(57)【要約】【目的】本発明によれば、導電性を有したパターンを形成する、もしくは帯電防止、耐熱性、放熱性、機械的強度等の物理的な特性の向上ために用いられる光熱変換材料を提供することができる。【構成】カーボンナノチューブ単体、もしくはカーボンナノチューブを混合もしくは分散させた材料であり、またカーボンナノチューブを含んだ光熱変換材料にレーザ光を照射し、カーボンナノチューブ以外の材料を除去することによりカーボンナノチューブを濃縮することを特徴とする光熱変換材料の加工方法である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともカーボンナノチューブを含んだ材料からなり、レーザ光を吸収することにより発熱することを特徴とする光熱変換材料。
【請求項２】
カーボンナノチューブを含んだ材料が、熱硬化性樹脂を含む請求項１に記載の光熱変換材料。
【請求項３】
カーボンナノチューブを含んだ材料が、熱可塑性樹脂を含む請求項１に記載の導電性光熱変換材料。
【請求項４】
カーボンナノチューブを含んだ光熱変換材料にレーザ光を照射し、カーボンナノチューブ以外の材料を除去することによりカーボンナノチューブを濃縮することことを特徴とする光熱変換材料の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性を有したパターンを形成したり、もしくは帯電防止、耐熱性、放熱性、機械的強度等の物理的な特性を向上ために用いられる光熱変換材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ナノテクノロジー技術が将来の社会に大きな影響を及ぼすであろうと期待されている。ナノ材料の中でも、その特異的な構造に由来した様々な物性を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が大きく注目を浴びている。例えば、ＣＮＴの導電性を利用したもの（特開２００２−０７５１０２号、特開２００３−０３４７５１号等）、電界電子放出性を利用したもの（特開２００１−０３５３６２号、特開２００３−０６３８１４号等）、帯電防止材料（特開２００２−０６７２０９号等）、放熱性を利用したもの（特開平１０−１６８５０２号等）、機械強度や耐腐食性を向上させたもの（特開２００２−０９７３７５号等）等、数多くの検討事例を列挙することができる。ただし、ＣＮＴに強いレーザ光を照射することにより大きな発熱が得られることを利用した事例はなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザ光を吸収して効率的に熱変換する材料を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明者らは、ナノチューブがレーザ光を吸収して発熱する現象を見出し、本発明に至った。すなわち本発明は、少なくともカーボンナノチューブを含んだ材料からなり、レーザ光を吸収することにより発熱することを特徴とする光熱変換材料である。
本発明によればレーザ光を照射した箇所だけ選択的に発熱するので、局所的な熱加工を行うことができる。
【０００５】
本発明において、カーボンナノチューブを含んだ材料が、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
これによりレーザ光を照射した部分でカーボンナノチューブが熱硬化樹脂あるいは熱可塑性樹脂と一体化して、カーボンナノチューブの導電性を利用し、これらの樹脂に部分的に導電性を付与することができる。
さらに光熱変換材料を固着、もしくは接着することによって導電性、耐熱性、機械強度等のＣＮＴ特有の物性をも付与することができる。あるいはこれらの樹脂に局所的な熱変形を与えることもできる。
【０００６】
また本発明は、カーボンナノチューブを含んだ光熱変換材料にレーザ光を照射し、カーボンナノチューブ以外の組成を除去することによりカーボンナノチューブを濃縮することを特徴とする光熱変換材料の加工方法である。
カーボンナノチューブ以外の組成を除去する手段は、組成を構成する材料により気化、溶融蒸発、もしくは分解が考えられる。
これにより選択的にカーボンナノチューブからなる箇所を作ることができ、例えば配線パターンなどが形成できる。
【０００７】
さらに本発明の光熱変換材料はつぎのような用途に利用できる。
例えば、印刷原版の作製において、従来の版下からポジ若しくはネガフィルムを作成して平版印刷原版に焼き付ける方法に対して、直接版材にレーザー等で印字し製版する、所謂コンピューター・トゥ・プレート（ＣＴＰ）タイプの平版材が登場するに至っている。（特開平１１−１１５１４４号、特開２００２−２６４５５７号、特開平２００２−３５１０７号、特開２００３−０１１５３４号等）その中では、感熱性タイプのものが通常の室内（明室）で取り扱う装置が小型で安価であることから精力的に検討されているが、光を熱に変換するいわゆる高効率な光熱変換材料として本発明の光熱変換材料を用いることができる。
【０００８】
また、従来鉛を含む半田を使って行われてきた半導体素子の金属フレームへの接着や外部電極との接続に、人体に有害な鉛を含まない金属フィラーを高充填してペーストにする方法などが検討されている。（特開平０５−３２５６３５号、特開平０９−２４５５２３号    、特開２００１−０１４９４４号、特開２００３−０１６８３８号等）この導電性ペーストは、回路基板用の導体として用いられているだけでなく、最近ではプリント回路基板の電磁波シールド材料として導電性ペーストを使用する試みも行われ始めている。しかし、長い間使用していると接点に使用されている金属表面に酸化膜が形成されるため、接触抵抗値が大きく不安定になり、接点の信頼性が極端に低下する可能性があった。従って、酸化膜や腐食膜を形成しない安定な導電材料が望まれていた。ＣＮＴと熱可塑性樹脂とからなる光熱変換材料をペースト状にして金属同士の接着箇所に塗布し、レーザ光を照射することにより、接着と導電性を付与することができ、鉛を含まないハンダの代替となる。
【０００９】
更に近年、炭酸ガス排出問題に対応するために石油資源に依らない燃料電池に関する開発が盛んに行われている。燃料電池の各セルは、反応を司る電解質、電解質を挟む１対の電極、電極に接触して電極からの集電を行うと共にガス流路、冷却水路を供給するセパレーターから形成されている。このうち、セパレーターは電極からの集電機能を有するために高度な導電性が必要である。また、両面に燃料ガス流路および冷却水流路を形成するため、ガスバリア性、強度、耐腐食性などが要求されている。本発明による光熱変換材料でセパレータを形成する、もしくは光熱変換材料を薄膜化しセパレータ表面に接着することによりガスバリア性、強度、耐腐食性を向上させることができる。
【００１０】
また光記録媒体としてポリカーボネート基板にＣＮＴの膜を塗布したものを光熱変換材料とし、これに記録レーザ光を照射する。レーザ光が照射された箇所のＣＮＴが発熱し基板のポリカーボネート基板の表面にピット状の熱変形をもたらし、これが記録ピットとなる。また更に、ＣＮＴは熱的に非常に安定であるため、質量分析で行われるソフトイオン化（特開平０９−０８２２７１号等）にも応用できる可能性がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられるＣＮＴとは、炭素六角網面が円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造をした材料のことである。単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。また部分的にカーボンナノチューブの構造を有している炭素材料も使用できる。チューブ径、長さ、構造等を特に限定するものではないが、単層のようなチューブ径が細く、且つ長いようなアスペクト比が大きいものがより望ましい。
【００１２】
ＣＮＴは機能発現を所望する箇所に対して散布しても良いし、他の材料等に混合もしくは分散させても良い。他の材料等と混合もしくは分散する場合には、その重量に特に制限はない。ただし、レーザ光が透過しない不透明な材料中にＣＮＴを混合もしくは分散した分散した場合には、ＣＮＴが材料表面、もしくは表層にあることが好ましい。
【００１３】
また、本発明において用いられる熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アリル樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン等が挙げられる。これらは１種類のみ用いても良いし、複数の樹脂を用いても良い。また、他の無機材料、金属等と組合せても良い。
【００１４】
更に本発明において用いられる熱可塑性樹脂として、オレフィン系、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ビニル樹脂及びその重合体、ポリイミド、ポリイミド・アミド、ポリエーテルイミド、飽和ポリエステル樹脂、液晶ポリエステル、非液晶ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネイト、イオノマー樹脂、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリウレタン、テトラフルオロエチレン樹脂、トリフルオロエチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、エチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、硝酸セルロース、等が挙げられる。これらは１種類のみ用いても良いし、複数の樹脂を用いても良い。また、他の無機材料、金属等と組合せても良い。
【００１５】
照射するレーザ波長は特に限定するものではない。より大きな発熱を得るためには、高出力もしくは集光した光を照射すればよい。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１）
熱硬化性エポキシ樹脂（ストラクトボンドＥ−４１３：三井化学株式会社製）と単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を混合し、ポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板上に塗布した。前記混合物に９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ、硬化しポリカーボネイト基板上に固着した。また、その固着部分は導電性があった。また、この固着前後では電気抵抗に著しい差が見られており、単層ＣＮＴが濃縮されていると考えられる。
【００１８】
（実施例２）
単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）をポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板上に塗布した熱硬化性エポキシ樹脂（ストラクトボンドＥ−４１３：三井化学株式会社製）の表面に散布した。前記単層ＣＮＴに９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ、実施例１と同様に、基板上に固着し導電性があった。
【００１９】
（実施例３）
熱硬化性エポキシ樹脂（ストラクトボンドＥ−４１３、三井化学株式会社製）と単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を混合し、ガラス基板上に塗布した。前記混合物に、９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ、実施例１と同様に、ポリカーボネイト基板上に固着し導電性があった。
【００２０】
（実施例４）
熱硬化性エポキシ樹脂（ストラクトボンドＥ−４１３、三井化学株式会社製）と単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を混合し、２枚のポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板の間に塗布した。前記混合物に９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ硬化し、２枚のポリカーボネイト基板を接着することができた。
【００２１】
（実施例５）
単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）をポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板上の表面に散布した。前記単層ＣＮＴに９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ、ポリカーボネイト基板上を熱変形させることができた。且つ、前記単層ＣＮＴはポリカーボネイト基板に固着し導電性があった。
【００２２】
（実施例５）
単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）をポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板上の表面に散布した。前記単層ＣＮＴに９７８ｎｍのレーザを３００ｍＷで照射したところ、前記単層ＣＮＴはポリカーボネイト基板に固着し導電性があった。
【００２３】
（実施例６）
単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）をポリカーボネイト（パンライト：帝人化成株式会社製）基板上の表面に散布した。前記単層ＣＮＴに４０５ｎｍのレーザを７．５ｍＷで照射したところ、ポリカーボネイト基板表面の微小部分を熱変形させることができた。
【００２４】
（実施例７）
単層のＣＮＴ（ＨｉＰｃｏ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸無水物（アルドリッチ社製）を混合し、
前記単層ＣＮＴに４０５ｎｍのレーザを７．５ｍＷで照射した。前記１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（アルドリッチ社製）は４０５ｎｍには吸収は全くないが、気化させることができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、高効率の光熱変換材料であり、且つ前記熱変換材料に含まれるカーボンナノチューブの導電性、放熱性、機械的強度等の特異な物性を利用することができる。