JPWO2015012275A1 - Cnt金属複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、本実施形態に係るCNTについて説明する。本実施形態に係るCNT11は、単層CNT(SWNT)が好ましい。本実施形態に係る単層CNTとしては、比表面積が、未開口のCNTが主であれば、800m2/g以上が好ましく、1000m2/g以上がより好ましい。また、開口のCNTが主であれば1300m2/g以上が好ましく、1500m2/g以上がより好ましい。CNTの比表面積は、大きければ大きいほど好ましいが、理論的計算によれば、未開口のものは1300m2/g程度であり、開口したものは2600m2/g程度であると説明されている。上述のような高比表面積を有する単層CNTを含むCNT集合体は、CNT金属複合材において金属とCNTの界面密度が高く、金属とCNTの特性を併せ持つ優れたCNT金属複合材100を製造することができる。
ここで、本実施形態に係るCNT金属複合材100のめっきに用いる金属について説明する。本明細書で、めっき金属とは、めっき処理を施すことができる金属のことを意味する。CNT金属複合材100のめっきに用いる金属としては、金、銅、銀、ニッケル、亜鉛、クロム、白金、スズ又はそれらの合金、或いは半田から選択することができる。本実施形態に係る金属は、これらに限定されるものではないが、これらの金属は高い導電性を有するため、CNT金属複合材100のめっきに好適に用いることができる。特に銅は導電性が高く、貴金属に比して安価であるため、工業材料として好適である。
本実施形態に係るCNT金属複合材100は、基板に載置して形成することができる。本実施形態に係る基板は、CNT集合体10が載置可能なものであれば、特に限定されない。一般に配線や回路等が形成される基板であればよく、シリコン、シリコンカーバイド(SiC)、サファイア、リン化ガリウム(GaP)、ヒ化ガリウム(GaAs)ウェハー、リン化インジウム(InP)、窒化ガリウム(GaN)等の半導体基板、ガラス、導電性を有するSUS304などのステンレス鋼やYEF42−6合金等の金属基板、ポリアリレート(PAR)やポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のプラスチック基板等何れであってもよい。一方、CNT金属複合材100が導電性を有することから、本実施形態に係る基板は、少なくともCNT金属複合材100を載置する面は絶縁性の表面を備えることが好ましい。絶縁性の表面を備える基板にCNT金属複合材100載置することで、CNT金属複合材100をパターニングして、配線や回路を形成することができる。
本実施形態に係るCNT金属複合材100の製造方法を以下に説明する。図4はCNT金属複合材100の製造工程を示すフロー図である。CNT金属複合材100の製造方法は、(a)液体窒素の吸着等温線からBJH法で求めた細孔径の分布極大が50nm以下であるCNT集合体10を準備する工程と、(b)CNT集合体10を金属塩と、金属塩を溶解する有機溶媒とを含む電解めっき液に浸漬し、電解めっきする第1の電解めっき工程と、(c)電解めっきされたCNT集合体10を水素環境下でアニールし還元する工程と、(d)電解めっきされたCNT集合体10を金属塩と金属塩を溶解する水を含む電解めっき液に浸漬し、電解めっきする第2の電解めっき工程と、(e)電解めっきされたCNT集合体10を6×106A/cm2以上の電流を10分以上流す工程(エイジング工程)と、を備える。
Claims (15)
- 複数のCNTに金属を被着してなるCNT金属複合材であって、
3重量%以上70重量%以下の前記CNTを含み、
一万倍の走査型電子顕微鏡像において、前記金属が一様に分布した領域を備え、前記領域の長さが少なくとも1μmであり、
一万倍の2次元の元素分析像で、前記金属の信号と炭素の信号とが特定の領域に局在しておらず、前記金属の信号と前記炭素の信号とが一様に分布した領域の長さが少なくとも1μmであり、且つ、
許容電流密度が6×106A/cm2以上であり、且つ、
体積抵抗率が1×10−6Ω・cm以上5×10−3Ω・cm以下であることを特徴とするCNT金属複合材。 - 複数のCNTに金属を被着してなるCNT金属複合材であって、
3重量%以上70重量%以下の前記CNTを含み、
一万倍の走査型電子顕微鏡像において、前記CNTが一様に分布した領域を備え、前記領域の長さが少なくとも1μmであり、
一万倍の2次元の元素分析で、前記金属の信号と炭素の信号とが特定の領域に局在しておらず、前記金属の信号と前記炭素の信号とが一様に分布した領域の長さが少なくとも1μmであり、且つ、
320Kから350Kの温度領域の少なくとも一部の温度領域における熱伝導率が、室温の熱伝導よりも高く、且つ、
体積抵抗率が1×10−6Ω・cm以上5×10−3Ω・cm以下であることを特徴とするCNT金属複合材。 - 複数のCNTに金属を被着してなるCNT金属複合材であって、
3重量%以上70重量%以下の前記CNTを含み、
一万倍の走査型電子顕微鏡像において、前記CNTが一様に分布した領域を備え、前記領域の長さが少なくとも1μmであり、
一万倍の2次元の元素分析で、前記金属の信号と炭素の信号とが特定の領域に局在しておらず、前記金属の信号と前記炭素の信号とが一様に分布した領域の長さが少なくとも1μmであり、且つ、
320Kから500Kの温度領域の少なくとも一部の温度領域において抵抗率温度係数が5×10−3/K以下であり、且つ、
体積抵抗率が1×10−6Ω・cm以上5×10−3Ω・cm以下であることを特徴とするCNT金属複合材。 - 複数のCNTに金属を被着してなるCNT金属複合材であって、
3重量%以上70重量%以下の前記CNTを含み、
一万倍の走査型電子顕微鏡像において、前記CNTが一様に分布した領域を備え、前記領域の長さが少なくとも1μmであり、
一万倍の2次元の元素分析で、前記金属の信号と炭素の信号とが特定の領域に局在しておらず、前記金属の信号と前記炭素の信号とが一様に分布した領域の長さが少なくとも1μmであり、且つ、
一万倍の2次元の元素分析で、1μm四方の領域をマッピングした単一の金属の信号強度のヒストグラム分布が一つの極大分布値ピークを備え、且つ、
体積抵抗率が1×10−6Ω・cm以上5×10−3Ω・cm以下であることを特徴とするCNT金属複合材。 - 複数のCNTに金属を被着してなるCNT金属複合材であって、
3重量%以上70重量%以下の前記CNTを含み、
一万倍の走査型電子顕微鏡像において、前記CNTが一様に分布した領域を備え、前記領域の長さが少なくとも1μmであり、
一万倍の2次元の元素分析で、前記金属の信号と炭素の信号とが特定の領域に局在しておらず、前記金属の信号と前記炭素の信号とが一様に分布した領域の長さが少なくとも1μmであり、且つ、
線源としてCu−Kα線を用いてX線回折分析をしたときに、前記金属に帰属される最も強度の大きいピークと前記金属の酸化物に帰属される最も強度の大きいピークとの強度比が10以上であり、且つ、体積抵抗率が2×10−6Ω・cm以上5×10−3Ω・cm以下であることを特徴とするCNT金属複合材。 - 前記複数のCNTの少なくとも一部が、配向していることを特徴とする請求項1に記載のCNT金属複合材。
- 前記金属が、めっき金属であることを特徴とする請求項1に記載のCNT金属複合材。
- 前記金属が、金、銅、銀、ニッケル、亜鉛、クロム、白金、スズ又はそれらの合金、或いは半田から選択されることを特徴とする請求項7に記載のCNT金属複合材。
- 前記金属が、銅であることを特徴とする請求項8に記載のCNT金属複合材。
- 前記金属は銅であり、線源としてCu−Kα線を用いたX線回折分析で測定された(111)、(200)、(220)の強度の大きさが、回折角2θが40°以上80°以下の範囲で(111)>(200)>(220)であることを特徴とする請求項1に記載のCNT金属複合材。
- 液体窒素の吸着等温線からBJH法で求めた細孔径の分布極大が50nm以下であるCNT集合体を準備する工程と、
前記CNT集合体を金属塩と、前記金属塩を溶解する有機溶媒とを含む電解めっき液に浸漬し、電解めっきする第1の電解めっき工程と、
電解めっきされた前記CNT集合体を水素環境下でアニールし還元する工程と、
電解めっきされた前記CNT集合体を金属塩と水を含む電解めっき液に浸漬し、電解めっきする第2の電解めっき工程と、
第2の電解めっき工程を施された前記CNT集合体に6×106A/cm2以上の電流を10分以上流す工程と、
を備えることを特徴とするCNT金属複合材の製造方法。 - 前記有機溶媒がアセトニトリルであることを特徴とする請求項11に記載のCNT金属複合材の製造方法。
- 前記金属塩が銅を含むことを特徴とする請求項11に記載のCNT金属複合材の製造方法。
- 前記還元する工程を水素雰囲気中で行うことを特徴とする請求項11に記載のCNT金属複合材の製造方法。
- 前記還元する工程の処理温度が100℃以上700℃以下であることを特徴とする請求項14に記載のCNT金属複合材の製造方法。
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