(57)【要約】【課題】本発明は、熱音響装置に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置に関するものである。【解決手段】本発明の装置は、信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部は液体媒体と接触する。前記カーボンナノチューブ構造体により、前記信号装置からの信号を熱に転換させる。前記液体媒体の密度を変換させて、音を発生させる。前記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が０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。【選択図】図１
2010136368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部は液体媒体と接触し、
前記カーボンナノチューブ構造体により、前記信号装置からの信号を熱に転換させ、
前記液体媒体の密度を変換させて、音を発生させることを特徴とする熱音響装置。
【請求項２】
カーボンナノチューブ構造体を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体が液体媒体の中で、熱音響原理により音を発生することを特徴とする熱音響装置。
【請求項３】
前記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が０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱音響装置。
【請求項４】
前記液体媒体の電気抵抗率が１×１０−２Ω×Ｍより高いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ構造体は前記液体媒体に浸漬されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【請求項６】
前記装置は少なくとも二つの電極を含み、
前記少なくとも二つの電極が所定の距離で分離して、それぞれ前記音波発生器に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、音響装置は信号装置及び音波発生器を含む。前記信号装置は、信号を前記音波発生器（例えばスピーカー）に伝送する。スピーカーは電気音響変換器として、電気信号を音に転換することができる。
【０００３】
動作原理により、スピーカーは、ダイナミックスピーカー、マグネティックスピーカー、静電気スピーカー、圧電スピーカーなどの多種がある。前記多種のスピーカーは、全て機械的振動によって音波を生じ、即ち、電気―機械力―音の変換を実現する。ここで、ダイナミックスピーカーが広く利用されている。
【０００４】
非特許文献１及び２に、熱音響現象というものが掲載されている。熱音響現象とは、音と熱が関わり合う現象であり、エネルギー変換とエネルギー輸送という２つの側面がある。熱音響装置に信号を転送すると、熱音響装置に熱が生じ、周辺の媒体へ伝播される。伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波が原因で、音波を発生させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｅｄｗａｒｄ  Ｃ．  ＷＥＮＴＥ，“Ｔｈｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ”，Ｐｈｙｓ．  １９２２年、第４巻，第３３３−３４５頁
【非特許文献２】Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｈｅｎｒｙ  Ｐｒｅｅｃｅ，“Ｏｎ  Ｓｏｍｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｕｒｒｅｎｔｓ”，Ｐｒｏｃ．  Ｒ．  Ｓｏｃ．  Ｌｏｎｄｏｎ．１８７９−１８８０年、第３０巻，第４０８−４１１頁
【非特許文献３】Ｈ．Ｄ．Ａｒｎｏｌｄ、Ｉ．Ｂ．Ｃｒａｎｄａｌｌ，  “Ｔｈｅ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ  ａｓ  ａ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｓｏｕｎｄ”，  Ｐｈｙｓ．  １９１７年、第１０巻，  第２２−３８頁
【非特許文献４】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献３に、熱音響現象によって製造されたサーモホン（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ）が掲載されている。図１３を参照すると、サーモホン１００は、白金片１０２と、二つのクランプ１０４と、基板１０６と、を含む。前記白金片１０２及び二つのクランプ１０４は、前記基板１０６に設置されている。前記二つのクランプ１０４は所定の距離で分離して、それぞれ前記白金片１０２の両端に固定されている。前記白金片１０２の厚さが７×１０−５ｃｍである。周波数応答範囲及び音圧は、前記白金片１０２の単位面積当たりの熱容量に関係する。例えば、前記単位面積当たりの熱容量が高くなれば、前記周波数応答範囲が狭くなり、前記音圧が弱くなる。しかし、厚さが７×１０−５ｃｍの白金片に対して、単位面積当たりの熱容量は２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。白金片の単位面積当たりの熱容量が非常に高いので、白金片を利用したサーモホンは室外に利用される場合、音が非常に弱いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、軽型の熱音響装置を提供する。本発明の熱音響装置は、磁場に依存せず、機械的振動によらずに音を発生することができる。
【０００８】
本発明の装置は、信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部は液体媒体と接触する。前記カーボンナノチューブ構造体により、前記信号装置からの信号を熱に転換させる。前記液体媒体の密度を変換させて、音を発生させる。
【０００９】
本発明の装置は、信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部は液体媒体と接触する。前記信号装置は前記カーボンナノチューブ構造体へ転送する時、前記カーボンナノチューブ構造体は音を発生する。
【００１０】
本発明の装置はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体が液体媒体の中で、熱音響原理により音を発生する。
【００１１】
前記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が０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。
【００１２】
前記液体媒体の電気抵抗率が１×１０−２Ω×Ｍより高い。
【００１３】
前記カーボンナノチューブ構造体は前記液体媒体に浸漬されている。
【００１４】
前記装置は少なくとも二つの電極を含む。前記少なくとも二つの電極が所定の距離で分離して、それぞれ前記音波発生器に電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１５】
従来の技術と比べて、本発明の熱音響装置は次の優れた点がある。第一は、本発明の熱音響装置はカーボンナノチューブ構造体を含むので、従来のスピーカーと比べて、構成が簡単であり、軽型及び小型が実現できる。第二は、本発明の熱音響装置はカーボンナノチューブ構造体を加熱させて音波を発生するので、マグネットを利用する必要がない。第三は、カーボンナノチューブ構造体は、単位面積当たりの熱容量が小さく、比表面積が大きく、熱交換の速度が速いので、液体媒体の中で音を良好に発生することができる。第四は、カーボンナノチューブ構造体は薄いので、透明な音響装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１における熱音響装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例１における綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例１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たカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブが等方的に配列されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブセグメントの模式図である。
【図７】本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の実施例１におけるねじれたカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図９】本発明の実施例１における熱音響装置の周波数応答曲線である。
【図１０】本発明の実施例１における熱音響装置の模式図である。
【図１１】本発明の実施例２における熱音響装置の模式図である。
【図１２】本発明の実施例３における熱音響装置の模式図である。
【図１３】従来のサーモホンの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１を参照すると、本発明の熱音響装置２００は、信号装置２１０と、音波発生器２３０と、少なくとも二つの電極２２０と、を含む。前記少なくとも二つの電極２２０は所定の距離で離れるように、それぞれ前記音波発生器２３０に電気的に接続されている。且つ、前記少なくとも二つの電極２２０はそれぞれ前記信号装置２１０に電気的に接続されている。前記少なくとも二つの電極２２０により、前記信号装置２１０からの信号を前記音波発生器２３０へ転送する。前記音波発生器２３０の少なくとも一部は、液体媒体３００の中に浸漬されている。
【００１９】
前記音波発生器２３０はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、５０ｍ２／ｇ以上）を有するので、前記カーボンナノチューブ構造体が前記液体媒体３００と接触する面積が大きい。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には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、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列されている。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のカーボンナノチューブ構造体及び配向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列され、又は絡み合っている。配向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、配向のカーボンナノチューブ構造体において、配向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している。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。
【００２０】
前記カーボンナノチューブ構造体は平板型であり、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。前記カーボンナノチューブ構造体の比表面積が小さくなるほど、前記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が高くなる。前記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が高くなるほど、前記熱音響装置の音圧を低くすることができる。
【００２１】
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）〜（四）のものが挙げられる。
【００２２】
（一）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。図２を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００２３】
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。
【００２４】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００２５】
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、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２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。
【００３０】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、前記少なくとも二つの電極２２０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、前記少なくとも二つの電極２２０に電気的に接続される。
【００３４】
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００３５】
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。
【００３６】
図３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。
【００３７】
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。
【００３８】
（三）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、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。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。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（非特許文献４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５及び図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、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。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００３９】
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。複数の微孔が形成された前記カーボンナノチューブ構造体を液体媒体に浸漬させてから、前記カーボンナノチューブ構造体を乾燥させる場合、前記液体媒体３００の表面張力が原因で、前記カーボンナノチューブ構造体を収縮させることが難しい。
【００４０】
前記カーボンナノチューブ構造体は、十六枚の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させてなる場合、前記音波発生器２３０の光透過性が高いので、前記音波発生器２３０を透明な熱音響装置２００に利用できる。
【００４１】
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。
【００４２】
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４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４）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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よい。
【００４５】
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セグメント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。
【００４６】
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セグメント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。
【００４７】
（四）カーボンナノチューブワイヤ
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、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、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である。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図８を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００４８】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００４９】
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ワイヤを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に並列され、又は交叉して織られ、又はねじれていることができる。
【００５０】
図１に示されるように、本実施例の音波発生器２３０はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、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。前記音波発生器２３０の長さは３ｃｍであり、その幅は３ｃｍであり、その厚さは５０ｎｍである。前記音波発生器２３０が薄く（厚さが１０μｍ以下）設けられる場合、該音波発生器２３０は優れた透明性を有する。従って、前記透明な音波発生器２３０を利用することにより、透明な熱音響装置を製造することができる。前記透明な熱音響装置は、例えば携帯電話又はＬＣＤの表面に設置されることができる。又は、前記透明な熱音響装置は絵の表面に貼ることができる。前記透明な音波発生器２３０を利用することにより、熱音響装置は小型及び軽型であるという優れた点がある。
【００５１】
本実施例において、前記少なくとも電極２２０は、第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂを含む。前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂは金属、導電接着剤、カーボンナノチューブ、ＩＴＯのいずれかの導電材料からなる。本実施例において、前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂは棒状の金属電極である。前記音波発生器２３０はそれぞれ前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂに電気的に接続されている。前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂにより、前記音波発生器２３０を支持することができる。導電ワイヤを利用して、前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂを前記信号装置２１０の両端に電気的接続させて、信号ループを形成させる。なお、前記信号装置２１０が電磁波又は光を放出する場合、前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂを利用せず、信号を前記信号装置２１０から前記音波発生器２３０へ直接的に伝送することができる。前記音波発生器２３０に利用したカーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記音波発生器２３０を直接前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂに接着させることができる。
【００５２】
前記第一電極２２０ａ又は第二電極２２０ｂと前記音波発生器２３０とを良好に電気的に接続させるために、前記第一電極２２０ａ又は第二電極２２０ｂと前記音波発生器２３０との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。前記導電性接着層は、前記音波発生器２３０の表面に設置されることができる。前記導電性接着層は銀ペーストからなる。
【００５３】
前記信号装置２１０は、電気信号装置、直流電流パルス信号装置、交流電流装置、電磁波信号装置（例えば、光学信号装置、レーザー）のいずれかの一種である。前記信号装置２１０から前記音波発生器２３０へ転送された信号は、例えば、電磁波（例えば、光学信号）、電気信号（例えば、交流電流、直流電流脈動信号、オーディオ電気信号）又はそれらの混合信号である。前記信号はカーボンナノチューブ構造体に受信されて熱として放射される。熱の放射によって周辺媒体（環境）の圧力強度が変化するので、検出可能な信号を発生することができる。前記熱音響装置２００をスピーカーに利用した場合、前記入力信号はＡＣ電気信号又はオーディオ電気信号である。前記熱音響装置２００を光音響スペクトルデバイスに利用した場合、前記入力信号は光学信号である。本実施例において、前記信号装置２１０は光音響スペクトルデバイスであり、入力信号は光学信号である。
【００５４】
異なるタイプの前記信号装置２１０に対して、前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂの設置は選択的である。例えば、前記信号装置２１０からの信号が電磁波又は光である場合、前記信号装置２１０は前記第一電極２２０ａ及び第二電極２２０ｂを利用せず、信号を前記音波発生器２３０に直接的に転送することができる。
【００５５】
前記音波発生器２３０は、液体媒体３００の中で作動することができる。信号（例えば、電気信号）が、前記信号装置２１０の音波発生器２３０におけるカーボンナノチューブ構造体に伝送された場合、前記音波発生器２３０におけるカーボンナノチューブ構造体は熱が生じる。前記信号装置２１０において、前記音波発生器２３０の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、単位面積の熱容量が小さいので、前記音波発生器２３０で生じた温度波が速やかに前記液体媒体３００へ拡散される。前記音波発生器２３０のカーボンナノチューブ構造体に信号（例えば、電気信号）を転送すると、信号強度及び／又は信号によって前記カーボンナノチューブ構造体に熱が生じる。前記音波発生器２３０に生じた熱が原因で、前記液体媒体３００が熱膨張され、その密度が変化されることになる。従って、前記音波発生器２３０で生じた温度波の拡散により、音が生じる。
【００５６】
前記音波発生器２３０の電―熱転換率を保持するために、前記液体媒体３００の電気抵抗率を、前記音波発生器２３０の抵抗率より高く（例えば、１×１０−２  Ω×Ｍより高い）設定することが好ましい。前記液体媒体３００は、非電解質溶液、純水、海水、有機溶剤又はそれらの混合物である。前記液体媒体３００は電気抵抗率が１．５×１０７Ω×Ｍの純水である場合、純水の比熱容量が高いので、前記音波発生器２３０によって生じた熱が速やかに前記液体媒体３００に拡散される。
【００５７】
図９は本発明の実施例１における熱音響装置２００の周波数応答曲線である。前記熱音響装置２００におけるカーボンナノチューブ構造体は、１６層のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。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、０°で交叉されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、深さが０．１ｃｍの純水に浸漬されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、それぞれ４０Ｖ、５０Ｖ、６０Ｖの交流電気信号を与える。前記熱音響装置２００の性能を検出するために、前記音波発生器２３０と５ｃｍの距離で分離して、前記音波発生器２３０の一側に対向してマイクロホンを設置する。図９から、純水の中で、前記熱音響装置２００の周波数応答範囲が広く、音圧レベルが高いことが理解できる。例えば、前記熱音響装置２００の音圧レベルは、９５ｄＢ程度に達することができる。前記熱音響装置２００の周波数応答範囲は、１Ｈｚ〜１００ＫＨｚである。
【００５８】
（実施例２）
図１０を参照すると、本実施例の熱音響装置４００は、信号装置４１０と、音波発生器４３０と、第一電極４２０ａと、第二電極４２０ｂと、第三電極４２０ｃと、第四電極４２０ｄと、を含む。本実施例の熱音響装置４００の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置２００と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置４００は四つの電極（第一電極４２０ａ、第二電極４２０ｂ、第三電極４２０ｃ、第四電極４２０ｄ）を含むことである。前記四つの電極は棒状であり、それぞれ所定の距離で分離して設置されている。前記音波発生器４３０は前記四つの電極４２０を囲むように、前記四つの電極４２０に電気的に接続されている。さらに、前記第一電極４２０ａ及び第三電極４２０ｃは第一導電線（図示せず）で前記信号装置４１０の一つの端部に電気的に並列接続されている。前記第二電極４２０ｂ及び第四電極４２０ｄは第二導電線（図示せず）で前記信号装置４１０のもう一つの端部に電気的に並列接続されている。前記電極を前記信号装置４１０に並列接続させるので、前記熱音響装置４００に印加される電圧が低い。
【００５９】
前記四つの電極は同じ平面に設置されることができる。この場合、前記四つの電極に制限されず、前記熱音響装置４００に複数の電極を設置することができる。
【００６０】
（実施例３）
図１１を参照すると、本実施例の熱音響装置５００は、信号装置５１０と、音波発生器５３０と、第一電極５２０ａと、第二電極５２０ｂと、を含む。本実施例の熱音響装置５００の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置２００と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置５００は支持体５４０を含むことである。前記音波発生器５３０は前記支持体５４０の表面に設置される。前記音波発生器５３０の形状に応じ、前記支持体５４０の形状が決定される。前記支持体５４０は平面又は／及び湾曲面を有する。前記支持体５４０は、スクリーン、壁、机、ディスプレイのいずれか一種である。前記音波発生器５３０は前記支持体５４０と接触することができる。
【００６１】
前記支持体５４０は、ダイヤモンド、ガラス、石英のような固い材料、又はプラスチック、樹脂、織物のような柔軟な材料からなる。前記支持体５４０は熱絶縁性を有し、前記音波発生器５３０で生じた熱を吸収することができない。さらに、前記支持体５４０と前記音波発生器５３０とが接触する表面が粗く設けられることが好ましい。これにより、前記音波発生器５３０と周辺の液体媒体とが接触する面積を増加させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体は比表面積が大きいので、前記音波発生器５３０は直接前記支持体５４０に接着できる。
【００６２】
前記音波発生器５３０及び前記支持体５４０を良好に接続させるために、前記音波発生器５３０及び前記支持体５４０の間に接着層（図示せず）を設置することができる。前記接着層は、前記音波発生器５３０の表面に設置されることができる。本実施例において、前記導電な接着層は銀ペーストからなる。
【００６３】
前記第一電極５２０ａ及び第二電極５２０ｂは、前記音波発生器５３０の同じ表面に設置され、又はそれぞれ前記音波発生器５３０の対向する表面に設置されている。前記二つの電極に制限されず、前記熱音響装置５００に複数の電極を設置することができる。前記信号装置５１０は導電線（図示せず）によって前記音波発生器５３０に接続されている。
【００６４】
（実施例４）
図１２を参照すると、本実施例の熱音響装置の構成、特性、機能は、実施例３の熱音響装置５００と同じである。本実施例と実施例３との異なる点は、前記音波発生器５３０の一部を前記支持体５４０に設置することにより、前記音波発生器５３０及び前記支持体５４０から音収集のスペースを形成することである。前記スペースは、閉鎖的な空間又は開放的な空間である。前記支持体５４０はＶ形、Ｕ形又はＬ形である。前記熱音響装置５００は二つ以上の前記支持体５４０を含むことができる。前記支持体５４０は、木、プラスチック、金属、ガラスのいずれか一種である。図１２を参照すると、本実施例において、前記支持体５４０はＬ形であり、前記音波発生器５３０は前記支持体５４０の第一端から前記第二端に延伸するので、前記音波発生器５３０及び前記支持体５４０から音収集のスペースを形成することができる。前記第一電極５２０ａ及び第二電極５２０ｂは前記音波発生器５３０の表面に設置され、且つ前記信号装置５１０に電気的に接続されている。これにより、前記音波発生器５３０から生じた音は、前記支持体５４０の内壁で反射されるので、前記熱音響装置５０の音響機能を高めることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１００  サーモホン
１０２  白金片
１０４  クランプ
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
２００  熱音響装置
２１０  信号装置
２２０  電極
２２０ａ  第一電極
２２０ｂ  第二電極
２３０  音波発生器
４００  熱音響装置
４１０  信号装置
４２０  電極
４２０ａ  第一電極
４２０ｂ  第二電極
４２０ｃ  第三電極
４２０ｄ  第四電極
４３０  音波発生器
５００  熱音響装置
５１０  信号装置
５２０  電極
５２０ａ  第一電極
５２０ｂ  第二電極
５３０  音波発生器
５４０  支持体
【図１】
2010136368.tif 000003
【図６】
2010136368.tif 000004
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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