(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材上における少なくとも一部分に被膜され、該基材とは異なる材料からなる結合膜と、複数のカーボンナノチューブにより膜状に形成され、前記結合膜上に全面に亘って被膜されたカーボンナノチューブ膜と、を備えた多層構造体を製造する方法であって、
前記基材上における少なくとも一部分に、該基材とは異なる材料を被膜させて前記結合膜を形成する結合膜形成工程と、
前記カーボンナノチューブ及び前記結合膜に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質と、複数の前記カーボンナノチューブと、を溶液中に分散させてナノチューブ分散液を形成すると共に、前記カーボンナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め結合させておく分散工程と、
前記ナノチューブ分散液を利用して前記結合膜の表面処理を行い、前記選択的結合性物質に修飾された前記カーボンナノチューブを、該選択的結合性物質を介して前記結合膜上に結合させ、前記カーボンナノチューブ膜を形成する結合工程と、を備えており、
前記結合工程の際、前記ナノチューブ分散液中に前記結合膜が形成された前記基材及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、前記結合膜と前記電極との間に高周波電圧を印加して、前記選択的結合性物質に修飾された前記カーボンナノチューブを高周波泳動させ、該カーボンナノチューブの少なくとも一端部を前記結合膜に結合させることを特徴とする多層構造体の製造方法。
【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膜を具備する多層構造体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造機器、液体ロケット用燃料ターボポンプ等、極めて清浄な環境下又は真空中で使用される機械装置においては、液状又はグリス状の潤滑油は使用に適さないので、固体潤滑（ドライ潤滑）技術が求められてきた。
また、近年では、半導体加工技術を応用し、極めて微細な機械的デバイスを作製するマイクロマシン技術の研究開発が行われているが、微細であるがゆえに、例えば液体の粘性や粘着性が相対的に駆動力を大きく上回り易く、潤滑油の使用は事実上不可能とされている。従って、微細領域で使用可能な固体潤滑技術がやはり望まれている。
【０００３】
そこで、上記ニーズに対応するための方法として、例えば、カーボンナノチューブを塗料等の樹脂やメッキ液に混合させ、潤滑が必要とされる面に塗布、メッキすること等で膜形成する方法（固体潤滑コートへの応用）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
ところで、上記カーボンナノチューブは、高い潤滑性と化学的安定性とを具備しているため、固体潤滑に応用するだけでなく、それ以外への応用も考えられている。例えば、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）への応用が考えられている。
この電気二重層キャパシタは、瞬間的に大電流の使用が可能である等、リチウムイオン充電池等の二次電池とは異なる優れた特性を持つ蓄電池として実用化されているが、現在実用化されているものでは、活性炭粉末を樹脂バインダーと共に成形したスポンジ状（多孔質状）活性炭電極を用いているのが一般的である。
そこで、近年では、比表面積を大きくして容量を増加させるために、活性炭粉末に変えてカーボンナノチューブを適用すること等が考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７０５８１号公報
【特許文献２】特開２００８−２１４６６６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】森本剛、「ナノカーボンの新展開（第１３章）カーボンナノチューブ・キャパシタ」、化学同人刊、２００５年、ｐ．１３３−１４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、カーボンナノチューブを固体潤滑に応用する場合には、以下の不都合があった。
即ち、カーボンナノチューブは凝集し易く、分散性に優れない特性を有している。そのため、塗料等の樹脂やメッキ液等にカーボンナノチューブを混合させたとしても、均一に分散され難い。よって、膜表面にカーボンナノチューブが均一に現れ難く、高い潤滑性能を発揮させることが難しかった。
仮にカーボンナノチューブの混合比率を大きくした場合、カーボンナノチューブを結合させる結合力が低下してしまうので、膜剥がれやカーボンナノチューブが塗装膜等から剥がれ落ちる等の不都合が生じ易かった。そのため、上記した潤滑性の問題がどうしても生じてしまい、カーボンナノチューブの優れた特性を十分に発揮させることが難しかった。
なお、マイクロマシン技術のような極めて微細な機械的デバイスにおいては、塗装や湿式メッキ等の手法が適さず、それ例外の方法による固体潤滑が求められている。
【０００８】
一方、電気二重層キャパシタへの応用を行うにあたって、活性炭粉末をカーボンナノチューブに変えたとしても、やはり分散性に優れないため、樹脂バインダーを用いて電極を形成したとしても同様にカーボンナノチューブの優れた特性を十分に発揮させることが難しかった。特に、電極に応用する場合には、樹脂バインダー等は導電性を妨げ易いので、含まれないことが望ましいとされている。
【０００９】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、結合膜の表面に複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ膜が強固に被膜され、カーボンナノチューブの特性を効果的に発揮させ易い多層構造体、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に関する多層構造体は、基材と、該基材上における少なくとも一部分に被膜され、該基材とは異なる材料からなる結合膜と、複数のカーボンナノチューブにより膜状に形成され、前記結合膜上に全面に亘って被膜されたカーボンナノチューブ膜と、を備え、前記カーボンナノチューブは、該カーボンナノチューブ及び前記結合膜に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質を介して互いに結合し合っていると共に、該選択的結合性物質を介して前記結合膜に対して結合していることを特徴とする。
【００１１】
前記多層構造体によれば、複数のカーボンナノチューブのそれぞれが、該カーボンナノチューブ及び結合膜の両者に対してそれぞれ親和性を有し、特異的に結合する（二重特異性を有する）選択的結合性物質を介して、互いに結合し合いながら結合膜に対して結合されている。これにより、複数のカーボンナノチューブは、結合膜に対してしっかりと繋ぎ止められた状態とされている。従って、これらカーボンナノチューブ同士が結合して膜状となったカーボンナノチューブ膜は、結合膜上に強固に被膜されている。そのため、樹脂等のバインダー成分等を特に必要とすることなく、結合膜上に全面に亘って強固に密着し、膜剥がれ等が生じ難いカーボンナノチューブ膜とすることができる。
【００１２】
特に、カーボンナノチューブ膜は、上記したように樹脂等のバインダー成分等を有することなく複数のカーボンナノチューブのみによって構成され、結合膜上の全面に亘って均一に被膜されている。そのため、カーボンナノチューブの特性をほぼ１００％に近い形で発揮させることができる。
従って、例えば、カーボンナノチューブ膜の表面を低摩擦、低抵抗な固体潤滑性に優れた潤滑面として利用することが可能であり、固体潤滑性を必要する機械的デバイス等に応用することができる。或いは、カーボンナノチューブ膜を電気二重層キャパシタの電極等としても応用することが可能である。
【００１３】
加えて、前記多層構造体によれば、選択的結合性物質を利用しているので、基材上にはカーボンナノチューブ膜を被膜させずに、結合膜上だけに被膜させることができる。よって、目的とする領域のみに容易にカーボンナノチューブ膜を被膜させることができ、従来のマスクが必要とされていた塗装やメッキ等とは異なり、製造が容易とされる。
【００１４】
（２）前記多層構造体において、前記カーボンナノチューブは、少なくともその一端部が前記結合膜に結合していることが好ましい。
【００１５】
この場合には、複数のカーボンナノチューブは、少なくともその一端部が結合膜上に結合しているので、カーボンナノチューブ膜自体がより剥がれ難くなる。
【００１６】
（３）本発明に係る多層構造体の製造方法は、基材と、該基材上における少なくとも一部分に被膜され、該基材とは異なる材料からなる結合膜と、複数のカーボンナノチューブにより膜状に形成され、前記結合膜上に全面に亘って被膜されたカーボンナノチューブ膜と、を備えた多層構造体を製造する方法であって、前記基材上における少なくとも一部分に、該基材とは異なる材料を被膜させて前記結合膜を形成する結合膜形成工程と、前記カーボンナノチューブ及び前記結合膜に対してそれぞれ親和性を有する選択的結合性物質と、複数の前記カーボンナノチューブと、を溶液中に分散させてナノチューブ分散液を形成すると共に、前記カーボンナノチューブに対して前記選択的結合性物質を予め結合させておく分散工程と、前記ナノチューブ分散液を利用して前記結合膜の表面処理を行い、前記選択的結合性物質に修飾された前記カーボンナノチューブを、該選択的結合性物質を介して前記結合膜上に結合させ、前記カーボンナノチューブ膜を形成する結合工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る多層構造体の製造方法によれば、まず、基材上における少なくとも一部分に該基材と異なる材料で結合膜を形成する。つまり、カーボンナノチューブ膜を形成したい必要領域のみに結合膜を形成する。
そして、この結合膜形成工程と同時又は前後のタイミングで、複数のカーボンナノチューブと選択的結合性物質とを溶液中に分散させてナノチューブ分散液を形成する分散工程を行う。この工程によって、カーボンナノチューブに対して予め選択的結合性物質をムラなく結合させて修飾させることができる。特に、選択的結合性物質は、その特異性によってカーボンナノチューブに対して速やかに結合するので、カーボンナノチューブ同士のくっつき合いを抑制することができ、界面活性剤等と同様の働きをする。従って、カーボンナノチューブをナノチューブ分散液中に均一に分散させることができる。
【００１８】
次いで、上記各工程の終了後、上記ナノチューブ分散液を利用して結合膜の表面処理を行う結合工程を行う。これにより、選択的結合性物質が修飾された複数のカーボンナノチューブを結合膜上にムラなく均一に接触させることができ、選択的結合性物質を介して次々と結合膜上に結合させることができる。これにより、複数のカーボンナノチューブは、結合膜に対してしっかりと繋ぎ止められた状態とされる。その結果、カーボンナノチューブが複数結合して膜状となったカーボンナノチューブ膜を結合膜上に形成することができる。特に、樹脂等のバインダー成分等を特に必要とすることなく、結合膜上に全面に亘って強固に密着し、膜剥がれ等が生じ難いカーボンナノチューブ膜とすることができる。
【００１９】
特に本発明によれば、基材上にカーボンナノチューブ膜を被膜させることなく、結合膜上だけに被膜させることができるので、目的とする領域のみにカーボンナノチューブ膜を容易且つ確実に被膜させることができ、従来のマスクが必要とされていた塗装やメッキ等とは異なり、容易に製造することができる。また、常温程度の温度環境で製造を行えるので、量産性に優れている。
【００２０】
また、カーボンナノチューブ膜は、樹脂等のバインダー成分等を有することなく複数のカーボンナノチューブによって構成されているので、カーボンナノチューブの特性をほぼ１００％に近い形で発揮させることができる。従って、例えば、カーボンナノチューブ膜の表面を低摩擦、低抵抗な固体潤滑性に優れた潤滑面として利用することが可能であり、固体潤滑性を必要する機械的デバイス等に多層構造体を応用することができる。或いは、カーボンナノチューブ膜を電気二重層キャパシタの電極等しても応用することが可能である。しかも、塗装やメッキ等を行うことなくカーボンナノチューブ膜を形成できるので、マイクロマシン技術のような極めて微細な機械的デバイスへの応用にも適している。
【００２１】
（４）上記本発明に係る多層構造体の製造方法において、前記結合工程の際、前記ナノチューブ分散液中に前記結合膜が形成された前記基材及び電極を互いに向かい合うように浸漬させた後、前記結合膜と前記電極との間に高周波電圧を印加して、前記選択的結合性物質に修飾された前記カーボンナノチューブを高周波泳動させ、該カーボンナノチューブの少なくとも一端部を前記結合膜に結合させる。
【００２２】
この場合には、結合膜と電極との間に高周波電圧を印加することで、予め選択的結合性物質が修飾されたカーボンナノチューブを結合膜及び電極に向けて高周波泳動させることができる、この際、カーボンナノチューブの両端部に電荷が集中し易いので、該両端部が結合膜及び電極に向いた状態に姿勢変化する。従って、上記移動中、結合膜と電極とを結ぶ電界方向に沿ってカーボンナノチューブを配向させることができる。そして、結合膜側に移動した複数のカーボンナノチューブは、次々と上記配向状態のままその一端部が結合膜に結合する。
これにより、カーボンナノチューブの少なくとも一端部側が結合膜に結合したカーボンナノチューブ膜とすることができ、該カーボンナノチューブ膜をより剥がれ難くさせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、結合膜の表面に複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層が強固に被膜され、カーボンナノチューブの特性を効果的に発揮させ易い多層構造体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す図であって、多層構造体の断面図である。
【図２】図１に示す多層構造体のカーボンナノチューブ膜の拡大断面図である。
【図３】図１に示す多層構造体を製造する際の一工程図であって、結合膜が形成された基材をナノチューブ分散液中に浸漬させた状態を示す図である。
【図４】図３に示す状態から、結合膜と電極との間に高周波電圧を印加して、カーボンナノチューブを高周波泳動させている状態を示す図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態を示す図であって、多層構造体を記録再生ヘッドに応用した場合における、該記録再生ヘッドの斜視図である。
【図６】本発明に係る第３実施形態を示す図であって、多層構造体を電気二重層キャパシタに応用した場合における、該電気二重層キャパシタの断面図である。
【図７】第３実施形態の変形例を示す図であって、多層構造体を集積回路一体型のキャパシタに応用した場合における、該キャパシタの断面図である。
【図８】本発明に係る第４実施形態を示す図であって、多層構造体を歯車を軸支する軸部材に応用した場合における、該軸部材の断面図である。
【図９】図８に示す軸部材の斜視図である。
【図１０】図９に示す軸部材の部分拡大断面図である。
【図１１】図９に示す軸部材を製造する際の一工程図である。
【図１２】本発明に係る第５実施形態を示す図であって、多層構造体を出力軸部に設けられた摺動電極に応用した場合における斜視図である。
【図１３】図１２に示すＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１２に示す摺動電極の部分拡大断面図である。
【図１５】第５実施形態の変形例を示す図であって、多層構造体を回転盤に設けられた摺動電極に応用した場合における斜視図である。
【図１６】図１５に示す回転盤の上面図である。
【図１７】図１６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図１８】図１５に示す摺動電極を製造する際の一工程図である。
【図１９】図１８に示す電極に代えて回転盤を用いた場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
（多層構造体の構成）
本実施形態の多層構造体１は、図１に示すように、基材２と、該基材２上に被膜された結合膜３と、該結合膜３上に被膜されたカーボンナノチューブ膜４と、で構成された３層の構造体とされている。
なお、図示の例では、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４の膜厚を誇張して図示している。
【００２６】
上記基材２は、例えばシリコン（ケイ素）ウエハや、表面に酸化膜又は窒化膜が形成されたシリコンウエハや、ガラスウエハ等が挙げられる。但し、ウエハ等の基板に限定されるものではなく、所定の形状に形成されていても構わない。
【００２７】
結合膜３は、例えば蒸着法やスパッタリング法等によって、基材２とは異なる材料で形成された膜体である。図示の例では、基材２上において、基材２の外縁部から若干の距離を開けた略中央部分に亘って被膜されている場合を例にしている。
この結合膜３としては、例えば金（Ａｕ）、クロム(Ｃｒ)、亜鉛（Ｚｎ）等からなる金属膜、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の導電性を有する金属化合物膜等が挙げられる。
【００２８】
カーボンナノチューブ膜４は、図１及び図２に示すように、複数のカーボンナノチューブ１０によって膜状に形成された膜体であり、結合膜３上の全面に亘って被膜されている。この際、各カーボンナノチューブ１０は、選択的結合性物質を介して互いに結合し合っていると共に、該選択的結合性物質を介して結合膜３に対して結合している。
上記選択的結合性物質としては、例えばアミノ酸の集合体である合成ペプチドであり、より具体的には、結合膜３として用いた金属膜又は金属化合物膜に対して親和性を有し、且つカーボンナノチューブ１０に対しても親和性を有し、両者に特異的に結合する特性を有する（二重特異性を有する）ペプチド１１とされている。
【００２９】
これにより、複数のカーボンナノチューブ１０は、結合膜３に対してしっかりと繋ぎ止められた状態とされている。従って、これらカーボンナノチューブ１０同士が結合して膜状となったカーボンナノチューブ膜４は、結合膜３上に強固に被膜されている。
そのため、樹脂バインダー等を特に必要とすることなく、結合膜３上に全面に亘って強固に密着し、膜剥がれ等が生じ難いカーボンナノチューブ膜４とされている。
【００３０】
しかも、本実施形態のカーボンナノチューブ１０は、その一端部が結合膜３上に結合し、且つその他端部が結合膜３から離間した状態とされており、これにより、該結合膜３に対して確実に結合された剥がれ難いカーボンナノチューブ膜４とされている。
【００３１】
なお、通常ペプチド１１はアミノ酸の種類とその配列によって決定されるものであるが、本実施形態のペプチド１１としては、カーボンナノチューブ１０及び結合膜３に対してそれぞれ特異的に結合する（２重特異性を有する）ものを採用すれば良い。このようなペプチド１１としては、以下の方法で見つけ出すことが可能である。
【００３２】
特定の材料表面やカーボンナノチューブ１０等のナノ粒子に特異的結合性を有する結合分子（ペプチド）の探索及び合成においては、ファージディスプレイ法を応用したペプチド分子ライブラリ（又はペプチド提示ファージライブラリ）を用いる。これは、進化分子工学による分子設計法としても知られている。
ランダムなアミノ酸配列を有するペプチド分子を提示した（組み込んだ）バクテリオファージの集合体（ファージライブラリ）に、結合を目的とするターゲット粒子（材料又はナノチューブ等）を添加し、ターゲットに結合したファージのみを比重などで分離・抽出し、これを複製することにより、ターゲットに特異的に結合するペプチドの配列を見いだすことができる。
この方法で、カーボンナノチューブ１０と金属や金属化合物である結合膜３の材質に特異的に結合するペプチド配列をそれぞれ見いだし、それらを化学的又は遺伝子工学的手法等により接続・合成することで２重特異性結合分子を作り出すことができる。その結果、ペプチド１１修飾されたカーボンナノチューブ１０を製造することが可能とされている。
【００３３】
（多層構造体の作用）
上記のように構成された多層構造体１によれば、カーボンナノチューブ膜４が樹脂等のバインダー成分等を有することなく複数のカーボンナノチューブ１０のみによって構成され、結合膜３上の全面に亘って均一に被膜されている。そのため、カーボンナノチューブ１０の特性をほぼ１００％に近い形で発揮させることができる。
【００３４】
従って、例えば、カーボンナノチューブ膜４の表面を低摩擦、低抵抗な固体潤滑性に優れた潤滑面として利用することが可能であり、固体潤滑性を必要とする機械的デバイス等に応用することができる。或いは、カーボンナノチューブ膜４を電気二重層キャパシタの電極等としても応用することが可能である。
【００３５】
（多層構造体の製造方法）
次に、上記した多層構造体１の製造方法について、以下に説明する。
はじめに、蒸着法やスパッタ法等により、基材２上の略中央部分に亘って該基材２とは異なる材料で結合膜３を形成する。
次いで、この結合膜形成工程と同時又は前後のタイミングで、図３に示すように、液槽１５に貯留された溶液（水系溶媒又はアルコール類等の有機溶媒等）中に、複数のカーボンナノチューブ１０とペプチド１１とを投入し、これらを分散させたナノチューブ分散液Ｗを形成する分散工程を行う。これにより、カーボンナノチューブ１０に対して予めペプチド１１をムラなく結合させて修飾させることができる。よって、ナノチューブ分散液Ｗ中にはペプチド１１が結合された（修飾された）カーボンナノチューブ１０が均一に分散された状態とされている。
なお、図中では、ナノチューブ分散液Ｗ中のペプチド１１及びカーボンナノチューブ１０の図示を省略している。
【００３６】
なお、カーボンナノチューブ１０を単に溶液に混入させた場合には、カーボンナノチューブ１０同士がくっ付き合い易く（絡まり易く）なることが一般的に知られており、これにより溶液中に均一に分散されない恐れがある。しかしながら本実施形態の場合には、ペプチド１１がカーボンナノチューブ１０に対して速やかに且つムラなく結合するので、カーボンナノチューブ１０同士のくっ付き合いを抑制することができ、上記界面活性剤等と同様の働きをさせることができる。従って、界面活性剤等を入れる手間や、その管理に係る手間を省略することができる。
【００３７】
次いで、上記結合膜形成工程及び分散工程の終了後、ナノチューブ分散液Ｗを利用して結合膜３の表面処理を行い、ペプチド１１に修飾されたカーボンナノチューブ１０を、該ペプチド１１を介して結合膜３上に結合させ、カーボンナノチューブ膜４を形成する結合工程を行う。
詳細には、図３に示すように、上記ナノチューブ分散液Ｗ中に結合膜３が被膜された基材２及び電極１６を浸漬させ、結合膜３と電極１６とを互いに向かい合うように配置させる。次いで、高周波電源１７により結合膜３と電極１６との間に高周波電圧を印加する。
【００３８】
これにより、図４に示すようにペプチド１１が結合されたカーボンナノチューブ１０を、結合膜３及び電極１６に向けて高周波泳動により移動させることができる。この際、カーボンナノチューブ１０の両端部に電荷が局所的に集中し易いので、該両端部が結合膜３及び電極１６に向いた状態に姿勢変化し易い。従って、上記移動中、結合膜３と電極１６とを結ぶ電界方向（図４に示す矢印Ｖ方向）に沿ってカーボンナノチューブ１０を配向させることができる。
【００３９】
そして、結合膜３側に移動した複数のカーボンナノチューブ１０は、次々と上記配向状態のままその一端部が結合膜３に結合する。
これにより、複数のカーボンナノチューブ１０は、図２に示すように、一端部が結合膜３に対してしっかりと繋ぎ止められた状態とされる。その結果、カーボンナノチューブ１０が複数結合して膜状となったカーボンナノチューブ膜４を結合膜３上に形成することができ、図１に示す多層構造体１を得ることができる。また、常温程度の温度環境で製造を行えるので、量産性に優れている。
特に、樹脂等のバインダー成分等を特に必要とすることなく、結合膜３上に全面に亘って強固に密着し、膜剥がれ等が生じ難いカーボンナノチューブ膜４とすることができる。
【００４０】
特に、本発明によれば、基材２上にカーボンナノチューブ膜４を被膜させることなく、結合膜３上だけに被膜させることができるので、目的とする領域のみにカーボンナノチューブ膜４を容易且つ確実に被膜させることができ、従来のマスクが必要とされていた塗装やメッキ等は異なり、容易に製造することができる。
また、カーボンナノチューブ膜４は、樹脂等のバインダー成分等を有することなく複数のカーボンナノチューブ１０によって構成されているので、カーボンナノチューブ１０の特性をほぼ１００％に近い形で発揮させることができる。
【００４１】
従って、例えばカーボンナノチューブ膜４の表面を低摩擦、低抵抗な固体潤滑性に優れた潤滑面として利用することが可能であり、固体潤滑性を必要とするデバイス等に応用することができる。或いは、カーボンナノチューブ膜４を電気二重層キャパシタの電極としても応用することが可能である。
しかも、塗装やメッキ等を行うことなくカーボンナノチューブ膜４を形成できるので、マイクロマシン技術のような極めて微細な機械的デバイスへの応用にも適している。
【００４２】
なお、カーボンナノチューブ１０は半導体型の属性を有するのものと、金属型の属性を有するものと、があるが、本実施形態では高周波泳動させた後に結合させているので、属性の異なるカーボンナノチューブ１０を自然に選り分け、金属型の属性を有するカーボンナノチューブ１０を積極的に結合膜３上に結合させ易い。そのため、電気二重層キャパシタの電極等への応用に適している。
【００４３】
なお、上記第１実施形態では、ナノチューブ分散液Ｗ中で高周波電圧を印加し、カーボンナノチューブ１０を高周波泳動させることで、結合膜３上に結合させたが、高周波泳動に限定されるものではない。例えば、ナノチューブ分散液Ｗ中に結合膜３が形成された基材２を一定時間浸漬させたり、結合膜３上にナノチューブ分散液Ｗを注出等によって接触させたりする等の各種の表面処理を行うことで、結合させても構わない。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、多層構造体を機械的デバイスである記録再生ヘッドに適用した場合について説明する。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態の記録再生ヘッド２０は、一定方向に回転する図示しないディスク（磁気記録媒体）に対して磁界を印加すること等により情報を記録再生させるヘッドであって、図示しないビームの先端に支持され、ディスク側に対向面２１ａを対向させた状態で該ディスク上を空気浮上するスライダ（基材）２１と、該スライダ２１における対向面２１ａ上に被膜された結合膜３と、該結合膜３上に被膜されたカーボンナノチューブ膜４と、を備えている。
なお、図５は、記録再生ヘッド２０をディスク側から見た状態を図示している。
【００４６】
本実施形態では、スライダ２１、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４で多層構造体２２を構成している。
スライダ２１における対向面２１ａ側には、情報を記録再生する記録再生素子２３が設けられている。そして、結合膜３は、上記記録再生素子２３を露出させるようにスライダ２１の対向面２１ａ上に部分的に形成されている。また、カーボンナノチューブ膜４は、この結合膜３上の全面に亘って形成されている。
【００４７】
このように構成された記録再生ヘッド２０により、ディスクに情報を記録再生する場合には、一定方向に回転するディスク上にビームを介してスライダ２１を移動させると、該スライダ２１はディスクから浮上する力を受けると共に、ビーム等によってディスク側に所定の力で押さえ付けられる。すると、この両者の力のバランスによって、スライダ２１はディスク上から所定距離離間した位置に空気浮上する。そして、空気浮上した状態で記録再生素子２３により情報の記録再生を行う。
【００４８】
ところで、上記空気浮上中に、例えばディスクのうねり等の影響によって、スライダ２１の対向面２１ａ側がディスク上に接触する場合がある。しかしながら、本実施形態の記録再生ヘッド２０によれば、スライダ２１の対向面２１ａ側に固体潤滑性に優れたカーボンナノチューブ膜４が形成されているので、上記接触時、ディスクに対して傷等を付け難いうえ、スライダ２１自身にも接触による負荷がかかり難い。
従って、直ちに空気浮上を行わせて、再度の記録再生を行い易い。よって、安定した記録再生を行うことができる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、多層構造体を電気二重層キャパシタに適用した場合について説明する。
【００５０】
図６に示すように、本実施形態の電気二重層キャパシタ３０は、非水電解質二次電池の１つであって、内部に収納空間Ｓを有するパッケージ３１と、収納空間Ｓ内に収納され、蓄充電可能な電気化学素子３２と、を備えており、図示しない基板等に例えばリフロー等によって表面実装可能とされたチップ状に構成されている。
【００５１】
収納空間Ｓ内における底部側には、図示しない外部接続端子に導通した導電性基板（基材）３３が配設されている。この導電性基板３３は、後述する正極３５側の集電体として機能する。同様に、収納空間Ｓ内における上部側には、図示しない外部接続端子に導通した導電性基板（基材）３４が配設されている。この導電性基板３４は、後述する負極３７側の集電体として機能する。
【００５２】
電気化学素子３２は、導電性基板３３に接した正極３５と、該正極３５上にセパレータ３６を挟んで重ねられ、導電性基板３４に接した負極３７と、を備えている。
正極３５及び負極３７は、それぞれ電気化学反応に関与する図示しない電極活物質（正極活物質、負極活物質）を有している。両電極３５、３７のうち正極３５は、導電性基板３３に被膜された導電性の結合膜３と、該結合膜３上に被膜されたカーボンナノチューブ膜４と、で構成されている。よって、本実施形態では、導電性基板３３、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４で一方の多層構造体３８を構成している。
【００５３】
また、両電極３５、３７のうち負極３７は、導電性基板３４に被膜された導電性の結合膜３と、該結合膜３上に被膜されたカーボンナノチューブ膜４と、で構成されている。よって、本実施形態では、導電性基板３４、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４で他方の多層構造体３９を構成している。
【００５４】
セパレータ３６は、正極３５と負極３７とを隔離して両者の直接的な接触を規制する部材であり、例えばアルミナ等の繊維体を焼結させた焼結体とされている。また、その内部には液体電解質（非水電解質）が含浸されている。これにより、セパレータ３６は固体電解質として機能する。
ところで、上記正極３５及び負極３７を構成する結合膜３としては、固体電解質であるセパレータ３６を介して金属イオンが移動し、該金属イオンを吸蔵放出可能な金属酸化物等であれば良い。
【００５５】
このように構成された電気二重層キャパシタ３０によれば、外部接続端子を介して正極３５と負極３７との間に電圧が印加されると、金属イオンが固体電解質であるセパレータ３６を介して正極３５と負極３７との間を移動すると共に、正極活物質及び負極活物質に吸蔵放出される。これにより、電気化学反応により電荷の授受が行われ、充放電が行われる。
【００５６】
特に、両電極３５、３７がカーボンナノチューブ膜４を有し、該カーボンナノチューブ膜４を介してセパレータ３６に接している。そして、このカーボンナノチューブ膜４は、第１実施形態で説明したように、立設した状態で結合された複数のカーボンナノチューブ１０から構成されているので、セパレータ３６に接する表面積が非常に大きい。
しかも、カーボンナノチューブ１０は、金属型の属性を有している。従って、上記電気化学反応を効率良く行わせることができ、容量の大きい優れたキャパシタとすることができる。加えて、正極３５及び負極３７は、導電性を妨げる樹脂バインダー等を有していないので、導電性に優れている。この点においても、容量ＵＰに貢献する。
【００５７】
なお、上記実施形態では、セパレータ３６に液体電解質に含浸させたが、収納空間Ｓ内に充填し、負極３７、正極３５及びセパレータ３６を浸漬させても構わない。この場合であっても、同様に電気化学反応を行わせることができる。
【００５８】
また、本実施形態において、図７に示すように、導電性基板３３、３４を互いに接合されるシリコン製のベース基板４１及びリッド基板４２とし、これら両基板４１、４２でパッケージ４３を構成し、集積回路一体型のキャパシタ４０とすることも可能である。
この場合のキャパシタは４０、リッド基板４２にＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）と呼ばれるキャパシタ部４４が組み込まれている。
【００５９】
上記リッド基板４２は、Ｐ型のシリコン基板とされており、その表面には高濃度の不純物がイオン注入されたｎ型半導体であるソース部４５及びドレイン部４６が間隔を開けて形成されている。また、これらソース部４５及びドレイン部４６上にはシリコン酸化層４７が形成されており、該シリコン酸化層４７上に金属膜等によってゲート部４８が形成されている。そして、上記したソース部４５、ドレイン部４６及びゲート部４８によって、キャパシタ部４４が構成されている。
【００６０】
このように、集積回路一体型のキャパシタ４０に応用することも可能である。
なお、ゲート部４８に正電圧を印加させることで、Ｐ型のリッド基板４２とシリコン酸化層４７との境界面に電子を引き寄せて、ドレイン部４６とソース部４５との間に反転層（ｎ型）４９を形成することができ、ドレイン部４６とソース部４５との間を高コンダクタンスにすることができる。
【００６１】
＜第４実施形態＞
次に、本発明に係る第４実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、多層構造体を、回転体である歯車を軸支する軸部材に適用した場合について説明する。
【００６２】
図８及び図９に示すように、本実施形態の軸部材（基材）５０は、例えば時計用の歯車５１を回転可能に支持（軸支）する多段の円柱状部材であって、歯車５１の中心孔に挿通されるガイド軸部５１ａと、ガイド軸部５１ａよりも大径に形成され、歯車５１を高さ方向に位置決めする位置決め軸部５１ｂと、位置決め軸部５１ｂよりも大径に形成された大径部５１ｃと、ガイド軸部５１ａと略同じ外径に形成され、地板５２に打ち込まれる固定軸部５１ｄと、で構成される。
【００６３】
ガイド軸部５１ａの周面と、位置決め軸部５１ｂの端面と、には、図８〜図１０に示すように、結合膜３が被膜されていると共に結合膜３上にカーボンナノチューブ膜４が被膜されている。よって、本実施形態では、軸部材５０、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４で多層構造体５５を構成している。
【００６４】
このように構成された軸部材５０によれば、軸部材５０のうち、歯車５１が接触する面である、ガイド軸部５１ａの周面と位置決め軸部５１ｂの端面とにカーボンナノチューブ膜４が形成されているので、歯車５１に対する摩擦抵抗を低減でき、優れた潤滑性能を発揮させることができる。これにより、歯車５１を抵抗少なく効率良く回転させることができる。
【００６５】
なお、上記軸部材５０を製造する場合には、図１１に示すように、治具（蒸着用マスク）５６を位置決め軸部５１ｂの周囲にセットして、ガイド軸部５１ａ側を露出させた後、ガイド軸部５１ａ側から蒸着法やスパッタ法等により、ガイド軸部５１ａの周面及び位置決め軸部５１ｂの端面に結合膜３を被膜させれば良い。そして、その後、ナノチューブ分散液Ｗを利用して結合膜３を表面処理することで、カーボンナノチューブ膜４を被膜させることができる。
特に、結合膜３上にだけカーボンナノチューブ膜４を被膜させることができるので、容易に製造することができる。
【００６６】
＜第５実施形態＞
次に、本発明に係る第５実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、多層構造体を摺動電極に適用した場合について説明する。
【００６７】
図１２に示すように、電動機や発電機等のモータ６０の出力軸部（基材）６１に、軸方向に間隔を開けて一対の摺動電極６２が形成されている。
この摺動電極６２は、図１３及び図１４に示すように、出力軸部６１の外周面に被膜された環状の絶縁体６３と、該絶縁体６３上に被膜された環状の結合膜３と、該結合膜３上に被膜されたカーボンナノチューブ膜４と、で構成されている。これら一対の摺動電極６２を構成する上記結合膜３には、図示しないコイルに繋がり、出力軸部６１に沿って配設されたコイル配線６４がそれぞれ電気的接続されている。
本実施形態では、出力軸部６１、絶縁体６３、結合膜３及びカーボンナノチューブ膜４で多層構造体６５を構成している。
【００６８】
また、図示の例では、結合膜３を単層としているが、異なる金属材料を積層することで形成しても構わない。例えば、下地層として銅、仕上げ層としてニッケルを用いたり、下地層として銅、仕上げ層としてニッケル及びクロムを用いたり、下地層として銅、仕上げ層としてニッケル及び金を用いたりしても構わない。
そして、上記一対の摺動電極６２を構成するカーボンナノチューブ膜４に対して、集電装置６６の集電端子６７がそれぞれ接触している。
【００６９】
このように構成されているので、出力軸部６１の回転に影響されることなく、摺動電極６２を介してコイル配線６４と集電端子６７とを確実に導通させることができる。
特に、摺動電極６２には、摩耗を防ぐ潤滑性（低摩擦）及び優れた導電性（低電気抵抗）が必要とされるが、カーボンナノチューブ膜４がこれらをともに具備している。従って、従来にはない優れた摺動電極６２とすることができる。
【００７０】
なお、本実施形態において、集電端子６７がカーボンナノチューブ膜４を具備するように構成しても構わない。こうすることで、潤滑性能や導電性をさらに向上させることができる。なお、ペプチド１１同士は結合しないため、摺動電極６２側及び集電端子６７側のいずれもがカーボンナノチューブ膜４を具備したとしても、カーボンナノチューブ膜４同士が互いに吸着し合う現象は生じ難い。
【００７１】
また、上記実施形態では、モータ６０の出力軸部６１に摺動電極６２を設けた構成としたが、ロボットの旋回部、関節部等に電力信号や制御信号を出力するために摺動電極を設けても構わない。
例えば、図１５及び図１６に示すように、ロボット関節等の回転軸部７０に設けられた回転盤（基材）７１上に環状の摺動電極７２が設けられている。
これら摺動電極７２は、回転盤７１の径方向に間隔を空けて４つ形成されており、図１７に示すように、結合膜３上に被膜された環状の結合膜３と、該結合膜３上に被膜された環状のカーボンナノチューブ膜４と、で構成されている。
なお、図示の例では、結合膜３は、銅からなる下地層３ａ、金からなる仕上げ層３ｂの２層とされている。
【００７２】
また、各摺動電極７２の結合膜３には、図１５に示すように、ロボット側の配線部７４がそれぞれ電気的接続されている。そして、各摺動電極７２を構成するカーボンナノチューブ膜４に対して、集電装置６６の集電端子６７がそれぞれ接触している。
【００７３】
このように構成されているので、回転盤７１の回転に影響されることなく、摺動電極７２を介してロボット側の配線部７４と集電端子６７とを確実に導通させることができる。従って、ロボット側に電力信号や制御信号を出力することができる。
【００７４】
なお、この場合の摺動電極７２を製造する場合には、回転盤７１上に環状の結合膜３を径方向に間隔を空けて４つ形成した後、図１８に示すように、洗浄が終了した回転盤７１をナノチューブ分散液Ｗ中に浸漬させる。この際、結合膜３と電極１６とが互いに向かい合わせとなるように浸漬させる。そして、各結合膜３と電極１６との間に高周波電圧を印加することで、結合膜３上にだけカーボンナノチューブ膜４を容易且つ確実に被膜させることができる。その後、回転盤７１をナノチューブ分散液Ｗから取り出し、乾燥等することで、製造が終了する。
このように、マスキング等をすることなく、結合膜３上にだけカーボンナノチューブ膜４を形成できるので、塗装やメッキ等とは異なり容易に製造できる。
【００７５】
なお、図１９に示すように、電極１６に代えて回転盤７１を採用し、これら回転盤７１をナノチューブ分散液Ｗ中で向かい合うように配置して、両回転盤７１の結合膜３の間に高周波電圧を印加しても構わない。こうすることで、２つの回転盤７１に対して、同時にカーボンナノチューブ膜４を被膜できるので、製造効率をさらに高めることができる。  
【００７６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７７】
例えば、上記各実施形態では、選択的結合性物質としてペプチド１１を用いたが、ペプチド１１以外のものを採用しても構わない。また、本発明に係る多層構造体は上記した第２実施形態〜第５実施形態に示したものに応用する場合に限定されるものではなく、その以外の機械的デバイス等に応用しても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
Ｗ…ナノチューブ分散液
１、２２、３８、３９、５５…多層構造体
２…基材
３…結合膜
４…カーボンナノチューブ膜
１０…カーボンナノチューブ
１１…ペプチド（選択的結合性物質）
１６…電極
２１…スライダ（基材）
３３、３４…導電性基板（基材）
４１…ベース基板（基材）
４２…リッド基板（基材）
５０…軸部材（基材）
７１…回転盤（基材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005826047.tif 000017
【図１７】
0005826047.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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