JP2009274936A - Carbon wire, assembled wire material and method for manufacturing those - Google Patents

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Takeshi Hikata
威 日方
Junichi Fujita
淳一 藤田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon wire using carbon filaments having sufficiently low electric resistance, such as CNTs, and an assembled wire material using such carbon wires. <P>SOLUTION: The carbon wire 1 comprises an assembled part 3 and a graphite layer 4. The assembled part 3 is composed by bringing a plurality of carbon nanotubes 2 as carbon filaments into contact with each other. The graphite layer 4 is formed on an outer periphery of the assembled part 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、炭素線、集合線材およびそれらの製造方法に関し、より特定的には、複数の炭素フィラメントを用いた炭素線、集合線材およびそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to carbon wires, aggregate wires, and methods for producing them, and more specifically, to carbon wires using a plurality of carbon filaments, aggregate wires, and methods for producing them.

炭素フィラメントの一例としてのカーボンナノチューブ(CNT)は、その優れた特性により様々な工業的応用が期待されている。たとえば、CNTの電気抵抗値はほぼ銅なみに低く、線材の材料として用いることが考えられる。また、このようなCNTの製造方法としては、様々な方法が提案されている(たとえば、特開2007−112662号公報:以下、特許文献1と呼ぶ)。   Carbon nanotubes (CNT) as an example of carbon filaments are expected to have various industrial applications due to their excellent characteristics. For example, the electrical resistance value of CNT is almost as low as copper, and it can be considered to be used as a material for wire. Various methods have been proposed for producing such CNTs (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-112661: hereinafter referred to as Patent Document 1).

上記特許文献1では、触媒金属としてガリウム(Ga)を用い、当該触媒金属を導入したアモルファスカーボン線状構造体に直流電流を印加することで、所望のサイズや形状、配向のCNTを製造する方法が提案されている。
特開2007−112662号公報
In Patent Document 1, gallium (Ga) is used as a catalyst metal, and a CNT having a desired size, shape and orientation is manufactured by applying a direct current to an amorphous carbon linear structure into which the catalyst metal is introduced. Has been proposed.
JP 2007-112661 A

上述したような従来のCNTの製造方法は、CNT単体としてのサイズなどを制御することに着目しているが、CNTの工業的な応用を考えると、このようなCNTを複数集めた長尺の線材(炭素線)を製造する必要性が考えられる。しかし、発明者が検討したところ、このような複数のCNT(たとえば、長さが数十〜数百μmのCNT)を集合させて(たとえば撚り合わせて)形成した線材(炭素線)については、CNT単体が極めて低抵抗であるにも関わらず、炭素線としての電気抵抗値は銅からなる線材に比べて3桁程度高い値を示す。   The conventional CNT manufacturing method as described above focuses on controlling the size and the like of a single CNT, but considering the industrial application of CNT, it is a long-sized collection of a plurality of such CNTs. The necessity to manufacture a wire (carbon wire) is considered. However, when the inventor examined, about the wire (carbon wire) formed by assembling (for example, twisting together) such a plurality of CNTs (for example, CNTs having a length of several tens to several hundreds μm), Despite the extremely low resistance of CNT alone, the electrical resistance value as a carbon wire is about three orders of magnitude higher than that of a wire made of copper.

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、電気抵抗値の十分低い、CNTなどの炭素フィラメントを用いた炭素線やその炭素線を用いた集合線材を実現することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to use a carbon wire using a carbon filament such as CNT having a sufficiently low electrical resistance value or the carbon wire. It is to realize the gathered wire rod.

この発明に従った炭素線は、集合体部とグラファイト層とを備える。集合体部は、複数の炭素フィラメントが接触して構成される。グラファイト層は、集合体部の外周に形成される。   The carbon wire according to the present invention includes an aggregate portion and a graphite layer. The assembly portion is configured by contacting a plurality of carbon filaments. The graphite layer is formed on the outer periphery of the aggregate part.

このようにすれば、炭素線において外周部に形成されたグラファイト層によって、集合体部の炭素フィラメント同士が確実に接触するように集合体部を保持することができる。そのため、集合体部における炭素フィラメント同士の接触面積や接触部での圧力を大きくすることができるので、集合体部の炭素フィラメント同士の接触が不十分となることに起因する、炭素線の電気抵抗値の増大を抑制できる。またグラファイト層も導電層として作用することにより、炭素線の電気抵抗値をより低減することが可能になる。   If it does in this way, an aggregate part can be held so that carbon filaments of an aggregate part may contact certainly by a graphite layer formed in the perimeter part in a carbon wire. Therefore, the contact area between the carbon filaments in the assembly part and the pressure at the contact part can be increased, so that the electrical resistance of the carbon wire caused by insufficient contact between the carbon filaments in the assembly part Increase in value can be suppressed. In addition, the graphite layer also acts as a conductive layer, whereby the electric resistance value of the carbon wire can be further reduced.

上記炭素線において、炭素フィラメントはカーボンナノチューブであってもよい。この場合、カーボンナノチューブは良好な導電性(低い電気抵抗値)を示すことから、炭素線の電気抵抗値をより低下させることができる。   In the carbon wire, the carbon filament may be a carbon nanotube. In this case, since the carbon nanotube exhibits good conductivity (low electric resistance value), the electric resistance value of the carbon wire can be further reduced.

上記炭素線において、グラファイト層はカーボンナノチューブであってもよい。この場合、グラファイト層も導電層として作用することで、より効果的に炭素線の電気抵抗を低減することができる。   In the carbon wire, the graphite layer may be a carbon nanotube. In this case, the electrical resistance of the carbon wire can be more effectively reduced by the graphite layer also acting as a conductive layer.

この発明に従った集合線材は、上記炭素線を複数備える。このようにすれば、十分に低抵抗な集合線材を実現できる。また、炭素線を複数本用いることにより、大きな断面積の集合線材を実現できるので、集合線材に流すことが可能な電流値を大きくすることもできる。   The assembly wire according to the present invention includes a plurality of the carbon wires. In this way, a sufficiently low resistance assembly wire can be realized. Further, by using a plurality of carbon wires, an aggregate wire having a large cross-sectional area can be realized, so that a current value that can be passed through the aggregate wire can be increased.

この発明に従った炭素線の製造方法では、複数の炭素フィラメントが接触した集合体部を準備する工程を実施する。そして、集合体部の表面を液体ガリウムに接触させることにより集合体部の表面にグラファイト層を形成する工程を実施する。   In the carbon wire manufacturing method according to the present invention, a step of preparing an assembly part in which a plurality of carbon filaments are in contact is performed. Then, a step of forming a graphite layer on the surface of the aggregate portion is performed by bringing the surface of the aggregate portion into contact with liquid gallium.

このようにすれば、集合体部において表面に露出する炭素フィラメントの部分を、液体ガリウムに接触させることによって、当該液体ガリウムの触媒作用によりグラファイト層を形成することができる。このため、集合体部の表面に直接グラファイト層を気相成長させるといった場合より、処理温度を低くした状態でグラファイト層を形成し、本発明による炭素線を得ることができる。   In this way, by bringing the portion of the carbon filament exposed on the surface of the aggregate portion into contact with liquid gallium, a graphite layer can be formed by the catalytic action of the liquid gallium. Therefore, it is possible to obtain the carbon wire according to the present invention by forming the graphite layer at a lower processing temperature than in the case where the graphite layer is directly grown on the surface of the aggregate part.

上記炭素線の製造方法では、グラファイト層を形成する工程において、集合体部に対して圧縮応力が加えられてもよい。この場合、集合体部に対して圧縮応力が加えられた状態でグラファイト層が形成されるので、形成される炭素線において集合体部を構成する炭素フィラメント同士の接触部の面積や接触圧力を大きくすることができる。この結果、炭素線の電気抵抗値をより確実に低減できる。   In the carbon wire manufacturing method, compressive stress may be applied to the aggregate portion in the step of forming the graphite layer. In this case, since the graphite layer is formed in a state where compressive stress is applied to the aggregate portion, the area and contact pressure of the contact portions between the carbon filaments constituting the aggregate portion in the formed carbon wire are increased. can do. As a result, the electric resistance value of the carbon wire can be more reliably reduced.

上記炭素線の製造方法において、グラファイト層を形成する工程では、液体ガリウムを加圧することにより、集合体部に対して圧縮応力が加えられてもよい。この場合、集合体部に対する圧縮応力の印加を、液体ガリウムに対する加圧(たとえば液体ガリウムに接触する雰囲気ガスの圧力を高める方法や、カプセルなどの容器にGaとCNTを封入した後、カプセル(容器)ごと加圧する方法など)により、容易に行なうことができる。   In the carbon wire manufacturing method, in the step of forming the graphite layer, compressive stress may be applied to the aggregate portion by pressurizing liquid gallium. In this case, the compressive stress is applied to the aggregate portion by applying pressure to the liquid gallium (for example, a method for increasing the pressure of the atmospheric gas in contact with the liquid gallium, or after encapsulating Ga and CNT in a container such as a capsule, ) And the like, and the like.

上記炭素線の製造方法において、グラファイト層を形成する工程では、液体ガリウムに接触する雰囲気ガスの圧力を調整することにより、液体ガリウムを加圧してもよい。この場合、液体ガリウムに対する加圧を容易に行なうことができる。また、雰囲気ガスの圧力を調整することで、液体ガリウムへ加えられる圧力の値を容易に調整することができる。   In the carbon wire manufacturing method, in the step of forming the graphite layer, the liquid gallium may be pressurized by adjusting the pressure of the atmospheric gas in contact with the liquid gallium. In this case, it is possible to easily pressurize the liquid gallium. Further, by adjusting the pressure of the atmospheric gas, the value of the pressure applied to the liquid gallium can be easily adjusted.

上記炭素線の製造方法では、グラファイト層を形成する工程において、液体ガリウムの温度は450℃以上750℃以下であることが好ましい。この場合、集合体部の外周部からグラファイト層を形成する液体ガリウムの触媒反応をより効率的に起こすことができる。ここで、液体ガリウムの温度の下限を450℃としたのは、当該温度より液体ガリウムの温度が低いと、液体ガリウムの触媒反応が不十分になるためである。また、液体ガリウムの温度の上限を750℃としたのは、集合体部を構成する炭素フィラメントの分解を避けるためである。   In the carbon wire manufacturing method, in the step of forming the graphite layer, the temperature of the liquid gallium is preferably 450 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. In this case, the catalytic reaction of liquid gallium that forms the graphite layer from the outer peripheral portion of the aggregate portion can be caused more efficiently. Here, the lower limit of the temperature of the liquid gallium is set to 450 ° C. because the liquid gallium catalytic reaction becomes insufficient when the temperature of the liquid gallium is lower than the temperature. The upper limit of the temperature of the liquid gallium is set to 750 ° C. in order to avoid decomposition of the carbon filament constituting the aggregate portion.

上記炭素線の製造方法は、グラファイト層を形成する工程より前に、集合体部の表面層としてアモルファスカーボン層を形成する工程を備えていてもよい。この場合、グラファイト層となるべき層であるアモルファスカーボン層を予め形成することにより、集合体部における炭素フィラメントの構造を維持したまま、グラファイト層を形成することができる。このため、炭素線の構成の設計の自由度を大きくすることができる。   The carbon wire manufacturing method may include a step of forming an amorphous carbon layer as a surface layer of the aggregate portion before the step of forming the graphite layer. In this case, the graphite layer can be formed while maintaining the structure of the carbon filament in the aggregate portion by previously forming an amorphous carbon layer that is to be a graphite layer. For this reason, the freedom degree of design of the structure of a carbon wire can be enlarged.

上記炭素線の製造方法は、グラファイト層を形成する工程の後、炭素線の表面に付着するガリウムを除去する工程をさらに備えていてもよい。この場合、グラファイト層を形成する工程において、炭素線の表面に液体ガリウムが固化したガリウムが付着しても、当該固化したガリウムを炭素線表面から除去することができる。   The carbon wire manufacturing method may further include a step of removing gallium adhering to the surface of the carbon wire after the step of forming the graphite layer. In this case, even if gallium solidified with liquid gallium adheres to the surface of the carbon wire in the step of forming the graphite layer, the solidified gallium can be removed from the surface of the carbon wire.

この発明に従った集合線材の製造方法では、上記炭素線の製造方法を用いて炭素線を複数本形成する工程を実施する。そして、複数の炭素線を撚り合わせて集合線材を形成する工程を実施する。この場合、本発明にしたがった低抵抗な炭素線を用いて集合線材を形成することができる。   In the manufacturing method of the aggregate wire according to the present invention, a step of forming a plurality of carbon wires using the above-described carbon wire manufacturing method is performed. And the process of twisting together a plurality of carbon wires and forming an aggregate wire is carried out. In this case, the aggregate wire can be formed using a low resistance carbon wire according to the present invention.

この発明によれば、低抵抗な炭素線および集合線材を実現することができる。   According to the present invention, a low resistance carbon wire and an assembly wire can be realized.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明に従った炭素線の実施の形態を示す断面模式図である。図2は、図1の線分II−IIにおける断面模式図である。図1および図2を参照して、本発明による炭素線1を説明する。なお、図1は炭素線1の長手方向に対して垂直な方向における断面を示しており、図2は炭素線1の長手方向に沿った方向での断面を示している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a carbon wire according to the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the carbon wire 1 by this invention is demonstrated. 1 shows a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the carbon wire 1, and FIG. 2 shows a cross section in a direction along the longitudinal direction of the carbon wire 1.

図1および図2に示すように、炭素線1は、集合体部3とグラファイト層4とを備える。集合体部3は、複数の炭素フィラメントとしてのカーボンナノチューブ2が接触して構成される。グラファイト層4は、集合体部3の外周を囲むように形成される。なお、図1および図2では、炭素線1の断面には2つのカーボンナノチューブ2が現れるような構成となっているが、炭素線1における集合体部3の断面を構成するカーボンナノチューブ(CNT)2は2つ以上、たとえば3つ、もしくは4つ以上であってもよい。また、図1および図2に示すように、集合体部3を構成するカーボンナノチューブ2は、互いに接触している。そして、図2に示すように、炭素線1の長手方向においても、カーボンナノチューブ2が順次接触した状態となることで、集合体部3においては炭素線1の長手方向に沿って延びるように、電流を流通させることが可能な導電経路がカーボンナノチューブ2により構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the carbon wire 1 includes an aggregate portion 3 and a graphite layer 4. The aggregate portion 3 is configured by contacting carbon nanotubes 2 as a plurality of carbon filaments. The graphite layer 4 is formed so as to surround the outer periphery of the aggregate portion 3. In FIG. 1 and FIG. 2, two carbon nanotubes 2 appear in the cross section of the carbon wire 1, but the carbon nanotubes (CNT) constituting the cross section of the aggregate portion 3 in the carbon wire 1. 2 may be 2 or more, for example, 3 or 4 or more. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the carbon nanotubes 2 constituting the aggregate portion 3 are in contact with each other. And, as shown in FIG. 2, the carbon nanotubes 2 are sequentially in contact with each other in the longitudinal direction of the carbon wire 1, so that the aggregate portion 3 extends along the longitudinal direction of the carbon wire 1. A conductive path through which a current can flow is constituted by the carbon nanotubes 2.

このようにすれば、炭素線1において外周部に形成されたグラファイト層4によって、集合体部3のカーボンナノチューブ2同士が確実に接触するように集合体部3を保持することができる。そのため、集合体部3におけるカーボンナノチューブ2同士の接触面積や接触部での圧力を大きくすることができるので、集合体部3のカーボンナノチューブ2同士の接触が不十分となることに起因する、炭素線1の電気抵抗値の増大を抑制できる。またグラファイト層4も導電層として作用することにより、炭素線1の電気抵抗値をより低減することが可能になる。   In this way, the aggregate portion 3 can be held so that the carbon nanotubes 2 of the aggregate portion 3 are reliably in contact with each other by the graphite layer 4 formed on the outer peripheral portion of the carbon wire 1. Therefore, since the contact area between the carbon nanotubes 2 in the aggregate part 3 and the pressure at the contact part can be increased, the contact between the carbon nanotubes 2 in the aggregate part 3 becomes insufficient. An increase in the electric resistance value of the wire 1 can be suppressed. Further, the graphite layer 4 also acts as a conductive layer, whereby the electric resistance value of the carbon wire 1 can be further reduced.

また、上記炭素線1において、集合体部3を構成する炭素フィラメントが、良好な導電特性を示すカーボンナノチューブ2であるため、炭素線1の電気抵抗値を確実に低下させることができる。   Moreover, in the said carbon wire 1, since the carbon filament which comprises the aggregate part 3 is the carbon nanotube 2 which shows a favorable electrical conductivity, the electrical resistance value of the carbon wire 1 can be reduced reliably.

上記炭素線1において、グラファイト層4はカーボンナノチューブであることが好ましい。この場合、グラファイト層4も導電層として作用することにより、炭素線1の電気抵抗をより低減することができる。   In the carbon wire 1, the graphite layer 4 is preferably a carbon nanotube. In this case, the electrical resistance of the carbon wire 1 can be further reduced by the graphite layer 4 also acting as a conductive layer.

また、グラファイト層4により、集合体部3を構成するカーボンナノチューブ2が互いに押圧された状態となっていることが好ましい。このようにすれば、集合体部3におけるカーボンナノチューブ2同士、またグラファイト層4と集合体部3のカーボンナノチューブ2との間の接触部における接触面積や接触圧力を大きくすることができる。この結果、低抵抗な炭素線1を実現できる。   Moreover, it is preferable that the carbon nanotubes 2 constituting the aggregate portion 3 are pressed against each other by the graphite layer 4. In this way, the contact area and the contact pressure at the contact portions between the carbon nanotubes 2 in the aggregate portion 3 and between the graphite layer 4 and the carbon nanotubes 2 in the aggregate portion 3 can be increased. As a result, a low resistance carbon wire 1 can be realized.

図3は、本発明に従った集合線材の実施の形態を示す断面模式図である。図3を参照して、本発明に従った集合線材5を説明する。なお、図3は、集合線材5の長手方向に対して垂直な方向における断面を示している。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an assembly wire according to the present invention. With reference to FIG. 3, the assembly wire 5 according to this invention is demonstrated. FIG. 3 shows a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the assembly wire 5.

図3を参照して、集合線材5は、上記炭素線1を複数(図3では7本)備える。このようにすれば、本発明による低抵抗な炭素線1を用いて十分に低抵抗な集合線材5を実現できる。また、炭素線1を複数本用いることにより、大きな断面積の集合線材5を実現できるので、集合線材5に流すことが可能な電流値を大きくすることが可能になる。また、集合線材5では、複数の炭素線1を拠り合わせるようにしてもよいし、単純に複数の炭素線1を束ねて、当該束ねた複数の炭素線1を結束するような固定部材を複数の炭素線1の外周部に配置してもよい。当該固定部材としては、たとえば絶縁体(たとえば樹脂)からなる環状の固定具などを用いてもよい。   With reference to FIG. 3, the assembly wire 5 is provided with a plurality of carbon wires 1 (seven in FIG. 3). In this way, a sufficiently low resistance aggregate wire 5 can be realized using the low resistance carbon wire 1 according to the present invention. In addition, by using a plurality of carbon wires 1, the aggregate wire 5 having a large cross-sectional area can be realized, so that the current value that can be passed through the aggregate wire 5 can be increased. Further, in the aggregate wire 5, a plurality of carbon wires 1 may be put together, or a plurality of fixing members that simply bundle a plurality of carbon wires 1 and bind the plurality of carbon wires 1 bundled together. You may arrange | position in the outer peripheral part of the carbon wire 1 of. As the fixing member, for example, an annular fixing tool made of an insulator (for example, resin) may be used.

なお、集合線材5を構成する炭素線1の数は、図3に示した構成における数とは異なる数(たとえば2以上の任意の数)とすることができる。また、集合線材5を構成する炭素線1は、図3に示した構成ではすべて同様の構造を備えているが、集合線材5の断面における位置によって炭素線1の構成を変えてもよい。たとえば、集合線材5の断面における中央部においては、炭素線1を構成するカーボンナノチューブ2(図1参照)の集積数(炭素線1の延在方向に垂直な方向における断面に現れるカーボンナノチューブ2の数)を多くし(たとえば10以上とし)、一方、集合線材5の断面における外周部においては、炭素線1を構成するカーボンナノチューブ2の集積数を、上記中央部に位置する炭素線1での集積数より少なくする(たとえば集積数を10未満、より具体的には5以下)、という構成を採用してもよい。   In addition, the number of the carbon wires 1 constituting the assembly wire 5 can be different from the number in the configuration shown in FIG. 3 (for example, an arbitrary number of 2 or more). Moreover, although the carbon wire 1 which comprises the assembly wire 5 is equipped with the same structure in the structure shown in FIG. 3, you may change the structure of the carbon wire 1 by the position in the cross section of the assembly wire 5. FIG. For example, in the central portion of the cross section of the aggregate wire 5, the number of carbon nanotubes 2 (see FIG. 1) constituting the carbon wire 1 (the number of carbon nanotubes 2 appearing in the cross section in the direction perpendicular to the extending direction of the carbon wire 1). On the other hand, in the outer peripheral portion of the cross section of the assembly wire 5, the number of carbon nanotubes 2 constituting the carbon wire 1 is determined by the number of carbon nanotubes 1 positioned in the central portion. A configuration in which the number is less than the number of integration (for example, the number of integration is less than 10, more specifically, 5 or less) may be adopted.

また、集合線材5に対して、後述する炭素線1のグラファイト層4を形成する工程と同様に、当該集合線材5に液体ガリウム(Ga触媒)を接触させる処理を実施することで、集合線材5の外周を囲むグラファイト層を形成してもよい。また、外周にグラファイト層が形成された集合線材5を複数本準備し、当該複数の集合線材5を束ねてより断面積の大きな線材を準備する。そして、その線材に対しても、外周を囲むグラファイト層を形成するために液体ガリウムを接触させる処理を行なう。さらに、外周にグラファイト層が形成された線材をさらに複数本束ねて、より断面積の大きな線材を構成する。このように、線材を束ねて集合線材とし、その集合線材を液体ガリウムに接触させて集合線材の表面にグラファイト層を形成した後、そのグラファイト層が形成された集合線材をさらに複数本束ねる、という工程を繰返すことで、より抵抗が低くかつ太径の集合線材を製造することができる。   In addition, similar to the step of forming the graphite layer 4 of the carbon wire 1 to be described later, the assembly wire 5 is subjected to a process of bringing liquid gallium (Ga catalyst) into contact with the assembly wire 5. You may form the graphite layer surrounding the outer periphery. Also, a plurality of aggregated wires 5 having a graphite layer formed on the outer periphery are prepared, and the aggregated wires 5 are bundled to prepare a wire having a larger cross-sectional area. And the process which makes liquid gallium contact also with respect to the wire in order to form the graphite layer surrounding outer periphery. Further, a plurality of wires having graphite layers formed on the outer periphery are bundled to form a wire having a larger cross-sectional area. In this way, the wires are bundled to form an aggregate wire, and after the aggregate wire is brought into contact with liquid gallium to form a graphite layer on the surface of the aggregate wire, a plurality of aggregate wires on which the graphite layer is formed are further bundled. By repeating the process, it is possible to produce a collective wire having a lower resistance and a larger diameter.

図4は、図3に示した集合線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図4を参照して、図3に示した集合線材の製造方法を説明する。   FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the aggregate wire shown in FIG. With reference to FIG. 4, the manufacturing method of the assembly | attachment wire shown in FIG. 3 is demonstrated.

図4に示すように、集合線材5の製造方法では、まずCNT生成工程(S10)を実施する。このCNT(カーボンナノチューブ)生成工程(S10)では、短尺(たとえば数μmの長さ)のカーボンナノチューブを、従来周知の方法により製造する。   As shown in FIG. 4, in the manufacturing method of the assembly wire 5, a CNT production | generation process (S10) is first implemented. In this CNT (carbon nanotube) generation step (S10), short (for example, several μm long) carbon nanotubes are produced by a conventionally known method.

たとえば、CNT生成用の基板の表面に下地膜を形成し、当該下地膜上にカーボンナノチューブを形成するための触媒として作用する複数のナノ粒子を分散した状態で形成する。ここで、下地膜を構成する材料としては、たとえばアルミナ、シリカ、アルミン酸ナトリウム、ミョウバン、リン酸アルミニウムなどのアルミニウム化合物、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムなどのカルシウム化合物、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム化合物、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウムなどのアパタイト系の材料を用いることが好ましい。また、ナノ粒子を構成する材料としては、活性な金属を用いることができる。そのようなナノ粒子を構成する金属としては、たとえばバナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)などを用いることができる。   For example, a base film is formed on the surface of a substrate for CNT generation, and a plurality of nanoparticles that act as a catalyst for forming carbon nanotubes are dispersed on the base film. Here, examples of the material constituting the base film include aluminum compounds such as alumina, silica, sodium aluminate, alum, and aluminum phosphate, calcium compounds such as calcium oxide, calcium carbonate, and calcium sulfate, magnesium oxide, and magnesium hydroxide. It is preferable to use a magnesium compound such as magnesium sulfate, or an apatite-based material such as calcium phosphate or magnesium phosphate. Moreover, an active metal can be used as a material which comprises a nanoparticle. Examples of the metal constituting such nanoparticles include vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc ( Zn) or the like can be used.

また、ナノ粒子の粒径をたとえば100nm以下、好ましくは1.0nm以上10nm以下、より好ましくは0.5nm以上5nm以下とする。また、下地膜の厚みとしては、たとえば2.0nm以上100nm以下といった値を用いることができる。   The particle size of the nanoparticles is, for example, 100 nm or less, preferably 1.0 nm or more and 10 nm or less, more preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less. In addition, as the thickness of the base film, for example, a value of 2.0 nm to 100 nm can be used.

そして、ナノ粒子が形成された基板の表面に、カーボンナノチューブを形成するための原料ガスを供給しながら、当該基板を加熱する。この結果、基板の表面に配置されたナノ粒子の表面にカーボンナノチューブが成長する。このようにして成長したカーボンナノチューブは、以下説明するように複数のカーボンナノチューブが集まって構成される集合体部を形成するために用いられる。   Then, the substrate is heated while supplying the raw material gas for forming the carbon nanotubes to the surface of the substrate on which the nanoparticles are formed. As a result, carbon nanotubes grow on the surfaces of the nanoparticles arranged on the surface of the substrate. The carbon nanotubes grown in this way are used to form an aggregate part composed of a plurality of carbon nanotubes as described below.

次に、図4に示すようにCNT集合体形成工程(S20)を実施する。この工程(S20)では、従来周知の方法により、上記工程(S10)で生成されたカーボンナノチューブを複数本撚り合せることにより、カーボンナノチューブからなる集合体部を形成する。この工程(S20)においては、従来周知の方法によりカーボンナノチューブの集合体部を形成することができる。たとえば、必要とする個数のナノサイズ触媒をそれぞれ近くに隣接させてカーボンナノチューブ(CNT)を成長させる事により、必要とする本数のCNTを接合させるといった方法や、さらには複数のCNTの端部をチャッキングして回転させる事により撚り線化するといった方法を用いることができる。   Next, a CNT aggregate forming step (S20) is performed as shown in FIG. In this step (S20), a plurality of carbon nanotubes produced in the above step (S10) are twisted together by a conventionally known method to form an aggregate portion made of carbon nanotubes. In this step (S20), an aggregate portion of carbon nanotubes can be formed by a conventionally known method. For example, by growing carbon nanotubes (CNT) by adjoining the required number of nano-sized catalysts close to each other, the required number of CNTs can be joined, and the ends of multiple CNTs A method of forming a stranded wire by chucking and rotating can be used.

次に、Ga触媒反応工程(S30)を実施する。この工程(S30)では、上記工程(S20)において形成されたカーボンナノチューブからなる集合体部の表面を、液体ガリウム(Ga)に接触させる。この結果、カーボンナノチューブからなる集合体部の表面層が、液体ガリウムの触媒反応により当該集合体部を取囲むグラファイト層へと変化する。この結果、図1および図2に示すように、集合体部3がグラファイト層4により取囲まれた構造の炭素線1を得ることができる。つまり、上記工程(S10)〜工程(S30)は、炭素線1の製造方法に対応する。   Next, a Ga catalyst reaction step (S30) is performed. In this step (S30), the surface of the aggregate portion made of the carbon nanotubes formed in the above step (S20) is brought into contact with liquid gallium (Ga). As a result, the surface layer of the aggregate portion made of carbon nanotubes changes into a graphite layer surrounding the aggregate portion by the catalytic reaction of liquid gallium. As a result, as shown in FIGS. 1 and 2, the carbon wire 1 having a structure in which the aggregate portion 3 is surrounded by the graphite layer 4 can be obtained. That is, the said process (S10)-process (S30) respond | correspond to the manufacturing method of the carbon wire 1. FIG.

このとき、液体ガリウムの温度は450℃以上750℃以下、より好ましくは550℃以上700℃以下とすることが好ましい。この場合、集合体部3の外周部からグラファイト層を形成する液体ガリウムの触媒反応をより効率的に起こすことができる。   At this time, the temperature of the liquid gallium is preferably 450 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, more preferably 550 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. In this case, the catalytic reaction of liquid gallium that forms the graphite layer from the outer peripheral portion of the aggregate portion 3 can be more efficiently caused.

また、グラファイト層を形成する工程としての上記工程(S30)において、集合体部3に対して圧縮応力が加えられることが好ましい。この場合、集合体部3に対して圧縮応力が加えられた状態でグラファイト層4が形成されるので、形成される炭素線1において集合体部3を構成するカーボンナノチューブ2同士の接触部の面積や接触圧力を大きくすることができる。この結果、得られる炭素線1や集合線材5の電気抵抗値をより確実に低減できる。   Moreover, it is preferable that compressive stress is applied to the aggregate portion 3 in the step (S30) as the step of forming the graphite layer. In this case, since the graphite layer 4 is formed in a state where compressive stress is applied to the aggregate portion 3, the area of the contact portion between the carbon nanotubes 2 constituting the aggregate portion 3 in the formed carbon wire 1. And the contact pressure can be increased. As a result, the electric resistance values of the carbon wire 1 and the assembly wire 5 obtained can be more reliably reduced.

また、上記工程(S30)では、液体ガリウムを加圧することにより、集合体部3に対して圧縮応力が加えられることが好ましい。より具体的には、液体ガリウムに接触する雰囲気ガスの圧力を調整することにより、液体ガリウムを加圧してもよい。たとえば、液体ガリウムが保持される浴槽を保持容器(チャンバ)の内部に保持し、当該チャンバの内部における雰囲気ガス(液体ガリウムに接触する雰囲気ガス)の圧力を調整する、といった方法を用いてもよい。この場合、集合体部3に対する圧縮応力の印加を、液体ガリウムに対する加圧により、容易に行なうことができる。また、雰囲気ガスの圧力を調整することで、液体ガリウムへ加えられる圧力の値を容易に調整することができる。なお、ここで雰囲気ガスとしてはたとえばアルゴンガスや窒素ガスなど、カーボンナノチューブや液体ガリウムと反応し難い不活性ガスを用いることができる。また、雰囲気ガスの圧力は、たとえばガリウム(Ga)の蒸気圧以上10MPa以下、より好ましくは1×10−5torr以上1MPa以下とすることができる。 Moreover, in the said process (S30), it is preferable that a compressive stress is applied with respect to the aggregate part 3 by pressurizing liquid gallium. More specifically, the liquid gallium may be pressurized by adjusting the pressure of the atmospheric gas in contact with the liquid gallium. For example, a method may be used in which a bathtub in which liquid gallium is held is held inside a holding container (chamber), and the pressure of atmospheric gas (atmospheric gas in contact with liquid gallium) inside the chamber is adjusted. . In this case, the compressive stress can be easily applied to the aggregate portion 3 by pressurizing the liquid gallium. Further, by adjusting the pressure of the atmospheric gas, the value of the pressure applied to the liquid gallium can be easily adjusted. Here, as the atmospheric gas, for example, an inert gas that does not easily react with carbon nanotubes or liquid gallium, such as argon gas or nitrogen gas, can be used. The pressure of the atmospheric gas can be, for example, not less than the vapor pressure of gallium (Ga) and not more than 10 MPa, more preferably not less than 1 × 10 −5 torr and not more than 1 MPa.

次に、付着Ga除去工程(S40)を実施する。グラファイト層を形成する工程(S30)の後、炭素線1の表面に付着するガリウムを除去する工程である付着Ga除去工程(S40)では、形成された炭素線1の表面(グラファイト層4の表面)に付着しているガリウムを除去する。当該ガリウムの除去方法としては、任意の方法を用いることができる。たとえば、ガリウムを溶解することが可能な薬液(たとえば希塩酸や希硝酸)などを炭素線1に噴霧する、あるいは当該薬液を入れた浴槽に炭素線1を浸漬する、といった方法を用いることができる。この場合、工程(S30)において、炭素線1の表面に液体ガリウムが固化したガリウムが付着しても、当該固化したガリウムを炭素線1表面から除去することができる。このため、後工程である加工工程(S50)において、集合線材5を形成する際に、当該固化したガリウムが不具合の原因になる可能性を低減できる。   Next, an adhesion Ga removal step (S40) is performed. After the step of forming the graphite layer (S30), in the adhered Ga removing step (S40), which is a step of removing gallium adhering to the surface of the carbon wire 1, the surface of the formed carbon wire 1 (the surface of the graphite layer 4) ) Is removed. As a method for removing the gallium, any method can be used. For example, a chemical solution capable of dissolving gallium (for example, dilute hydrochloric acid or dilute nitric acid) may be sprayed on the carbon wire 1 or the carbon wire 1 may be immersed in a bath containing the chemical solution. In this case, even if liquid gallium solidified gallium adheres to the surface of the carbon wire 1 in the step (S30), the solidified gallium can be removed from the surface of the carbon wire 1. For this reason, when forming the assembly wire 5 in the post-process (S50), the possibility that the solidified gallium causes a problem can be reduced.

そして、上記工程(S10)〜工程(S40)を複数回実施することにより、あるいは工程(S20)においてカーボンナノチューブからなる集合体部を複数本形成し、当該複数の集合体部に対して工程(S30)および工程(S40)を同時並行して実施することにより、複数の炭素線を得る。このようにして、上記工程(S10)〜(S40)までに示された炭素線の製造方法を用いて炭素線を複数本形成する工程が実施される。   Then, by performing the above steps (S10) to (S40) a plurality of times, or in step (S20), a plurality of aggregate parts made of carbon nanotubes are formed, and the process (for the plurality of aggregate parts ( A plurality of carbon beams are obtained by performing S30) and the step (S40) in parallel. Thus, the process of forming two or more carbon wires using the manufacturing method of the carbon beam shown by the said process (S10)-(S40) is implemented.

次に、加工工程(S50)を実施する。この工程(S50)では、上記工程(S10)〜工程(S40)までを実施することにより得られた複数の炭素線1を撚り合わせることにより、集合線材5(図3参照)を形成する。この工程(S50)においては、従来周知の任意の方法を用いて複数の炭素線1を撚り合せる事ができる。たとえば、必要とする個数のナノサイズ触媒をそれぞれ近くに隣接させてCNTを成長させる事により、必要とする本数のCNTを接合させるといった方法や、さらには複数のCNTの端部をチャッキングして回転させる事により撚り線化するといった方法を用いることができる。このようにして、図3に示した炭素線1からなる、低抵抗な集合線材5を得ることができる。   Next, a processing step (S50) is performed. In this step (S50), the assembly wire 5 (see FIG. 3) is formed by twisting together a plurality of carbon wires 1 obtained by performing the above steps (S10) to (S40). In this step (S50), a plurality of carbon wires 1 can be twisted together using any conventionally known method. For example, by growing CNTs with the necessary number of nano-sized catalysts close to each other, the required number of CNTs can be joined, and the ends of multiple CNTs can be chucked. A method of forming a stranded wire by rotating it can be used. In this way, a low resistance aggregate wire 5 made of the carbon wire 1 shown in FIG. 3 can be obtained.

上述した炭素線1または集合線材5の製造方法においては、工程(S30)で説明したように、集合体部3において表面に露出するカーボンナノチューブの部分を、液体ガリウムに接触させることによって、当該液体ガリウムの触媒作用によりグラファイト層4(図1および図2参照)を形成することができる。このため、集合体部3の表面に直接グラファイト層4を気相成長させるといった場合より、処理温度を低くした状態でグラファイト層4を形成し、本発明による炭素線を得ることができる。   In the method of manufacturing the carbon wire 1 or the assembly wire 5 described above, as described in the step (S30), the portion of the carbon nanotube exposed on the surface in the assembly section 3 is brought into contact with the liquid gallium, so that the liquid The graphite layer 4 (see FIGS. 1 and 2) can be formed by the catalytic action of gallium. For this reason, the graphite layer 4 can be formed at a lower processing temperature than when the graphite layer 4 is directly grown on the surface of the aggregate portion 3, and the carbon beam according to the present invention can be obtained.

図5は、本発明に従った集合線材の他の製造方法を説明するためのフローチャートである。図6は、図5に示した被覆工程を説明するための模式図である。図7は、図5に示したGa触媒反応工程を説明するための模式図である。図5〜図7を参照して、本発明に従った集合線材の他の製造方法を説明する。   FIG. 5 is a flowchart for explaining another method of manufacturing the assembly wire according to the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the covering step shown in FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the Ga catalyst reaction step shown in FIG. With reference to FIGS. 5-7, the other manufacturing method of the assembly wire according to this invention is demonstrated.

図5に示した集合線材の製造方法は、基本的には図4に示した集合線材の製造方法と同様の工程を備えるが、Ga触媒反応工程(S30)より前に、集合体部の表面層としてアモルファスカーボン層を形成する工程である被覆工程(S60)を実施する点が異なっている。   The assembly wire manufacturing method shown in FIG. 5 basically includes the same steps as the assembly wire manufacturing method shown in FIG. 4, but before the Ga catalyst reaction step (S30), the surface of the assembly portion. The difference is that the covering step (S60), which is a step of forming an amorphous carbon layer as a layer, is performed.

すなわち、図5に示した集合線材の製造方法では、図4に示した製造方法と同様に、まず工程(S10)および工程(S20)を実施した後、図6に示すように、得られた集合体部3の表面にグラファイト層4(図7参照)となるべき層であるアモルファスカーボン層11を形成する。このアモルファスカーボン層11の形成方法としては、従来周知の任意の方法を用いることができる。たとえば、フェナントレン(C1410)やピレン、メタンアセチレン等を熱分解することによりアモルファスカーボン層11を形成してもよいし、電子ビームやイオンビームを用いて炭化水素系ガスを分解する方法を用いてもよい。この結果、図6に示す構造を得る。 That is, the assembly wire manufacturing method shown in FIG. 5 was obtained as shown in FIG. 6 after first performing step (S10) and step (S20) as in the manufacturing method shown in FIG. An amorphous carbon layer 11 which is a layer to be the graphite layer 4 (see FIG. 7) is formed on the surface of the aggregate portion 3. As a method for forming the amorphous carbon layer 11, any conventionally known method can be used. For example, the amorphous carbon layer 11 may be formed by thermally decomposing phenanthrene (C 14 H 10 ), pyrene, methaneacetylene, or the like, or a method of decomposing a hydrocarbon gas using an electron beam or an ion beam. It may be used. As a result, the structure shown in FIG. 6 is obtained.

次に、図5に示すように、Ga触媒反応工程(S30)を実施する。この工程(S30)は、基本的に図4に示した製造方法における工程(S30)と同様の方法を用いることができる。ただし、図5に示した工程(S30)では、上記アモルファスカーボン層11の表面層が液体ガリウムの触媒反応によってグラファイト層4となる。この結果、図7に示した構造の炭素線1を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 5, a Ga catalyst reaction step (S30) is performed. In this step (S30), a method similar to the step (S30) in the manufacturing method shown in FIG. 4 can be basically used. However, in the step (S30) shown in FIG. 5, the surface layer of the amorphous carbon layer 11 becomes the graphite layer 4 by the catalytic reaction of liquid gallium. As a result, the carbon wire 1 having the structure shown in FIG. 7 can be obtained.

このように、図5に示した製造方法によれば、集合体部3におけるカーボンナノチューブ2の構造を維持したまま、アモルファスカーボン層11からグラファイト層4を形成することができる。このため、炭素線1の構成の設計の自由度を大きくすることができる。   As described above, according to the manufacturing method shown in FIG. 5, the graphite layer 4 can be formed from the amorphous carbon layer 11 while maintaining the structure of the carbon nanotubes 2 in the aggregate portion 3. For this reason, the freedom degree of the design of the structure of the carbon wire 1 can be enlarged.

その後、図4に示した製造方法と同様に工程(S40)および工程(S50)を実施することにより、図3に示した集合線材5と類似する構造の集合線材を得ることができる。なお、図5に示した製造方法により製造された集合線材では、図7からも分かるように、集合線材を構成する炭素線1において、集合体部3を構成するカーボンナノチューブ2とグラファイト層4との間にアモルファスカーボン層11が配置された状態になっている。   Thereafter, the assembly wire similar to the assembly wire 5 shown in FIG. 3 can be obtained by carrying out the step (S40) and the step (S50) similarly to the manufacturing method shown in FIG. In the aggregate wire manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 5, as can be seen from FIG. 7, in the carbon wire 1 constituting the aggregate wire, the carbon nanotube 2 and the graphite layer 4 constituting the aggregate portion 3 In this state, the amorphous carbon layer 11 is disposed.

(実施例1)
試料の準備:
アーク法で作製した未精製の単層カーボンナノチューブ(CNT)からなる、集合体部としての0.3mm径のCNTフィラメント撚り線を準備した。当該撚り線の長さは10mmとした。
Example 1
Sample preparation:
A 0.3 mm diameter CNT filament stranded wire was prepared as an aggregate portion made of unpurified single-walled carbon nanotubes (CNTs) produced by the arc method. The length of the stranded wire was 10 mm.

そして、当該撚り線を、600℃に加熱した液体ガリウム(Ga)中に1時間浸漬した。また、このときの雰囲気ガスはArガスを用い、雰囲気ガスの圧力は1×10−5Torrとした。 And the said strand wire was immersed in liquid gallium (Ga) heated at 600 degreeC for 1 hour. At this time, the atmosphere gas was Ar gas, and the pressure of the atmosphere gas was 1 × 10 −5 Torr.

その後、液体Gaから引き上げた撚り線の表面に付着したGaを希塩酸で除去した。このようにして、CNTフィラメント撚り線表面にグファライト層が形成された炭素線を得た。グラファイト層の厚みは5μm程度であった。   Thereafter, Ga adhering to the surface of the stranded wire pulled up from the liquid Ga was removed with dilute hydrochloric acid. Thus, the carbon wire in which the gufalite layer was formed on the surface of the CNT filament strand was obtained. The thickness of the graphite layer was about 5 μm.

測定:
グラファイト層を形成した炭素線について、電気抵抗値を測定した。測定方法としては、4端子法を用いた。
Measurement:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was measured. As a measuring method, a four-terminal method was used.

結果:
グラファイト層を形成した炭素線の電気抵抗値は、後述する比較例1の試料の電気抵抗値と比べて1/5程度に低下していた。
result:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was reduced to about 1/5 compared to the electric resistance value of the sample of Comparative Example 1 described later.

(実施例2)
試料の準備:
アーク法で作製した未精製の単層カーボンナノチューブ(CNT)からなる、集合体部としての5μm径のCNTフィラメント撚り線を準備した。当該撚り線の長さは10mmとした。
(Example 2)
Sample preparation:
A CNT filament strand having a diameter of 5 μm was prepared as an aggregate portion, which was composed of unpurified single-walled carbon nanotubes (CNT) produced by the arc method. The length of the stranded wire was 10 mm.

そして、当該撚り線の表面に、フェナントレン(C1410)を熱分解することによりアモルファスカーボン層を形成した。 Then, the surface of the strand was phenanthrene (C 14 H 10) forming the amorphous carbon layer by thermal decomposition.

次に、当該撚り線を、600℃に加熱した液体ガリウム(Ga)中に1時間浸漬した。また、このときの雰囲気ガスはArガスを用い、雰囲気ガスの圧力は2気圧とした。   Next, the stranded wire was immersed in liquid gallium (Ga) heated to 600 ° C. for 1 hour. At this time, the atmosphere gas was Ar gas, and the pressure of the atmosphere gas was 2 atm.

その後、液体Gaから引き上げた撚り線の表面に付着したGaを希塩酸で除去した。このようにして、CNTフィラメント撚り線表面にグファライト層が形成された炭素線を得た。グラファイト層の厚みは1μm程度であった。   Thereafter, Ga adhering to the surface of the stranded wire pulled up from the liquid Ga was removed with dilute hydrochloric acid. Thus, the carbon wire in which the gufalite layer was formed on the surface of the CNT filament strand was obtained. The thickness of the graphite layer was about 1 μm.

測定:
グラファイト層を形成した炭素線について、電気抵抗値を測定した。測定方法としては、4端子法を用いた。
Measurement:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was measured. As a measuring method, a four-terminal method was used.

結果:
グラファイト層を形成した炭素線の電気抵抗値は、実施例1の比較例と比べて1/20程度に低下していた。
result:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was reduced to about 1/20 as compared with the comparative example of Example 1.

この結果より、炭素線の内部においては、複数のカーボンナノチューブがほぼ一体化しているものと思われる。   From this result, it is considered that a plurality of carbon nanotubes are almost integrated inside the carbon wire.

(実施例3)
試料の準備:
直径が10nm、長さが300μmのカーボンナノチューブ(CNT)を準備し、これらのCNTを100μmづつ重ね合わせることで、集合体部としてのCNTフィラメント接合線を準備した。当該接合線の長さは50mmであり、接合線の直径は2μmとした。
(Example 3)
Sample preparation:
Carbon nanotubes (CNT) having a diameter of 10 nm and a length of 300 μm were prepared, and by superimposing these CNTs by 100 μm, a CNT filament bonding line as an aggregate portion was prepared. The length of the joining line was 50 mm, and the diameter of the joining line was 2 μm.

そして、当該接合線の表面に、フェナントレン(C1410)を熱分解することによりアモルファスカーボン層を形成した。 Then, the surface of the bonding wire, and phenanthrene (C 14 H 10) forming the amorphous carbon layer by thermal decomposition.

そして、当該接合線を、500℃に加熱した液体ガリウム(Ga)中に1時間浸漬した。また、このときの雰囲気ガスはアルゴン(Ar)ガスを用い、雰囲気ガスの圧力は10気圧とした。これは、接合線内部のカーボンナノチューブを互いに密着させるためである。   Then, the bonding wire was immersed in liquid gallium (Ga) heated to 500 ° C. for 1 hour. At this time, the atmosphere gas was argon (Ar) gas, and the pressure of the atmosphere gas was 10 atm. This is because the carbon nanotubes inside the bonding line are brought into close contact with each other.

その後、液体Gaから引き上げた接合線の表面に付着したGaを希塩酸で除去した。このようにして、CNTフィラメント接合線表面にグファライト層が形成された炭素線を得た。グラファイト層の厚みは0.2μm程度であった。また、グラファイト層は、内部のCNTを包むように連続したリング状に形成され、カーボンナノチューブ化(CNT化)している事が分かった。   Then, Ga adhering to the surface of the joining line pulled up from the liquid Ga was removed with dilute hydrochloric acid. In this way, a carbon wire having a gufalite layer formed on the surface of the CNT filament bonding line was obtained. The thickness of the graphite layer was about 0.2 μm. It was also found that the graphite layer was formed in a continuous ring shape so as to enclose the inner CNTs, and was converted to carbon nanotubes (CNT conversion).

測定:
グラファイト層を形成した炭素線について、電気抵抗値を測定した。測定方法としては、4端子法を用いた。
Measurement:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was measured. As a measuring method, a four-terminal method was used.

結果:
グラファイト層を形成した炭素線の電気抵抗値は、比較例と比べて1桁小さくなっていた。これは、炭素線の内部においてカーボンナノチューブ同士が強く密着し、一体化しているためであると考えられる。
result:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was an order of magnitude smaller than that of the comparative example. This is presumably because the carbon nanotubes are in close contact and integrated within the carbon wire.

(実施例4)
試料の準備:
触媒CVD法を用いて、直径が30nm、長さが500μmの多層カーボンナノチューブ(CNT)を準備し、これらのCNTを200μmづつ重ね合わせることで、集合体部としてのCNTフィラメント接合線を準備した。当該接合線の長さは10mmであり、接合線の直径は0.6μmとした。
Example 4
Sample preparation:
Using a catalytic CVD method, multi-wall carbon nanotubes (CNT) having a diameter of 30 nm and a length of 500 μm were prepared, and these CNTs were overlapped by 200 μm to prepare a CNT filament bonding line as an aggregate portion. The length of the joining line was 10 mm, and the diameter of the joining line was 0.6 μm.

そして、当該接合線を、550℃に加熱した液体ガリウム(Ga)中に1時間浸漬した。具体的には、ステンレス製のカプセルに液体ガリウムと接合線を封入した。そして、カプセルの周囲の雰囲気ガスはアルゴン(Ar)ガスを用いた。当該雰囲気ガスを加圧することで、カプセルごと液体ガリウムと接合線とに圧力を加えた。このときの加圧圧力は100気圧とした。これは、接合線内部のカーボンナノチューブを互いに密着させるためである。   Then, the bonding wire was immersed in liquid gallium (Ga) heated to 550 ° C. for 1 hour. Specifically, liquid gallium and a bonding wire were sealed in a stainless capsule. The atmosphere gas around the capsule was argon (Ar) gas. By pressurizing the atmospheric gas, pressure was applied to the liquid gallium and the bonding line together with the capsule. The pressurizing pressure at this time was 100 atm. This is because the carbon nanotubes inside the bonding line are brought into close contact with each other.

その後、液体Gaから引き上げた接合線の表面に付着したGaを希塩酸で除去した。このようにして、CNTフィラメント接合線表面にグファライト層が形成された炭素線を得た。グラファイト層の厚みは80nm程度であった。また、グラファイト層は、内部のCNTを包むように連続したリング状に形成され、カーボンナノチューブ化(CNT化)している事が分かった。   Then, Ga adhering to the surface of the joining line pulled up from the liquid Ga was removed with dilute hydrochloric acid. In this way, a carbon wire having a gufalite layer formed on the surface of the CNT filament bonding line was obtained. The thickness of the graphite layer was about 80 nm. It was also found that the graphite layer was formed in a continuous ring shape so as to enclose the inner CNTs, and was converted to carbon nanotubes (CNT conversion).

さらに上記グラファイト層が形成された炭素線を束ねて撚り線化し、0.5μmの直径の接合線を作製した。そして、上述した工程と同様に液体Gaに当該接合線を浸けることにより、接合線を構成する複数の炭素線を接合する(複数の炭素線の束の外周を囲むように当該束の表面にグラファイト層を形成する)工程を実施した。このように、複数の炭素線を束ねる工程、束ねた炭素線の集合体線を液体Gaに浸漬することで複数の炭素線を接合する工程、接合された複数の炭素線からなる集合体線をさらに複数本準備し、当該複数の集合体線を束ねる工程、を繰返すことで、より直径の大きな線材(具体的には、0.1mmの直径の接合線)を作製した。   Further, the carbon wire on which the graphite layer was formed was bundled into a stranded wire to produce a bonding wire having a diameter of 0.5 μm. Then, by immersing the bonding line in the liquid Ga in the same manner as described above, a plurality of carbon lines constituting the bonding line are bonded (the surface of the bundle is surrounded by graphite so as to surround the outer periphery of the bundle of the plurality of carbon lines). Forming the layer). In this way, a step of bundling a plurality of carbon wires, a step of joining a plurality of carbon wires by immersing the aggregated wires of the bundled carbon wires in liquid Ga, and an assembly line composed of a plurality of carbon wires joined together Further, a plurality of wires were prepared and the step of bundling the plurality of assembly wires was repeated to produce a wire rod having a larger diameter (specifically, a bonding wire having a diameter of 0.1 mm).

測定:
グラファイト層を形成した炭素線について、電気抵抗値を測定した。測定方法としては、4端子法を用いた。
Measurement:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was measured. As a measuring method, a four-terminal method was used.

結果:
グラファイト層を形成した炭素線の電気抵抗値は、比較例と比べて2桁以上小さくなっていた。これは、炭素線の内部においてカーボンナノチューブ同士が強く密着し、一体化しているためであると考えられる。
result:
The electric resistance value of the carbon wire on which the graphite layer was formed was two digits or more smaller than that of the comparative example. This is presumably because the carbon nanotubes are in close contact and integrated within the carbon wire.

(比較例1)
試料の準備:
アーク法で作製した未精製の単層カーボンナノチューブ(CNT)からなる、集合体部としての0.3mm径のCNTフィラメント撚り線を準備した。当該撚り線の長さは10mmとした。
(Comparative Example 1)
Sample preparation:
A 0.3 mm diameter CNT filament stranded wire was prepared as an aggregate portion made of unpurified single-walled carbon nanotubes (CNTs) produced by the arc method. The length of the stranded wire was 10 mm.

測定:
CNTフィラメント撚り線について、電気抵抗値を測定した。測定方法としては、4端子法を用いた。
Measurement:
The electrical resistance value was measured about the CNT filament strand. As a measuring method, a four-terminal method was used.

結果:
比較例であるCNTフィラメント撚り線の電気抵抗値は、7.8×10−3Ω・cmとなった。この値は、銅と比較して3桁以上高い値であった。
result:
The electrical resistance value of the CNT filament stranded wire as a comparative example was 7.8 × 10 −3 Ω · cm. This value was 3 digits or more higher than copper.

(比較例2)
試料の準備:
アーク法で作製した未精製の単層カーボンナノチューブ(CNT)からなる、集合体部としての0.3mm径のCNTフィラメント撚り線を準備した。当該撚り線の長さは10mmとした。
(Comparative Example 2)
Sample preparation:
A 0.3 mm diameter CNT filament stranded wire was prepared as an aggregate portion made of unpurified single-walled carbon nanotubes (CNTs) produced by the arc method. The length of the stranded wire was 10 mm.

そして、当該撚り線を、800℃に加熱した液体ガリウム(Ga)中に1時間浸漬した。また、このときの雰囲気ガスはArガスを用い、雰囲気ガスの圧力は1×10−5Torrとした。 And the said strand wire was immersed in liquid gallium (Ga) heated at 800 degreeC for 1 hour. At this time, the atmosphere gas was Ar gas, and the pressure of the atmosphere gas was 1 × 10 −5 Torr.

結果:
上記のように液体Gaに撚り線を浸漬した結果、当該撚り線は液体Ga中で分解し、消失した。このため、撚り線を浸漬する液体ガリウムの加熱温度は800℃未満、より好ましくは750℃以下とすることが好ましい。
result:
As a result of immersing the stranded wire in the liquid Ga as described above, the stranded wire was decomposed in the liquid Ga and disappeared. For this reason, the heating temperature of the liquid gallium in which the stranded wire is immersed is preferably less than 800 ° C., more preferably 750 ° C. or less.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、特に短尺のカーボンナノチューブを複数本組合せて構成する炭素線および当該炭素線を用いた集合線材に有利に適用される。   The present invention is particularly advantageously applied to a carbon wire configured by combining a plurality of short carbon nanotubes and an assembly wire using the carbon wire.

本発明に従った炭素線の実施の形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows embodiment of the carbon wire according to this invention. 図1の線分II−IIにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment II-II of FIG. 本発明に従った集合線材の実施の形態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows embodiment of the assembly wire according to this invention. 図3に示した集合線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the assembly | attachment wire shown in FIG. 本発明に従った集合線材の他の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the other manufacturing method of the assembly | attachment wire according to this invention. 図5に示した被覆工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the covering | coating process shown in FIG. 図5に示したGa触媒反応工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the Ga catalyst reaction process shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 炭素線、2 カーボンナノチューブ、3 集合体部、4 グラファイト層、5 集合線材、11 アモルファスカーボン層。   1 carbon wire, 2 carbon nanotube, 3 aggregate part, 4 graphite layer, 5 aggregate wire, 11 amorphous carbon layer.

Claims (12)

複数の炭素フィラメントが接触した集合体部と、
前記集合体部の外周に形成されたグラファイト層とを備える、炭素線。
An assembly portion in which a plurality of carbon filaments are in contact;
A carbon wire comprising a graphite layer formed on the outer periphery of the aggregate part.
前記炭素フィラメントがカーボンナノチューブである、請求項1に記載の炭素線。   The carbon wire according to claim 1, wherein the carbon filament is a carbon nanotube. 前記グラファイト層がカーボンナノチューブである、請求項1または2に記載の炭素線。   The carbon wire according to claim 1, wherein the graphite layer is a carbon nanotube. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素線を複数備える、集合線材。   An assembly wire comprising a plurality of the carbon wires according to claim 1. 複数の炭素フィラメントが接触した集合体部を準備する工程と、
前記集合体部の表面を液体ガリウムに接触させることにより前記集合体部の表面にグラファイト層を形成する工程とを備える、炭素線の製造方法。
A step of preparing an assembly portion in which a plurality of carbon filaments are in contact;
Forming a graphite layer on the surface of the aggregate part by bringing the surface of the aggregate part into contact with liquid gallium.
前記グラファイト層を形成する工程において、前記集合体部に対して圧縮応力が加えられる、請求項5に記載の炭素線の製造方法。   The carbon wire manufacturing method according to claim 5, wherein in the step of forming the graphite layer, a compressive stress is applied to the aggregate portion. 前記グラファイト層を形成する工程では、前記液体ガリウムを加圧することにより、前記集合体部に対して圧縮応力が加えられる、請求項6に記載の炭素線の製造方法。   The carbon wire manufacturing method according to claim 6, wherein in the step of forming the graphite layer, compressive stress is applied to the aggregate portion by pressurizing the liquid gallium. 前記グラファイト層を形成する工程では、前記液体ガリウムに接触する雰囲気ガスの圧力を調整することにより、前記液体ガリウムを加圧する、請求項7に記載の炭素線の製造方法。   The method for producing a carbon wire according to claim 7, wherein in the step of forming the graphite layer, the liquid gallium is pressurized by adjusting a pressure of an atmospheric gas in contact with the liquid gallium. 前記グラファイト層を形成する工程において、前記液体ガリウムの温度は450℃以上750℃以下である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の炭素線の製造方法。   9. The method for producing a carbon wire according to claim 5, wherein in the step of forming the graphite layer, the temperature of the liquid gallium is 450 ° C. or higher and 750 ° C. or lower. 前記グラファイト層を形成する工程より前に、前記集合体部の表面層としてアモルファスカーボン層を形成する工程を備える、請求項5〜9のいずれか1項に記載の炭素線の製造方法。   The method for producing a carbon beam according to any one of claims 5 to 9, further comprising a step of forming an amorphous carbon layer as a surface layer of the aggregate portion before the step of forming the graphite layer. 前記グラファイト層を形成する工程の後、前記炭素線の表面に付着するガリウムを除去する工程をさらに備える、請求項5〜10のいずれか1項に記載の炭素線の製造方法。   The method for producing a carbon beam according to any one of claims 5 to 10, further comprising a step of removing gallium adhering to the surface of the carbon beam after the step of forming the graphite layer. 請求項5〜11のいずれか1項に記載の炭素線の製造方法を用いて炭素線を複数本形成する工程と、
前記複数の炭素線を撚り合わせて集合線材を形成する工程とを備える、集合線材の製造方法。
A step of forming a plurality of carbon wires using the carbon wire manufacturing method according to any one of claims 5 to 11,
And a step of forming the aggregate wire by twisting the plurality of carbon wires.
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