(57)【要約】カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体及びその製造方法を提供する。網目状カーボンナノチューブ集合体を表面層に備えるＣＮＴエラストマーは、網目状カーボンナノチューブ集合体が該エラストマーに形状維持性を付与するため、型の形状にそってエラストマーを成形加工することができ、微細な寸法を有するカーボンナノチューブエラストマーの成形加工を可能にする。本発明のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の表面層に埋設され、表面から突出していない網目状のカーボンナノチューブ集合体を備える。
2014171440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の表面層に埋設され、表面から突出していない網目状のカーボンナノチューブ集合体を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項２】
前記網目状のカーボンナノチューブ集合体が、前記表面層で局所的に不均一に分散していることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項３】
前記表面層で局所的に不均一に分散している前記網目状のカーボンナノチューブ集合体が、前記表面層を全体的に均一に被覆していることを特徴とする請求項２に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ集合体は、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の５０％以上を被覆していることを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は型の形状に転写されて形成されることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項６】
カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、５００μｍ以下の寸法で規定される形状を有することを特徴とするカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項７】
前記寸法が稜線であることを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項８】
寸法が幅であることを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項９】
寸法が高さであることを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項１０】
寸法が円弧、および／または、曲面の曲率であることを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項１１】
カーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ／エラストマー素材を準備し、
前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料にゴムが軟化する温度で圧力を加えて、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を型に押圧又は注入し、
前記型から前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を取り出すことを特徴とするカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記カーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を製造して、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を準備することを特徴とする請求項１１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記型は、１０μｍ以上１００μｍ以下の所定形状の凹部を備えることを特徴とする請求項１１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法。
【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含有エラストマー構造体及びその製造方法に関する。特に、エラストマーの表面に所定のパターンの微細加工を行うカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴムに代表されるエラストマーに加工を施す方法としては、従来から金型成型・圧縮成型・打ち抜き加工などが知られている。特にゴムの表面に微細加工を行う場合は、金型成型や圧縮成型により所定のパターンを形成させる。しかしながら従来方法によると、ゴム母材が柔軟性を有し、形状維持性を持たないため、そのパターンが微細になるほど、金型から剥離するときに、パターン形状を維持できなかったり、微細構造がちぎれたりして、微細構造を有するゴム構造体の加工は事実上不可能であった。【０００３】
例えば、特許文献１には、弾性変形が可能な材料による被加工物を、その被加工面の面直方向に弾性変形させ、リソグラフィー等により凹凸パターンを形成して、被加工物を弾性変形前の定常状態にしてナノスケールのパターンを形成する方法が記載さいれている。しかし、特許文献１に示されたパターンのアスペクト比は高々１であり、また、リソグラフィーによる製造構成は煩雑であり、実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３７３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の如き従来技術の問題点を解決するものであって、エラストマーを成型したエラストマー構造体に形状維持性を付与し、型の形状にそって、エラストマーを成形加工することができ、微細な寸法を有するエラストマーの成形加工を可能にするものである。本発明は、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、網目状のカーボンナノチューブ集合体（ＣＮＴ集合体）を表面層に備えるカーボンナノチューブエラストマーを成型型加により、網目状カーボンナノチューブ集合体が該エラストマーに形状維持性を付与し、型の形状にそって、エラストマーを成形加工することができ、微細な寸法を有するカーボンナノチューブエラストマーの成形加工を可能にする。【０００７】
本発明の一実施形態によると、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の表面層に埋設され、表面から突出していない網目状のカーボンナノチューブ集合体を備えるカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体が提供される。【０００８】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記網目状のカーボンナノチューブ集合体が、前記表面層で局所的に不均一に分散していてもよい。【０００９】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記表面層で局所的に不均一に分散している前記網目状のカーボンナノチューブ集合体が、前記表面層を全体的に均一に被覆していてもよい。【００１０】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記カーボンナノチューブ集合体は、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の５０％以上を被覆していてもよい。【００１１】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は型の形状に転写されて形成されてもよい。【００１２】
カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、５００μｍ以下の寸法で規定される形状を有してもよい。【００１３】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記寸法が稜線であってもよい。【００１４】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、寸法が幅であってもよい。【００１５】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、寸法が高さであってもよい。【００１６】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、寸法が円弧、および／または、曲面の曲率であってもよい。【００１７】
また、本発明の一実施形態によると、カーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ／ゴム複合材料を準備し、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料にエラストマーが軟化する温度で圧力を加えて、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を型に押圧し、前記型から前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を取り出すカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法が提供される。【００１８】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法において、前記カーボンナノチューブを含有するカーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を製造して、前記カーボンナノチューブ／ゴム複合材料を準備してもよい。【００１９】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法において、前記型は、１０μｍ以上１００μｍ以下の所定形状の凹部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、金型の形状によって規定された、微細な寸法で規定された形状を備えるカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体及びその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の模式図であり、（ａ）は基部１１０上に配設した表面層のＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０を備えるＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の模式図であり、（ｂ）は（ａ）の線ＡＡ’によりＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の一部を切り取り、内部を露出させた図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ１０の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ１０の網目体を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ１０の網目体を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ／エラストマー複合膜の製造過程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るスプレーコート法によるＣＮＴ／エラストマー複合膜の成膜工程を示すフロー図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の成型工程を示すフロー図である。
【図８】（ａ）は、本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施例に係るアスペクト比１５のＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、（ｂ）はＣＮＴ含有エラストマー構造体の頂上の拡大図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の一実施例に係る矩形形状のパターンを形成したシリコン基板の型のＳＥＭ像であり、（ｂ）はその拡大図である。
【図１１】図１０の型を用いて成形加工した本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像である。
【図１２】（ａ）はメタルマスクを用いて成形加工した本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、（ｂ）及び（ｃ）はその拡大図である。
【図１３】（ａ）は本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体を２方向へ伸長させて歪を与えた様子を示し、（ｂ）はその拡大図である。
【図１４】（ａ）は本発明の一実施例に係る４方向に伸長させて歪を与えた様子を示すＳＥＭ像であり、（ｂ）はその拡大図であり、（ｃ）は微細な構造体をさらに拡大した図である。
【図１５】本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の断面を示すＳＥＭ像である。
【図１６】図１５の本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の部分（１）の拡大図である。
【図１７】図１５の本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の部分（２）の拡大図である。
【図１８】図１５の本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の部分（３）の拡大図である。
【図１９】本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像である。
【図２０】（ａ）は本発明の一実施例に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の形状の異なる構造体の拡大図である。
【図２１】比較例の構造体のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体（以下、ＣＮＴ含有エラストマー構造体という）は、網目状のカーボンナノチューブ集合体（ＣＮＴ集合体）を表面層に備えるＣＮＴエラストマーを成型型加により、網目状ＣＮＴ集合体が該エラストマーに形状維持性を付与し、型の形状にそって、エラストマーを成形加工することにより得られるものである。本発明に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体は、マイクロメートルオーダーの構造体を型の形状にそって成形加工し、型からはく離しても形状の維持を可能とする従来にないエラストマー構造体である。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の模式図であり、図１（ａ）は基部１１０上に配設した表面層のＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０を備えるＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線ＡＡ’によりＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の一部を切り取り、内部を露出させた図である。ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００において、ＣＮＴ１０はエラストマー３０に分散している。図１においては、一例として、基部１１０上にＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０を配設したものを示すが、本明細書において「カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体」とは、基部１１０上に配設した所定形状の構造体１３０を指すと共に、広義には、基部１１０上に配設した所定形状の表面層の構造体１３０を備えるＣＮＴ含有エラストマー構造体１００全体を指す。
【００２４】
また、本明細書において「カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体」は、ＣＮＴとエラストマーを含む複合材料を成形加工した構造体であり、その構造や形状は特に限定されず、成型に用いる型の形状によって規定される。したがって、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、型の形状が転写されて形成されることが好ましい。特に、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、マイクロメートルオーダーの微細な寸法で規定された形状を備えることが好ましい。
【００２５】
図１（ｂ）に示したように、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、その表面層に埋設され、表面から突出していない網目状のＣＮＴ集合体を備える。ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、少なくともその表面層の構造体１３０において、ＣＮＴ１０を０．５重量％以上、好ましくは１重量％以上、より好ましくは２重量％以上含有する。このような含有量でＣＮＴ１０を備えるＣＮＴ含有エラストマー構造体１００、および／または表面層の構造体１３０は形状維持性を有し、マイクロメートルオーダー微細な寸法を有する成型体の形状にＣＮＴ含有エラストマーを成形加工することが可能になる。
【００２６】
これは、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００を建造物に例えると、ＣＮＴ１０が鉄筋コンクリートの建物の鉄筋に対応し、エラストマー３０がコンクリートに対応する。すなわち、コンクリート（エラストマー３０）だけでは柔らかくて精密な成形加工が困難であるが、鉄筋（ＣＮＴ１０）を内部に備えることにより、形状維持性が向上し、精密な加工が可能となるのと類似する。
【００２７】
一実施形態において、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、水分含有量が５％以下であり、好ましくは１％以下であり、より好ましくは０．５％以下であり、さらに好ましくは０．２％以下であり、さらに好ましくは０．１％以下であり、さらに好ましくは０．０１％以下である。水分含有量が多いと、ＣＮＴ含有エラストマー構造体の製造での加熱時等に気泡が発生し、精密な成形加工が困難になる。
【００２８】
（水分量の測定）
本発明に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の水分含有量は、カール・フィッシャー反応法により求めることができる。ＣＮＴ集合体を所定の条件（真空下、２００℃に１時間保持）で乾燥後、乾燥窒素ガス気流中のグローブボックス内で、真空を解除してＣＮＴ集合体を約３０ｍｇ取り出し、水分計のガラスボート移す。ガラスボートは、気化装置に移動し、そこで１５０℃×２分間加熱され、その間に気化した水分は窒素ガスで運ばれて隣のカール・フィッシャー反応によりヨウ素と反応する。その時消費されたヨウ素と等しい量のヨウ素を発生させるために要した電気量により、水分量を検知する。
【００２９】
ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、弾性変形することが好ましい。ここで弾性変形とは、ひずみをかけてもＣＮＴ含有エラストマー構造体１００が破壊されずに、ひずみを緩和した時に元の形状に戻ることを意味する。一実施形態において、１０％の伸びで、弾性変形することが好ましく、より好ましくは２０％の伸びで、さらに好ましくは３０％の伸びで弾性変形する。このように弾性変形するＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、ＣＮＴ１０が柔軟性を有するために可能となる。また、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００において、ＣＮＴ１０が網目状ＣＮＴ集合体を形成するためである。詳細は後述する。
【００３０】
本発明において、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００が備える表面層の構造体１３０は、基部１１０の表面上に形成されていてもよく、基部１１０の表面上に突出又は陥没していてもよい。また、表面層の構造体１３０は、基部１１０の表面上に配列していてもよい。したがって、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００において、表面層の構造体１３０の形状や配置は、特に限定されず、様々な態様を取りうる。
【００３１】
（寸法）
また、本実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは７５μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下の寸法で規定される形状を有する。ここで規定される寸法は、表面層の構造体１３０の稜線、幅、高さ、円弧、曲面の曲率、辺の長さの何れかであり、２つ以上の寸法の組み合わせで定義されてもよい。このような形状を有する表面層の構造体は、従来では、金型から剥離するときに、パターン形状を維持できなかったり、微細構造がちぎれたりして、微細構造を有するゴム構造体の加工は事実上不可能であった。上述した微細な寸法を有するＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、本発明によってはじめて実現したものである。
【００３２】
（網目状のＣＮＴ集合体）
ゴムを含む材料を用いて、このように微細な表面層の構造体１３０を形成することが可能な理由は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００において、ＣＮＴ１０が網目状ＣＮＴ集合体を形成するためである。図２は、図１（ｂ）に示したＣＮＴ１０の模式図である。ＣＮＴ１０は、網目体１３、幹部１５、幹部１５と網目体１３を備える接続部１７、接続部１７に延出する幹部１５を備える複数のＣＮＴ集合体１１１及び１１３を形成する。ここで網目体とは、図３、図４の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像に示すような、微細な細孔（隙間）を有するＣＮＴ（もしくはＣＮＴのバンドル）とＣＮＴ（もしくはＣＮＴのバンドル）の不織布のような形態のネットワーク構造のことを示す。網目体１３を有するＣＮＴ集合体は、ＣＮＴ間（もしくはＣＮＴのバンドル間）が適当にほどけており、エラストマー３０が容易に含浸できる隙間がＣＮＴ間（もしくはＣＮＴのバンドル間）に存在するために、分散能に優れていると考えられる。さらには、網目体１３を構成するＣＮＴ（もしくはＣＮＴのバンドル）は実質的に無配向であることが好ましい。
【００３３】
また、単一もしくは孤立したＣＮＴで形成されるＣＮＴ含有エラストマー構造体１００ではなく、網目体１３を備えるＣＮＴ集合体を含むＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、ＣＮＴ集合体による、非常に発達した、広い領域の細部まで張り巡らされたＣＮＴのネットワークを備えるため、ＣＮＴが本来持っている特性を十分に発揮できるという利点がある。本発明の実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、適宜、本発明の効果を損なわない範囲で、バラバラなＣＮＴ、及び、束状のＣＮＴのバンドルを含んでいても良い。
【００３４】
ＣＮＴ集合体は、水銀圧入法を用いて計測した、細孔径０．００２μｍ以上１０．００μｍ以下の範囲の微分細孔容積が最大となる細孔径が０．０２μｍ以上、より好ましくは０．０３μｍ以上、さらに好ましくは０．０４μｍ以上、また、２．０μｍ以下、より好ましくは１．５μｍ以下、さらに好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．７μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。また、微分細孔容積が最大となる細孔径での細孔容積は、０．５ｍＬ／ｇ以上、より好ましくは０．６ｍＬ／ｇ以上、さらに好ましくは０．７ｍＬ／ｇ以上、さらに好ましくは０．８ｍＬ／ｇ以上である事が好ましい。好適な細孔容積の上限は特にはないが、ＣＮＴ集合体の細孔容積は一般的に２０ｍＬ／ｇ以下、より好ましくは１０ｍＬ／ｇ以下、さらに好ましくは５ｍＬ／ｇ以下となる。このような、細孔を有するＣＮＴ集合体は、網目体１３を形成するＣＮＴの間に適当な隙間（細孔）が数多く存在するため、エラストマー３０がＣＮＴの間に含浸し、ＣＮＴの表面と接触することが容易である。そのため、ＣＮＴとエラストマー３０の相互作用が増加し、ＣＮＴがエラストマー３０中に分散しやすくなり、結果として、このような、細孔径を有するＣＮＴ集合体は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００中に安定に分散する。さらには、細孔径０．００２μｍ以上１０．００μｍ以下の範囲において、微分細孔容量が極大となる細孔径は、一つ（微分細孔容量のピークが一つ）であることが好ましい。このような微分細孔容量を有するＣＮＴ集合体は、細孔径が均一なため、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００中に分散しやすくなる。
【００３５】
ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００中のＣＮＴ集合体を適切に特定することが困難であるため、以下に記載の方法でＣＮＴ集合体を含むＣＮＴ含有エラストマー構造体１００よりＣＮＴを取り出しＣＮＴ成形体として、ＣＮＴ成形体を評価し、それをもってＣＮＴ集合体の特性を規定するものである。
【００３６】
本発明においては、このような網目状のＣＮＴ集合体は鉄筋の構造体が建物を支えるように、エラストマー３０に形状維持性を付与し、微細な寸法を有する成型体の形状にＣＮＴ含有エラストマー構造体１００を成形加工することを可能にする。また、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面層にＣＮＴ集合体が埋設されていて、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面から突出していないことが、微細な寸法を有する成型体の形状にＣＮＴ含有エラストマー構造体１００を成形加工するために好ましい。
【００３７】
（表面層）
ここで、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面層について、さらに説明する。本発明において、「ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面層」とは、基部１１０上に配設したＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０の表面からの厚さが１０μｍまで、好ましくは２０μｍまで、より好ましくは３０μｍまで、さらに好ましくは５０μｍまで、最も好ましくは１００μｍまでの領域をいう。この領域に網目状のＣＮＴ集合体を備えることが好ましい。網目状のＣＮＴ集合体が、１０μｍ以下の範囲、好ましくは５μｍ以下の範囲で局所的に不均一に表面、および／または表面層に分散していることが好ましい。このように局所的に不均一に分散している網目状のＣＮＴ集合体が、全体的には均一にＣＮＴ含有エラストマー構造体の表面層、および／または表面を被覆していることが好ましい。
【００３８】
一実施形態において、網目状のＣＮＴ集合体が、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０の５０％以上、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上を被覆する。ここで、網目状のＣＮＴ集合体の被覆率は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０の任意の部位を切断し、倍率１０万倍のＳＥＭ像で表面層の断面を観察し、観察された領域に占めるＣＮＴの割合を算出する。このようにＣＮＴ含有エラストマー構造体１３０において、網目状のＣＮＴ集合体が分散、被覆していると、表面層が形状維持性を有し、微細な寸法を有する成型体の形状にＣＮＴ含有エラストマー構造体を成形加工することが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、表面の算術平均粗さが１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは２μｍ以下である。ここで、表面の算術平均粗さ（Ra）は、原子間力顕微鏡（AFM）の実測値からJISB0601−2001に基づいて、計算により求めることができる。算術平均粗さは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値で表される。
【００４０】
また、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面の算術平均粗さが、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の規定された寸法の最小の寸法以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／３以下、最も好ましくは１／５以下である。このような表面が平滑なＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は高い精度で成形加工することが可能であり、微細な寸法で形状を規定することができる。
【００４１】
（エラストマー）
本発明に利用可能なエラストマー３０としては、優れた変形能を有する公知の材料を用いることができる。例えば、柔軟性、導電性、耐久性の点で、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ，ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エポキシ化ブタジエンゴム（ＥＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＣＥＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリスルフィドゴム（Ｔ）などのエラストマー類、オレフィン系（ＴＰＯ）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）、スチレン系（ＳＢＳ）等の熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上が挙げられる。また、これらの共重合体、変性体、および２種類以上の混合物などであってもよい。特に、エラストマーの混練の際にフリーラジカルを生成しやすい極性の高いエラストマー、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）から選ばれる一種以上が挙げられる。本発明のカーボンナノチューブ複合材料に用いるエラストマーは、上記の群より選ばれる一種以上を架橋してもよい。一実施形態において、フッ素ゴムは、ＣＮＴとの分散性が高く、ＣＮＴと互いの変形に追随して変形するため、好適に用いることができる。
【００４２】
また、本発明は樹脂を用いることもできる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなど、フッ素を含む化合物以外のフッ素系樹脂から選ばれる一種以上が挙げられる。
【００４３】
架橋剤としては、上記のエラストマーの種類に応じて異なるが、例えば、イソシアネート基含有架橋剤（イソシアネート、ブロックイソシアネート等）、硫黄含有架橋剤（硫黄等）、過酸化物架橋剤（パーオキサイド等）、ヒドロシリル基含有架橋剤（ヒドロシリル硬化剤）、メラミン等の尿素樹脂、エポキシ硬化剤、ポリアミン硬化剤や、紫外線や電子線等のエネルギーによってラジカルを発生する光架橋剤等が挙げられる。これらは単独または二種以上で用いてもよい。
【００４４】
（ＣＮＴ）
本発明において、ＣＮＴ１０は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の微細構造の維持に必要な特性を備えていれば、公知のものを用いることができ、単層でも、２層でも、３層でも、多層でもよい。ＣＮＴ１０の長さは、０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。このようなＣＮＴ１０は優れた変形能を有し、エラストマー３０の変形に追随して変形するため、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。
【００４５】
ＣＮＴ１０の平均直径は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲であり、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲である。平均直径が小さすぎると、凝集性が強すぎて分散しない。逆に平均直径が大きすぎると、ＣＮＴが硬くなるため、マトリックスの変形に追随して変形できなくなり、繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できない。なお、ＣＮＴの平均直径は、エラストマー３０に分散させる前のＣＮＴ集合体の透過電子顕微鏡（以下、ＴＥＭという）画像から一本一本のカーボンナノチューブの外径、すなわち直径を計測してヒストグラムを作成し、このヒストグラムから求める。
【００４６】
本発明のＣＮＴ１０の蛍光Ｘ線を用いた分析による炭素純度が９０重量％以上であることが好ましく、より好ましくは９５重量％以上であり、更に好ましくは９８重量％以上である。このような高純度のＣＮＴ１０は優れた変形能を有し、エラストマー３０の変形に追随して変形するため、ひずみなどの繰り返し応力に対して優れた耐久性を発揮できる。なお、炭素純度とは、ＣＮＴ１０の重量の何パーセントが炭素で構成されているかを示し、ＣＮＴ１０の炭素純度は、蛍光Ｘ線による元素分析から求める。
【００４７】
（製造方法）
ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００は、一実施形態において、例えば、以下のように製造することができる。ＣＮＴを含有するＣＮＴ／エラストマー複合材料を準備し、ＣＮＴ／エラストマー複合材料にエラストマーが軟化する温度で圧力を加えて、ＣＮＴ／エラストマー複合材料を型に押圧し、型からＣＮＴ／エラストマー複合材料を取り出す。また、ＣＮＴを含有するＣＮＴ／エラストマー複合材料を製造して、ＣＮＴ／エラストマー複合材料を準備してもよい。
【００４８】
ここで、成形に用いる型は、ＣＮＴ／エラストマー複合材料を加熱可能であれば金型、樹脂型等公知のものであってもよい。また、圧縮成型以外に、型にＣＮＴ／エラストマー複合材料を注入する射出成形であってもよい。ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の製造には、溶融プレス機、押出し機、射出成形機を用い、ＣＮＴ／エラストマー複合材料を型に押圧又は注入する。型は、１０μｍ以上１００μｍ以下の所定形状の凹部を備えて、これにより、基部１１０上に微細な所定形状の構造体１３０を形成することができる。
【００４９】
また、ＣＮＴ／エラストマー複合材料は、ＣＮＴゴムペースト又はＣＮＴゴムペレットを用いることができる。
【００５０】
［ＣＮＴ／エラストマー複合材料作製工程］
ＣＮＴ／エラストマー複合材料中の水分含有量を低減するためには、真空加熱乾燥などの方法により、ＣＮＴに吸着した水分を除去することが好ましい。また、ＣＮＴの分散及びエラストマーの分散に用いる溶媒への水分の吸着並びに吸収を防ぐことが好ましい。ＣＮＴ及び溶媒への水分の吸着や吸収を防ぐためには、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下でプレ分散工程を実施することが好ましい。
【００５１】
［カーボンナノチューブの分散］
図５は、ＣＮＴ／エラストマー複合膜の製造過程を示すフローチャートである。ＣＮＴ集合体に乾燥工程を実施する（Ｓ１０１）。このため、ＣＮＴ集合体の乾燥工程は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体１００の表面の平坦性を得るために好ましい。また、このように水分が吸着した状態では、水の表面張力により、ＣＮＴ同士がくっついているため、ＣＮＴが非常にほどけにくくなり、エラストマー中での良好な分散性が得られない。そこで、分散工程の前にＣＮＴ乾燥工程を実施することで、ＣＮＴに含まれる水分を除去し、分散媒への分散性を高めることが好ましい。乾燥工程には、例えば、加熱乾燥や真空乾燥を用いることができ、加熱真空乾燥は好適である。
【００５２】
分級したＣＮＴ集合体は、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下で有機溶媒と混合する（Ｓ１０３）。このとき、ＣＮＴの分散性を向上させるためにイオン液体を添加してもよい。ここで、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下とは、０．１ｐｐｍ以下の水分を含む不活性ガスで満たした環境であり、不活性ガスとしては窒素やアルゴン等を用いることができる。
【００５３】
次の分散工程の前に、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下でプレ分散工程を実施することが好ましい（Ｓ１０５）。プレ分散工程とは、溶媒中にカーボンナノチューブ集合体を攪拌して分散させる工程である。ジェットミルを用いた分散方法が好ましいが、プレ分散工程を実施することにより、ジェットミルにＣＮＴが詰まるのを防止するとともに、ＣＮＴの分散性を高めることができる。プレ分散工程には、撹拌子を用いることが好ましい。
【００５４】
プレ分散工程を施したＣＮＴ集合体の分散液に分散工程を施す（Ｓ１０７）。ＣＮＴ集合体の分散液への分散工程には、剪断応力によりＣＮＴを分散させる方法が好ましく、ジェットミルを用いるのが好ましい。特に、湿式ジェットミルを好適に用いることができる。湿式ジェットミルは、溶媒中の混合物を高速流として、耐圧容器内に密閉状態で配置されたノズルから圧送するものである。耐圧容器内で対向流同士の衝突、容器壁との衝突、高速流によって生じる乱流、剪断流などによりＣＮＴを分散させる。湿式ジェットミルとして、例えば、株式会社常光のナノジェットパル（ＪＮ１０、ＪＮ１００、ＪＮ１０００）を用いた場合、分散工程における処理圧力は、１０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下の範囲内の値が好ましい。分散工程は、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましいが、装置の規模から、湿度を低く制御した大気中で行なってもよい。
【００５５】
次に、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下でエラストマーを溶媒と混合し（Ｓ１１１）、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下でエラストマーを溶媒に溶解させる（Ｓ１１３）。このように水分量の少ない環境下で準備したエラストマー溶液をＣＮＴ分散液に添加して、十分に攪拌し、エラストマー中にＣＮＴを分散させる（Ｓ１２１）。
【００５６】
十分に混合した溶液を、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下で、所定の濃度に濃縮または溶媒で希釈して調製する（Ｓ１２３）。調製したＣＮＴ／エラストマー複合材料は、すぐに成膜工程に用いることが好ましいが、保管する場合は水分量の少ない不活性ガス雰囲気下とする。ＣＮＴの分散工程は、水分の不活性条件で行うことにより、ＣＮＴ／エラストマー複合材料への水分の混入を抑制して、表面の平坦性の高いＣＮＴ含有エラストマー構造体１００を形成することができる。
【００５７】
［溶媒］
ＣＮＴの分散媒及びエラストマーの溶解に用いる溶媒としては、エラストマーを溶解可能な有機溶媒であればよく、用いるエラストマーにより適宜選択することができる。例えば、トルエン、キシレン、アセトン、四塩化炭素等を用いることができる。特に、溶媒としては、フッ素ゴム及びシリコーンゴムを含む多くのゴムが可溶であり、カーボンナノチューブの良溶媒であるメチルイソブチルケトン（以下、MIBKという）が好ましい。
【００５８】
分散剤をＣＮＴ分散液に添加してもよい。分散剤は、ＣＮＴの分散能や分散安定化能等を向上させるのに役立つ。
【００５９】
［ＣＮＴ／エラストマー複合材料の成膜］
ＣＮＴ／エラストマー複合材料の成膜においては、膜中にＣＮＴが均一に分布していること、並びに、膜厚を制御できることが重要である。ＣＮＴを膜中に均一に分布させるためには、ＣＮＴを溶媒中に均一に分散させることが必要であるが、ＣＮＴに吸着した水分含有量は分散性を低下させるため、水分含有量の抑制はＣＮＴの分散にも重要である。成膜後の膜の水分含有量が５％以下であるとき、ＣＮＴの溶媒中への分散は、平坦な膜の形成に十分であると考えられる。また、膜中にＣＮＴを均一に分布させるためには、成膜中の溶媒乾燥において、ＣＮＴの凝集を防ぐことも必要である。
【００６０】
ＣＮＴがエラストマーに分散した溶液をスプレーコート法で塗布する場合には、スプレー塗布量が多すぎると溶媒が乾く前にＣＮＴの凝集が起こる。凝集防止に効果があるのは、スプレー量の最適化でスプレー液滴を基板に均一に塗布することと、基板を加熱することで溶媒の蒸発を促進することである。例えば、ＣＮＴ濃度が２重量％〜１２重量％の場合、１００℃に加熱したシリコン基板にスプレー量が５０μＬ〜２００μＬで塗布することで、ＣＮＴが均一に分散したＣＮＴ／エラストマー複合膜を作製することができる。
【００６１】
スプレーコート法では任意の基板上にＣＮＴ／エラストマー複合膜を成膜することが可能であり、スプレー圧やスプレー量の調整により基板と溶媒との濡れ性の影響を最小限に抑制が可能である。例えば、シリコン、サファイア、ポリイミド、ジメチルポリシロキサン（PDMS）等の基板上にＣＮＴ／エラストマー複合膜を得ることができる。
【００６２】
スプレーコート法はスプレー回数で膜厚制御できるため、５０μｍ以下の薄膜の膜厚制御に適している。また膜厚制御の精度は、スプレーコートでの塗布量とＣＮＴのエラストマーペーストの溶媒濃度に依存する。スピンコート法で塗布する場合、ＣＮＴとエラストマーの質量の違いによりかかる遠心力に差があるため、ＣＮＴとエラストマーは分離がおこり易く、ＣＮＴを膜中に均一に分散させることが難しい。また、スピンコート法では基板と溶媒との濡れ性の影響を抑制するのが困難である。
【００６３】
キャスト法で塗布する場合、ビーカーやシャーレ等の容器内で溶媒を乾燥させるが、容器を旋回させることでＣＮＴの分布を均一にさせること、及び膜厚分布を均一にすることができる。キャスト法による成膜では膜厚は溶媒量で制御される。
【００６４】
ＣＮＴ／エラストマー複合材料の製造において、エラストマーへのＣＮＴの分散性を向上させるために、イオン液体を用いることもできる。本実施形態において、公知のイオン液体を利用可能であるが、例えば、本発明者らが特開２０１０−０９７７９４号公報において開示した下記の一般式（Ｉ）〜（ＩＶ）で表わされるカチオン（好ましくは、イミダゾリウムイオン、第４級アンモニウムイオン）と、アニオン（Ｘ−）より成るものが挙げられる。
【化１】
2014171440.tif 000003
【００６５】
上記の式（Ｉ）〜（ＩＶ）において、R1は炭素数１〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が３〜１２の直鎖又は分枝を有するアルキル基を示し、式（Ｉ）においてR2は炭素数１〜４の直鎖又は分枝を有するアルキル基または水素原子を示す。式（Ｉ）において、R１とR2は同一ではないことが好ましい。式（ＩＩＩ）および（ＩＶ）において、xはそれぞれ１〜４の整数である。
【００６６】
なお、ＣＮＴ／エラストマー複合膜には、上述の成分以外に、例えば、イオン導電剤（界面活性剤、アンモニウム塩、無機塩）、可塑剤、オイル、架橋剤、架橋促進剤、老化防止剤、難燃剤、着色剤等を適宜用いてもよい。
【００６７】
スプレーコートにより成膜する場合は、例えば、以下の工程により成膜することができる。図６は、スプレーコート法によるＣＮＴ／エラストマー複合膜の成膜工程を示すフロー図である。スプレーコートする基板を溶媒が揮発する温度に加熱する（Ｓ２０１）。加熱した基板面に調製したＣＮＴ／エラストマー複合材料をスプレー塗布する（Ｓ２０３）。加熱乾燥によりＣＮＴ／エラストマー複合材料中の溶媒を除去して、成膜する（Ｓ２０５）。所望の厚さになるまで、スプレー塗布及び加熱乾燥の工程を繰り返す。これらの成膜工程は、水分量の少ない不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましいが、装置の規模から、湿度を低く制御した大気中で行なってもよい。大気中で成膜した場合には、ＣＮＴ／エラストマー複合膜は、さらに加熱乾燥することが好ましい（Ｓ２０７）。成膜工程において、十分に水分を除去し、混入させないことが重要である。なお、成膜に用いる基板は、例えば、シリコン、サファイア、ポリイミド、ジメチルポリシロキサン（PDMS）等のエレクトロニクスデバイスに一般に用いられるものでよい。
【００６８】
［ＣＮＴ含有エラストマー構造体の成型］
ＣＮＴ／エラストマー複合材料を用いて上述した成形方法により微細構造を有するＣＮＴ含有エラストマー構造体を成形することができる。一例として、ＣＮＴ／エラストマー複合膜を圧縮成型するインプリント加工について説明する。図７は、本発明に係るＣＮＴ含有エラストマー構造体の成型工程を示すフロー図である。
【００６９】
加熱機構を備えたプレス機をエラストマーの軟化点以上に加熱する（Ｓ３０１）。ＣＮＴ／エラストマー複合膜を、プレス機を用いて所定形状の凹部を備えた型にプレスする（Ｓ３０３）。これにより、ＣＮＴ／エラストマー複合膜のマトリクスであるエラストマーが軟化し、型の形状に転写されて形成される。この状態で、所定の温度で、所定の時間保持する。その後、プレス機の圧力を徐荷する（Ｓ３０５）。室温まで降温し、エラストマーを固化させる（Ｓ３０７）。型からＣＮＴ含有エラストマー構造体をはく離する（Ｓ３０９）。
【００７０】
このようにして、微細な寸法で規定された形状を備えるＣＮＴ含有エラストマー構造体を製造することができる。
【実施例】
【００７１】
［実施例で製造されるＣＮＴの特性］
ＣＮＴ集合体の特性は、製造条件の詳細に依存するが、実施例１の製造条件では、典型値として、長さが１００μｍ、平均直径が３．０ｎｍである。【００７２】
［カーボンナノチューブ集合体の純度］
ＣＮＴ集合体の炭素純度は、蛍光Ｘ線を用いた元素分析結果より求めた。基板から剥離したＣＮＴ集合体を蛍光Ｘ線によって元素分析したところ、炭素の重量パーセントは９９．９８％、鉄の重量パーセントは０．０１３％であり、その他の元素は計測されなかった。この結果から、炭素純度は９９．９８％と計測された。【００７３】
［ＣＮＴの分散］
ＣＮＴ集合体は、真空ポンプを用いて配向したＣＮＴ集合体を吸引し基材から剥離して、フィルターに付着したＣＮＴ集合体を回収した。その際、配向したＣＮＴ集合体は分級して、塊状のＣＮＴ集合体を得た。【００７４】
分級したＣＮＴ集合体を１００ｍｇ正確に計量し、１００ｍｌフラスコ（３つ口：真空用、温度調節用）に投入して、真空下で２００℃に達してから２４時間保持し、乾燥させた。乾燥が終了後、加熱・真空処理状態のまま、分散媒ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）（シグマアルドリッチジャパン社製）２０ｍｌを注入しＣＮＴ集合体が大気に触れることを防いだ（乾燥工程）。【００７５】
さらに、水分量０．１ｐｐｍ以下、アルゴン雰囲気下で、ＭＩＢＫ（シグマアルドリッチジャパン社製）と、イオン液体を追加して３００ｍｌとする。そのビーカーに撹拌子を入れて、ビーカーをアルミ箔で封印し、ＭＩＢＫが揮発しないようにして、６００ＲＰＭで、２４時間スターラーで常温撹拌した。【００７６】
分散工程には、湿式ジェットミル（常光社製ナノジェットパル（登録商標）ＪＮ１０）を用い、２００μｍの流路を６０ＭＰａの圧力で通過させてＣＮＴ集合体をＭＩＢＫに分散させ、重量濃度０．０３３ｗｔ％のＣＮＴ分散液を得た。分散工程は大気中で行った。【００７７】
［ＣＮＴゴムペースト作製工程]
本実施例においては、エラストマーとしてフッ素ゴム（ダイキン工業社製、Daiel-G912）を用いた。フッ素ゴムは、アルゴン雰囲気下で、ＭＩＢＫ（シグマアルドリッチジャパン社製）と混合し、２日間で溶解させた。ＣＮＴ／フッ素ゴム複合材料全体の質量を１００重量％とした場合、ＣＮＴ含量が２重量％となるように、ＣＮＴ分散液２００ｍｌをフッ素ゴム溶液１００ｍｌに添加し、スターラーを用い、約３００ｒｐｍ条件下で、室温で１６時間攪拌し全量が３００ｍｌ程度になるまで濃縮した。得られたＣＮＴ／フッ素ゴム複合材料には、単相ＣＮＴ２００ｍｇ、ＭＩＢＫ３００ｃｃ、フッ素ゴム９８００ｍｇが含まれる。【００７８】
（ＣＮＴ／フッ素ゴム複合膜の成膜工程）
十分に混合した溶液を１００℃に加熱したシリコン基板に５０〜２００μｌずつスプレー塗布した。加熱乾燥によりＣＮＴ／フッ素複合材料中の溶媒を除去して、成膜した。スプレーコート及び加熱乾燥を４０回繰り返して膜厚が１５μｍのＣＮＴ／フッ素ゴム複合膜を得た。その後さらに１５０℃で５時間乾燥させた。【００７９】
［ＣＮＴ含有エラストマー構造体の成型工程］
型を取り付けたプレス機を１５０℃に加熱した。ＣＮＴ／フッ素ゴム複合膜を、型でプレスし、１５０℃に加熱しながら、１ＭＰａで負荷を与えた。この状態で、１０〜２０分間保持し、その後、圧力を除荷した。そのまま室温まで降温させてから型から剥離し、実施例１のＣＮＴ含有エラストマー構造体を得た。【００８０】
図８（ａ）は、実施例１のＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の拡大図である。図８から明らかなように、本実施例において、ＣＮＴ含有エラストマー構造体は、微細なピラミッド型の構造体１３０が４０μｍの間隔で基部１１０に精度よく形成された。【００８１】
図９（ａ）は、実施例１のアスペクト比１５のＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、図９（ｂ）はＣＮＴ含有エラストマー構造体の頂上の拡大図である。図９から明らかなように、本実施例においては、高アスペクト比の構造体を形成することができる。このような高アスペクト比の微細構造体は、これまでゴムを材料とする成形加工においては実現することができなかった。【００８２】
シリコン基板に大きさの異なる矩形形状のパターンを多数形成して、ＣＮＴ含有エラストマー構造体を形成した。図１０（ａ）は、矩形形状のパターンを形成したシリコン基板の型のＳＥＭ像であり、図１０（ｂ）はその拡大図である。図１１は、図１０の型を用いて成形加工した本実施例のＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像である。本実施例においては、型のパターン表面にある凹凸まで、高精度に転写されたＣＮＴ含有エラストマー構造体が得られていることが明らかとなった。【００８３】
型として、シリコン基板以外に、メタルマスクを用いてＣＮＴ含有エラストマー構造体を形成した。図１２（ａ）はメタルマスクを用いて成形加工したＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、図１２（ｂ）及び（ｃ）はその拡大図である。本実施例においては、型の材質を変更しても３００μｍの幅のＣＮＴ含有エラストマー構造体を４０μｍの間隔で精度よく成形することができた。また、図１２（ｃ）に示したように、本実施例においては、柔軟性のあるゴムをＣＮＴが支えることにより、中央部が凹んだ形状の構造体であっても、型から剥離し、その構造を維持することができた。【００８４】
［伸張試験］
得られたＣＮＴ含有エラストマー構造体について、歪を与えて、構造の状態を評価した。図１３（ａ）はＣＮＴ含有エラストマー構造体を２方向へ伸長させて歪を与えた様子を示し、図１３（ｂ）はその拡大図である。含有するエラストマーの特性により、ＣＮＴ含有エラストマー構造体は柔軟性を有し、成形された微細なＣＮＴ含有エラストマー構造体は、伸張に追従して変形した。【００８５】
図１４（ａ）は４方向に伸長させて歪を与えた様子を示すＳＥＭ像であり、図１４（ｂ）はその拡大図であり、図１４（ｃ）は微細な構造体をさらに拡大した図である。含有するエラストマーの特性により、ＣＮＴ含有エラストマー構造体は柔軟性を有し、成形された微細なＣＮＴ含有エラストマー構造体は、伸張に追従して変形した。また、図１４（ｃ）に示したように、微細なＣＮＴ含有エラストマー構造体に含まれるＣＮＴも、ＣＮＴ含有エラストマー構造体の変形に追従して変形していることがわかる。これは、ＣＮＴ含有エラストマー構造体に含まれるＣＮＴ集合体が網目状の構造を有しているため、ＣＮＴ含有エラストマー構造体の変形に追従可能であることを実証するものである。【００８６】
次に、ＣＮＴ含有エラストマー構造体に含まれるＣＮＴ集合体の構造について評価した。図１５は、ＣＮＴ含有エラストマー構造体の断面を示すＳＥＭ像である。図１６は図１５の部分（１）の拡大図であり、図１７は図１５の部分（２）の拡大図であり、図１８は図１５の部分（３）の拡大図である。図１６〜図１８から明らかなように、本実施例のＣＮＴ含有エラストマー構造体の内部において、ＣＮＴは局所的には不均一に、しかし全体としては均一に分散していることが明らかとなった。この分散の状況は、微細な構造体中状況を示す図１６及び１７と、基部の表面層を示す図１８とにおいて同様であった。【００８７】
（実施例２）
実施例２として、ＣＮＴの含有量を１重量％として、実施例１と同様の製造方法でＣＮＴ含有エラストマー構造体を成形加工した。図１９（ａ）及び（ｂ）は、ＣＮＴの含有量が僅か１重量％であっても、実施例１と同様に、大きさの異なるピラミッド型の構造体が精度よく得られたことを示す。【００８８】
（実施例３）
エラストマーをニトリルゴム（ＮＢＲ）に変更し、実施例１と同様の製造方法でＣＮＴ含有エラストマー構造体を成形加工した。ニトリルゴムの含有量は、３重量％とした。図２０（ａ）はＣＮＴ含有エラストマー構造体のＳＥＭ像であり、図２０（ｂ）及び（ｃ）は図２０（ａ）の形状の異なる構造体の拡大図である。図２０から明らかなように、エラストマーの種類を変更してもＣＮＴ含有エラストマー構造体を精度よく成形加工が可能であることが示された。【００８９】
（比較例）
比較例として、ＣＮＴを添加せずに、エラストマーとしてフッ素ゴムのみを用いて、構造体の成形加工を行った。図２１は、比較例の構造体のＳＥＭ像である。図２１から明らかなように、エラストマーのみでは、微細構造を成形することはできない。【００９０】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるのもではなく、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の水分含有量が５％以下であってもよい。また、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、カーボンナノチューブを０．５重量％以上含有してもよい。【００９１】
また、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、基材の表面上に形成されてもよく、前記基材表面上に突出、および／または陥没して形成されてもよい。また、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、前記基材上に配列されてもよい。【００９２】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、弾性変形してもよく、１０％伸びで弾性変形してもよい。【００９３】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の表面の算術平均粗さが１０μｍ以下であってもよい。【００９４】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の表面の算術平均粗さが前記何れかの寸法で規定された寸法以下であってもよい。【００９５】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体において、カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の規定された形状が型の形状によって規定されてもよい。【００９６】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の製造方法において、溶融プレス機、押出し機、射出成形機を用いて、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料を前記型に押圧又は注入してもよい。また、前記カーボンナノチューブ／エラストマー複合材料は、カーボンナノチューブゴムペースト又はカーボンナノチューブゴムペレットであってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１０：ＣＮＴ、１３：網目体、１５：幹部、１７：接続部、３０：エラストマー、１００：ＣＮＴ含有エラストマー構造体、１１０：基部、１１１：ＣＮＴ集合体、１１３：ＣＮＴ集合体、１３０：ＣＮＴ含有エラストマー構造体
【図５】
2014171440.tif 000004
【図６】
2014171440.tif 000005
【図７】
2014171440.tif 000006
【図１】
2014171440.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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】
2014171440.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2014171440.tif 000018
【図１６】
2014171440.tif 000019
【図１７】
2014171440.tif 000020
【図１８】
2014171440.tif 000021
【図１９】
2014171440.tif 000022
【図２０】
2014171440.tif 000023
【図２１】
2014171440.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月19日(2016.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、基部と、前記基部に５００μｍ以下の寸法で規定される形状を備える構造体と、前記基部と前記構造体の表面から厚さ１００μｍまでの領域に埋設された網目状のカーボンナノチューブ集合体を備え、
前記基部と、前記構造体とは、エラストマー中にカーボンナノチューブを０．５重量％以上含有する網目状のカーボンナノチューブ集合体が分散してなるカーボンナノチューブ含有エラストマー複合材料で作られてなることを特徴とするカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項２】
前記基部の表面の算術平均粗さは、１０μｍ以下を備えることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項３】
前記構造体は、基部に配列して設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ集合体は、水銀圧入法を用いて計測した細孔径０．００２μｍ以上１０．００μｍ以下の範囲の微分細孔容積が最大となる細孔径が０．０２μｍ以上２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ集合体は、前記微分細孔容積が最大となる細孔径での細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以上２０ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする請求項４に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ集合体は、前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体の５０％以上を被覆していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、形状維持性を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月9日(2016.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体であって、
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、基部と、前記基部に５００μｍ以下の寸法で規定される形状を備える構造体と、前記基部と前記構造体の表面から厚さ１００μｍまでの領域に埋設された網目状のカーボンナノチューブ集合体を備え、
前記基部と、前記構造体とは、エラストマー中にカーボンナノチューブを０．５重量％以上含有する網目状のカーボンナノチューブ集合体が分散してなるカーボンナノチューブ含有エラストマー複合材料で作られてなることを特徴とするカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項２】
前記基部の表面の算術平均粗さは、１０μｍ以下を備えることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項３】
前記構造体は、基部に配列して設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブ集合体は、水銀圧入法を用いて計測した細孔径０．００２μｍ以上１０．００μｍ以下の範囲の微分細孔容積が最大となる細孔径が０．０２μｍ以上２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ集合体は、前記微分細孔容積が最大となる細孔径での細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以上２０ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする請求項４に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブ含有エラストマー構造体は、形状維持性を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載のカーボンナノチューブ含有エラストマー構造体。
【国際調査報告】
2014171440.tif 000025
2014171440.tif 000026
2014171440.tif 000027
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