(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ膜及びポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を準備するステップと、
前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を該容器に注入するステップと、
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて、ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得るステップと、
を含むことを特徴とするＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ膜の製造方法は、
複数のカーボンナノチューブをジメチルホルムアミド溶液に入れて混合させるステップと、
超音波振動法で前記複数のカーボンナノチューブを均一に前記ジメチルホルムアミド溶液に分散させるステップと、
前記ジメチルホルムアミド溶液を気化させるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブ膜がカーボンナノチューブアレイであることを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液の製造方法は、
９３〜９９．９８％のメタクリル酸メチルモノマーと、０．０２〜２％の開始剤であるアゾビスイソブチロニトリルと、０〜５％の助剤であるフタル酸ジブチルと、を混合して混合溶液を形成するステップと、
前記混合溶液を８０〜９５℃に加熱すると同時に、５〜３０分間攪拌して、加熱処理を行なうステップと、
前記混合溶液を冷やして、ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を得るステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を前記容器に注入して０．５〜２時間経た後、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液が前記カーボンナノチューブ膜の隙間に充填され、前記容器の底部にカーボンナノチューブ及びポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液の混合物が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させるステップにおいて、
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液及び前記カーボンナノチューブ膜が入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と１〜４時間複合させ、
前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と続いて２時間複合させることを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液と前記カーボンナノチューブ膜とを複合させるステップにおいて、
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液と前記カーボンナノチューブ膜との複合反応は、それらの接触界面で行われることを特徴とする、請求項１に記載のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【請求項８】
カーボンナノチューブ膜及びポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を準備する第一ステップと、
前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を該容器に注入する第二ステップと、
前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得る第三ステップと、
前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料の表面にカーボンナノチューブ膜を形成し、ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液を注入した後、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマーを重合させ、前記ポリメタクリル酸メチルプレポリマー溶液をそれぞれ前記カーボンナノチューブ膜と前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料と複合させて、第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得る第四ステップと、
前記第四ステップを繰り返す第五ステップと、
を含むことを特徴とする多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＮＴ複合材料に係り、特にＣＮＴ／ポリマー複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は１９９１年に飯島によって発見され、２１世紀で重要な新素材の1つであると期待されている。ＣＮＴは機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。非特許文献１及び非特許文献２に掲載されて以来、ＣＮＴをフィラーとした高分子基複合材料（ＣＮＴ／Ｐｏｌｙｍｅｒ複合材料）の機械、熱、電気特性の向上を目指し研究が盛んに行われている。ＣＮＴ／ポリマー複合材料には、電磁波遮蔽・吸収や帯電防止などの特徴がある。
【０００３】
現在、ＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法には、ｉｎ ｓｉｔｕ重合法（Ｉｎ−ｓｉｔｕ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）、溶液混合法、溶融体混合法がある。ｉｎ ｓｉｔｕ重合法によれば、カーボンナノチューブの表面の官能基を重合反応させ、又は開始剤を利用してカーボンナノチューブのπ結合を切って重合反応させて、カーボンナノチューブを良好に有機相に溶かす。溶液混合法によれば、ポリマーを含む良溶媒にカーボンナノチューブを入れて分散させて、カーボンナノチューブの内にポリマーを充填して成型加工した後、該ポリマーが充填されたカーボンナノチューブの表面に残る溶剤を除去して、ＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。溶融体混合法によれば、カーボンナノチューブ及びポリマー材料の混合物を、ポリマー材料の融点より高い温度までに加熱して、該ポリマー材料を溶融体に形成させて前記カーボンナノチューブを該ポリマー材料溶融体に混合させてＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【非特許文献１】Ａｊｊａｙａｎ  Ｐ．Ｍ．，Ｓｔｅｐｈａｎ  Ｏ．，Ｃｏｌｌｉｅｘ  Ｃ．，Ｔｒａｎｔｈ  Ｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９４，２６５，１２１２−１２１５
【非特許文献２】Ｃａｌｖｅｒｔ  Ｐ．，Ｎａｔｕｒｅ，１９９９，３９９，２１０−２１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の製造方法によるＣＮＴ／ポリマー複合材料においては、カーボンナノチューブの分布が不均一、あるいはカーボンナノチューブ同士の距離が大き過ぎる不都合があり、カーボンナノチューブのネットが構成されないので、カーボンナノチューブの電気伝導性及び熱伝導性の特徴を利用できず、ＣＮＴ／ポリマー複合材料の電気伝導及び熱伝導が低下する。また、該カーボンナノチューブ複合材料の抵抗が大きい課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブ同士が良好に結合するＣＮＴ／ポリマー複合材料を提供する。
【０００６】
本発明に係るＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法は、カーボンナノチューブ膜及び高分子溶液のプレポリマーを準備するステップと、前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記高分子溶液のプレポリマーを該容器に注入するステップと、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて、ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得るステップと、を含む。
【０００７】
前記カーボンナノチューブ膜の製造方法は、複数のカーボンナノチューブをジメチルホルムアミド溶液に入れて混合させるステップと、超音波振動法で前記複数のカーボンナノチューブを均一に前記ジメチルホルムアミド溶液に分散させるステップと、前記ジメチルホルムアミド溶液を気化させるステップと、を含む。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ膜はカーボンナノチューブアレイであることができる。
【０００９】
前記高分子溶液のプレポリマーの製造方法は、９３〜９９．９８％のモノマーと、０．０２〜２％の開始剤と、０〜５％の助剤と、を混合して混合溶液を形成するステップと、前記混合溶液を８０〜９５℃に加熱すると同時に、５〜３０分間攪拌し、該混合溶液がグリセロール状の高分子溶液のプレポリマーとなるまで加熱処理を行なうステップと、該グリセロール状の高分子溶液のプレポリマーを冷やすステップと、を含む。
【００１０】
前記モノマーはメタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、フェニルエチレン、ブタジエンのいずれか一種である。前記開始剤はベンゾトリアゾール−１−イル−オキシ−トリス（ジメチルアミノ）−ホスホニウムヘキサフルオロホスフェイト、又はアゾビスイソブチロニトリルである。前記助剤は、フタル酸ジブチル、ヘキサデシルトリメチル臭化アンモニウム、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル、Ｃ１２−Ｃ１８の高級脂肪酸、シランカップリング剤、チタン酸カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤のいずれか一種である。
【００１１】
前記高分子溶液のプレポリマーを前記容器に注入して０．５〜２時間経た後、前記高分子溶液のプレポリマーが前記カーボンナノチューブ膜の隙間に充填され、前記容器の底部にカーボンナノチューブ及び高分子溶液のプレポリマーの混合物が形成される。
【００１２】
前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させるステップにおいて、前記高分子溶液のプレポリマー及び前記カーボンナノチューブ膜が入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と１〜４時間複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と２時間複合させる。
【００１３】
前記高分子溶液のプレポリマーと前記カーボンナノチューブ膜とを複合させるステップにおいて、前記高分子溶液のプレポリマーと前記カーボンナノチューブ膜との複合反応は、それらの接触界面で行われる。
【００１４】
本発明に係る多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法は、カーボンナノチューブ膜及び高分子溶液のプレポリマーを準備する第一ステップと、前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記高分子溶液のプレポリマーを該容器に注入する第二ステップと、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得る第三ステップと、前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料の表面にカーボンナノチューブ膜を形成し、高分子溶液のプレポリマーを注入した後、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させ、前記高分子溶液のプレポリマーをそれぞれ前記カーボンナノチューブ膜と前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料と複合させて、第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料を得る第四ステップと、前記第四ステップを繰り返す第五ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
従来技術と比べて、本発明によるＣＮＴ／ポリマー複合材料は良好な導電性及び熱伝導性を有する。本発明によるＣＮＴ／ポリマー複合材料の導電率は１２０Ｓ／ｍになり、普通のＣＮＴ／ポリマー複合材料より二倍高くなる。また、本実施例によるＣＮＴ／ポリマー複合材料は、複数のカーボンナノチューブの隙間にポリマー材料で十分に充填され、隣接するカーボンナノチューブが安定に接続され、カーボンナノチューブと前記ポリマー材料とが緊密に結合されることができる。また、本発明によれば、多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料が製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法について詳しく説明する。
第一ステップでは、カーボンナノチューブ膜と、高分子溶液のプレポリマーと、を準備する。前記カーボンナノチューブ膜は、ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブアレイ、又は次の方法によって得られるものである。まず、ＣＶＤ法による複数のカーボンナノチューブをジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液に入れて混合させる。次に、超音波振動法で前記複数のカーボンナノチューブを均一に前記ＤＭＦ溶液に分散させる。最後、前記ＤＭＦ溶液を気化させて前記カーボンナノチューブ膜が得られる。
【００１７】
本実施例において、前記高分子溶液のプレポリマーとしては、ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，ＰＭＭＡ）プレポリマー溶液が利用される。該ＰＭＭＡプレポリマー溶液は、次のように得られる。まず、９３〜９９．９８％のメタクリル酸メチル（Ｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，ＭＭＡ）モノマーと、０．０２〜２％の開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（Ａｚｏｂｉｓｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ，ＡＩＢＮ）と、０〜５％の助剤であるフタル酸ジブチル（Ｄｉｂｕｔｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ，ＤＢＰ）と、を混合して混合溶液を形成する。次に、前記混合溶液を８０〜９５℃に加熱すると同時に、５〜３０分間攪拌して、該混合溶液がグリセロール状の高分子溶液のプレポリマーとなるまで加熱処理を行なう。最後、該グリセロール状の高分子溶液のプレポリマーを空気の雰囲気に置いて自然に冷やす。
【００１８】
ここで、前記モノマーは、ＭＭＡに限らず、アクリル酸エチル（Ｅｔｈｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅ）、アクリル酸ブチル（Ｂｕｔｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅ）、フェニルエチレン（Ｐｈｅｎｙｌｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ブタジエン（Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ）などのいずれか一種を利用することもできる。前記開始剤としては、ベンゾトリアゾール−１−イル−オキシ−トリス（ジメチルアミノ）−ホスホニウムヘキサフルオロホスフェイト（Ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌ−１−ｙｌ−ｘｙ−ｔｒｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）−Ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＢＯＰ）又はＡＩＢＮが利用される。前記助剤は、ＤＢＰ、ヘキサデシルトリメチル臭化アンモニウム（Ｈｅｘａｄｅｃｙｌ Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｂｒｏｍｉｄｅ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＭＭＡ、Ｃ１２−Ｃ１８の高級脂肪酸、シランカップリング剤（Ｓｉｌａｎｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ａｇｅｎｔ）、チタン酸カップリング剤（Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ａｇｅｎｔ）、アルミニウム系カップリング剤（Ａｌｕｍｉｎａｔｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ａｇｅｎｔ）などのいずれか一種である。
【００１９】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に配置し、前記高分子溶液のプレポリマーを前記容器に注入する。所定の時間が経った後、前記高分子溶液のプレポリマーを前記カーボンナノチューブ膜の隙間に十分に充填させて、前記容器の底部にカーボンナノチューブ及び高分子溶液のプレポリマーの混合物を形成する。前記所定の時間は、０．５〜２時間に設定されることが好ましい。
【００２０】
第三ステップでは、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させ、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて、ＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００２１】
本実施例において、前記高分子溶液のプレポリマー及び前記カーボンナノチューブ膜が入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と１〜４時間複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と２時間複合させる。この後、単面導電膜としてのＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００２２】
前記高分子溶液のプレポリマーと前記カーボンナノチューブ膜とを複合させるステップにおいては、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させた後、前記高分子溶液のプレポリマーと前記カーボンナノチューブ膜とがそれらの界面で複合反応を行うので、前記ポリマーと前記カーボンナノチューブとが緊密に結合されることができる。
【００２３】
また、高分子溶液のプレポリマーの量を調整することにより、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料を異なる厚さに形成することができる。本実施例において、単面導電膜として、０．０２〜２ｍｍのＣＮＴ／ポリマー複合材料が形成される。
【００２４】
さらに、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料の表面にもう一枚のカーボンナノチューブ膜を設置して前記高分子溶液のプレポリマーを注入して、前記第三ステップにより前記カーボンナノチューブ膜と前記高分子溶液のプレポリマーとを複合させて、前記ＣＮＴ／ポリマー複合材料の表面にもう一つのＣＮＴ／ポリマー複合材料層が形成される。これにより繰り返して、多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００２５】
（実施例１）
本実施例は、単面導電膜としてのＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の製造方法を提供する。次に、該ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の製造方法について詳しく説明する。
【００２６】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ膜と、ＰＭＭＡプレポリマー溶液と、を準備する。
【００２７】
前記カーボンナノチューブ膜は次のように製造する。まず、ＣＶＤ法で複数のカーボンナノチューブを成長させる。該複数のカーボンナノチューブは、単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。次に、２〜４ｍｇのカーボンナノチューブと２０ｍｌのＤＭＦ溶液とを混合させる。さらに、超音波振動法で前記カーボンナノチューブを均一に前記ＤＭＦ溶液に分散させることが好ましい。前記超音波振動法によるカーボンナノチューブの分散処理は、０．５〜４時間行い、２時間が好ましい。ＤＭＦ溶液はカーボンナノチューブを均一に分散させる溶液であり、カーボンナノチューブに対するＤＭＦ溶液の飽和度は０．２５ｍｇ／ｍｌである。次に、前記カーボンナノチューブを含む前記ＤＭＦ溶液が入った容器を乾いた空間に置いて、１００℃で２時間通気処理を行う。前記ＤＭＦを完全に気化させた後、前記容器の底部にカーボンナノチューブ膜が形成される。
【００２８】
また、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液は、次の方法により得られる。まず、９７％のメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）モノマーと、０．１％の開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）と、２．９％の助剤であるフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）と、を混合して混合溶液を形成する。次に、前記混合溶液を９２℃に加熱すると同時に、１０分間攪拌して、該混合溶液がグリセロール状の高分子溶液のプレポリマーとなるまで加熱処理を行なう。最後、該グリセロール状の高分子溶液のプレポリマーを空気の雰囲気に置いて自然に冷やす。
【００２９】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液を前記容器に注入する。所定の時間が経った後、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液を前記カーボンナノチューブ膜の隙間に十分に充填させ、前記容器の底部にカーボンナノチューブ及びＰＭＭＡプレポリマー溶液の混合物を形成する。前記の時間は、０．５〜２時間に設定することが好ましい。
【００３０】
第三ステップでは、前記ＰＭＭＡプレポリマーを重合させ、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて、単面導電膜であるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が得られる。
【００３１】
次に、前記第三ステップについて詳しく説明する。まず、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液及び前記カーボンナノチューブ膜が入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記ＰＭＭＡプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と１〜４時間複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液を重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と２時間複合させる。この後、単面導電膜としてのＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が得られる。
【００３２】
図２は、前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜を正視して撮るＳＥＭ写真である。図２に示すように、前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の表面から複数のカーボンナノチューブが露出される。図３は、前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜を側視して撮るＳＥＭ写真である。図３に示すように、前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜のカーボンナノチューブ層の厚さは１０μｍになる。図４は前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の温度が２５℃（７７°Ｆ）の条件での電流−電圧曲線を示す図である。図５は前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の温度が１４７．２℃（２９７°Ｆ）の条件での電流−電圧曲線を示す図である。図６は前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の温度が２１５．５℃（４２０°Ｆ）の条件での電流−電圧曲線を示す図である。図４〜図６に示すように、前記ＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が異なる温度で作動しても、低い抵抗及び安定な性能が保持できることがわかる。
【００３３】
（実施例２）
本実施例は単面導電膜としてのＣＮＴアレイ／ＰＭＭＡ膜の製造方法を提供する。次に、該ＣＮＴアレイ／ＰＭＭＡ膜の製造方法について詳しく説明する。
【００３４】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイと、ＰＭＭＡプレポリマー溶液と、を準備する。
【００３５】
前記カーボンナノチューブアレイは、ＣＶＤ法で成長させることができる。まず、基板を準備する。次に、該基板に触媒層を堆積させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はその合金のいずれか一種からなる。次に、前記触媒層が堆積された前記基板を空気中において３００〜５００℃で０．２〜１２時間加熱してアニーリングする。この後、前記基板の上に複数の酸化した粒子が形成される。次に、前記基板を反応装置に置いて、該反応装置に保護ガスを導入して、４００〜７５０℃に加熱する。前記保護ガスは不活性ガス又は窒素ガスであり、アルゴンガスが好ましい。次に、前記反応装置の内にカーボンを含むガスと保護ガスとの混合ガスを導入して、４００〜７５０℃で０．１〜２時間加熱してカーボンナノチューブアレイを成長させる。前記カーボンを含むガスは、アセチレン又はエチレンであり、アセチレンが好ましい。
【００３６】
また、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液は次の方法により得られる。まず、９５％のメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）モノマーと、１％の開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）と、４％の助剤であるフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）と、を混合して混合溶液を形成する。次に、ウォーターバス内で前記混合溶液を９５℃に加熱すると同時に、１０分間攪拌して、該混合溶液がグリセロール状の高分子溶液のプレポリマーとなるまで加熱処理を行なう。最後、該グリセロール状の高分子溶液のプレポリマーを空気の雰囲気に置いて自然に冷やす。
【００３７】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイを容器の底部に設置し、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液を前記容器に注入して、所定の時間が経った後、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液を前記カーボンナノチューブアレイの隙間に十分に充填させ、前記容器の底部にカーボンナノチューブアレイ及びＰＭＭＡプレポリマー溶液の混合物を形成する。前記の時間は、０．５〜２時間に設定され、１時間が好ましい。
【００３８】
第三ステップでは、前記ＰＭＭＡプレポリマーを重合させ、前記カーボンナノチューブアレイと複合させて、単面導電膜であるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が得られる。
【００３９】
次に、前記第三ステップについて詳しく説明する。まず、前記ＰＭＭＡプレポリマー溶液及び前記カーボンナノチューブアレイが入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記ＰＭＭＡプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブアレイと２．５時間に複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記ＰＭＭＡプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブアレイと２時間複合させる。この後、単面導電膜としてのＣＮＴアレイ／ＰＭＭＡ膜が得られる。
【００４０】
図７は、前記ＣＮＴアレイ／ＰＭＭＡ膜を側視して撮るＳＥＭ写真である。図７に示すように、前記カーボンナノチューブアレイの高さは１００μｍになり、前記ＣＮＴアレイと前記ＰＭＭＡ層とは明確に積層されることが見られる。
【００４１】
（実施例３）
本実施例は、多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法を提供する。次に、該多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法について詳しく説明する。
【００４２】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ膜と、高分子溶液のプレポリマーと、を準備する。ここで、該カーボンナノチューブ膜及び前記高分子溶液のプレポリマーの製造方法は、実施例１と同じである。
【００４３】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ膜を容器の底部に設置し、前記高分子溶液のプレポリマーを前記容器に注入する。所定の時間が経った後、前記高分子溶液のプレポリマーを前記カーボンナノチューブ膜の隙間に十分に充填させ、前記容器の底部にカーボンナノチューブ及び高分子溶液のプレポリマーの混合物を形成する。前記の時間は０．５〜２時間であり、１時間が好ましい。
【００４４】
第三ステップでは、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させ、前記カーボンナノチューブ膜と複合させて、単面導電膜であるＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００４５】
次に、前記第三ステップについて詳しく説明する。まず、前記高分子溶液のプレポリマー及び前記カーボンナノチューブ膜が入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と１〜４時間複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記高分子溶液を重合させると同時に、前記カーボンナノチューブ膜と２時間複合させる。この後、単面導電膜としてのＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。ここで、該ＣＮＴ／ポリマー複合材料は、第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料と定義される。
【００４６】
第四ステップでは、前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料の表面にカーボンナノチューブ膜を形成して、高分子溶液のプレポリマーを注入して、所定の時間に置いた後、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させて、前記高分子溶液のプレポリマーをそれぞれ前記カーボンナノチューブ膜と前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料と複合させて、第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００４７】
第五ステップでは、前記第四ステップを繰り返して多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料が得られる。
【００４８】
図８は、前記多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料１０の模式図である。前記多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料１０は、第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料と１１、第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料１２と、を含む。前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料１１はＣＮＴ／ポリマー複合層１１０と、ポリマー層１２０と、からなる。前記第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料１２はＣＮＴ／ポリマー複合層１３０と、ポリマー層１４０と、からなる。前記ＣＮＴ／ポリマー複合層１１０は、高分子溶液のプレポリマーをカーボンナノチューブ膜の隙間に滲入させるように形成される。該カーボンナノチューブ膜は、複数のカーボンナノチューブ１００をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液に入れて混合させて該ＤＭＦ溶液を気化させてから形成するものであるので、前記ＣＮＴ／ポリマー複合層１１０には前記複数のカーボンナノチューブ１００が混乱して配列される。前記第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料１２の前記ＣＮＴ／ポリマー複合層１３０は、前記第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料１１の前記ＣＮＴ／ポリマー複合層１１０と同じように構成される。
【００４９】
（実施例４）
本実施例は多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜の製造方法を提供する。次に、該多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜の製造方法について詳しく説明する。
【００５０】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイと、高分子溶液のプレポリマーと、を準備する。ここで、該カーボンナノチューブアレイ及び前記高分子溶液のプレポリマーの製造方法は、実施例２と同じである。
【００５１】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイを容器の底部に設置し、前記高分子溶液のプレポリマーを前記容器に注入する。所定の時間が経った後、前記高分子溶液のプレポリマーを前記カーボンナノチューブアレイの隙間に十分に充填させ、前記容器の底部にカーボンナノチューブアレイ及び高分子溶液のプレポリマーの混合物を形成する。前記の時間は０．５〜２時間であり、１時間が好ましい。
【００５２】
第三ステップでは、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させ、前記カーボンナノチューブアレイと複合させて、単面導電膜であるＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜が得られる。
【００５３】
次に、前記第三ステップについて詳しく説明する。まず、前記高分子溶液のプレポリマー及び前記カーボンナノチューブアレイが入った前記容器を、５０〜６０℃に加熱して、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させると同時に、前記カーボンナノチューブアレイと１〜４時間複合させる。続いて、前記容器を９０〜１００℃に加熱して、前記高分子溶液を重合させると同時に、前記カーボンナノチューブアレイと２時間複合させる。この後、単面導電膜としてのＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜が得られる。ここで、該ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜は、第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜と定義される。
【００５４】
第四ステップでは、前記第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜の表面にカーボンナノチューブアレイを形成して、高分子溶液のプレポリマーを注入する。所定の時間が経った後、前記高分子溶液のプレポリマーを重合させて、前記高分子溶液のプレポリマーをそれぞれ前記カーボンナノチューブアレイと前記第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜と複合させて、第二ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜が得られる。
【００５５】
第五ステップでは、前記第四ステップを繰り返して多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜が得られる。
【００５６】
図９は、前記多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２０の模式図である。前記多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２０は、第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２１と、第二ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２２と、を含む。前記第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２１はＣＮＴアレイ／ポリマー複合層２１０と、ポリマー層２２０と、からなる。前記第二ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２２はＣＮＴアレイ／ポリマー複合層２３０と、ポリマー層２４０と、からなる。前記ＣＮＴアレイ／ポリマー複合層２１０は、高分子溶液のプレポリマーをカーボンナノチューブアレイ２００の隙間に滲入させるように形成される。該カーボンナノチューブアレイ２００はＣＶＤ法で成長させ、整列して形成されるので、前記ＣＮＴアレイ／ポリマー複合層２１０には前記複数のカーボンナノチューブアレイ２００が整列される。前記第二ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２２の前記ＣＮＴアレイ／ポリマー複合層２３０は、前記第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜２１の前記ＣＮＴ／ポリマー複合層２１０と同じように構成される。
【００５７】
本実施例によるＣＮＴ／ポリマー複合材料は良好な導電及び熱伝導特性があり、その導電率が１２０Ｓ／ｍになり、普通のＣＮＴ／ポリマー複合材料より二倍高くなる。また、本実施例によるＣＮＴ／ポリマー複合材料は、複数のカーボンナノチューブの隙間にポリマー材料で十分に充填され、隣接するカーボンナノチューブが安定に接続され、カーボンナノチューブと前記ポリマー材料と緊密に結合されることができる。
【００５８】
実施例１及び実施例２により得られる単面導電膜であるＣＮＴ／ＰＭＭＡ複合膜は、カーボンナノチューブ層に良好な導電性及び熱伝導性があり、該カーボンナノチューブ層がＰＭＭＡ層に安定に結合されるので、熱伝導材料及び帯電防止の材料として広く利用されることができる。
【００５９】
また、実施例３により得られる多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜は薄く、隣接するＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜がそれぞれ絶縁されるので、従来の複合材料及び熱可塑加工によるマスクに代えてコンデンサ又は電磁波遮蔽として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る本実施例によるＣＮＴ／ポリマー複合材料の製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の正視のＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施例１によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の側視のＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施例１によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が２５℃で作動する電流−電圧の曲線である。
【図５】本発明の実施例１によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が１４７．２℃で作動する電流−電圧の曲線である。
【図６】本発明の実施例１によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜が２１５．５℃で作動する電流−電圧の曲線である。
【図７】本発明の実施例２によるＣＮＴ／ＰＭＭＡ膜の正視のＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の実施例３による多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の模式図である。
【図９】本発明の実施例４による多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料の模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  多層のＣＮＴ／ポリマー複合材料
１００  カーボンナノチューブ
１１  第一ＣＮＴ／ポリマー複合材料
１１０  ＣＮＴ／ポリマー複合層
１２  第二ＣＮＴ／ポリマー複合材料
１２０  ポリマー層
１３０  ＣＮＴ／ポリマー複合層
１４０  ポリマー層
２０  多層のＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜
２００  カーボンナノチューブアレイ
２１  第一ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜
２１０  ＣＮＴアレイ／ポリマー複合層
２２  第二ＣＮＴアレイ／ポリマー複合膜
２２０  ポリマー層
２３０  ＣＮＴアレイ／ポリマー複合層
２４０  ポリマー層
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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