodes 110, and two fixing elements 108. The heating element 104 is installed on the surface of the support 102. The protective layer 106 is disposed on the surface of the heating element 104. The two electrodes 110 are respectively installed at both ends of the support 102 and are electrically connected to the heating element 104. The two fixing elements 108 fix the two electrodes 110 and the heating element 104 to both ends of the support 102, respectively. The heating element 104 is carbon fiber paper, and the carbon fiber paper includes a paper base material and asphalt group carbon fibers randomly distributed on the paper base material. The paper base is a mixture of cellulose fibers and resin. The carbon fiber paper wraps around or covers the support 102. When a current is passed through the heating element 104 by the two electrodes 110, heat is released from the heating element.
しかし、炭素繊維紙が厚く、一般的には、数十マイクロメートルであるので、前記線熱源１０は、極めて小型の構造を製造しにくく、極めて小型の加熱対象を加熱することに応用できないという欠点がある。前記炭素繊維紙が紙の基材を含むので、該炭素繊維紙の密度及び重量が大きく、前記線熱源の応用することに不便であるという欠点がある。前記炭素繊維紙におけるアスファルト基の炭素繊維が乱雑に分布されるので、該炭素繊維紙は、強度が悪く、強靭性が良くなく、折れやすくなり、応用される範囲が制限されるという欠点がある。前記炭素繊維紙は、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, since the carbon fiber paper is thick and generally several tens of micrometers, the linear heat source 10 is difficult to manufacture an extremely small structure and cannot be applied to heating an extremely small heating object. There is. Since the carbon fiber paper includes a paper base, the density and weight of the carbon fiber paper is large, which is inconvenient for application of the linear heat source. Asphalt-based carbon fibers in the carbon fiber paper are randomly distributed, the carbon fiber paper has the disadvantages that it has poor strength, poor toughness, easily breaks, and limits the range of application. . The carbon fiber paper has a drawback that the efficiency of converting electric energy into heat energy is low, and energy is wasted.
従って、本発明は、線熱源及び該線熱源の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a linear heat source and a method for manufacturing the linear heat source.
本発明の線熱源は、線状の支持体と、前記線状の支持体に設置された加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された二つの電極と、を含み、前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、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構造体であり、前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルムである。 The linear heat source of the present invention includes a linear support, a heating element installed on the linear support, and two electrodes electrically connected to the heating element, the two electrodes At least one electrode is a carbon nanotube structure composed of a plurality of carbon nanotubes, and the heating element is composed of a plurality of carbon nanotubes arranged along the same direction and connected end to end with an intermolecular force. This is a carbon nanotube film.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブが、前記二つの電極の一つの電極から他の電極に向かう方向に配列される。 The carbon nanotubes in the heating element are arranged in a direction from one electrode of the two electrodes toward the other electrode.
従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。 Compared with a conventional linear heat source, in the linear heat source of the present invention, at least one of the two electrodes includes a carbon nanotube structure, and the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes. Since the carbon nanotube has excellent conductivity, the resistance of the electrode is reduced. Therefore, the linear heat source using the electrode is highly efficient in converting electric energy into heat energy. Since the density of the carbon nanotubes is small, the linear heat source using the electrode has a small weight and can be applied conveniently. The heating element includes a carbon nanotube film, and the carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes. Therefore, the heating element can emit heat uniformly and has high efficiency of converting electric energy to heat energy, and the heat capacity of the unit area of the carbon nanotube structure is 2 × 10 −4 J / cm. 2 · K or less. Therefore, the linear heat source has a high temperature rising rate, a high thermal response speed, and a high heat exchange rate. Since the carbon nanotubes in the electrode have excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the electrode has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. Furthermore, a flexible linear heat source can be manufactured using the electrodes.
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）
図２〜図４を参照すると、本発明の実施例１は、線熱源２０を提供する。該線熱源２０は、線状の支持体２０２と、反射層２１０と、加熱素子２０４と、保護層２０８と、二つの電極２０６とを含む。
Example 1
2 to 4, the first embodiment of the present invention provides a linear heat source 20. The linear heat source 20 includes a linear support 202, a reflective layer 210, a heating element 204, a protective layer 208, and two electrodes 206.
前記反射層２１０は、前記線状の支持体２０２の表面に設置される。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０の表面に設置される。前記二つの電極２０６は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子２０４に電気的に接続される。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面に設置される。前記線熱源２０は、長さ及び直径が制限されず、該直径が１．０ミリメートル〜１．５センチメートルであることが好ましい。本実施例において、前記線熱源２０は、直径が１．１ミリメートル〜１．１センチメートルである。 The reflective layer 210 is installed on the surface of the linear support 202. The heating element 204 is installed on the surface of the reflective layer 210. The two electrodes 206 are spaced apart and are electrically connected to the heating element 204, respectively. The protective layer 208 is disposed on the surface of the heating element 204. The linear heat source 20 is not limited in length and diameter, and the diameter is preferably 1.0 millimeter to 1.5 centimeter. In this embodiment, the linear heat source 20 has a diameter of 1.1 millimeters to 1.1 centimeters.
前記線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２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。前記線状の支持体２０２が柔らかい材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２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、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が０．５ミリメートル〜１センチメートルである。 The linear support 202 is used to support the heating element 204. The material of the linear support 202 may be, for example, a hard material such as ceramics, glass, resin, or quartz, or may be a soft material such as plastic or soft fiber. When the linear support 202 uses a soft material, the linear heat source 20 can be bent into an arbitrary shape. The linear support 202 is not limited in length and diameter, and can be selected according to actual application. In the present embodiment, the linear support 202 is a ceramic cylindrical body having a diameter of 0.5 millimeters to 1 centimeter.
前記反射層２１０は、前記加熱素子２０４から放出した熱を反射し、該熱を外界の空間に放出させ、加熱効率を高めることに用いられる。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、物理気相堆積法又は化学気相堆積法などの方法で製造することができる。本実施例において、スパッタリングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に酸化アルミニウムを堆積し、前記反射層２１０を形成する。勿論、前記反射層２１０を設置せず、即ち、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。 The reflective layer 210 reflects the heat emitted from the heating element 204 and emits the heat to the external space to increase the heating efficiency. The material of the reflective layer 210 is an insulating material such as a metal oxide, a metal salt, and ceramics. In this embodiment, the reflective layer 210 is an aluminum oxide film and has a thickness of 100 micrometers to 0.5 millimeters. The reflective layer 210 can be manufactured by a method such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition. In this embodiment, aluminum oxide is deposited on the surface of the linear support 202 by a sputtering method to form the reflective layer 210. Of course, the reflective layer 210 may not be installed, that is, the heating element 204 may be installed directly on the surface of the linear support 202.
前記加熱素子２０４は、カーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は、自立構造である。自立構造とは、支持体を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立的に利用するというものである。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布される。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定される。 The heating element 204 includes a carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure is a self-supporting structure. The self-supporting structure means that the carbon nanotube structure is used independently without using a support. 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 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 to 50 nanometers, and when the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 to 50 nanometers. When the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1.5 to 50 nanometers.
前記カーボンナノチューブ構造体は、長さ、幅及び厚さが制限されず、実際の応用により製造することができる。本発明のカーボンナノチューブ構造体は、長さが１センチメートル〜１０センチメートルであり、幅が１センチメートル〜１０センチメートルであり、厚さが０．５ナノメートル〜２．０ミリメートルであり、０．０１マイクロメートル〜１．０ミリメートル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の熱応答速度は、該カーボンナノチューブ構造体の厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体は、同じ表面積を有する場合、その厚さが厚ければ、熱応答速度が遅くなり、その厚さが薄ければ、熱応答速度が速くなる。前記カーボンナノチューブ構造体の純度が高く、該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルである場合、該カーボンナノチューブ構造体が１秒以下の時間で最高温度に達することができるので、前記線熱源２０は、加熱対象を速やかに加熱することができる。 The carbon nanotube structure is not limited in length, width and thickness, and can be manufactured according to actual application. The carbon nanotube structure of the present invention has a length of 1 centimeter to 10 centimeters, a width of 1 centimeter to 10 centimeters, a thickness of 0.5 nanometers to 2.0 millimeters, It is preferable that it is 0.01 micrometer-1.0 millimeter. 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. 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 (not including 0) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, and preferably 0 (not including 0) to 1.7. × 10 −6 J / cm 2 · K. When the thickness of the carbon nanotube structure is 1.0 micrometer to 1.0 millimeter, the carbon nanotube structure can reach the maximum temperature in a time of 1 second or less. The object to be heated can be quickly heated.
（一）前記カーボンナノチューブ構造体は、図５に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図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、長さが基本的に同じで、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの厚さが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。 (1) The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film 143a shown in FIG. The 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). In the single carbon nanotube film 143a, the ends of the plurality of carbon nanotubes are connected along the same direction. That is, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotubes whose end portions in the length direction are connected to each other by intermolecular force. Referring to FIG. 6, 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 that are basically the same length and are connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the plurality of carbon nanotubes 145 have the same length. By soaking 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, the transmissivity of the carbon nanotube film 143a reaches about 96% or more, and therefore 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１４３ａ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る。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、隙間なく並列されることもできる。 The carbon nanotube structure may include a plurality of stacked carbon nanotube films 143a. In this case, 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 films 143a intersect at an angle of 0 ° or more, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube structure. Alternatively, the plurality of carbon nanotube films 143a may be juxtaposed without gaps.
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。 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. .
（二）前記カーボンナノチューブ構造体は、図７に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、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１４５の長さは１０センチメートルである。 (2) The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film shown in FIG. The single 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 said carbon nanotube is 1 centimeter or more, and it is preferable that they are 1 centimeter-30 centimeters. Further, 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 145 is 10 centimeters.
（三）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。前記カーボンナノチューブフィルムは、図８又は図９に示される。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。 (3) The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. The carbon nanotube film is shown in FIG. 8 or FIG. The plurality of carbon nanotubes in the single carbon nanotube film are arranged isotropically, arranged along a predetermined direction, or arranged along a plurality of different directions. The carbon nanotube film has a sheet-like self-supporting structure formed by pressing the carbon nanotube array by applying a predetermined pressure by using a pushing tool and 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８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. 8, 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９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにお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. 9, the 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。 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.
（四）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。図１０及び図１１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、分子間力で接続して、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。 (4) The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. Referring to FIGS. 10 and 11, in the 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 connected by an intermolecular force and entangled with each other to form a carbon nanotube net shape. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented to form many 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 entangled 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、カーボンナノチューブの原料を提供する。 In the first step, a carbon nanotube raw material 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１２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. 12, the 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１０と図１１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. 10 and 11 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。 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 membrane has a smooth surface, the carbon nanotube film can be easily peeled off from the microporous membrane. 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.
前記カーボンナノチューブ構造体が、一枚の前記カーボンナノチューブフィルムだけを含む場合、該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。前記カーボンナノチューブ構造体が、少なくとも二枚の積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、隣接するカーボンナノチューブフィルム間におけるカーボンナノチューブ同士の成す角度αは、０°〜９０°である。少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記第一電極及び前記第二電極に電気的に接続される。 When the carbon nanotube structure includes only one carbon nanotube film, both ends of the carbon nanotube in the carbon nanotube film are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively. When the carbon nanotube structure includes a plurality of stacked carbon nanotube films, an angle α formed by the carbon nanotubes between adjacent carbon nanotube films is 0 ° to 90 °. Both ends of the carbon nanotubes in the at least one carbon nanotube film are electrically connected to the first electrode and the second electrode, respectively.
（五）前記カーボンナノチューブ構造体は、一つのカーボンナノチューブフィルムのセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおける全てのカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って並列されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおいて、少なくとも一本のカーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの全長と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの一つの寸法は、前記カーボンナノチューブの長さによって制限されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの厚さは、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。 (5) The carbon nanotube structure includes one carbon nanotube film segment. All the carbon nanotubes in the segments of the carbon nanotube film are parallel to each other and arranged in parallel along a predetermined direction. In the segment of the carbon nanotube film, the length of at least one carbon nanotube is the same as the total length of the segment of the carbon nanotube film. Accordingly, one dimension of the carbon nanotube film segment is limited by the length of the carbon nanotube. The carbon nanotube structure may include a plurality of laminated carbon nanotube film segments. In this case, the adjacent segments of the carbon nanotube film are bonded by intermolecular force. The thickness of the segment of the carbon nanotube film is 0.5 nanometer to 100 micrometers.
前記二つの電極２０６は、導電材料からなり、前記加熱素子２０４の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子２０４の対向する両表面に設置される。前記二つの電極２０６の形状は制限されない。前記二つの電極２０６は、極めて小型の線熱源に応用される時には、導電フィルムであり、該導電フィルムの厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。該導電フィルムの材料は、金属、合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルム、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、銀ペースト、導電重合体又はカーボンナノチューブ構造体などである。前記金属は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、ネオジム、パラジウム又はセシウムなどである。前記合金は、前記金属の合金である。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムである。前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記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５及び図７の示す少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムであることが好ましい。 The two electrodes 206 are made of a conductive material, and are disposed on the same surface of the heating element 204 or both opposing surfaces of the heating element 204. The shape of the two electrodes 206 is not limited. The two electrodes 206 are conductive films when applied to a very small line heat source, and the thickness of the conductive film is 0.5 nanometer to 100 micrometers. The material of the conductive film is a metal, an alloy, an indium tin oxide (ITO) film, 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. The carbon nanotube structure is at least one carbon nanotube film shown in FIG. 5, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, or FIG. At least one of the two electrodes 206 may be the carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure is preferably at least one carbon nanotube film shown in FIGS.
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、前記二つの電極２０６は、直接前記反射層２１０の表面を被覆し、又は直接前記反射層２１０の表面に巻き付けられることができる。或いは、前記二つの電極２０６を、導電接着剤で前記反射層２１０の表面に接着させてもよい。該二つの電極２０６を前記加熱素子２０４に電気的に接続させると同時に、該加熱素子２０４の表面によく固定させる。本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａであり、隣接する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が０°の角度を成す。即ち、隣接する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が同じ方向に沿って、配列される。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。 When the two electrodes 206 are the carbon nanotube structure, the carbon nanotube structure has adhesiveness, so the two electrodes 206 directly cover the surface of the reflective layer 210 or directly the reflective layer. It can be wrapped around the surface of 210. Alternatively, the two electrodes 206 may be adhered to the surface of the reflective layer 210 with a conductive adhesive. The two electrodes 206 are electrically connected to the heating element 204 and at the same time are well fixed to the surface of the heating element 204. In this embodiment, the two electrodes 206 are a plurality of laminated carbon nanotube films 143a as shown in FIG. 5, and the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films 143a form an angle of 0 °. That is, the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube film 143a are arranged along the same direction. The two electrodes 206 are bonded to the surface of the reflective layer 210 with a silver paste.
本実施例において、前記加熱素子２０４は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。隣接するカーボンナノチューブフィルム１４３ａは分子間力で緊密に接続される。図６を参照すると、各々のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、端と端で接続され、同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブ１４５を含む。前記加熱素子２０４において、隣接する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の配列された方向が垂直する。一部のカーボンナノチューブは、前記第一電極１２から前記第二電極１４に向かう方向に配列される。前記加熱素子２０４は、面積が９平方センチメートルであり、長さが３センチメートルであり、幅が３センチメートルであり、厚さが５０マイクロメートルである。前記加熱素子２０４は、前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６を被覆し、該二つの電極２０６に電気的に接続される。 In this embodiment, the heating element 204 includes a stack of hundred carbon nanotube films 143a shown in FIG. Adjacent carbon nanotube films 143a are closely connected by intermolecular force. Referring to FIG. 6, each carbon nanotube film 143 a includes carbon nanotubes 145 connected at the ends and arranged along the same direction. In the heating element 204, the arrangement direction of the carbon nanotubes 145 in the adjacent carbon nanotube film 143a is vertical. Some of the carbon nanotubes are arranged in a direction from the first electrode 12 toward the second electrode 14. The heating element 204 has an area of 9 square centimeters, a length of 3 centimeters, a width of 3 centimeters, and a thickness of 50 micrometers. The heating element 204 covers the reflective layer 210 and the two electrodes 206 and is electrically connected to the two electrodes 206.
前記保護層２０８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２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。 The material of the protective layer 208 is an insulating material such as plastic, rubber and resin. The thickness of the protective layer 208 is not limited and can be selected according to the actual application. The protective layer 208 covers the surface of the heating element 204, allows the linear heat source 20 to be used in an insulated state, and can prevent dust from adhering to the heating element 204. Of course, the protective layer 208 may not be provided. In the present embodiment, the protective layer 208 is made of rubber and has a thickness of 0.5 millimeters to 2 millimeters, and is used to protect the heating element 204.
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記二つの電極２０６により前記加熱素子２０４に電圧を印加する場合、該線熱源２０における加熱素子２０４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、前記線熱源２０に直接接触し、又は、前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置されてもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波が、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子２０４の寸法及び該加熱素子２０４に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子２０４から放出される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２０４の厚さを変化させることにより、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長を調整することができる。即ち、前記加熱素子２０４が厚くなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子２０４の厚さが一定である場合、前記加熱素子２０４に印加された電圧が大きくなるほど、前記加熱素子２０４から放出された電磁波の波長は短くなる。従って、前記線熱源２０は簡単に制御することができる。 When the two electrodes 206 of the linear heat source 20 are electrically connected to a power source (not shown) and a voltage is applied to the heating element 204 by the two electrodes 206, the carbon of the heating element 204 in the linear heat source 20 is used. The nanotube structure can emit an electromagnetic wave having a predetermined wavelength. The heating target may be installed in direct contact with the linear heat source 20 or at a predetermined distance from the linear heat source 20. The electromagnetic wave emitted from the carbon nanotube structure heats the object to be heated. By controlling the dimensions of the heating element 204 and the voltage applied to the heating element 204, the heat released from the heating element 204 can be controlled. When the voltage is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 204 can be adjusted by changing the thickness of the heating element 204. That is, the thicker the heating element 204, the shorter the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 204. When the thickness of the heating element 204 is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 204 becomes shorter as the voltage applied to the heating element 204 increases. Accordingly, the linear heat source 20 can be easily controlled.
本実施例の線熱源２０を空気雰囲気下に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０の温度が５０℃〜５００℃に達する。前記カーボンナノチューブ構造体の温度を２００℃〜４５０℃まで上げる場合、前記加熱素子２０４は熱輻射することができる。前記加熱素子２０４は、熱輻射が安定し、熱放出の効率が高く、放出する熱量が大きいという優れた点がある。 When the linear heat source 20 of this embodiment is placed in an air atmosphere and a voltage of 10 V to 30 V is applied to the heating element 204 by the two electrodes 206, the temperature of the linear heat source 20 reaches 50 ° C. to 500 ° C. When the temperature of the carbon nanotube structure is increased to 200 ° C. to 450 ° C., the heating element 204 can radiate heat. The heating element 204 is excellent in that the heat radiation is stable, the efficiency of heat release is high, and the amount of heat released is large.
図１３は、異なる仕事率で、それぞれ異なる二つの測量器具を利用して、本実施例におけるカーボンナノチューブ構造体の表面温度を測量したグラフである。二つの測量器具は、それぞれ、赤外線温度計のＲＡＹＴＥＫ ＲＡＹＮＥＲ ＩＰ−Ｍ及び赤外線温度計のＡＺ−８８５９である。測量すると、加熱する仕事率が３６ワットである場合、前記カーボンナノチューブ構造体の表面温度は、３７０℃に達することが分かる。該カーボンナノチューブ構造体は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い。 FIG. 13 is a graph obtained by measuring the surface temperature of the carbon nanotube structure in the present example using two different surveying instruments at different powers. The two surveying instruments are the infrared thermometer RAYTEK RAYNER IP-M and the infrared thermometer AZ-8859, respectively. Surveying shows that the surface temperature of the carbon nanotube structure reaches 370 ° C. when the heating power is 36 watts. The carbon nanotube structure has high efficiency in converting electric energy into heat energy.
本実施例の線熱源２０を真空装置に置き、前記二つの電極２０６により、前記加熱素子２０４に８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該線熱源２０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該線熱源２０は、例えば、赤光及び黄光などの可視光線を放出し、通常の熱輻射を形成することができる。この場合、前記線熱源２０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記線熱源２０に印加された電圧が十分に強い場合、前記線熱源２０は、紫外光線を放出することができる。 When the linear heat source 20 of this embodiment is placed in a vacuum apparatus and a voltage of 80 V to 150 V is applied to the heating element 204 by the two electrodes 206, the linear heat source 20 may emit an electromagnetic wave having a short wavelength. it can. The linear heat source 20 emits visible light such as red light and yellow light, and can form normal heat radiation. In this case, the temperature of the linear heat source 20 can reach about 1500 ° C. When the voltage applied to the linear heat source 20 is sufficiently strong, the linear heat source 20 can emit ultraviolet light.
前記線熱源２０の二つの電極２０６を電源に電気的に接続させる場合、該線熱源２０における加熱素子２０４のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象を前記線熱源２０に直接接触してもよく、又は、加熱対象を前記線熱源２０と所定の距離を置いて設置してもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波により、前記加熱対象を加熱する。 When the two electrodes 206 of the linear heat source 20 are electrically connected to a power source, the carbon nanotube structure of the heating element 204 in the linear heat source 20 can emit an electromagnetic wave having a predetermined wavelength. The heating target may be in direct contact with the linear heat source 20, or the heating target may be placed at a predetermined distance from the linear heat source 20. The object to be heated is heated by electromagnetic waves emitted from the carbon nanotube structure.
（実施例２）
本実施例は、線熱源を提供する。本実施例の線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含むカーボンナノチューブ構造体を含むことである。
(Example 2)
This embodiment provides a linear heat source. The linear heat source of the present embodiment is basically the same as the structure of the linear heat source 20 of the first embodiment. The difference is that the heating element includes a carbon nanotube structure including a plurality of carbon nanotube linear structures.
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブ線状構造を含む。前記カーボンナノチューブ線状構造は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であり、０（０は含まず）〜５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルであり、１．０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることが好ましい。 The carbon nanotube structure includes 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 0.5 nanometer to 100 micrometers, and preferably 1.0 micrometer to 100 micrometers.
前記カーボンナノチューブ線状構造が二本以上のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、各々のカーボンナノチューブワイヤが平行に配列され、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１４に示すように）又は各々のカーボンナノチューブワイヤが、螺旋状に配列され、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造を形成する（図１５に示すように）。即ち、図１４を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１は、前記カーボンナノチューブ線状構造１６０の長手方向に沿って、平行に配列される。図１５を参照すると、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、前記線状構造１７０の軸向に沿って、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 (as shown in FIG. 14) or Each carbon nanotube wire is spirally arranged to form a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 15). That is, referring to FIG. 14, the carbon nanotube wires 161 in the non-twisted carbon nanotube linear structure 160 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure 160. Referring to FIG. 15, the carbon nanotube wires 171 in the twisted carbon nanotube linear structure 170 are spirally arranged along the axial direction of the linear structure 170.
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１６０におけるカーボンナノチューブワイヤ１６１及び、前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０におけるカーボンナノチューブワイヤ１７１は、それぞれ、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６に示すように）及びねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１７に示すように）である。 The carbon nanotube wire 161 in the non-twisted carbon nanotube linear structure 160 and the carbon nanotube wire 171 in the twisted carbon nanotube linear structure 170 are respectively non-twisted carbon nanotube wires (as shown in FIG. 16). ) And twisted carbon nanotube wires (as shown in FIG. 17).
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルであり、該直径の大きさが前記カーボンナノチューブワイヤの数量及びその直径に関係がある。前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きいほど、数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が大きくなる。これとは逆に、前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さいほど、数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造の直径が小さくなる。 The diameter of the carbon nanotube linear structure is 0.5 nanometer to 2 millimeters, and the size of the diameter is related to the number of the carbon nanotube wires and the diameter thereof. The larger the carbon nanotube wire diameter and the larger the number, the larger the diameter of the carbon nanotube linear structure. On the contrary, the smaller the carbon nanotube wire diameter and the smaller the number, the smaller the diameter of the carbon nanotube linear structure.
図１６を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、カーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムを有機溶剤で処理して、得たものである。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、その長手方向に沿って、配列し、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤは、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。 Referring to FIG. 16, the non-twisted carbon nanotube wire is obtained by treating a carbon nanotube film drawn from a carbon nanotube array with an organic solvent. The non-twisted carbon nanotube wire includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the longitudinal direction and connected end to end. In this case, one 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.
前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。図１７を参照すると、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状の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ねじれ状の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、一本の前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤの直径は、０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。 The plurality of carbon nanotubes are arranged parallel to the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one non-twisted carbon nanotube wire is 0.5 nanometer to 100 micrometers. Referring to FIG. 17, the non-twisted 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 twisted carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one twisted carbon nanotube wire is 0.5 nanometer to 100 micrometers.
前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されるので、該カーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。 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を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造におけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記電極２０６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を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造が平行に配列され、又は交叉して配列される。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の交叉する角度は、制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造を設置する方式が制限されず、均一な加熱素子２０４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 electrode 206, 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 crossed carbon nanotube linear structure is not 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 204 can be formed.
本実施例において、図１８を参照すると、前記加熱素子２０４が複数の図１５に示すねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０を含み、各々のねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０が前記線状の支持体２０２の表面に平行に配列する。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０の軸向に沿って螺旋状に配列された複数のねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１を含む。該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１７１は、該カーボンナノチューブワイヤ１７１の軸向に沿って、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。 In this embodiment, referring to FIG. 18, the heating element 204 includes a plurality of twisted carbon nanotube linear structures 170 shown in FIG. 15, and each twisted carbon nanotube linear structure 170 has the linear shape. They are arranged parallel to the surface of the support 202. The twisted carbon nanotube linear structure 170 includes a plurality of twisted carbon nanotube wires 171 arranged spirally along the axial direction of the twisted carbon nanotube linear structure 170. The twisted carbon nanotube wire 171 includes a plurality of carbon nanotubes arranged in a spiral shape along the axial direction of the carbon nanotube wire 171.
前記二つの電極２０６は、図１４又は図１５の示すカーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。本実施例において、前記二つの電極２０６は一本の図１４に示す前記カーボンナノチューブ線状構造１６０を含む。該カーボンナノチューブ線状構造１６０は、該線状構造１６０の長手方向に沿って平行に配列された複数の非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１を含む。該非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ１６１は、その長手方向に沿って配列し、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。 The two electrodes 206 may include the carbon nanotube linear structure shown in FIG. In this embodiment, the two electrodes 206 include a single carbon nanotube linear structure 160 shown in FIG. The carbon nanotube linear structure 160 includes a plurality of non-twisted carbon nanotube wires 161 arranged in parallel along the longitudinal direction of the linear structure 160. The non-twisted carbon nanotube wire 161 includes a plurality of carbon nanotubes arranged along the longitudinal direction and connected end to end.
勿論、前記二つの電極２０６の少なくとも一つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブ線状構造であってもよい。実施例１の二つの電極２０６は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むこともできる。これに制限されず、前記二つの電極２０６は、前記カーボンナノチューブフィルムと前記カーボンナノチューブ線状構造との複合構造を含むこともできる。 Of course, at least one of the two electrodes 206 may have the carbon nanotube linear structure. The two electrodes 206 of Example 1 may include the carbon nanotube linear structure. However, the two electrodes 206 may include a composite structure of the carbon nanotube film and the carbon nanotube linear structure.
（実施例３）
図１９を参照し、本発明の実施例３による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が複数のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該複数のカーボンナノチューブ線状構造は交叉して配列されていることである。例えば、一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は平行に配列され、前記二つの電極２０６に電気的に接続され、もう一部の前記複数のカーボンナノチューブ線状構造は、前記二つの電極２０６に電気的に接続された前記カーボンナノチューブ線状構造に、垂直に配列される。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５に示すように）である。
Example 3
Referring to FIG. 19, a line heat source according to Embodiment 3 of the present invention is provided. The linear heat source is basically the same as the structure of the linear heat source 20 of the first embodiment. The difference is that the heating element includes a plurality of carbon nanotube linear structures, and the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged in an intersecting manner. For example, some of the plurality of carbon nanotube linear structures are arranged in parallel and are electrically connected to the two electrodes 206, and another part of the plurality of carbon nanotube linear structures includes the two electrodes 206. The carbon nanotube linear structures electrically connected to each other are vertically arranged. The carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 14) or a twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 15).
（実施例４）
図２０を参照し、本発明の実施例４による線熱源が提供される。該線熱源は、前記実施例１の線熱源２０の構造と基本的に同じである。異なる点は、前記加熱素子が一本のカーボンナノチューブ線状構造を含み、該カーボンナノチューブ線状構造が前記線状の支持体２０２に設置された反射層２１０の表面に巻き付かれ、該カーボンナノチューブ線状構造の両端がそれぞれ、前記二つの電極２０６に電気的に接続されることである。前記カーボンナノチューブ線状構造は、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１４に示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造（図１５に示すように）である。また、前記カーボンナノチューブ線状構造は、一本のカーボンナノチューブワイヤだけを含んでもよい。
Example 4
Referring to FIG. 20, a linear heat source according to Example 4 of the present invention is provided. The linear heat source is basically the same as the structure of the linear heat source 20 of the first embodiment. The difference is that the heating element includes a single carbon nanotube linear structure, and the carbon nanotube linear structure is wound around the surface of the reflective layer 210 disposed on the linear support 202, Both ends of the linear structure are electrically connected to the two electrodes 206, respectively. The carbon nanotube linear structure is a non-twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 14) or a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 15). The carbon nanotube linear structure may include only one carbon nanotube wire.
前記カーボンナノチューブ構造体が、カーボンナノチューブフィルムとカーボンナノチューブ線状構造との複合構造でもあってもよい。前記カーボンナノチューブ線状構造が前記カーボンナノチューブフィルムに設置され、加熱素子２０４を形成する。 The carbon nanotube structure may be a composite structure of a carbon nanotube film and a carbon nanotube linear structure. The carbon nanotube linear structure is installed on the carbon nanotube film to form a heating element 204.
前記線熱源において、従来の線熱源と比べると、本発明の線熱源において、前記二つの電極の少なくとも一つの電極がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブが優れた導電性を有するので、該電極の抵抗が小さくなる。従って、前記電極を利用した線熱源は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高くなる。前記カーボンナノチューブの密度が小さいので、前記電極を利用した線熱源は、重量が小さくなり、便利に応用されることができる。 In the linear heat source, compared to a conventional linear heat source, in the linear heat source of the present invention, at least one of the two electrodes includes a carbon nanotube structure, and the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes. Since the carbon nanotube has excellent conductivity, the resistance of the electrode is reduced. Therefore, the linear heat source using the electrode is highly efficient in converting electric energy into heat energy. Since the density of the carbon nanotubes is small, the linear heat source using the electrode has a small weight and can be applied conveniently.
前記加熱素子がカーボンナノチューブフィルムを含み、該カーボンナノチューブフィルムが複数のカーボンナノチューブを含む。従って、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高く、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積の熱容量は、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。従って、前記線熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。 The heating element includes a carbon nanotube film, and the carbon nanotube film includes a plurality of carbon nanotubes. Therefore, the heating element can emit heat uniformly and has high efficiency of converting electric energy to heat energy, and the heat capacity of the unit area of the carbon nanotube structure is 2 × 10 −4 J / cm. 2 · K or less. Therefore, the linear heat source has a high temperature rising rate, a high thermal response speed, and a high heat exchange rate.
前記電極おけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該電極は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記電極を利用して、柔軟性の線熱源を製造することができる。 Since the carbon nanotubes in the electrode have excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the electrode has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. Furthermore, a flexible linear heat source can be manufactured using the electrodes.
本発明は、前記線熱源の製造方法を提供する。具体的には、図２〜図４を参照すると、前記実施例１の線熱源２０を製造する方法を例として、詳しく説明する。 The present invention provides a method for manufacturing the linear heat source. Specifically, referring to FIGS. 2 to 4, the method for manufacturing the linear heat source 20 of the first embodiment will be described in detail as an example.
第一ステップでは、線状の支持体２０２を提供する。 In the first step, a linear support 202 is provided.
線状の支持体２０２を提供する。該線状の支持体２０２は、前記加熱素子２０４を支持することに用いられる。該線状の支持体２０２の材料は、例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、石英などの硬性材料であってもよく、プラスチック及び柔軟な繊維などの柔軟な材料であってもよい。前記線状の支持体２０２として柔軟な材料を利用する場合、前記線熱源２０は、任意の形状に湾曲することができる。前記線状の支持体２０２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、前記線状の支持体２０２は、セラミックスの円柱体であり、その直径が１センチメートルである。 A linear support 202 is provided. The linear support 202 is used to support the heating element 204. The material of the linear support 202 may be, for example, a hard material such as ceramics, glass, resin, or quartz, or may be a flexible material such as plastic or flexible fiber. When a flexible material is used as the linear support 202, the linear heat source 20 can be curved into an arbitrary shape. The linear support 202 is not limited in length and diameter, and can be selected according to actual application. In this embodiment, the linear support 202 is a ceramic cylinder and has a diameter of 1 centimeter.
第二ステップでは、前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。 In the second step, a reflective layer 210 is formed on the surface of the linear support 202.
塗布又はコーティングの方法で前記線状の支持体２０２の表面に反射層２１０を形成する。該反射層２１０の材料は、例えば、金属酸化物、金属塩及びセラミックスなどの絶縁材料である。本実施例において、前記反射層２１０は、酸化アルミニウム膜であり、その厚さが１００マイクロメートル〜０．５ミリメートルである。前記反射層２１０は、前記カーボンナノチューブ構造体から放出された熱を反射し、熱を外界の空間に放出させる。勿論、前記反射層２１０を設置せず、前記加熱素子２０４を前記線状の支持体２０２の表面に直接設置することもできる。即ち、前記線熱源２０の製造方法は、第二ステップを含まなくてもよい。 A reflective layer 210 is formed on the surface of the linear support 202 by a coating or coating method. The material of the reflective layer 210 is an insulating material such as a metal oxide, a metal salt, and ceramics. In this embodiment, the reflective layer 210 is an aluminum oxide film and has a thickness of 100 micrometers to 0.5 millimeters. The reflective layer 210 reflects heat released from the carbon nanotube structure and releases the heat to an external space. Of course, the heating element 204 may be directly installed on the surface of the linear support 202 without providing the reflective layer 210. That is, the manufacturing method of the linear heat source 20 may not include the second step.
第三ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。 In the third step, a carbon nanotube structure is provided.
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.
第四ステップでは、二つの電極２０６を提供し、該二つの電極２０６を、間隔を置いて前記反射層に設置される。 In the fourth step, two electrodes 206 are provided, and the two electrodes 206 are disposed on the reflective layer at an interval.
前記二つの電極２０６は、導電フィルム又はリード線である。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。前記カーボンナノチューブ構造体は、上述の図５、図７、図８、図９又は図１１の示す少なくとも一枚の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線状構造であり、例えば、該カーボンナノチューブ線状構造は、図１４又は図１５に示すカーボンナノチューブ線状構造である。 The two electrodes 206 are conductive films or lead wires. 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. The carbon nanotube structure is at least one carbon nanotube film or carbon nanotube linear structure shown in FIG. 5, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9 or FIG. 11, for example, the carbon nanotube linear structure is FIG. 14 is a linear structure of carbon nanotubes shown in FIG.
前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体である場合、該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着することができる。或いは、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記加熱素子２０４の表面に接着することもできる。前記二つの電極２０６が前記カーボンナノチューブ構造体以外の物である場合、導電接着剤を利用して、前記二つの電極２０６を前記反射層２１０の表面に接着する。 When the two electrodes 206 are the carbon nanotube structure, the two electrodes 206 can be bonded to the surface of the reflective layer 210 using the adhesiveness of the carbon nanotube structure itself. Alternatively, the two electrodes 206 can be bonded to the surface of the heating element 204 using a conductive adhesive. When the two electrodes 206 are other than the carbon nanotube structure, the two electrodes 206 are bonded to the surface of the reflective layer 210 using a conductive adhesive.
本実施例において、前記二つの電極２０６は、積層された複数の図５に示すようなカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含み、隣接する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が０°の角度を成す。即ち、隣接する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が同じ方向に沿って配列され、該配列された方向が、前記線状の支持体２０２の長手方向に平行する。前記二つの電極２０６は、銀ペーストにより前記反射層２１０の表面に接着される。 In this embodiment, the two electrodes 206 include a plurality of stacked carbon nanotube films 143a as shown in FIG. 5, and the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films 143a form an angle of 0 °. That is, the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube film 143 a are arranged along the same direction, and the arranged direction is parallel to the longitudinal direction of the linear support 202. The two electrodes 206 are bonded to the surface of the reflective layer 210 with a silver paste.
第五ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に設置し、加熱素子２０４とする。 In the fifth step, the carbon nanotube structure is placed on the surfaces of the reflective layer 210 and the two electrodes 206 to form the heating element 204.
前記カーボンナノチューブ構造体が接着性を有するので、該カーボンナノチューブ構造体を直接前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆させ、又は巻き付けることができる。或いは、前記カーボンナノチューブ構造体を、導電接着剤で前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に接着してもよい。前記導電接着剤は、銀ペーストである。前記線熱源２０が反射層２１０を含まない場合、前記カーボンナノチューブ構造体を前記線状の支持体２０２の表面に設置する。 Since the carbon nanotube structure has adhesiveness, the carbon nanotube structure can be directly covered or wound on the surfaces of the reflective layer 210 and the two electrodes 206. Alternatively, the carbon nanotube structure may be adhered to the surfaces of the reflective layer 210 and the two electrodes 206 with a conductive adhesive. The conductive adhesive is a silver paste. When the linear heat source 20 does not include the reflective layer 210, the carbon nanotube structure is installed on the surface of the linear support 202.
前記カーボンナノチューブ構造体が設置する方式は、該カーボンナノチューブ構造体の構造と関係がある。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された百枚の図５に示すカーボンナノチューブフィルム１４３ａである。前記隣接する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は、９０°の角度で交差される。該カーボンナノチューブ構造体自体の接着性を利用して、該カーボンナノチューブ構造体を前記反射層２１０及び前記二つの電極２０６の表面に被覆する。 The method of installing the carbon nanotube structure is related to the structure of the carbon nanotube structure. In this example, the carbon nanotube structure is a stack of hundred carbon nanotube films 143a shown in FIG. The carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube film 143a intersect at an angle of 90 °. The surface of the reflective layer 210 and the two electrodes 206 is coated with the carbon nanotube structure using the adhesiveness of the carbon nanotube structure itself.
第六ステップでは、前記加熱素子２０４の表面に保護層２０８を形成する。 In the sixth step, a protective layer 208 is formed on the surface of the heating element 204.
前記保護層２０８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２０８の厚さが制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。前記保護層２０８は、前記加熱素子２０４の表面を被覆し、前記線熱源２０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子２０４に付着することを防止できる。本実施例において、前記保護層２０８は、材料がゴムであり、その厚さが０．５ミリメートル〜２ミリメートルであり、前記加熱素子２０４を保護することに用いられる。勿論、前記保護層２０８を設置しなくてもよい。即ち、該線熱源２０の製造方法は、前記第六ステップを含まなくてもよい。 The material of the protective layer 208 is an insulating material such as plastic, rubber and resin. The thickness of the protective layer 208 is not limited and can be selected according to the actual application. The protective layer 208 covers the surface of the heating element 204, allows the linear heat source 20 to be used in an insulated state, and can prevent dust from adhering to the heating element 204. In the present embodiment, the protective layer 208 is made of rubber and has a thickness of 0.5 millimeters to 2 millimeters, and is used to protect the heating element 204. Of course, the protective layer 208 may not be provided. That is, the method for manufacturing the linear heat source 20 may not include the sixth step.
前記線熱源の製造方法は、簡単であり、コストが減少し、極めて小型の線熱源を製造することができる。 The method of manufacturing the linear heat source is simple, reduces cost, and can manufacture an extremely small linear heat source.
１０、２０ 線熱源
１０２、２０２ 支持体
１０４、２０４ 加熱素子
１０６、２０８ 保護層
１０８ 固定素子
１１０、２０６ 電極
２１０ 反射層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
１６０ 非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１７０ ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造
１６１、１７１ カーボンナノチューブワイヤ
10, 20 Wire heat source 102, 202 Support 104, 204 Heating element 106, 208 Protective layer
108 Fixed element 110, 206 Electrode 210 Reflective layer 143a Carbon nanotube film 143b Carbon nanotube segment 145 Carbon nanotube 160 Non-twisted carbon nanotube linear structure 170 Twisted carbon nanotube linear structure 161, 171 Carbon nanotube wire
Claims (2)
前記二つの電極の少なくとも一つの電極が、複数のカーボンナノチューブのみからなるカーボンナノチューブ構造体であり、
前記加熱素子は、同じ方向に沿って配列され、端と端が分子間力で接続されている複数のカーボンナノチューブのみからなるカーボンナノチューブフィルムであることを特徴とする線熱源。 A linear support, a heating element installed on the linear support, and two electrodes electrically connected to the heating element,
At least one of the two electrodes is a carbon nanotube structure composed of only a plurality of carbon nanotubes,
The heating element is a carbon nanotube film composed of only a plurality of carbon nanotubes arranged in the same direction and connected end to end with an intermolecular force.
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