БУМАГА ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ВЫВОДАМИ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться для распределения, преобразования и использования электрической энергии, например, в качестве токосъемников в источниках тока, или в качестве экранирующих слоев для электромагнитного излучения в электронике или электрических кабелях связи, или в качестве электронагревателей и т.д.
В литературных источниках упоминается материал из углеродных нанотрубок, представляющий собой тонкий лист, состоящий из пучков углеродных нанотрубок [Richard Е. Smalley et al. / Science / Vol 280 / 1998 / p. 1253; M. Endo et al. / Nature / Vol 433 / 2005 / p. 476]. Такой материал в зарубежной научно-технической литературе называют «buckypaper» или «bucky paper», а в российской - «бумага из углеродных нанотрубок».
Бумага из углеродных нанотрубок обладает гибкостью, электро- и теплопроводностью и низкой удельной массой. Благодаря этим свойствам, бумага может использоваться, например, в качестве внешнего проводника в электрических кабелях связи, где традиционно использовались металлическая фольга, или металлическая сетчатая оплетка [Патент US 7459627, МПК Н01В 7/00 и Патент US 8847074, МПК Н01В 7/36, Н01В 1/04, Н01В 13/016].
Бумага из углеродных нанотрубок, описанная в упомянутом выше источнике [М. Endo et al. / Nature / Vol 433 / 2005 / p. 476] является наиболее близким аналогом предлагаемой бумаги и принята за прототип полезной модели.
Недостатком прототипа является сложность включения бумаги из углеродных нанотрубок в электрические схемы, обусловленная, в частности, невозможностью использования пайки для соединения бумаги с другими элементами, входящими в электрические схемы.
Полезная модель решает задачу создания бумаги из углеродных нанотрубок, которая могла бы подсоединяться к другим электрическими элементам путем пайки и благодаря этому могла бы включаться в различные электрические схемы.
Поставленная задача решается тем, что предлагается бумага из углеродных нанотрубок, которая снабжена по меньшей мере одним электрическим выводом, который выполнен из пары металлических пластин, установленных напротив друг друга на противоположных поверхностях бумаги, и скрепленных между собой точечной сваркой.
Металлические пластины электрического вывода могут иметь приблизительно одинаковые размеры - длину и ширину, чтобы обеспечить его компактность, при этом поверхность одной из пластин служит для подсоединения бумаги к элементам электрической схемы.
Также одна металлическая пластина электрического вывода может иметь длину, большую, чем длина другой металлической пластины, при этом пластины скрепляются друг с другом с одного конца большей пластины, а второй ее конец оставлен свободным - он служит для подсоединения бумаги к элементам электрической схемы.
Точечная сварка, которая использована для соединения металлических пластин электрического вывода, может быть ультразвуковой или контактной.
Металлические пластины могут быть выполнены из меди, или алюминия, или никеля, или стали.
Бумага из углеродных нанотрубок может содержать одностенные или многостенные углеродные нанотрубки, или их смесь в количестве 0,001-100 масс. %.
Также бумага из углеродных нанотрубок для повышения ее прочности может содержать связующую добавку в количестве 0-99,9 масс. % из ряда: термопласты, или реактопласты, или эластомеры.
Также она может содержать наполнитель из ряда: технический углерод, или кремнезем, или другие дисперсные системы в количестве 0-55 масс. %
Толщина бумаги из углеродных нанотрубок, к которой прикреплен вышеописанный электрический вывод, составляет не менее 0.1 мкм.
На фиг. 1-3 схематически изображена предлагаемая бумага из углеродных нанотрубок с электрическими выводами, где:
1 - бумага из углеродных нанотрубок;
2 - первая металлическая пластина;
3 - вторая металлическая пластина;
4 - точечная сварка, скрепляющая металлические пластины электрического вывода между собой;
5 - свободный конец металлической пластины;
6 - электрический вывод, включающий металлические пластины приблизительно одинаковой длины;
7 - электрический вывод, включающий металлические пластины разной длины, установленный в центральной части бумаги из углеродных нанотрубок;
8 - электрический вывод, включающий металлические пластины разной длины, установленный на краю бумаги из углеродных нанотрубок.
Бумагу с электрическими выводами изготавливают следующим образом.
Вариант 1 (фиг. 1). На одну сторону готовой бумаги из углеродных нанотрубок 1 накладывают первую металлическую пластину 2, а на противоположную поверхность бумаги - накладывают другую металлическую пластину 3 так, чтобы пластины находились друг напротив друга и желательно совпадали по размерам. Далее, полученную трехслойную заготовку прошивают точечной сваркой 4 таким образом, чтобы пластины 2 и 3 были скреплены друг с другом, а бумага из углеродных нанотрубок 1 была зафиксирована между ними.
Для обеспечения хорошей фиксации пластин друг относительно друга они скреплены точечной сваркой не менее чем в двух точках.
В этом варианте, когда металлические пластины имеют приблизительно одинаковую длину, контактными поверхностями электрических выводов, которыми они подсоединяются посредством пайки к другим элементам электрической схемы, являются поверхности названных пластин.
Вариант 2 (фиг. 2). На одну сторону готовой бумаги из углеродных нанотрубок 1 накладывают первую металлическую пластину 2, а на противоположную поверхность бумаги накладывают другую металлическую пластину 3, которая имеет длину больше, чем длина пластины 2 так, чтобы пластины находились друг напротив друга и, желательно, чтобы по крайней мере с одной стороны их границы совпадали. С другой стороны границы пластин совпадать не могут ввиду того, что пластина 3 значительно длиннее пластины 2. Полученную трехслойную заготовку прошивают точечной сваркой 4 таким образом, чтобы пластины 2 и 3 были скреплены друг с другом, а бумага из углеродных нанотрубок 1 была зафиксирована между ними, при этом металлическая пластина большей длины 3 имела свободный незафиксированный конец 5.
Для обеспечения хорошей фиксации пластин друг относительно друга они должны быть скреплены точечной сваркой не менее чем в двух точках.
В этом варианте, когда металлические пластины имеют разную длину, контактной поверхностью электрического вывода, которой он соединяется посредством пайки с другими электрическими элементами, является поверхность свободного конца 5 пластины большей длины. Посредством этого вывода бумага из углеродных нанотрубок подсоединяется к другим элементам электрической схемы.
На фиг. 3 показано, что электрические выводы могут быть расположены как с краю бумаги, так и в любых ее точках, в зависимости от конструктивных требований.
Предлагаемая бумага из углеродных нанотрубок может подсоединяться к другим элементам электрической схемы через электрические выводы путем пайки и участвовать в работе электрической схемы.