(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンナノチューブが長さ方向に配向して束を形成しているカーボンナノチューブ集合体であって、
配向された複数のカーボンナノチューブの間隙に、ジメチルスルホキサイド、蟻酸エチル、ニトロベンゼンからなる群から選択される１種の焼成されたオキソ化合物が、保持されていることを特徴とするカーボンナノチューブ集合体。
【請求項２】
請求項１記載のカーボンナノチューブ集合体において、前記オキソ化合物は、前記配向された複数のカーボンナノチューブに対して、カーボンナノチューブ：オキソ化合物＝１：１〜９９：１の範囲の質量比で、該カーボンナノチューブの間隙に保持されていることを特徴とするカーボンナノチューブ集合体。
【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集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の外板等に用いられる材料として、樹脂に炭素繊維等の無機材料を分散させた複合材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、前記複合材料では、自動車の外板等に必要とする剛性を得ることが難しいという問題がある。そこで、前記問題を解決するために、カーボンナノチューブを含む複合材料を用いることが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３７８６９号公報
【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、カーボンナノチューブは樹脂に分散させようとすると凝集してしまうため、カーボンナノチューブを用いて優れた剛性を備える複合材料を得ることが難しいという不都合がある。
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた剛性を備えるカーボンナノチューブ集合体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】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明のカーボンナノチューブ集合体は、複数のカーボンナノチューブが長さ方向に配向して束を形成しているカーボンナノチューブ集合体であって、配向された複数のカーボンナノチューブの間隙に、ジメチルスルホキサイド、蟻酸エチル、ニトロベンゼンからなる群から選択される１種の焼成されたオキソ化合物が、保持されていることを特徴とする。
【０００８】
前記のように複数のカーボンナノチューブが長さ方向に配向して束（バンドル）を形成しているときには、該カーボンナノチューブの間隙はナノメートルからマイクロメートルのオーダーの閉鎖空間となっている。そして、前記閉鎖空間は、常温常圧下では起こりえないような反応が起きる特殊な環境を提供する。この結果、常温常圧下で揮発するような低分子化合物でも、前記閉鎖空間では高温減圧下ですら揮発しない。
【０００９】
そこで、本発明のカーボンナノチューブ集合体は、前記配向された複数のカーボンナノチューブの間隙に、焼成された前記オキソ化合物が保持されている。このようにすると、前記のように特殊な環境となっている前記閉鎖空間において、前記オキソ化合物が、前記カーボンナノチューブの表面又は該カーボンナノチューブの分子間で架橋反応等の反応を起こすことができる。
【００１０】
このとき、前記オキソ化合物が、前記焼成後にもオキソ基を維持していることにより、本発明のカーボンナノチューブ集合体は、優れた剛性を得ることができる。
【００１１】
本発明のカーボンナノチューブ集合体において、前記オキソ基は、次式（１）で示される。
【００１２】
＞Ｘ＝Ｏ  （ただし、Ｘは、Ｃ、Ｓ、又はＮである）  ・・・（１）
この結果、前記オキソ化合物は、前記配向された複数のカーボンナノチューブの間隙において、前記カーボンナノチューブの表面又は該カーボンナノチューブの分子間で架橋反応等の反応を起こすことができる。
【００１４】
本発明のカーボンナノチューブ集合体において、前記オキソ化合物は、前記配向された複数のカーボンナノチューブに対して、カーボンナノチューブ：オキソ化合物＝１：１〜９９：１の範囲の質量比で、該カーボンナノチューブの間隙に保持されることが好ましい。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ集合体において、前記配向された複数のカーボンナノチューブに対する前記オキソ化合物の質量比が１：１未満になると、相対的にカーボンナノチューブの量が減少し、十分な剛性を得ることができないことがある。一方、前記質量比が９９：１を超えると、前記カーボンナノチューブ集合体に対し、立体的にそれ以上のカーボンナノチューブを含有させることが難しくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のカーボンナノチューブ集合体の構成を示す説明的断面図。
【図２】本発明のカーボンナノチューブ集合体の剛性を示すグラフ。
【図３】本発明のカーボンナノチューブ集合体の断面の電子顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１８】
本実施形態のカーボンナノチューブ集合体は、長さ方向に配向して束（バンドル）を形成している複数のカーボンナノチューブの間隙に、ジメチルスルホキサイド、蟻酸エチル、ニトロベンゼンからなる群から選択される１種のオキソ化合物を保持させた後、焼成することにより形成されている。また、前記バンドルは円筒状の繊維状又はシート形状を備えている。
【００１９】
前記バンドルを形成しているカーボンナノチューブ集合体は、図１にその横断面を示すように、複数のカーボンナノチューブ１が互いに外周面で接しており、その間に間隙２が形成されている。間隙２は、カーボンナノチューブ１の長さ方向に延在し、ナノメートルからマイクロメートルのオーダーの閉鎖空間を形成している。そこで、前記オキソ化合物は、間隙２に保持される。
【００２０】
このようなカーボンナノチューブ集合体は、例えば、基板上に垂直に化学気相成長させたカーボンナノチューブからロープ状又はシート状に引き出すことにより製造することができる。前記カーボンナノチューブ集合体の製造方法は、例えば、特開２０１１−１５３３９２号公報、R.H.Baughman et.al.,Science,306,1358(2004)等に記載がある。
【００２１】
また、間隙２に保持される前記オキソ化合物において、オキソ基は次式（１）で示される構造を備えている。
【００２２】
＞Ｘ＝Ｏ  （ただし、Ｘは、Ｃ、Ｓ、又はＮである）  ・・・（１）
間隙２により形成される前記閉鎖空間は、常温常圧下では起こりえないような反応が起きる特殊な環境を提供する。この結果、常温常圧下で揮発するような低分子化合物でも、前記閉鎖空間では、高温減圧下ですら揮発しない。
【００２３】
そこで、前記オキソ化合物は、間隙２に保持された状態で焼成されることにより、カーボンナノチューブ１の表面又はカーボンナノチューブ１の分子間で架橋反応等の反応を起こすことができる。
【００２４】
このとき、前記オキソ化合物は、前記バンドルを形成している複数のカーボンナノチューブ１に対して１：１〜９９：１の範囲する質量比で、間隙２に保持されることが好ましい。
【００２５】
この結果、本実施形態のカーボンナノチューブ集合体は、優れた剛性を得ることができる。
【００２７】
本実施形態のカーボンナノチューブ集合体を製造するときは、まず、前記バンドルを形成している複数のカーボンナノチューブ１を、前記オキソ化合物からなる溶液に浸漬する。そして、間隙２に前記オキソ化合物を保持させる。次に、前記バンドルを形成している複数のカーボンナノチューブ１を、例えば、窒素雰囲気下、５０〜８００℃の範囲の温度で、１分〜２４時間の範囲の時間焼成する。
【００２８】
次に、本発明の実施例及び比較例を示す。
【実施例】
【００２９】
〔実施例〕
本実施例では、まず、R.H.Baughman et.al.,Science,306,1358(2004)に記載の方法に従って、複数のカーボンナノチューブ１が長さ方向に配向しているバンドルを形成した。前記バンドルは、直径６３μｍ、長さ５０ｍｍであった。
【００３０】
次に、前記バンドルを各種オキソ化合物に浸漬し、間隙２にそれぞれのオキソ化合物が保持されている複数のバンドルを得た。前記オキソ化合物としては、ジメチルスルホキサイド（（ＣＨ３）２Ｓ＝Ｏ）、蟻酸エチル（Ｃ２Ｈ５ＯＣＨ＝Ｏ）、ニトロベンゼン（Ｃ６Ｈ５ＮＯ２）を用いた。前記オキソ化合物は、いずれも純度が９９．５質量％以上であり、間隙２に保持されたときに、８００℃以下の範囲の温度で液体である。
【００３１】
本実施例では、前記バンドルに対し前記オキソ化合物を、バンドル：オキソ化合物＝１：４の質量比で保持させた。
【００３２】
次に、間隙２に前記各オキソ化合物を保持させた前記各バンドルを、それぞれ窒素雰囲気下、５００℃の温度で１時間焼成し、本実施例の各カーボンナノチューブ集合体を作製した。
【００３３】
次に、本実施例で得られた各カーボンナノチューブ集合体の剛性を測定した。結果を図２に示す。
【００３４】
また、本実施例で得られたカーボンナノチューブ集合体の断面の電子顕微鏡写真を図３に示す。図３（ａ）は焼成前であり、図３（ｂ）は焼成後である。
【００３５】
〔比較例〕
本比較例では、実施例で用いたオキソ化合物に代えて、ジメチルホルムアミド（（ＣＨ３）２ＮＣＨ＝Ｏ）、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、アセトニトリル（ＣＨ３Ｃ≡Ｎ）を用いた以外は、実施例と全く同一にしてカーボンナノチューブ集合体を作製した。
【００３６】
次に、本比較例で得られた各カーボンナノチューブ集合体の剛性を測定した。結果を図２に示す。
【００３７】
また、前記バンドルのままで無処理のカーボンナノチューブ集合体の剛性を測定した。結果を図２に示す。
【００３８】
図２から、実施例で得られた各カーボンナノチューブ集合体は、無処理のカーボンナノチューブ集合体又は比較例で得られた各カーボンナノチューブ集合体に比較して、優れた剛性を備えていることが明らかである。
【００３９】
また、図３から、実施例で得られたカーボンナノチューブ集合体は、前記焼成後にはカーボンナノチューブの間隙に前記オキソ化合物の像が観察される。従って、実施例で得られた各カーボンナノチューブ集合体における優れた剛性は、前記オキソ化合物とカーボンナノチューブとの相互作用によるものと考えられる。
【００４０】
ここで、オキソ化合物としてジメチルホルムアミドを用いた場合に、剛性が劣る理由としては、ジメチルホルムアミドでは、次式（２）に示す共鳴が存在することが挙げられる。
【００４１】
【化１】
0005827917.tif 000002
【００４２】
即ち、前記焼成後には、ジメチルホルムアミドは、式（２）の右辺の構造を取り、オキソ基構造が失われるために、前記カーボンナノチューブ集合体において優れた剛性を得ることができないものと考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１…カーボンナノチューブ、  ２…間隙。
【図１】
0005827917.tif 000003
【図２】
0005827917.tif 000004
【図３】
0005827917.tif 000005