JP5746235B2 - Surface heat source - Google Patents
Surface heat source Download PDFInfo
- Publication number
- JP5746235B2 JP5746235B2 JP2013018269A JP2013018269A JP5746235B2 JP 5746235 B2 JP5746235 B2 JP 5746235B2 JP 2013018269 A JP2013018269 A JP 2013018269A JP 2013018269 A JP2013018269 A JP 2013018269A JP 5746235 B2 JP5746235 B2 JP 5746235B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- heating element
- electrode
- heat source
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Description
本発明は、面熱源及びその製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを利用した面熱源に関するものである。 The present invention relates to a surface heat source and a method for manufacturing the same, and more particularly to a surface heat source using carbon nanotubes.
熱源は、人々の生活及び科学研究などの分野において重要な役割を果たす。例えば、電気加熱器、電気ストーブ及び赤外線治療器などに応用される。面熱源は、熱源の一種であり、二次元構造体である。面熱源は、加熱される物の各部分を同時に加熱することができ、加熱する面積が大きく、加熱の均一性がよく、効率が高い。 Heat sources play an important role in areas such as people's life and scientific research. For example, it is applied to an electric heater, an electric heater, an infrared therapy device, and the like. The surface heat source is a kind of heat source and is a two-dimensional structure. The surface heat source can heat each part of the object to be heated at the same time, has a large heating area, good heating uniformity, and high efficiency.
従来技術として、面熱源は、加熱素子及び少なくとも、二つの電極を含む。該少なくとも、二つの電極は、前記加熱素子の表面に設置され、該加熱素子に電気的に接続される。前記少なくとも二つの電極によって前記加熱素子に電流を流す場合、熱が該加熱素子から放出される。従来の面熱源は、金属のフィラメントを加熱素子として、電気エネルギーを熱エネルギーに転換するものである。 As a conventional technique, a surface heat source includes a heating element and at least two electrodes. The at least two electrodes are disposed on the surface of the heating element and are electrically connected to the heating element. When a current is passed through the heating element by the at least two electrodes, heat is released from the heating element. A conventional surface heat source uses a metal filament as a heating element to convert electric energy into heat energy.
しかし、前記金属のフィラメントは、強度が悪く、折れやすい。特に前記金属のフィラメントを所定の角度に曲げる場合には、該金属のフィラメントがより折れやすいという欠点がある。また、前記金属のフィラメントから放出した熱は、標準的な波長で外部に放射するので、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が低く、エネルギーが浪費されるという欠点がある。 However, the metal filament has low strength and is easily broken. In particular, when the metal filament is bent at a predetermined angle, there is a drawback that the metal filament is more easily broken. In addition, since the heat emitted from the metal filament is radiated to the outside at a standard wavelength, there is a disadvantage in that the efficiency of converting electric energy into heat energy is low and energy is wasted.
従って、本発明は、電気エネルギーを熱エネルギーに転換する効率が高い面熱源を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface heat source with high efficiency for converting electric energy into heat energy.
本発明の面熱源は、加熱素子と、前記加熱素子と電気的に接続された少なくとも二つの電極と、を含み、前記加熱素子が、直径が２０マイクロメートル〜２ミリメートルである複数のカーボンナノチューブ線状構造からなり、各々の前記カーボンナノチューブ線状構造が、少なくとも一つのカーボンナノチューブワイヤからなり、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが、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からなり、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。 The surface heat source of the present invention includes a heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element, and the heating element has a plurality of carbon nanotube wires having a diameter of 20 micrometers to 2 millimeters. Each carbon nanotube linear structure is composed of at least one carbon nanotube wire, and each carbon nanotube wire is composed of a plurality of carbon nanotube segments in which ends are connected to each other. A plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel in the nanotube segment.
基板を含み、前記加熱素子が該基板に設置される。 A heating element is disposed on the substrate, including a substrate.
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所定の形状に湾曲され、前記基板の表面に設置される。 The heating element includes a single carbon nanotube linear structure, and the carbon nanotube linear structure is bent into a predetermined shape and placed on the surface of the substrate.
一つの前記カーボンナノチューブワイヤの直径が、０．５ｎｍ〜１００μｍであり、熱容量が、０（０は含まず）〜５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。 One carbon nanotube wire has a diameter of 0.5 nm to 100 μm and a heat capacity of 0 (not including 0) to 5 × 10 −5 J / cm 2 · K.
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が平行し又は交差して、前記基板の表面に設置されている。 The heating element includes a plurality of carbon nanotube linear structures, and the plurality of carbon nanotube linear structures are disposed on the surface of the substrate in parallel or intersecting with each other.
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み、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造又はねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造である。 The carbon nanotube linear structure includes two or more carbon nanotube wires, and is a non-twisted carbon nanotube linear structure or a twisted carbon nanotube linear structure.
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造において、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、平行に配列されている。 In the non-twisted carbon nanotube linear structure, the carbon nanotube wires are arranged in parallel along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure.
前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造において、各々の前記カーボンナノチューブワイヤが該カーボンナノチューブ線状構造の長手方向に沿って、螺旋状に配列されている。 In the twisted carbon nanotube linear structure, each carbon nanotube wire is spirally arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure.
従来の面熱源と比べると、本発明の面熱源において、加熱素子がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、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、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。 Compared to a conventional surface heat source, in the surface heat source of the present invention, the heating element includes a carbon nanotube structure, and the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes. Since the plurality of carbon nanotubes are uniformly arranged and the heating element has a uniform thickness and resistance, the heating element can uniformly dissipate heat and convert electrical energy into thermal energy. The efficiency is high, 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 surface heat source has a fast temperature rising rate, a fast thermal response speed, and a fast heat exchange rate.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該加熱素子は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。 Since the carbon nanotubes in the heating element have excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. . Furthermore, a flexible surface heat source can be manufactured using the heating element.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。 Since the carbon nanotube diameter in the heating element is small, the heating element is small in thickness. Therefore, it is possible to manufacture a very small surface heat source, and it is possible to heat a small element to be heated using the small surface heat source.
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１と図２を参照すると、本発明の実施例１は、面熱源１０を提供する。該面熱源１０は、二次元構造体であり、即ち、二次元方向に沿って延長する構造体である。該面熱源１０は、基板１８、反射層１７、加熱素子１６、保護層１５、第一電極１２及び第二電極１４を含む。
Example 1
Referring to FIGS. 1 and 2, the first embodiment of the present invention provides a surface heat source 10. The surface heat source 10 is a two-dimensional structure, that is, a structure extending along a two-dimensional direction. The surface heat source 10 includes a substrate 18, a reflective layer 17, a heating element 16, a protective layer 15, a first electrode 12, and a second electrode 14.
前記反射層１７は、前記基板１８の一つの表面に設置される。前記加熱素子１６は、前記反射層１７の、前記基板１８と接触する表面の反対側の面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、前記加熱素子１６に電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、該加熱素子１６に電気的に接続されるように、前記加熱素子１６の表面に間隔を置いて設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４により、該加熱素子１６に電流を流す。前記保護層１５は、前記加熱素子１６の、前記反射層と接触する表面の反対側の面に設置される。前記保護層１５は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４を被覆し、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。 The reflective layer 17 is disposed on one surface of the substrate 18. The heating element 16 is disposed on the surface of the reflective layer 17 opposite to the surface in contact with the substrate 18. The first electrode 12 and the second electrode 14 are electrically connected to the heating element 16. In the present embodiment, the first electrode 12 and the second electrode 14 are disposed on the surface of the heating element 16 at an interval so as to be electrically connected to the heating element 16. A current is passed through the heating element 16 by the first electrode 12 and the second electrode 14. The protective layer 15 is disposed on the surface of the heating element 16 opposite to the surface in contact with the reflective layer. The protective layer 15 covers the first electrode 12 and the second electrode 14 and can prevent dust from adhering to the heating element 16.
前記基板１８の形状及び寸法は、実際の応用に応じて選択することができる。例えば、前記基板１８は方形、円形又は三角形である。該基板１８は、平面又は曲面の表面を有する。前記加熱素子１６及び前記反射層１７を支持することに用いられる。該基板１８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。本実施例において、前記基板１８は、厚さが１ミリメートルのセラミックス基板である。前記加熱素子１６が自立構造を有する場合、前記面熱源１０における基板１８は、使用しなくてもよい。 The shape and dimensions of the substrate 18 can be selected according to the actual application. For example, the substrate 18 is square, circular or triangular. The substrate 18 has a flat or curved surface. It is used to support the heating element 16 and the reflective layer 17. The material of the substrate 18 may be, for example, a hard material such as ceramics, glass, resin, quartz, or may be a soft material such as plastic and soft fiber. In this embodiment, the substrate 18 is a ceramic substrate having a thickness of 1 millimeter. When the heating element 16 has a self-supporting structure, the substrate 18 in the surface heat source 10 may not be used.
前記反射層１７は、前記加熱素子１６から放出した熱を反射し、該熱を一つの方向に沿って放出させ、加熱する効率を高めることに用いられる。該反射層１７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１７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。本実施例において、前記反射層１７の厚さは、０．１ミリセンチメートルである。勿論、前記反射層１７は、前記基板１８の、前記加熱素子１６から離れた表面に設置してもよい。即ち、前記基板１８を、前記加熱素子１６と前記反射層１７との間に設置し、該反射層１７によりよく熱を反射させる。前記反射層１７を設置せず、即ち、前記加熱素子１６を前記基板１８の表面に直接設置することもできる。これによって、前記面熱源１０の加熱方向が制限されず、前記面熱源１０は両面から熱を放出することができる。 The reflective layer 17 is used to reflect the heat emitted from the heating element 16 and release the heat along one direction to increase the heating efficiency. The material of the reflective layer 17 is an insulating material such as a metal oxide, a metal salt, and ceramics. In the present embodiment, the reflective layer 17 is an aluminum oxide film and has a thickness of 100 micrometers to 0.5 millimeters. In the present embodiment, the thickness of the reflective layer 17 is 0.1 millicm. Of course, the reflective layer 17 may be disposed on the surface of the substrate 18 away from the heating element 16. In other words, the substrate 18 is placed between the heating element 16 and the reflective layer 17, and heat is better reflected by the reflective layer 17. The reflective layer 17 may not be installed, that is, the heating element 16 may be installed directly on the surface of the substrate 18. Thereby, the heating direction of the surface heat source 10 is not limited, and the surface heat source 10 can release heat from both sides.
前記加熱素子１６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類に分類される。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０．５ｎｍ〜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。 The heating element 16 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 nm to 50 nm. When the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 nm to 50 nm. In the case of a nanotube, the diameter is set to 1.5 nm to 50 nm.
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であり、本実施例では、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熱容量が非常に低い場合、前記加熱素子１６を速やかに加熱させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体の密度が低く、１．３５ｇ／ｃｍ３程度に達するので、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過性が高い。 The thermal response speed of the carbon nanotube structure is related to the thickness of the carbon nanotube structure. When the carbon nanotube structures have the same surface area, the thermal response speed is slow if the thickness is large, and the thermal response speed is fast if the thickness is thin. 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, and in the present example, it is 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K. When the heat capacity of the carbon nanotube structure is very low, the heating element 16 can be quickly heated. Since the density of the carbon nanotube structure is low and reaches about 1.35 g / cm 3 , the light transmittance of the carbon nanotube structure is high.
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（五）のものが挙げられる。
（一）前記カーボンナノチューブ構造体は、図３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４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム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フィルム１４３ａの厚さが１０μｍ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９０％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。
Examples of the carbon nanotube structure of the present invention include the following (1) to (5).
(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. 4, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotube segments 143b. The plurality of carbon nanotube segments 143b are connected to each other by an intermolecular force along the length direction. Each carbon nanotube segment 143b includes a plurality of carbon nanotubes 145 connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the 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. The carbon nanotube film 143a has a width of 100 μm to 10 cm and a thickness of 0.5 nm to 100 μm. When the thickness of the carbon nanotube film 143a is 10 μm or less, the transmissivity of the carbon nanotube film 143a reaches about 90% or more, so that it can be used as a transparent heat source.
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。 The carbon nanotube structure may include a plurality of stacked carbon nanotube films. In this case, the adjacent carbon nanotube films are bonded by intermolecular force. The carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect each other at an angle of 0 ° to 90 °. When the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films 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 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、基材に垂直するよう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 grow parallel to each other and 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.
本実施例から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いい。 The carbon nanotube array provided from this example is not limited to being manufactured by the above-described 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、１０ｎｍ〜１００μｍ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０μｍ〜５μｍである。前記距離が０μｍ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同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍ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１４５に結節がない。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１０μｍである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０ｃｍ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 nm to 100 μm. The plurality of carbon nanotubes are arranged in parallel to the surfaces of the plurality of carbon nanotube films, respectively. Adjacent carbon nanotubes are separated and installed at a predetermined distance. The distance is 0 μm to 5 μm. When the distance is 0 μm, the adjacent carbon nanotubes are connected by intermolecular force. The length of each carbon nanotube in the carbon nanotube film is the same as the length of the carbon nanotube film. The length of the single carbon nanotube is 1 cm or more, and preferably 1 cm to 30 cm. Further, each carbon nanotube 145 has no nodules. In the present embodiment, the carbon nanotube film has a thickness of 10 μm. The length of the single carbon nanotube 145 is 10 cm.
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.
（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６又は図7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. 6 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. 6, 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。 Referring to FIG. 7, 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８及び図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。 (4) The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film. 8 and 9, in the single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are entangled 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 100 nm or more, and it is preferable in it being 100 nm-10 cm. The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. The plurality of carbon nanotubes are close to each other by intermolecular force and entangled with each other to form a carbon nanotube net. The plurality of carbon nanotubes are arranged without being oriented to form many minute holes. Here, the diameter of the single minute hole is 10 μm 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 0.5 nm to 1 mm.
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原料（カーボンナノチューブアレイ）を提供する。 In the first step, a carbon nanotube raw material (carbon nanotube array) 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 carbon nanotube raw material, the length of the carbon nanotube is 10 micrometers or more, and 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。 In the second step, the carbon nanotube raw material is immersed in a solvent, and the carbon nanotube raw material is processed 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１０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. 10, 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８と図９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. 8 and 9 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.
（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、０．５ｎｍ〜１００μｍ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 nm to 100 μm.
前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電材料からなり、前記加熱素子１６の同一表面、又はそれぞれ記加熱素子１６の対向する両表面に設置される。前記第一電極１２及び前記第二電極１４の形状は制限されない。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、極めて小型の面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、上述の少なくとも一枚の図３の示すカーボンナノチューブフィルム又は少なくとも一枚の図５の示すカーボンナノチューブフィルムである。 The first electrode 12 and the second electrode 14 are made of a conductive material, and are disposed on the same surface of the heating element 16 or both opposing surfaces of the heating element 16. The shapes of the first electrode 12 and the second electrode 14 are not limited. The first electrode 12 and the second electrode 14 are conductive films when applied to a very small surface 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. 3 or at least one carbon nanotube film shown in FIG.
前記加熱素子１６における前記カーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、直接前記加熱素子１６の表面に設置されることができる。或いは、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電接着剤で前記加熱素子１６の表面に接着してもよい。該第一電極１２及び前記第二電極１４を前記加熱素子１６に電気的に接続させると同時に、該加熱素子１６の表面によく固定させる。前記導電接着剤は、銀ペーストである。 Since the carbon nanotube structure in the heating element 16 has adhesiveness, the first electrode 12 and the second electrode 14 can be directly installed on the surface of the heating element 16. Alternatively, the first electrode 12 and the second electrode 14 may be bonded to the surface of the heating element 16 with a conductive adhesive. The first electrode 12 and the second electrode 14 are electrically connected to the heating element 16 and at the same time are well fixed to the surface of the heating element 16. The conductive adhesive is a silver paste.
本実施例において、前記加熱素子１６は、積層された百枚のカーボンナノチューブフィルムである。隣接するカーボンナノチューブフィルムは分子間力で緊密に接続される。図３と図４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１６において、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列された方向が垂直する。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への方向に配列される。前記加熱素子１６は、面積が９平方センチメートルであり、長さが３センチメートルであり、幅が３センチメートルであり、厚さが５００ナノメートルである。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、積層された複数の図３を示すようなカーボンナノチューブフィルムであり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、配列されている。 In this embodiment, the heating element 16 is a stack of hundred carbon nanotube films. Adjacent carbon nanotube films are closely connected by intermolecular forces. Referring to FIGS. 3 and 4, each carbon nanotube film 143a includes carbon nanotubes 145 connected end to end and arranged along the same direction. In the heating element 16, the arrangement direction of the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube film is vertical. Some of the carbon nanotubes are arranged in the direction from the first electrode 12 to the second electrode 14. The heating element 16 has an area of 9 square centimeters, a length of 3 centimeters, a width of 3 centimeters, and a thickness of 500 nanometers. The first electrode 12 and the second electrode 14 are a plurality of laminated carbon nanotube films as shown in FIG. 3, and the carbon nanotubes in adjacent carbon nanotube films are arranged along the same direction.
前記保護層１５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１５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１５は、前記第一電極１２、前記第二電極１４及び前記加熱素子１６に被覆され、前記面熱源１０を絶縁状態で使用させ、ほこりが前記加熱素子１６に付着することを防止できる。勿論、前記保護層１５を設置しなくてもよい。本実施例において、前記保護層１５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２６を保護することに用いられる。 The material of the protective layer 15 is an insulating material such as plastic, rubber and resin. The thickness of the protective layer 15 is not limited and can be selected according to the actual application. The protective layer 15 is covered with the first electrode 12, the second electrode 14, and the heating element 16, allows the surface heat source 10 to be used in an insulated state, and prevents dust from adhering to the heating element 16. . Of course, the protective layer 15 may not be provided. In the present embodiment, the protective layer 15 is made of rubber and has a thickness of 0.5 millimeters to 2 millimeters, and is used to protect the heating element 26.
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源（図示せず）に電気的に接続させ、前記第一電極１２及び第二電極１４により前記加熱素子１６に電圧を印加する場合、該面熱源１０における加熱素子１６のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象が、前記面熱源１０に直接接触し、又は、前記面熱源１０と所定の距離を置いて設置されてもよい。前記カーボンナノチューブ構造体から放出された電磁波が、前記加熱対象を加熱する。前記加熱素子１６の寸法及び該加熱素子１６に印加された電圧を制御することにより、前記加熱素子１６から放出した熱を制御することができる。前記電圧が一定である場合、前記加熱素子１６の厚さを変換させることにより、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長を調整することができる。即ち、前記加熱素子１６が厚くなるほど、前記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。前記加熱素子１６の厚さが一定である場合、前記加熱素子１６に印加された電圧が大きくなるほど、記加熱素子１６から放出した電磁波の波長は短くなる。従って、前記面熱源１０は簡単に制御することができる。 When the first electrode 12 and the second electrode 14 of the surface heat source 10 are electrically connected to a power source (not shown) and a voltage is applied to the heating element 16 by the first electrode 12 and the second electrode 14, The carbon nanotube structure of the heating element 16 in the surface heat source 10 can emit an electromagnetic wave having a predetermined wavelength. The object to be heated may be placed in direct contact with the surface heat source 10 or at a predetermined distance from the surface heat source 10. The electromagnetic wave emitted from the carbon nanotube structure heats the object to be heated. By controlling the dimensions of the heating element 16 and the voltage applied to the heating element 16, the heat released from the heating element 16 can be controlled. When the voltage is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16 can be adjusted by changing the thickness of the heating element 16. That is, the thicker the heating element 16, the shorter the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16. When the thickness of the heating element 16 is constant, the wavelength of the electromagnetic wave emitted from the heating element 16 becomes shorter as the voltage applied to the heating element 16 increases. Therefore, the surface heat source 10 can be easily controlled.
本実施例の面熱源１０を空気の雰囲気で置き、前記第一電極１２及び第二電極１４により、前記加熱素子１６に１０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０の温度は５０℃〜５００℃に上げる。前記カーボンナノチューブ構造体の温度は２００℃〜４５０℃まで上げる場合、前記加熱素子１６は熱を放出する。前記加熱素子１６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 surface heat source 10 of this embodiment is placed in an air atmosphere and a voltage of 10 V to 30 V is applied to the heating element 16 by the first electrode 12 and the second electrode 14, the temperature of the surface heat source 10 is 50 ° C. to 50 ° C. Raise to 500 ° C. When the temperature of the carbon nanotube structure is increased to 200 ° C. to 450 ° C., the heating element 16 releases heat. The heating element 16 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１１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℃に達することができることが分かる。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. 11 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 can reach 370 ° C. when the heating power is 36 watts. The carbon nanotube structure has high efficiency in converting electric energy into heat energy.
本実施例の面熱源１０を真空装置に置き、前記第一電極１２及び第二電極１４により、前記加熱素子１６に８０Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると、該面熱源１０は、短い波長を有する電磁波を放出することができる。該面熱源１０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、前記面熱源１０の温度は、１５００℃程度に達することができる。前記面熱源１０に印加された電圧が十分に強い場合、前記面熱源１０は、紫外光線を放出することができる。 When the surface heat source 10 of this embodiment is placed in a vacuum apparatus and a voltage of 80 V to 150 V is applied to the heating element 16 by the first electrode 12 and the second electrode 14, the surface heat source 10 is an electromagnetic wave having a short wavelength. Can be released. The surface heat source 10 emits visible light such as red light and yellow light, for example, and can form normal heat radiation. In this case, the temperature of the surface heat source 10 can reach about 1500 ° C. When the voltage applied to the surface heat source 10 is sufficiently strong, the surface heat source 10 can emit ultraviolet light.
前記面熱源１０は、複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４を含んでもよい。該複数の第一電極１２及び複数の第二電極１４は、間隔を置いて設置され、それぞれ、前記加熱素子１６に電気的に接続される。 The surface heat source 10 may include a plurality of first electrodes 12 and a plurality of second electrodes 14. The plurality of first electrodes 12 and the plurality of second electrodes 14 are disposed at intervals, and are electrically connected to the heating element 16, respectively.
前記面熱源１０の第一電極１２及び第二電極１４を電源に電気的に接続させる場合、該面熱源１０における加熱素子１６のカーボンナノチューブ構造体は、所定の波長を有する電磁波を放出することができる。加熱対象を前記面熱源１０に直接接触してもよく、又は、加熱するようなものを前記面熱源１０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は、前記加熱対象を加熱する。 When the first electrode 12 and the second electrode 14 of the surface heat source 10 are electrically connected to a power source, the carbon nanotube structure of the heating element 16 in the surface heat source 10 may emit an electromagnetic wave having a predetermined wavelength. it can. An object to be heated may be in direct contact with the surface heat source 10 or an object to be heated may be installed at a predetermined distance from the surface heat source 10. The electromagnetic wave emitted from the carbon nanotube structure heats the heating target.
（実施例２）
図１２を参照すると、本実施例は、面熱源２０を提供する。本実施例の面熱源２０は、基板２８、反射層２７、加熱素子２６、保護層２５、第一電極２２及び第二電極２４を含む。前記反射層２７は、前記基板２８の一つの表面に設置される。前記加熱素子２６は、前記反射層２７の、前記基板２８と接触する表面の反対表面に設置される。前記第一電極２２及び前記第二電極２４は、前記加熱素子２６に電気的に接続される。本実施例と実施例１との異なる点は、前記加熱素子２６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)
Referring to FIG. 12, the present embodiment provides a surface heat source 20. The surface heat source 20 of this embodiment includes a substrate 28, a reflective layer 27, a heating element 26, a protective layer 25, a first electrode 22 and a second electrode 24. The reflective layer 27 is disposed on one surface of the substrate 28. The heating element 26 is disposed on the surface of the reflective layer 27 opposite to the surface in contact with the substrate 28. The first electrode 22 and the second electrode 24 are electrically connected to the heating element 26. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the heating element 26 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４．５ｎｍ〜１ｃｍであり、１μｍ〜１ｃｍであることが好ましい。該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１３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１４に示すように）。即ち、図１３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、配列される。図１４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の軸周りに、螺旋状に配列される。 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 4.5 nm to 1 cm, and preferably 1 μm to 1 cm. 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. 13) or Each carbon nanotube wire is spirally arranged to form a twisted carbon nanotube linear structure (as shown in FIG. 14). That is, referring to FIG. 13, the carbon nanotube wires 161 in the non-twisted carbon nanotube linear structure 160 are arranged along the longitudinal direction of the carbon nanotube linear structure 160. Referring to FIG. 14, the carbon nanotube wires 171 in the twisted carbon nanotube linear structure 170 are spirally arranged around the axis 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１５に示すように）又は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）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. 15). ) Or twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 16).
前記カーボンナノチューブ線状構造の直径は、２０マイクロメートル〜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 20 micrometers 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１５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。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、０．５ｎｍ〜１００μｍである。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、０．５ｎｍ〜１００μｍである。 Referring to FIG. 15, 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. 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 nm to 100 μm. Referring to FIG. 16, 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 carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 0.5 nm to 100 μm.
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、前記第一電極２２及び前記第二電極２４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。前記平行に配列された隣接するカーボンナノチューブ線状構造の間の距離は、０マイクロメートル〜３０マイクロメートルである。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の設置する方式が制限されず、均一な加熱素子１６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 first electrode 22 and the second electrode 24, respectively. Is done. 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 distance between the adjacent carbon nanotube linear structures arranged in parallel is 0 to 30 micrometers. 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 16 can be formed.
本実施例において、前記加熱素子２６が複数の図１４の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が前記基板２８に平行に配列し、二次元の加熱素子を形成することである。該ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造１７０は、該線状構造１７０の軸周りに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の軸周りに、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, the heating element 26 includes a plurality of twisted carbon nanotube linear structures 170 shown in FIG. 14, and each twisted carbon nanotube linear structure 170 is arranged in parallel with the substrate 28. Forming a three-dimensional heating element. The twisted carbon nanotube linear structure 170 includes a plurality of twisted carbon nanotube wires 171 arranged in a spiral around the axis of the linear structure 170. The twisted carbon nanotube wire 171 includes a plurality of carbon nanotubes arranged in a spiral around the axis of the carbon nanotube wire 171.
前記第一電極２２及び第二電極２４は前記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、前記第一電極２２及び第二電極２４は一本の図１３の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 first electrode 22 and the second electrode 24 may include the carbon nanotube linear structure. In this embodiment, the first electrode 22 and the second electrode 24 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、実施例１の第一電極１２及び第二電極１４は前記カーボンナノチューブ線状構造を含むことができる。 Of course, the first electrode 12 and the second electrode 14 of Example 1 may include the carbon nanotube linear structure.
（実施例３）
図１７を参照すると、本発明の実施例３は、面熱源３０を提供する。該面熱源３０は、基板３８、加熱素子３６、第一電極３２及び第二電極３４を含む。前記加熱素子３６は、前記基板３８の表面に設置される。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、前記加熱素子３６に電気的に接続される。前記加熱素子３６が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に配列され、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続される。もう一部の前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、前記第一電極３２及び前記第二電極３４電気的に接続された前記カーボンナノチューブワイヤに、垂直に配列される。前記カーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５を示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（（図１６を示すように）である。前記加熱素子３６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極３２及び前記第二電極３４は、金属のパラジウムフィルムである。
(Example 3)
Referring to FIG. 17, the third embodiment of the present invention provides a surface heat source 30. The surface heat source 30 includes a substrate 38, a heating element 36, a first electrode 32, and a second electrode 34. The heating element 36 is installed on the surface of the substrate 38. The first electrode 32 and the second electrode 34 are electrically connected to the heating element 36. The heating element 36 includes a plurality of carbon nanotube wires. Some of the plurality of carbon nanotube wires are arranged in parallel, and are electrically connected to the first electrode 32 and the second electrode 34. The other part of the plurality of carbon nanotube wires are vertically arranged on the carbon nanotube wires electrically connected to the first electrode 32 and the second electrode 34. The carbon nanotube wire is a non-twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 15) or a twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 16). The first electrode 32 and the second electrode 34 are metal palladium films.
（実施例４）
図１８を参照すると、本発明の実施例４は、面熱源４０を提供する。該面熱源４０は、基板４８、加熱素子４６、第一電極４２及び第二電極４４を含む。該加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。各々のカーボンナノチューブワイヤが互いに編んで、二次元の加熱素子を形成することである。該カーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５を示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（（図１６を示すように）である。前記加熱素子４６は、複数のカーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極４２及び前記第二電極４４は、金属のパラジウムフィルムである。
Example 4
Referring to FIG. 18, the fourth embodiment of the present invention provides a surface heat source 40. The surface heat source 40 includes a substrate 48, a heating element 46, a first electrode 42 and a second electrode 44. The heating element 46 includes a plurality of carbon nanotube wires. Each carbon nanotube wire is knitted together to form a two-dimensional heating element. The carbon nanotube wire is a non-twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 15) or a twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 16). The first electrode 42 and the second electrode 44 are metal palladium films.
（実施例５）
図１９を参照すると、本発明の実施例５は、面熱源５０を提供する。該面熱源５０と前記実施例３における面熱源３０の構造とは、基本的に同じであり、該面熱源５０は、基板５８、加熱素子５６、第一電極５２及び第二電極５４を含む。本実施例において、前記加熱素子５６が一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。前記カーボンナノチューブワイヤは曲げられた二次元の加熱素子に形成される。該カーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１５を示すように）であり、又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ（図１６を示すように）である。前記加熱素子５６は、カーボンナノチューブ線状構造からなってもよい。前記第一電極５２及び前記第二電極５４は、金属のパラジウムフィルムである。
(Example 5)
Referring to FIG. 19, the fifth embodiment of the present invention provides a surface heat source 50. The surface heat source 50 and the structure of the surface heat source 30 in the third embodiment are basically the same, and the surface heat source 50 includes a substrate 58, a heating element 56, a first electrode 52, and a second electrode 54. In this embodiment, the heating element 56 includes a single carbon nanotube wire. The carbon nanotube wire is formed into a bent two-dimensional heating element. The carbon nanotube wire is a non-twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 15) or a twisted carbon nanotube wire (as shown in FIG. 16). The heating element 56 may have a carbon nanotube linear structure. The first electrode 52 and the second electrode 54 are metallic palladium films.
前記面熱源において、加熱素子がカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが均一的に配列され、該加熱素子が均一な厚さ及び抵抗を有するので、該加熱素子は、均一的に熱を放出することができ、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、前記面熱源は、昇温速度が速く、熱応答速度が速く、熱交換速度が速い。 In the surface heat source, the heating element includes a carbon nanotube structure, the carbon nanotubes in the carbon nanotube structure are uniformly arranged, and the heating element has a uniform thickness and resistance. Heat can be released, and the efficiency of converting electric energy into heat energy is high. The heat capacity of the unit area of the carbon nanotube structure is 2 × 10 −4 J / cm 2 · K or less. Therefore, the surface heat source has a fast temperature rising rate, a fast thermal response speed, and a fast heat exchange rate.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブは、優れた力学性能、優れた靭性及び優れた機械強度を有するので、該加熱素子は、優れた力学性能、優れた靭性と機械強度を有し、使用寿命が長くなる。更に、前記加熱素子を利用して、柔軟性の面熱源を製造することができる。 Since the carbon nanotubes in the heating element have excellent mechanical performance, excellent toughness and excellent mechanical strength, the heating element has excellent mechanical performance, excellent toughness and mechanical strength, and has a long service life. . Furthermore, a flexible surface heat source can be manufactured using the heating element.
前記加熱素子におけるカーボンナノチューブの直径が小さいので、該加熱素子は、厚さが小さい。従って、極めて小型の面熱源を製造することができ、該小型の面熱源を利用して、小型の加熱対象となる素子を加熱することができる。 Since the carbon nanotube diameter in the heating element is small, the heating element is small in thickness. Therefore, it is possible to manufacture a very small surface heat source, and it is possible to heat a small element to be heated using the small surface heat source.
本発明の実施例は、前記面熱源の製造方法を提供する。具体的には、下記のステップを含む。 An embodiment of the present invention provides a method for manufacturing the surface heat source. Specifically, the following steps are included.
第一ステップでは、カーボンナノチューブ構造体を提供する。 In the first 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.
第二ステップでは、第一電極及び第二電極を提供し、該第一電極及び第二電極を、前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続させ、面熱源を形成する。 In the second step, a first electrode and a second electrode are provided, and the first electrode and the second electrode are electrically connected to the carbon nanotube structure to form a surface heat source.
前記第一電極及び前記第二電極は、前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続する方法は、制限されず、リード線により前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続してもよく、又は、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に直接設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、前記カーボンナノチューブ構造体の同一表面又は異なる表面に設置してもよい。前記第一電極及び前記第二電極は、所定の距離を置いて設置され、該第一電極と該第二電極と間に所定の抵抗を有させ、該第一電極及び該第二電極がショートすることを防止できる。前記カーボンナノチューブ構造体自体が優れた接着性を有するので、該接着性を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面に接着する。従って、前記第一電極及び前記第二電極と、前記カーボンナノチューブ構造体とがよく電気的に接続することができる。また、例えば銀ペーストなどの導電接着剤を利用して、前記第一電極及び前記第二電極を前記カーボンナノチューブ構造体の表面に接着してもよい。 The method of electrically connecting the first electrode and the second electrode to the carbon nanotube structure is not limited, and may be electrically connected to the carbon nanotube structure by a lead wire, or You may install directly on the surface of a carbon nanotube structure. The first electrode and the second electrode may be disposed on the same surface or different surfaces of the carbon nanotube structure. The first electrode and the second electrode are disposed at a predetermined distance, have a predetermined resistance between the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the second electrode are short-circuited. Can be prevented. Since the carbon nanotube structure itself has excellent adhesiveness, the first electrode and the second electrode are bonded to the surface of the carbon nanotube structure using the adhesiveness. Therefore, the first electrode and the second electrode can be well electrically connected to the carbon nanotube structure. Moreover, you may adhere | attach the said 1st electrode and said 2nd electrode on the surface of the said carbon nanotube structure using conductive adhesives, such as a silver paste, for example.
１０、２０、３０、４０、５０ 面熱源
１２、２２、３２、４２、５２ 第一電極
１４、２４、３４、４４、５４ 第二電極
１５、２５ 保護層
１６、２６、３６、４６、５６ 加熱素子
１７、２７ 反射層
１８、２８、３８、４８、５８ 基板
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, 30, 40, 50 Surface heat source 12, 22, 32, 42, 52 First electrode 14, 24, 34, 44, 54 Second electrode 15, 25 Protective layer 16, 26, 36, 46, 56 Heating Element 17, 27 Reflective layer 18, 28, 38, 48, 58 Substrate 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 (1)
前記加熱素子が、直径が２０マイクロメートル〜２ミリメートルである互いに平行に配列された複数のカーボンナノチューブ線状構造からなり、
各々の前記カーボンナノチューブ線状構造が、複数のカーボンナノチューブワイヤからなり、
各々の前記カーボンナノチューブワイヤが、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からなり、
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おり、
前記複数のカーボンナノチューブが、前記カーボンナノチューブワイヤの軸周りに螺旋状に配列されており、
前記複数のカーボンナノチューブワイヤが、前記カーボンナノチューブ線状構造の軸周りに螺旋状に配列されており、
一つの前記カーボンナノチューブワイヤの直径が、４．５ｎｍ〜１００μｍであり、
一つの前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量が、０（０は含まず）〜５×１０ −５ Ｊ／ｃｍ ２ ・Ｋであることを特徴とする面熱源。 A heating element and at least two electrodes electrically connected to the heating element;
The heating element is composed of a plurality of carbon nanotube linear structures arranged in parallel with each other having a diameter of 20 micrometers to 2 millimeters;
Each said carbon nanotube linear structure consists of a plurality of carbon nanotube wires,
Each of the carbon nanotube wires comprises a plurality of carbon nanotube segments connected end to end,
In the carbon nanotube segment, a plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel,
The plurality of carbon nanotubes are arranged in a spiral around the axis of the carbon nanotube wire,
The plurality of carbon nanotube wires are arranged in a spiral around the axis of the carbon nanotube linear structure ,
The diameter of one carbon nanotube wire is 4.5 nm to 100 μm,
A surface heat source , wherein the carbon nanotube wire has a heat capacity of 0 (not including 0) to 5 × 10 −5 J / cm 2 · K.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810068459.X | 2008-07-11 | ||
| CN200810068459XA CN101626639B (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Plane heat source |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009164974A Division JP2010018515A (en) | 2008-07-11 | 2009-07-13 | Planar heating source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013084627A JP2013084627A (en) | 2013-05-09 |
| JP5746235B2 true JP5746235B2 (en) | 2015-07-08 |
Family
ID=41522248
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009164974A Pending JP2010018515A (en) | 2008-07-11 | 2009-07-13 | Planar heating source |
| JP2013018269A Active JP5746235B2 (en) | 2008-07-11 | 2013-02-01 | Surface heat source |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009164974A Pending JP2010018515A (en) | 2008-07-11 | 2009-07-13 | Planar heating source |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP2010018515A (en) |
| CN (1) | CN101626639B (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101636005B (en) * | 2008-07-25 | 2012-07-18 | 清华大学 | Plane heat source |
| JP6903959B2 (en) * | 2017-03-10 | 2021-07-14 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | Heat generating member, heating device, fixing device and image forming device |
| US11856660B2 (en) * | 2017-06-27 | 2023-12-26 | Elringklinger Ag | Heating system and process for manufacturing same |
| CN109955785A (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-02 | 清华大学 | Hydrophobic mirror and the automobile for using the hydrophobic mirror |
| CN112642051A (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Facial mask type beauty instrument |
| CN112657056A (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-16 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Facial mask type beauty instrument |
| CN112642053A (en) | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Application method of facial mask type beauty instrument |
| CN112642052A (en) | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Application method of facial mask type beauty instrument |
| CN112642055A (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Facial mask type beauty instrument |
| CN112642054A (en) | 2019-10-11 | 2021-04-13 | 北京富纳特创新科技有限公司 | Pasting type physiotherapy instrument and use method thereof |
| CN114258167A (en) * | 2020-09-23 | 2022-03-29 | 天津工业大学 | Preparation method of carbon nanotube/glass fiber cloth flexible film heater |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0785954A (en) * | 1993-09-16 | 1995-03-31 | Jamco Corp | Far-infrared ray heat emitting element |
| JPH09161959A (en) * | 1995-12-12 | 1997-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Planar heating body |
| JPH11141900A (en) * | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Sekisui Chem Co Ltd | Floor heating panel and its manufacture |
| JP2000077167A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Kyocera Corp | Planar heating element |
| JP3354105B2 (en) * | 1998-10-16 | 2002-12-09 | シャープ株式会社 | Planar heating element |
| WO2002059936A2 (en) * | 2000-11-29 | 2002-08-01 | Thermoceramix, Inc. | Resistive heaters and uses thereof |
| JP2002352940A (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Misawa Shokai:Kk | Surface heater |
| JP3882126B2 (en) * | 2002-02-28 | 2007-02-14 | 幸夫 城尾 | Planar heating element |
| JP5013680B2 (en) * | 2004-04-28 | 2012-08-29 | 昭和電工株式会社 | Curable composition, cured product thereof and molded article thereof |
| CN105696138B (en) * | 2004-11-09 | 2019-02-01 | 得克萨斯大学体系董事会 | The manufacture and application of nano-fibre yams, band and plate |
| CN100427388C (en) * | 2005-11-25 | 2008-10-22 | 清华大学 | Large-area ultra-thin carbon nanotube film and its preparation process |
| CN100500556C (en) * | 2005-12-16 | 2009-06-17 | 清华大学 | Carbon nano-tube filament and its production |
| KR100749886B1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-21 | (주) 나노텍 | Heating element using Carbon Nano tube |
| CN1917135B (en) * | 2006-09-07 | 2012-03-21 | 深圳大学 | New X ray tube, and fabricating method |
| CN200994196Y (en) * | 2006-12-19 | 2007-12-19 | 深圳市宝安唐锋电器厂 | Electric heating film heating device |
-
2008
- 2008-07-11 CN CN200810068459XA patent/CN101626639B/en active Active
-
2009
- 2009-07-13 JP JP2009164974A patent/JP2010018515A/en active Pending
-
2013
- 2013-02-01 JP JP2013018269A patent/JP5746235B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101626639A (en) | 2010-01-13 |
| JP2010018515A (en) | 2010-01-28 |
| CN101626639B (en) | 2011-07-27 |
| JP2013084627A (en) | 2013-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5746235B2 (en) | Surface heat source | |
| JP2009302057A (en) | Planar heat source, and its manufacturing method | |
| JP5319629B2 (en) | Wall mounted electric stove | |
| JP5638639B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5473454B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5390273B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5390280B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5048731B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5175248B2 (en) | Surface heat source | |
| JP4669060B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5441545B2 (en) | Surface heat source | |
| JP5638207B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5390288B2 (en) | Surface heat source | |
| JP4791566B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5059808B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5048722B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5175246B2 (en) | Wire heat source | |
| JP5059809B2 (en) | Manufacturing method of hollow heat source | |
| JP5778113B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5048730B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP4669059B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP2010021146A (en) | Manufacturing method for linear heat source | |
| JP5421183B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP5243480B2 (en) | Hollow heat source | |
| JP2010257972A (en) | Surface heat source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130201 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131211 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131217 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140313 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140825 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141125 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150406 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150507 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5746235 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |