[发明专利]碳纳米管片材及其制造方法

说明书

技术领域

本申请涉及将垂直取向的碳纳米管形成片材而成的碳纳米管片材及其制造方法。

本申请基于2010年2月15日在日本申请的日本特愿2010-030691号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

碳纳米管(carbon nanotube：CNT)是碳原子排列为六角网眼状的石墨烯片材以单层或多层卷成圆筒状的、直径0.7～100nm左右、长度数μm～数nm左右的中空结构的物质，不仅具有优异的热稳定性、化学稳定性和力学强度，根据石墨烯片材的卷缠方式或管的粗度等而具有不同的性质，因此期待作为将来的机械性材料或功能性材料等。

然而，碳纳米管在构成该碳纳米管的原子中，构成表面的原子的比率高。例如单层碳纳米管中构成原子都为表面原子。因此，由于邻接的碳纳米管间的范德瓦耳斯力而易凝聚，通常多根碳纳米管形成束或形成凝聚体而存在。这种高的凝聚性限制了单独一根碳纳米管就具有优异特性的碳纳米管的应用的可能性。

已知在硅(Si)或氧化硅(SiO₂)等基板上使碳纳米管垂直取向来制作由碳纳米管形成的片材的方法(专利文献1～4)。如此制作的取向碳纳米管片材中，碳纳米管使其轴向与片材的厚度方向一致来排列。因此，导电性、热传导性表现出高的各向异性，能期待各种各样的应用。此外，该制作方法中，由于可以使碳纳米管的直径和长度均匀一致，因此还具有可以制作期望厚度的碳纳米管片材的优点。在碳纳米管片材中，碳纳米管也在基板上形成束而取向。

而且，在该状态下从基板剥离碳纳米管片材是困难的。因此，通常粘贴到涂布有粘接材的片材上来剥离，或者将加热至软化点温度以上的树脂压到碳纳米管上并施加大的压力而固定后进行剥离。

在专利文献1中，提出了使高分子材料浸渗到在基板上垂直取向的碳纳米管中的方法。

在专利文献2中，提出了将碳纳米管垂直取向的基板以高的压力挤压到进行了加热的导电性聚合物上，将碳纳米管移植到导电性聚合物上来将基板上的碳纳米管转印到导电性聚合物上的方法。

在专利文献3中，提出了通过将碳纳米管垂直取向的基板挤压到导电性粘接剂上，从而将碳纳米管转印到导电性粘接剂上的方法。

在专利文献4中，提出了在基板(集电体)上垂直取向的碳纳米管之间浸渗单体、聚合后进行碳化，从而制作将在碳纳米管之间填充有碳化物的片材形成在基板上而成的电极的方法。

专利文献1：日本特开2006-069165号公报

专利文献2：日本特开2004-030926号公报

专利文献3：日本特开2004-127737号公报

专利文献4：日本特开2007-035811号公报

专利文献5：日本特开2007-039623号公报

然而，在基板上垂直取向的碳纳米管通常形成束，不能使树脂或橡胶等具有高粘度的高分子材料进入该碳纳米管的束内。此外，在能够实用的碳纳米管片材中，需要在基板上充分密集碳纳米管。此时，由于束彼此的间隔更小，因此树脂或橡胶等具有高粘度的高分子材料即使例如降低粘度，也不会充分进入束之间。

因此，在专利文献1提出的方法中，由于在基板上充分密集且垂直取向的碳纳米管中不管是束内还是束之间都不会充分进入高分子材料，因此不能使高分子材料均匀地填充到碳纳米管片材内而使碳纳米管形成片材来固定。此外，在维持碳纳米管片材的状态的条件下，不能直接从基板剥离。因此，结果存在不能作为碳纳米管片材来利用的问题。

此外，在专利文献2提出的方法中，也同样地由于在基板上充分密集且垂直取向的碳纳米管中不管是在碳纳米管的束内还是束之间都不会充分进入树脂或橡胶等具有高粘度的高分子材料，因此不会将导电性聚合物填充到碳纳米管片材内来固定碳纳米管。结果存在事实上不能转印的问题。

此外，在专利文献3提出的方法中，也同样地在基板上充分密集且垂直取向的碳纳米管中不管是束内还是束之间都不会充分进入高分子。进一步地，有必要使碳纳米管的高度精度良好地一致。此外，转印后的碳纳米管片材，仅有碳纳米管的一端被粘接，并不是碳纳米管本身形成片材结构而是为不稳定的独立状态，因此在该状态下存在作为碳纳米管片材不耐实用的问题。此外，导电性或热传导性的各向异性达不到所期待的程度。