(57)【要約】【課題】従来のカーボンナノチューブは、その多くがその他の基材と結合し複合材料を形成しているため、カーボンナノチューブの添加を介することでしか基材の性質を変化させることができない、或いは、基材に添付しないと、カーボンナノチューブだけで実際に応用できない、という問題を解決することにある。【解決手段】本発明は、複数のカーボンナノチューブと高分子材料とを混合して予備成形体を形成する工程と、前記予備成形体に対し、ホットプレス製法を実施して成形体を得る工程と、前記成形体に対し、炭化製法を実施して前記成形体内の前記高分子材料を取除き、前記成形体内に複数の気孔を残留して剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材を形成する工程と、を包括する剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法を提供している。これによって、本発明が製作するカーボンナノチューブバルク材は、立体剛性構造を有し、各種電極、熱伝導、電磁波遮蔽或いは構造の材料等の用途の利用に適している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンナノチューブと高分子材料とを混合して予備成形体を形成する工程と、
前記予備成形体に対し、ホットプレス製法を実施して成形体を得る工程と、
前記成形体に対し、炭化製法を実施して前記成形体内の前記高分子材料を取除き、前記成形体内に複数の気孔を残留して剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材を形成する工程と、
を包括することを特徴とする剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項２】
前記予備成形体における前記カーボンナノチューブの重量比は、１０％から９５％の間にあることを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項３】
前記ホットプレス製法における前記予備成形体は、１００℃から２２０℃の間の加熱温度下にあることを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項４】
前記ホットプレス製法における前記予備成形体は、５ｋｇｆ／ｃｍ２から２００ｋｇｆ／ｃｍ２の間の成形圧力下にあることを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項５】
前記炭化製法における前記成形体は、アルゴン或いは窒素の還元性雰囲気中に置かれることを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項６】
前記炭化製法における前記成形体は、５００℃から３０００℃の間の炭化温度下にあることを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項７】
前記剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材は、５％から５０％の間の気孔率を有することを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項８】
前記剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材は、前記炭化製法によって形成し、前記カーボンナノチューブの間に付着するカーボン材料を包括することを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【請求項９】
前記高分子材料は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリロニトリル又はフラン樹脂からなる群より選出することを特徴とする請求項１に記載の剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブバルク材の作製方法であって、特に剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
優れた機械的、光学的性能を有するカーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ；ＣＮＴｓ）は、発見されてから学界及び産業界より注目を浴び、各種分野において広く応用している。また、複合材料の作製、例えば金属、半導体或いは重合体等と結合することで、材料の特性の変化又は強化に適した理想の添加物とされているため、近年カーボンナノチューブの生産能力の向上に伴い、これを用いて作製する各種複合材料及び前記複合材料を応用する製品が研究の焦点となっている。
【０００３】
例えば、先行文献において、まず、無修飾のカーボンナノチューブ、有機基及びフリーラジカル開始剤を溶剤に混合することで、修飾したカーボンナノチューブを生成し、さらに修飾したカーボンナノチューブを熱可塑性高分子樹脂と混合することで、カーボンナノチューブを含む高分子複合材料を形成するカーボンナノチューブを含む高分子複合材料及びその作製方法が開示されている。好ましい材料分散性を有する修飾したカーボンナノチューブによって、少ない用量で、融合後の材料の機械的性質の改善と電気的性質の向上を顕著なものとしている。
【０００４】
また、その他の先行文献において、まず、カーボンナノチューブ薄膜を提供し、次に、導電性高分子モノマーの酸溶液を調製して準備し、前記カーボンナノチューブ薄膜を導電性高分子モノマーの酸溶液に浸漬することで、前記カーボンナノチューブ薄膜と導電性高分子モノマーとを包括する酸溶液を形成したあと、酸化剤の酸溶液を調製して準備し、最後に前記酸化剤の酸溶液をカーボンナノチューブ薄膜を浸漬する導電性高分子モノマーの酸溶液と混合することで、導電性高分子モノマーを重合してカーボンナノチューブ／導電性重合体複合材料が得られるカーボンナノチューブ／導電性重合体複合材料の作製方法が開示されている。
【０００５】
上述のことから、現在カーボンナノチューブの応用の大半は、その他の材料と結合してカーボンナノチューブを含む複合材料を作成するもので、その目的の多くが基材の特性の改善にあり、また、一部の応用から、カーボンナノチューブは特定の材料に添付しないと、実際に業者或いはユーザに用いられないことが示されている。つまり、現在のところ、カーボンナノチューブ本来の優れた機械的、光学的性能を直接利用しているものは少なく、そのため、カーボンナノチューブの応用範囲を制限し、カーボンナノチューブ本来の特有の特性を十分に発揮できていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】台湾特許公開第２００８４８３６６号公報
【特許文献２】台湾特許公告第Ｉ３７７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主要な目的は、従来のカーボンナノチューブは、その多くがその他の基材と結合し複合材料を形成しているため、カーボンナノチューブの添加を介することでしか基材の性質を変化させることができない、或いは、基材に添付しないと、カーボンナノチューブだけで実際に応用できない、という問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、複数のカーボンナノチューブと高分子材料とを混合して予備成形体を形成する工程と、前記予備成形体に対し、ホットプレス製法を実施して成形体を得る工程と、前記成形体に対し、炭化製法を実施して前記成形体内の前記高分子材料を取除き、前記成形体内に複数の気孔を残留して剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材を形成する工程と、を包括する剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法を提供している。
【発明の効果】
【０００９】
そうすることで、本発明は、前記カーボンナノチューブ及び前記高分子材料にホットプレス製法を用い、前記高分子材料で前記カーボンナノチューブを一時的に支持する構造体とし、さらに炭化製法で前記高分子材料を取除き、最終的に剛性構造を有し且つ単独である前記カーボンナノチューブバルク材を形成することで、ユーザは前記カーボンナノチューブとその他の基材とを結合せずに、直接、各種用途に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施例のフローチャートである。
【図２】本発明に係る実施例における前記剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の電子顕微鏡の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に関する詳細な説明及び技術内容は、図面を参照しつつ、以下のとおり説明する。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、図１は本発明に係る実施例のフローチャートであって、図２は本発明に係る実施例における前記カーボンナノチューブバルク材の電子顕微鏡の画像であり、本発明は、複数のカーボンナノチューブ１１と高分子材料とを混合して予備成形体を形成する工程Ｓ１と、前記予備成形体に対し、ホットプレス製法を実施して成形体を得る工程Ｓ２と、前記成形体に対し、炭化製法を実施して前記成形体内の前記高分子材料を取除き、前記成形体内に複数の気孔１２を残留してカーボンナノチューブバルク材１０を形成する工程Ｓ３と、を包括する剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材の作製方法を提供している。そのうち、前記工程Ｓ１では、前記高分子材料を前記カーボンナノチューブ１１の間に充填し、且つ前記カーボンナノチューブ１１が前記予備成形体における重量比は１０％から９５％の間にあり、前記高分子材料はフェノール樹脂（Ｐｈｅｎｏｌｉｃ  Ｒｅｓｉｎ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ、ＰＡＮ）又はフラン樹脂（Ｆｕｒａｎ  Ｒｅｓｉｎ）とすることができるが、これを限定するものではない。また、前記工程Ｓ２では、前記ホットプレス製法において、前記予備成形体は金型の圧力を受けており、その際、加熱温度は１００℃から２２０℃の間にあり、また成形圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ２から２００ｋｇｆ／ｃｍ２の間にあり、前記加熱温度及び前記成形圧力によって、前記予備形成体の緻密度及び立体構造を調整し、バルク状の前記成形体を形成している。さらにまた、前記工程Ｓ３では、前記成形体は前記炭化製法において還元性雰囲気中に置かれ、前記還元性雰囲気をアルゴン或いは窒素とすることができると同時に、前記成形体を５００℃から３０００℃の間の炭化温度下に置くことで、前記高分子材料を前記成形体において熱分解させている。
【００１３】
なお、補足説明すると、前記炭化製法はその工程において、前記成形体中に複数の気孔１２を残留する以外に、前記カーボンナノチューブ１１の間に付着するカーボン材料をさらに発生しており、前記カーボン材料は、前記高分子材料を熱分解したあと、前記カーボンナノチューブ１１の間に残留したもの、或いは別途に加えた炭素雰囲気によるものから提供されている。また、形成した前記カーボンナノチューブバルク材１０は、５％から５０％の間の気孔率を有している。また、カーボンの残留は、前記カーボンナノチューブバルク材１０の導電性質及び熱伝導性質を促進することができる。また、前記気孔１２の形成は、前記カーボンナノチューブバルク材１０の表面積及び内部空間を大幅に増加させることができ、その導電性質及び熱伝導性質をさらに向上することができる。また、前記高分子材料は、前記炭化製法において熱分解されるため、最終的に前記カーボンナノチューブバルク材１０が得られ、前記カーボンナノチューブ１１の重量比は添加したものより多く、つまりは前記カーボンナノチューブバルク材１０の大部分が前記カーボンナノチューブ１１より組成しているということである。
【００１４】
本発明の実施例において、前記高分子材料はフェノール樹脂が用いられ、まず、前記カーボンナノチューブ１１とはフェノール樹脂とを混合して予備成形体を形成しており、そのうち、前記フェノール樹脂の重量比は４９％、前記カーボンナノチューブ１１の重量比は５１％である。混合が完成すると、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の成形圧力で２００℃前後の加熱温度のホットプレスが行なわれ、前記成形体が得られる。そのあと、さらに６００℃の炭化温度及びアルゴンの雰囲気環境において、前記成形体に対して炭化製法を実施している。その結果、最後に得られる前記剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材は、図２に図示されているものである。
【００１５】
以上のことから、本発明は、前記カーボンナノチューブ及び前記高分子材料にホットプレス製法を用い、前記高分子材料で前記カーボンナノチューブを一時的に支持する構造体とし、さらに炭化製法で前記高分子材料を取除き、カーボンナノチューブを主とする前記カーボンナノチューブバルク材を残留したものである。前記カーボンナノチューブバルク材は立体剛性構造を有しているため、ユーザは直接応用することができ、その他の材料と併せたり、その他の材料に添付したりしなくて済む。また、本発明は前記炭化製法によって、前記カーボンナノチューブバルク材中に前記カーボン材料及び前記気孔を形成しており、これによって、前記カーボンナノチューブバルク材の導電性質及び熱伝導性質がさらに向上することができる。応用の面からすると、本発明で得られる剛性構造を有するカーボンナノチューブバルク材は、電極材料、熱伝導材料、電磁波遮蔽材料或いは構造材料等の用途の利用に適している。従って、本発明は進歩性を有し、且つ特許請求の要件を満たすものである。
【００１６】
なお、上述のものは、本発明の一つの好ましい実施例に過ぎず、本発明が請求する特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明に係る特許請求の範囲に基づく変更や修正等は、全て本発明に係る特許請求の範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００１７】
１０            カーボンナノチューブバルク材
１１            カーボンナノチューブ
１２            気孔
Ｓ１            工程
Ｓ２            工程
Ｓ３            工程
【図１】
2014152100.tif 000003
【図２】
2014152100.tif 000004