(57)【要約】【課題】金属の表面に均一、かつ、連続的にカーボンナノチューブを付着させることができるようにしたカーボンナノチューブ付着装置などを提供する。【解決手段】カーボンナノチューブを有する電解液を収容する電解糟２の内部に、板状の金属板３４、４２を有する陰極部３と陽極部４とを一定の隙間を隔てて設ける。そして、その隙間の片方側から電解液を左右方向に向けて低速で噴出させる噴出部５１を設け、その噴出部５１に間欠的に設けられた穴部５２から電解液を噴出させる。そして、反対側に設けられた吸込部５３の穴部５４からその電解液を吸い込み、ポンプ６を介して電解液を循環させる。そして、このように一方向に電解液を流すことによって、カーボンナノチューブを沈殿させることなく、かつ、遷移を一方向に揃えて金属である製品７の表面に付着させる。【選択図】図１
2018188721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブを有する電解液を収容する電解糟と、
当該電解糟内に取り付けられる陰極部および陽極部と、
前記電解液を電解糟内で流す流水部と、
を設けたことを特徴とするカーボンナノチューブ付着装置。
【請求項２】
前記陰極部と陽極部が板状に構成されるものであり、
前記流水部が、当該板状の陰極部と陽極部の間に一方向に電解液を流すようにしたものである請求項１に記載のカーボンナノチューブ付着装置。
【請求項３】
前記陰極部と陽極部が一定の隙間を隔てて設けられる板状に構成されるものであり、
前記流水部が、前記隙間の一端側から前記電解液を一方向に流す噴出部を設けて構成されるものである請求項１に記載のカーボンナノチューブ付着装置。
【請求項４】
請求項３に記載のカーボンナノチューブ付着装置において、さらに、
前記隙間の他端側から前記電解液を吸い込む吸込部を設けるようにした請求項１に記載のカーボンナノチューブ付着装置。
【請求項５】
前記噴出部が、前記隙間に沿って間欠的に設けられた穴部から電解液を噴出させるようにしたものである請求項３に記載のカーボンナノチューブ付着装置。
【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を金属の表面に付着させるようにしたカーボンナノチューブ付着装置に関するものであり、より詳しくは、金属の表面に均一、かつ、連続的にカーボンナノチューブを付着させるようにしたカーボンナノチューブ付着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、銅は優れた電気伝導度を有する素材として知られている。しかしながら、この銅に流せる電流はその太さに依存しているため、小型化された電子デバイスの配線に流せる電流量はあまり大きくすることができない。
【０００３】
そこで、近年、この銅とカーボンナノチューブとを複合化させて高い電気伝導度と大きな電気容量を実現化できるようにした素材が開発されている。このような複合材料は、銅イオンの有機系溶液および水溶液を用いた電解メッキによって銅の表面にカーボンナノチューブを付着させて複合化させるようにしたものである。このような複合素材を用いれば、カーボンナノチューブを活用して銅の１００倍までの電気容量の電流を流すことができるため、小型化された電子デバイスの配線に用いた場合であっても、大きな電流を流すことができるようになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「銅の１００倍まで電流を流せるカーボンナノチューブ銅複合材料」http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2013/pr20130723_2/pr20130723_2.html：（掲載日2013/07/23）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなカーボンナノチューブと銅の複合素材を製造する場合、次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、このような複合素材を製造する場合、硫酸銅水溶液などの電解液にカーボンナノチューブを入れて電解メッキを行うようにするが、カーボンナノチューブは非水溶性であるため、電解液中に沈殿してしまう。このため、分散剤などを配合してカーボンナノチューブを分散させるようにしなければならないが、このような分散剤を入れたとしても、どうしても時間が経過するにつれてカーボンナノチューブが沈殿してしまう。
【０００７】
また、カーボンナノチューブを付着させる際、その繊維を均一、かつ、連続的に付着させるようにしなければ、不連続な部分で発熱を生じてしまい、導線が破断してしまう可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、金属の表面に均一、かつ、連続的にカーボンナノチューブを付着させることができるようにしたカーボンナノチューブ付着装置などを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明のカーボンナノチューブ付着装置は、上記課題を解決するために、カーボンナノチューブを有する電解液を収容する電解糟と、当該電解糟内に取り付けられる陰極部および陽極部と、前記電解液を電解糟内で流す流水部を設けるようにしたものである。
【００１０】
このように構成すれば、流水部によってカーボンナノチューブを電解液中に分散させることができるため、金属の表面に均一、かつ、不連続にカーボンナノチューブを付着させることができるようになる。
【００１１】
また、このような発明において、前記陰極部と陽極部を板状に構成するとともに、前記流水部を用いて、当該板状の陰極部と陽極部の間に一方向に電解液を流すようにする。
【００１２】
このように構成すれば、カーボンナノチューブを電極板の間で一方向に流すことことによって、カーボンナノチューブを分散させることができるとともに、針状の繊維の方向を一方向に揃えることができ、カーボンナノチューブの存在しな不連続部分をなくすことができるようになる。
【００１３】
さらに、前記板状の陰極部と陽極部を一定の隙間を隔てて設けるとともに、前記流水部を、前記隙間の一端側から前記電解液を一方向に噴出させる噴出部を設けるように構成する。
【００１４】
このように構成すれば、メッキに必要な部分にのみカーボンナノチューブを流すことで、効率よくカーボンナノチューブを使用することができるようになる。
【００１５】
また、このようなカーボンナノチューブ付着装置において、さらに、前記隙間の他端側から前記電解液を吸い込む吸込部を設けるようにする。
【００１６】
このように構成すれば、他端側から電解液を吸い込むので、カーボンナノチューブが沈殿してしまうことを防止することができるとともに、さらには、その電解液を循環させることで、カーボンナノチューブを効率よく使用することができるようになる。
【００１７】
また、このような噴出部を設ける場合、前記隙間に沿って間欠的に設けられた穴部から電解液を噴出させるようにする。
【００１８】
このように構成すれば、金属の表面にカーボンナノチューブをより均一に付着させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、カーボンナノチューブを有する電解液を収容する電解糟と、当該電解糟内に取り付けられる陰極部および陽極部と、前記電解液を電解糟内で流す流水部とを設けるようにしたので、流水部によってカーボンナノチューブを電解液中に浮遊させることができ、また、カーボンナノチューブを分散させて金属の表面に均一、かつ、不連続に付着させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態を示すカーボンナノチューブ付着装置を示す正面概要図
【図２】同形態における側面概要図
【図３】同形態における流水部や陰極部や陽極部を示す図
【図４】同形態における噴出部のスリット部を示す断面概略図
【図５】他の実施の形態における噴出部を示す図
【図６】同形態における陰極部側の治具を示す図
【図７】本実施の形態においてカーボンナノチューブを付着させた状態を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
この実施の形態におけるカーボンナノチューブ付着装置１は、図１や図２に示すように、カーボンナノチューブを含有する電解液を収容する電解糟２と、この電解糟２内に取り付けられる陰極部３および陽極部４（図２参照）とを備え、この陰極部３および陽極部４に電流を流すことによって、陰極部３に取り付けられた製品７（図６参照）に銅などのメッキ処理を行えるようにしたものであって、特徴的に、図３に示すように、この陰極部３と陽極部４の隙間に、一方向に電解液を流す流水部５を設けるようにしたものである。そして、この流水部５を用いてカーボンナノチューブを有する電解液を流すことで、カーボンナノチューブを分散させて電極に付着させるようにするとともに、針状のカーボンナノチューブの方向を揃えて電極に付着させることによって、カーボンナノチューブの不連続部分をなくすようにしたものである。以下、本実施の形態におけるカーボンナノチューブ付着装置１について詳細に説明する。
【００２３】
まず、電解糟２は、図１や図２に示すように、ボックス状に構成されるものであって、その内部にカーボンナノチューブを有する電解液を収容できるように構成されている。この電解液としては、銅メッキを行う場合、五水硫酸銅（ＣｕＳＯ4・5Ｈ2Ｏ）や、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、塩酸（ＨＣＬ）などに加えて、適宜、分散剤などを含有させるようにする。また、この電解液に含有されるカーボンナノチューブとしては、直径０．４〜５０ｎｍ程度の針状のものや、そこから更に粉砕させた粒子状のものなどを有するように構成されている。このようなカーボンナノチューブは、それ自身の高いファンデルワールス相互作用によってバンドル化してしまい、分散化が極めて困難なものとなってしまう。そこで、分散剤を用いることで、ある程度電解液内で分散させるようにする。このような分散剤としては、多種多様のものが考えられるが、例えば、カルボン酸や、デオキシコール酸ナトリウム、Ｎ−メチルポロリドン、ピレン誘導体、ポレンポリマー、ポルフィリン誘導体、ポリイミド、ポリベンズイミダゾールなどを用いることができる。
【００２４】
陰極部３や陽極部４は、図２や図３に示すように、一定の隙間を隔てた板状の治具３１や枠体４１に設けられるものであって、その治具３１や枠体４１（図３参照）に取り付けられた金属板３４、４２に電極を取り付けることによって、それぞれマイナス極とプラス極となるようにしている。このうち、治具３１は、電解糟２の上部から挿入できるようにしたものであって、電解糟２の上部に取り付けられた陰極バー３２に金属フック３３を吊り下げ、その金属フック３３から金属板３４に通電させるように構成されている。そして、この金属板３４の下端部を電解糟２の下方に設けられたスリット部３５に差し込むことによって、上部の金属フック３３とで固定できるようになっている。そして、この治具３１に取り付けられた金属板３４の表面に、図６に示すように製品７となる金属板を取り付け、これによって、陰極バー３２から金属フック３３、金属板３４、製品７へと通電させるようにしている。これらの陰極部３や陽極部４は、互いに対向するよう約２ｍｍ〜２０ｍｍ程度の隙間を持って取り付けられており、これによって、低電圧（例えば、３．０Ｖ）でメッキ処理を行えるようにするとともに、その隙間に安定した水流を形成できるようにしている。
【００２５】
このような構成において、本実施の形態では、カーボンナノチューブを含有する電解液を一方向に流す流水部５を設けるようにしている。
【００２６】
この流水部５は、板状の陰極部３や陽極部４の左右両端側に設けられた噴出部５１や吸込部５３を有し、その噴出部５１から電解液を噴出させるとともに吸込部５３から電解液を吸い込むポンプ６を有するように構成されている。
【００２７】
このうち、噴出部５１は、陰極部３と陽極部４の隙間の一方側に設けられており、その隙間の縦長方向に沿って設けられた筒体６１にポンプ６から電解液を流通させ、その筒体６１の縦長方向に間欠的に設けられた穴部５２から電解液を噴出させるようにしている。このように噴出された電解液は、図４に示すように、スリット部５５を形成する板材５５ａに当たり、そこから９０度方向（紙面前方方向）転換して拡散された状態で陰極部３と陽極部４の間を左右方向に流れ込み、吸込部５３から吸引されてポンプ６の方まで循環される。このとき、あまりに流水速度が速過ぎるとカーボンナノチューブを付着させることが難しくなり、また、乱流を引き起こしてカーボンナノチューブの向きが不揃いになってしまう。そのため、ある程度直線的な流れ状態を形成できるように低速（例えば、最大５〜８ｍ／分）で噴出させるようにする。
【００２８】
このようなスリット部５５は、陰極部３と陽極部４に対応した隙間を有するように構成されており、穴部５２から噴出した流れを一定距離内で均一に拡散して直線方向に流すように構成される。このようなスリット部５５を設ける場合、隙間の内側に、流れ方向に沿った複数の溝などを形成するようにしてもよい。このような溝を設ければ、流れを直線状にすることができるとともに、カーボンナノチューブの向きを揃えることができるようになる。
【００２９】
あるいは、このようなスリット部５５を設ける場合、穴部５２からある程度離れた位置に複数本のチューブ５５ｂを積層させ（図５参照）、水流を直線的にすることもできる。なお、このようなチューブ５５ｂを設ける場合、カーボンナノチューブが詰まらないような内径を有するようなものを用い、また、電解液によって変性しないような素材を用いるようにするとよい。
【００３０】
一方、吸込部５３は、この噴出部５１から噴出した電解液を吸引できるようにしたものであって、噴出部５１と同様に、電極の隙間の縦長方向に沿った位置に間欠的な穴部５４を設けて構成される。なお、ここでは、複数の穴部５４で吸引するようにしているが、直線状に流れてきた電解液をその流れ方向に吸引できるようなものであれば、どのような形状であってもよく、例えば、一本の縦長状のスリットで吸引するようにしてもよい。しかしながら、このような縦長状のスリットにした場合、ポンプ６で吸引する際に、スリットの上側部分に吸引力が集中してしまい、流れ方向が斜め上方を向いてしまう可能性があるため、この実施の形態では、噴出部５１の間欠的な穴部５２と同様の位置に吸い込み用の穴部５４を設けておき、噴出部５１から噴出された電解液を直線的に吸引させるようにしている。
【００３１】
そして、この吸込部５３で吸い込んだ電解液をポンプ６で循環させ、再び、噴出部５１から噴出させるようにする。
【００３２】
次に、このように構成されたカーボンナノチューブ付着装置１のメッキ方法について説明する。
【００３３】
まず、陽極部４の枠体４１に金属板４２を取り付けるとともに、図６に示すように、陰極部３の治具３１の金属板３４の表面に製品７を取り付けて電解糟２内に入れる。そして、その治具３１の下端部分をスリット部３５に挿入するとともに、金属フック３３を陰極バー３２に吊して通電させるようにする。そして、このように金属板４２や製品７を取り付けた状態で、電解液を電解糟２に注入する。このとき、電解液としては、カーボンナノチューブを含有しない電解液を入れるようにする。
【００３４】
次に、ポンプ６側に設けられた図示しない貯留槽にカーボンナノチューブを含有する電解液を入れる。
【００３５】
このようにした状態で、陰極部３と陽極部４に電圧を加えるとともに、ポンプ６を作動させて電解液を循環させる。
【００３６】
すると、このポンプ６から排出された電解液は、噴出部５１の穴部５２から噴出され、スリット部５５で直線的な横方向の流れとなった状態で陰極部３と陽極部４の間を流れていくようになる。このとき、水流は最大５〜８ｍ／分の範囲に収まるように低速で噴出させるようにする。
【００３７】
すると、その電解液に含まれるカーボンナノチューブは、左右方向に繊維の方向がほぼ揃えられた状態となり、銅イオンとともに陰極部３側の製品７の表面に付着していく。
【００３８】
一方、カーボンナノチューブを付着させた電解液は、吸込部５３によって吸い込まれ、再び、ポンプ６を介して循環して噴出部５１から噴出される。
【００３９】
そして、一定時間メッキ処理を行った後、ポンプ６や電源をＯＦＦにして治具３１を取り出し、陰極部３側の製品７を取り外す。
【００４０】
このようにして取り出された製品の表面の拡大図を、図６に示す。図６に示すように、左右方向にカーボンナノチューブを流しながら電解メッキを行うことにより、均一にカーボンナノチューブを付着させることができるとともに、ある程度、カーボンナノチューブの方向を揃えて金属の表面に付着させることができるようになる。
【００４１】
このように上記実施の形態によれば、カーボンナノチューブを有する電解液を収容する電解糟２と、当該電解糟２内に取り付けられる陰極部３および陽極部４と、前記電解液を電解糟２内で流す流水部５とを設けるようにしたので、流水部５によってカーボンナノチューブを電解液中に分散させることができ、金属である製品７の表面に均一、かつ、不連続に付着させることができるようになる。
【００４２】
また、陰極部３と陽極部４を板状に構成するとともに、前記流水部５を用いて、当該板状の陰極部３と陽極部４の間に一方向に電解液を流すようにしたので、カーボンナノチューブを電極板の間で一方向に流すことによって、針状の繊維の方向をその流れ方向に揃えることができ、カーボンナノチューブの存在しな不連続部分をなくすことができるようになる。
【００４３】
さらに、前記板状の陰極部３と陽極部４を一定の隙間を隔てて設けるとともに、前記流水部５を、前記隙間の一端側から前記電解液を一方向に噴出させる噴出部５１を設けるように構成したので、メッキに必要な部分にのみカーボンナノチューブを流すことで、効率よくカーボンナノチューブを使用することができるようになる。
【００４４】
また、このようなカーボンナノチューブ付着装置１において、さらに、前記隙間の他端側から前記電解液を吸い込む吸込部５３を設けるようにしたので、カーボンナノチューブが沈殿してしまうことを防止することができるとともに、その電解液を循環させることで、カーボンナノチューブを効率よく使用することができるようになる。
【００４５】
また、このような噴出部５１を設ける場合、前記隙間に沿って間欠的に設けられた穴部５２から電解液を噴出させるようにしたので、金属の表面にカーボンナノチューブをより均一に付着させることができるようになる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００４７】
例えば、上記実施の形態では、左右方向に電解液を流すようにしたが、上下方向に電解液を流すようにしてもよい。この場合、カーボンナノチューブの自重による落下を考慮して、上下方向に電解液を噴出させるようにするとよい。この場合、その流れ方向の下流側で電解液を吸い込んで循環させるようにするとよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、ボックス状の電解糟２で電解液を噴出や吸い込みを行うようにしたが、円形の電解糟２に電解液を循環させるようにしてもよい。この場合、電解液は、円形の電解糟２の円周に沿って巡回させ、また、これとともに、陰極部３や陽極部４も円形の電解糟２の円周に沿って配置する。また、このとき、電解液をプロペラや噴出部などを用いて巡回させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・カーボンナノチューブ付着装置
２・・・電解糟
３・・・陰極部
３１・・・治具
３２・・・陰極バー
３３・・・金属フック
３４・・・金属板
３５・・・スルット部
４・・・陽極部
４１・・・枠体
４２・・・金属板
５・・・流水部
５１・・・噴出部
５２・・・穴部
５３・・・吸込部
５４・・・穴部
５５・・・スリット部
５５ａ・・・板材
５５ｂ・・・チューブ
６・・・ポンプ
６１・・・筒体
７・・製品
【図１】
2018188721.tif 000003
【図２】
2018188721.tif 000004
【図３】
2018188721.tif 000005
【図４】
2018188721.tif 000006
【図５】
2018188721.tif 000007
【図６】
2018188721.tif 000008
【図７】
2018188721.tif 000009