(57)【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とイオン性液体を含んだ組成物より成り、磁場により前記組成物の電気抵抗値が変化するゲルが電極間に設けられていることを特徴とする磁気スイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気スイッチング素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブは、１９９１年に飯島澄男氏によって発見されたもので（Nature , 354 , pp.56-58(1991)）、直径1〜100nm、長さ1um〜100mmで中空の円筒形の構造を持った炭素だけからなる物質である。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はナノテクノロジーを代表する材料として大きく注目を浴びている。例えば、カーボンナノチューブ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、幅広い分野で数多くの検討事例を列挙することができる。ただし、磁場に対する物性を利用した応用検討はほとんどなされていないのが現状である。
【０００３】
また、ＭＲヘッドに代表される磁気抵抗効果を利用した磁場センサーでは、通常強磁性を有する金属等を用いて超高真空中で薄膜を積層するといった複雑な構造やプロセスを必要としていた。従って、より簡便なプロセスで製造可能な磁気センサーが望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、形状を問わず塗布することが可能な磁気スイッチング素子または磁気センサーを提供するものである。それにより複雑なプロセスを必要せず簡便な方法で作製可能となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、カーボンナノチューブをイオン性液体中に分散させたゲル状組成物において磁場を印加すると電気抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を見出し本発明に至った。即ち、本発明は、少なくともカーボンナノチューブとイオン性液体を含んだ組成物より成り、磁場により前記組成物の電気抵抗値が変化するゲルが電極間に設けられていることを特徴とする磁気スイッチング素子である。
【０００７】
本磁気スイッチング材料を基材に塗布することが可能である。これにより複雑なプロセスを必要とせず、簡便な方法で磁気スイッチング素子あるいは磁気センサーを製造することができる。
また基材の形状を選ばないので磁気スイッチング素子の設計自由度が大きくなる。
【０００８】
カーボンナノチューブとイオン性液体からなるゲル状組成物においては、カーボンナノチューブの周りにイオン性液体が溶媒和し分散している。このような系では、分散したカーボンナノチューブ間のイオン性液体部を電子がトンネルすることによるいわゆるホッピング伝導により電気伝導性を有すると推測される。更に、このようなゲル状組成物に磁場を印加すると、分散したカーボンナノチューブそれぞれの磁化ベクトルは外部磁場印加方向に対して平行に配列し、それに伴い電気抵抗値が低下する。即ち、金属中もしくは非金属中に磁性金属微粒子が分散した系と同様な磁気抵抗効果が得られる。
【０００９】
一般的に磁気抵抗効果が得られる系を作製するには、多層膜化や微粒子の埋め込みなどが必要となるため、真空蒸着装置やスパッタリング装置などの大型装置が必要となる。しかし本発明では、常温・常圧下でカーボンナノチューブをイオン性液体中に分散させるだけで磁気抵抗効果が得られるゲル状組成物が得られるため、大型装置などを必要とせず低コスト化や大量生産などに有利である。特に、このゲル状組成物は粘性が高くペースト状になっているため、形状を問わず所定の位置に適量だけ塗布することが可能である。つまり、ハンドリング性、加工性が非常に優れているため、本発明の応用用途を広げることができる。
【００１０】
また磁気スイッチング材料を電極が形成された基板上に塗布し、かつ磁気スイッチング材料を通って電極間に通電できる構成にすることにより、磁場により電気抵抗がスイッチングする磁気スイッチング素子あるいは磁気センサーが得られる。さらにこれに電磁石など外部磁場を印加する手段を備えてもよい。
【００１１】
【発明の実施形態】
本発明において用いられるカーボンナノチューブは、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】
本発明において用いられるイオン性液体は、特に限定するものはなく従来知られた各種のイオン性液体を使用することができるが、常温または可及的に常温に近い温度において液体を呈し、安定なものが好ましい。また、下記の一般式（Ｉ）〜（ＩＶ）で表されるカチオンと陰イオン（Ｘ−）よりなるイオン性液体が特に好ましい。
【００１３】
【化１】
0004086236.tif 000002
【００１４】
【化２】
0004086236.tif 000003
【００１５】
［ＮＲxＨ4-x］+              ・・式（III）
［ＰＲxＨ4-x］+               ・・式（IV）
上記の式（Ｉ）〜（ＩＶ）において、Ｒは炭素数１０以下の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１０以下のアルキル基を表す。式（Ｉ）においてＲ１は炭素数１〜４のアルキル基または水素原子を表し、炭素数１のメチル基がより好ましい。また式（Ｉ）において、ＲとＲ1は同一ではないことが好ましい。式（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）において、Ｘは１〜４の整数である。
【００１６】
陰イオン（Ｘ−）としては、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ビス（トリフロロメチルスルホニル）イミド酸、過塩素酸、トリス（トリフロロメチルスルホニル）炭素酸、トリフロロメタンスルホン酸、ジシアンアミド、トリフロロ酢酸、有機カルボン酸、またはハロゲンイオンより選ばれた少なくとも１種である。これらは１種類のみ用いても良いし、複数のイオン性液体を用いても良い。カーボンナノチューブのイオン性液体への添加量は特に制限はないが、イオン性液体に対するカーボンナノチューブの量は重量比で１％程度が好ましい。またカーボンナノチューブの純度が悪くなるほどゲル化しにくくなるため触媒等の不純物が少ないものが好ましく、カーボンナノチューブの純度が７０％程度以上のものがより好ましい。
【００１８】
【実施例】
本発明の一実施例を、図を用いて説明する。以下、単層のカーボンナノチューブを用いた場合の配向方法に関して述べるが、多層のカーボンナノチューブやカーボンナノホーンなどを用いることはもちろん可能である。直径約1nm、長さ1umの単層のカーボンナノチューブ（HiPco : Carbon Nanotechnologies社製）とイオン性液体1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（式（Ｖ））（F luka社製）とを重量比でカーボンナノチューブが1wt%となるように混合し、乳鉢に加えて約15分ほど磨り潰すことでカーボンナノチューブ2が分散した黒色ゲル状組成物が得られる。
【００１９】
【化３】
0004086236.tif 000004
【００２０】
その模式図を図１に示す。イオン性液体１に単層カーボンナノチューブ２が分散している。
【００２１】
このようにして得られた黒色ゲルを、図２に示すような測定用の金端子4が表面に形成されたガラス基板3上に一様に塗布する。前記ガラス基板と垂直となる方向に磁束密度が９Ｔとなるように磁場をON・OFFを繰り返しながら印加し、４端子法により前記黒色ゲルの電気抵抗値の変化を測定した。図３に示すように、磁場を印加した際に電気抵抗値が低下していることがわかる。このようにしてカーボンナノチューブが分散したゲルの電気抵抗値を磁場によって制御することができるため、磁気センサーやスイッチング素子などへの応用が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、形状を問わず所定の箇所に塗布するだけで、複雑な構造及び製造プロセスを必要とせず、簡便な方法で磁気スイッチング素子または磁気センサーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のカーボンナノチューブが分散した黒色ゲルを説明する図である。
【図２】本実施例の黒色ゲルの電気抵抗値を測定するサンプルを説明する図である。
【図３】本実施例のカーボンナノチューブが分散したゲルの磁気抵抗効果を表す図である。
【符号の説明】
１  イオン性液体
２  単層カーボンナノチューブ
３  ガラス基板
４  金端子
５ カーボンナノチューブとイオン性液体を含んだゲル状組成物
【図１】
0004086236.tif 000005
【図２】
0004086236.tif 000006
【図３】
0004086236.tif 000007