(57)【要約】【課題】本発明は、優れた耐用性及び導電性を有するカーボンナノチューブ複合リード線を提供する。【解決手段】本発明のカーボンナノチューブ複合リード線は、カーボンナノチューブワイヤ及び金属層を含む。カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブがカーボンナノチューブワイヤの軸方向に沿って捻りをかけて形成されたものであり、直径は、１μｍ〜３０μｍであり、捻り数は、１０ｔ／ｃｍ〜３００ｔ／ｃｍである。金属層は、カーボンナノチューブワイヤの外表面を被覆し、その厚さは１μｍ〜５μｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブワイヤ及び金属層を含むカーボンナノチューブ複合リード線において、
前記カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブワイヤの軸方向に沿って捻りをかけて形成されたものであり、直径は、１μｍ〜３０μｍであり、捻り数は、１０ｔ／ｃｍ〜３００ｔ／ｃｍであり、
前記金属層は、前記カーボンナノチューブワイヤの外表面を被覆し、その厚さは、１μｍ〜５μｍであることを特徴とするカーボンナノチューブ複合リード線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極細リード線に関し、特に、極細カーボンナノチューブ複合リード線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、極細リード線は、広範な領域で利用されているが、従来の極細リード線は、一般的に、金属又は合金が採用されている。しかし、金属又は合金からなる極細リード線の直径が、例えば、１μｍ〜５０μｍ等のマイクロスケールである場合、引っ張り強度は著しく減少し、実際の応用の要求を満たしにくい。
【０００３】
現在、カーボンナノチューブは、優れた機械特性を有するので、極細リード線に広く応用されている。従来のカーボンナノチューブワイヤは、複数の微視的なカーボンナノチューブが互いに接続されて形成された巨視的な極細リード線からなる。しかし、カーボンナノチューブからなる極細リード線は、高い機械強度を有するにもかかわらず、隣接するカーボンナノチューブの接続される箇所に高い抵抗を有するので、導電性の要求を満たすことができない。
【０００４】
そこで現在、カーボンナノチューブワイヤの導電性を高めるために、カーボンナノチューブワイヤの表面に厚さが１ｎｍ〜５０ｎｍである金属層が形成されているが、該金属層は、厚さが薄いので、使用する時、金属層が酸化されやすく耐用性も低い。また一方で、その導電性は、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤの導電性より優れているが、金属線の導電性よりも数桁も小さいため、更に導電性を向上させることが今後の課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、前記課題を解決するために、本発明は、優れた耐用性及び導電性を有するカーボンナノチューブ複合リード線を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
カーボンナノチューブ複合リード線は、カーボンナノチューブワイヤ及び金属層を含む。カーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブがカーボンナノチューブワイヤの軸方向に沿って捻りをかけて形成されたものであり、直径は、１μｍ〜３０μｍであり、捻り数は、１０ｔ／ｃｍ〜３００ｔ／ｃｍである。金属層は、カーボンナノチューブワイヤの外表面を被覆し、その厚さは１μｍ〜５μｍである。
【発明の効果】
【０００７】
従来の技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブ複合リード線は以下の有利な効果を有する。金属層は厚さが厚いので、優れた抗酸化性及び耐用性を有する。また、カーボンナノチューブ複合リード線が使用される場合、金属層が主な導電の役割を果たす。即ち、電流が主にカーボンナノチューブ複合リード線の表層によって伝導する。つまり、電流が主に金属層によって伝導して、表皮効果に似た効果を形成する。これにより、カーボンナノチューブ複合リード線の導電率を著しく高めることができる。また、カーボンナノチューブワイヤの直径及び捻り数を最適化することによって、カーボンナノチューブ複合リード線の機械特性を著しく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合リード線のＳＥＭ写真である。
【図２】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ複合リード線の引っ張り強度の曲線である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブ複合リード線１００を提供する。該カーボンナノチューブ複合リード線１００は、カーボンナノチューブワイヤ１０及び該カーボンナノチューブワイヤ１０の外表面に被覆された金属層１２を含む。
【００１１】
カーボンナノチューブワイヤ１０は、複数のカーボンナノチューブがカーボンナノチューブワイヤ１０の軸方向に沿って捻りをかけて形成されたものである。カーボンナノチューブワイヤ１０は、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出して、該カーボンナノチューブフィルムの両端を相対的に捻って形成される。カーボンナノチューブフィルムを時計回りの方向に沿って捻ると、Ｓ捻りが形成され、カーボンナノチューブフィルムを反時計回りの方向に沿って捻ると、Ｚ捻りが形成される。カーボンナノチューブアレイから直接に引き出された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、基本的にカーボンナノチューブフィルムを引き出した方向に沿って延伸し、且つカーボンナノチューブフィルムを引き出した方向において分子間力で端と端とが接続されている。これにより、カーボンナノチューブフィルムの両端を相対的に回転させる工程において、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、カーボンナノチューブフィルムを引き出した方向に沿って螺旋状に配列され、延伸する方向に分子間力で端と端とが接続されて、カーボンナノチューブワイヤ１０が形成される。また、カーボンナノチューブフィルムの両端を相対的に回転させる工程において、カーボンナノチューブフィルムにおける、引き出した方向とは垂直な方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の距離は小さくなり、接触面積は大きくなる。これにより、カーボンナノチューブワイヤ１０における、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の分子間力を著しく増加させ、緊密に接続させる。カーボンナノチューブワイヤ１０における、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の距離は１０ｎｍより小さい。好ましくは、カーボンナノチューブワイヤ１０における、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブの間の距離は５ｎｍより小さい。更に好ましくは、カーボンナノチューブワイヤ１０における、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の距離は１ｎｍより小さい。カーボンナノチューブワイヤ１０における、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の距離は小さく、分子間力で緊密に接続されているので、カーボンナノチューブワイヤ１０は滑らかで緻密な表面構造を有する。
【００１２】
カーボンナノチューブワイヤ１０の直径は１μｍ〜３０μｍである。カーボンナノチューブワイヤ１０の捻り数は、１０ｔ／ｃｍ〜３００ｔ／ｃｍである。捻り数とは、単位長さあたりのカーボンナノチューブフィルムを捻る回数のことである。カーボンナノチューブワイヤ１０の直径が確定した時、適当な捻り数がカーボンナノチューブワイヤ１０に優れた機械特性をもたらす。これは、捻り数が増えることに応じて、カーボンナノチューブワイヤ１０において、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の距離が減少するからである。これにより、径方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の作用力は大きくなる。しかし、捻り数が大き過ぎる場合、カーボンナノチューブワイヤ１０において、軸方向に沿って隣接するカーボンナノチューブ間の作用力は相反して減少する。カーボンナノチューブワイヤ１０の直径が１０μｍより小さい時、カーボンナノチューブワイヤ１０の捻り数は、２５０ｔ／ｃｍ〜３００ｔ／ｃｍであることが好ましい。カーボンナノチューブワイヤ１０の直径が１０μｍ〜２０μｍである時、カーボンナノチューブワイヤ１０の捻り数は、２００ｔ／ｃｍ〜２５０ｔ／ｃｍであることが好ましい。カーボンナノチューブワイヤ１０の直径が２５μｍ〜３０μｍである時、カーボンナノチューブワイヤ１０の捻り数は、１００ｔ／ｃｍ〜１５０ｔ／ｃｍであることが好ましい。カーボンナノチューブワイヤ１０の機械強度は、同じ直径を有する金線の機械強度の５倍〜１０倍である。本実施例において、カーボンナノチューブワイヤ１０の直径は、２５μｍであり、捻り数は、１００ｔ／ｃｍである。 
【００１３】
カーボンナノチューブワイヤ１０は滑らかで、緻密な表面構造を有するので、金属層１２は、カーボンナノチューブワイヤ１０と強固に結合して離れにくい。金属層１２は、カーボンナノチューブワイヤ１０の外表面に均一に被覆されるが、その際の厚さは、１μｍ〜５μｍである。金属層１２の厚さが１μｍ〜５μｍである時、カーボンナノチューブ複合リード線１００の導電率は、金属層１２における金属の導電率の５０％以上である。金属層１２の厚さが小さ過ぎる（例えば１μｍより小さい）時、カーボンナノチューブ複合リード線１００の導電率を著しく高めることができず、さらに、カーボンナノチューブ複合リード線１００を使用する際、金属層１２が酸化されやすく、カーボンナノチューブ複合リード線１００の導電率及び使用寿命は減少する。また、金属層１２の厚さが所定の数値より大きい（例えば、５μｍより大きい）時、カーボンナノチューブ複合リード線１００の導電率は著しく増えることができず、これに相反してカーボンナノチューブ複合リード線１００の直径が増えることが実験によって証明されている。金属層１２の材料は、金、銀、銅などの導電性に優れた金属又は合金である。本実施例において、金属層１２は、厚さが５μｍである銅である。これにより、カーボンナノチューブ複合リード線１００の導電率は、４．３９Ｘ１０７Ｓ／ｍであり、金属の銅の導電率の７５％である。
【００１４】
図２に示すように、本実施例において、カーボンナノチューブ複合リード線１００の直径は、３５μｍであり、引っ張り強度は９００ＭＰａ以上であり、同じ直径を有する金線の引っ張り強度の９倍である。また、図２から、カーボンナノチューブ複合リード線１００の引っ張り歪みは３％であることが分かる。
【００１５】
金属層１２は、電気鍍金、無電解鍍金、蒸着などの方法によって、カーボンナノチューブワイヤ１０の外表面に形成する。これにより、カーボンナノチューブ複合リード線１００が形成される。
【００１６】
カーボンナノチューブワイヤの直径、捻り数及び金属層の厚さを最適化することによって、カーボンナノチューブ複合リード線に優れた力学特性及び機械特性を付与させる。具体的には、まず、金属層の厚さを最適化することによって、金属層に優れた抗酸化性及び耐用性を付与させる。次に、金属層は厚さが厚いので、カーボンナノチューブ複合リード線が使用される場合、金属層が主に導電の役割を果たす。即ち、電流は主にカーボンナノチューブ複合リード線の表層によって伝導する。つまり、電流が主に金属層によって伝導して、表皮効果に似た効果を形成する。従って、カーボンナノチューブ複合リード線の導電率を著しく高めることができる。最後に、カーボンナノチューブワイヤの直径及び捻り数を最適化することによって、カーボンナノチューブ複合リード線の機械特性を著しく高めることができる。また、カーボンナノチューブ複合リード線が使用される場合、金属層が高温で溶断されても、カーボンナノチューブは優れた耐熱性を有するので、カーボンナノチューブワイヤも容易に断路されない。これにより、カーボンナノチューブ複合リード線に導通状態を保持させることができ、カーボンナノチューブ複合リード線の耐用性を高めることができる。
【符号の説明】
【００１７】
１００  カーボンナノチューブ複合リード線
１０  カーボンナノチューブワイヤ
１２  金属層
【図２】
2015211038.tif 000003
【図１】
2015211038.tif 000004