JP2018172268A - Carbon nanotube assembly - Google Patents
Carbon nanotube assembly Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018172268A JP2018172268A JP2018063147A JP2018063147A JP2018172268A JP 2018172268 A JP2018172268 A JP 2018172268A JP 2018063147 A JP2018063147 A JP 2018063147A JP 2018063147 A JP2018063147 A JP 2018063147A JP 2018172268 A JP2018172268 A JP 2018172268A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cnt
- aggregate
- carbon
- carbon nanotube
- layer structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、銅やアルミニウムからなる線材に匹敵する低い抵抗率と、優れた熱的安定性を有するCNT集合体を提供することを目的とする。【解決手段】1層以上の層構造を有する複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体であって、カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上であり、カーボンナノチューブ集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、前記カーボンナノチューブ集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、150℃1時間の熱処理後の抵抗上昇率が35%以下であることを特徴とする、カーボンナノチューブ集合体。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CNT aggregate having a low resistivity comparable to a wire rod made of copper or aluminum and excellent thermal stability. SOLUTION: This is a carbon nanotube aggregate composed of a plurality of carbon nanotubes having a layer structure of one or more layers, and any one of 2 to 6 layers occupying the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate. The ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having the layer structure of is 70% or more, the carbon nanotube aggregate contains at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio thereof is contained in the carbon nanotube aggregate. The carbon nanotube aggregate is characterized in that the ratio of the number of atoms to the carbon atoms is 1 to 10%, and the rate of increase in resistance after heat treatment at 150 ° C. for 1 hour is 35% or less. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体に関する。 The present invention relates to an aggregate of carbon nanotubes composed of a plurality of carbon nanotubes.
従来、自動車や産業機器などの様々な分野における電力線や信号線として、一又は複数の線材からなる芯線と、該芯線を被覆する絶縁被覆とからなる電線が用いられている。芯線を構成する線材の材料としては、通常、電気特性の観点から銅又は銅合金が使用されるが、近年、軽量化の観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が提案されている。例えば、アルミニウムの比重は銅の比重の約1/3、アルミニウムの導電率は銅の導電率の約2/3(純銅を100%IACSの基準とした場合、純アルミニウムは約66%IACS)であり、アルミニウム線材に、銅線材と同じ電流を流すためには、アルミニウム線材の断面積を、銅の線材の断面積の約1.5倍と大きくする必要があるが、そのように断面積を大きくしたアルミニウム線材を用いたとしても、アルミニウム線材の質量は、純銅の線材の質量の半分程度であることから、アルミニウム線材を使用することは、軽量化の観点から有利である。 Conventionally, as power lines and signal lines in various fields such as automobiles and industrial equipment, electric wires composed of a core wire made of one or a plurality of wires and an insulating coating covering the core wire have been used. As the material of the wire constituting the core wire, copper or a copper alloy is usually used from the viewpoint of electrical characteristics, but in recent years, aluminum or an aluminum alloy has been proposed from the viewpoint of weight reduction. For example, the specific gravity of aluminum is about 1/3 of the specific gravity of copper, and the electrical conductivity of aluminum is about 2/3 of the electrical conductivity of copper (pure aluminum is about 66% IACS when pure copper is used as the standard of 100% IACS). Yes, to allow the same current to flow through the aluminum wire as the copper wire, the cross-sectional area of the aluminum wire must be about 1.5 times the cross-sectional area of the copper wire. Even if a large aluminum wire is used, the mass of the aluminum wire is about half of the mass of the pure copper wire, so the use of the aluminum wire is advantageous from the viewpoint of weight reduction.
上記のような背景のもと、昨今では、自動車、産業機器等の高性能化・高機能化が進められており、これに伴い、各種電気機器、制御機器などの配設数が増加するとともに、これら機器に使用される電気配線体の配線数も増加する傾向にある。また、その一方で、環境対応のために自動車等の移動体の燃費を向上させるため、線材の軽量化が強く望まれている。 Based on the above background, in recent years, higher performance and higher functionality of automobiles, industrial equipment, etc. are being promoted, and with this increase in the number of various electrical equipment, control equipment, etc. There is also a tendency for the number of wirings of electrical wiring bodies used in these devices to increase. On the other hand, in order to improve the fuel efficiency of moving bodies such as automobiles for environmental reasons, it is strongly desired to reduce the weight of wires.
こうした更なる軽量化を達成するための新たな手段の一つとして、カーボンナノチューブ(以下、Carbon Nano Tubeの略称として「CNT」と標記することがある。)を線材として活用する技術が新たに提案されている。CNTは、六角形格子の網目構造を有する筒状体の単層、あるいは略同軸で配された多層で構成される3次元網目構造体であり、軽量であると共に、導電性、電流容量、弾性、機械的強度等の特性に優れるため、電力線や信号線に使用されている金属に代替する材料として注目されている。 As one of the new means to achieve such further weight reduction, a new technology that uses carbon nanotubes (hereinafter sometimes abbreviated as “Carbon Nano Tube” as “CNT”) as a wire rod is proposed. Has been. CNT is a three-dimensional network structure composed of a single layer of a cylindrical body having a mesh structure of a hexagonal lattice, or a multilayer arranged substantially coaxially, and it is lightweight and has conductivity, current capacity, elasticity Because of its excellent properties such as mechanical strength, it has attracted attention as a material that can replace metals used in power lines and signal lines.
CNTの比重は、銅の比重の約1/5(アルミニウムの約1/2)であり、また、CNT単体は、理論上銅(抵抗率1.68×10−6Ω・cm)よりも高導電性を示す。したがって理論的には、複数のCNTを撚り合わせてCNT集合体を形成すれば、更なる軽量化、高導電率の実現が可能となる。しかしながら、nm単位のCNTを撚り合わせて、μm〜mm単位のCNT集合体を作製した場合、CNT間の接触抵抗や内部欠陥形成が要因となり、線材全体の抵抗値が増大してしまうという問題があることから、CNTをそのまま線材として使用することが困難であった。 The specific gravity of CNT is about 1/5 of the specific gravity of copper (about 1/2 of aluminum), and CNT alone is theoretically higher than copper (resistivity 1.68 × 10 −6 Ω · cm). Shows conductivity. Therefore, theoretically, if a plurality of CNTs are twisted to form a CNT aggregate, further weight reduction and high electrical conductivity can be realized. However, when a CNT aggregate in units of μm to mm is produced by twisting CNTs in nm units, there is a problem that contact resistance between the CNTs or internal defect formation is a factor and the resistance value of the entire wire increases. For this reason, it has been difficult to use CNT as a wire as it is.
そこで、CNT集合体の導電性を向上させる方法の一つとして、構成単位であるCNTの網目構造(カイラリティ)を制御し、CNTにドーピング処理を施す方法が提案されている。 Therefore, as one of the methods for improving the conductivity of the CNT aggregate, a method has been proposed in which the CNT network structure (chirality) of the structural unit CNT is controlled and the CNT is doped.
例えば、2層及び多層のCNTに、少なくとも1種のドーパントを用いてドーピング処理を施す方法がある。本方法では、CNTを形成する際、或いはCNT集合体を形成した後に、スパッタリング、噴霧、浸漬あるいは気相導入によりドーピング処理を施し、ヨウ素、銀、塩素、臭素、フッ素、金、銅、アルミニウム、ナトリウム、鉄、アンチモン、ヒ素、あるいはこれらの組み合わせを含むドーパントを有するCNT集合体(線材)を作製する。これにより、高い比導電率、低い抵抗率、高い導体許容電流などの電気的特性を得ることができるとされている(例えば、特許文献1)。 For example, there is a method of performing doping treatment on at least one kind of dopant on two-layer and multi-layer CNTs. In this method, when forming CNTs or after forming CNT aggregates, doping treatment is performed by sputtering, spraying, immersion, or gas phase introduction, iodine, silver, chlorine, bromine, fluorine, gold, copper, aluminum, A CNT aggregate (wire material) having a dopant containing sodium, iron, antimony, arsenic, or a combination thereof is prepared. Thereby, it is said that electrical characteristics such as high specific conductivity, low resistivity, and high conductor allowable current can be obtained (for example, Patent Document 1).
しかし、上記のようなドーパントを有するCNT線材は、その使用過程において熱処理等の加熱(200〜100℃程度)を受けると、CNTの網目構造内に物理的に存在していたドーパントが、CNTの網目構造から離脱してしまい、抵抗率が著しく上昇する問題がある。 However, when the CNT wire having the dopant as described above is subjected to heating such as heat treatment (about 200 to 100 ° C.) in its use process, the dopant physically present in the CNT network structure is There is a problem that the resistivity is remarkably increased due to separation from the network structure.
本発明の目的は、銅やアルミニウムからなる線材に匹敵する低い抵抗率と、優れた熱的安定性を有するCNT集合体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a CNT aggregate having a low resistivity comparable to a wire made of copper or aluminum and an excellent thermal stability.
本発明者らは、他元素を添加するCNTについて鋭意研究を重ねた結果、1層以上の層構造を有する複数のCNTで構成されるCNT集合体であって、該CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの総数の比率が70%以上であり、該CNT集合体がホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、該CNT集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、150℃1時間の熱処理後の抵抗上昇率が35%以下であることによって、特に優れた導電性と熱的安定性を同時に実現できることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research on CNTs to which other elements are added, the present inventors have obtained a CNT aggregate composed of a plurality of CNTs having a layer structure of one or more layers, all of which constitute the CNT aggregate. The ratio of the total number of each multi-layer CNT having a layer structure of any of 2 to 6 layers in the number of CNTs is 70% or more, and the CNT aggregate contains at least one additive element of boron and nitrogen, The content ratio is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the CNT aggregate, and the resistance increase rate after heat treatment at 150 ° C. for 1 hour is 35% or less. And the present invention has been completed based on this finding.
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] 1層以上の層構造を有する複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体であって、
前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上であり、
前記カーボンナノチューブ集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、前記カーボンナノチューブ集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、
150℃1時間の熱処理後の抵抗上昇率が35%以下であることを特徴とする、カーボンナノチューブ集合体。
[2] 1層以上の層構造を有する複数のカーボンナノチューブで構成されるカーボンナノチューブ集合体であって、
前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上であり、
前記カーボンナノチューブ集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、前記カーボンナノチューブ集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、
前記添加元素は、少なくともその一部が前記カーボンナノチューブを構成する炭素原子と共有結合していることを特徴とする、カーボンナノチューブ集合体。
[3] 前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が90%以上である、上記[1]又は[2]に記載のカーボンナノチューブ集合体。
[4] 前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上である、上記[1]から[3]のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ集合体。
[5] 前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が90%以上である、上記[4]に記載のカーボンナノチューブ集合体。
[6] 前記添加元素は、少なくともその一部が前記多層カーボンナノチューブの層構造の層間に存在し、かつ前記炭素原子と共有結合している、上記[1]から[5]のいずれか1つに記載のカーボンナノチューブ集合体。
[7] 前記多層カーボンナノチューブの長手方向に沿って測った、前記層構造の層間に存在する前記添加元素の平均最近接原子間距離が50〜500nmである、上記[6]に記載のカーボンナノチューブ集合体。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
[1] A carbon nanotube aggregate composed of a plurality of carbon nanotubes having a layer structure of one or more layers,
The ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a layer structure of 2 to 6 layers, accounting for 70% or more of the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate,
The carbon nanotube aggregate includes at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio thereof is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the carbon nanotube aggregate,
An aggregate of carbon nanotubes, wherein the rate of increase in resistance after heat treatment at 150 ° C. for 1 hour is 35% or less.
[2] A carbon nanotube aggregate composed of a plurality of carbon nanotubes having a layer structure of one or more layers,
The ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a layer structure of 2 to 6 layers, accounting for 70% or more of the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate,
The carbon nanotube aggregate includes at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio thereof is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the carbon nanotube aggregate,
The aggregate of carbon nanotubes, wherein at least a part of the additive element is covalently bonded to a carbon atom constituting the carbon nanotube.
[3] The above-mentioned [1], wherein the ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a layer structure of any of 2 to 6 layers in the total number of carbon nanotubes constituting the aggregate of carbon nanotubes is 90% or more. Alternatively, the carbon nanotube aggregate according to [2].
[4] From the above [1] to [3], the ratio of the total number of multi-walled carbon nanotubes having a two-layer structure or a three-layer structure to the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate is 70% or more. ] The carbon nanotube aggregate according to any one of the above.
[5] The ratio according to [4], wherein the ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a two-layer structure or a three-layer structure to the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate is 90% or more. Carbon nanotube aggregate.
[6] Any one of the above [1] to [5], wherein at least a part of the additive element exists between layers of the multilayer carbon nanotube layer structure and is covalently bonded to the carbon atom. An aggregate of carbon nanotubes described in 1.
[7] The carbon nanotube according to [6], wherein an average interatomic distance between the additive elements present between layers of the layer structure, measured along the longitudinal direction of the multilayer carbon nanotube, is 50 to 500 nm. Aggregation.
本発明によれば、従来のCNT集合体と比較して熱的安定性が格段に向上すると共に、銅やアルミニウムと同等の抵抗率を実現することができ、電気的特性および熱的安定性を大幅に向上させたCNT集合体を提供することが可能となる。 According to the present invention, the thermal stability is remarkably improved as compared with the conventional CNT aggregate, and the resistivity equivalent to that of copper or aluminum can be realized, and the electrical characteristics and thermal stability can be improved. It is possible to provide a significantly improved CNT aggregate.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1(a)〜(f)は、本発明の実施形態に係るCNT集合体の構成を概略的に示す図である。なお、図1におけるCNT集合体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図1のものに限られないものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Fig.1 (a)-(f) is a figure which shows schematically the structure of the CNT aggregate | assembly which concerns on embodiment of this invention. Note that the CNT aggregate in FIG. 1 shows an example, and the shape, dimensions, and the like of each component according to the present invention are not limited to those in FIG.
本実施形態に係るCNT集合体1は、図1(a)及び(b)に示すように、1層以上の層構造を有する複数のCNTの束11,11,・・・で構成されており、これら複数のCNTの束が撚り合わされてなる。CNT集合体1の外径は、好ましくは0.01〜1mmである。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the CNT aggregate 1 according to this embodiment is composed of a plurality of CNT bundles 11, 11,... Having a layer structure of one or more layers. These bundles of CNTs are twisted together. The outer diameter of the CNT aggregate 1 is preferably 0.01 to 1 mm.
CNTの束11は、図1(c)及び(d)の拡大図で示すように、複数のCNT11a,11a,・・・が纏められた束状体となっており、これら複数のCNTの軸方向がほぼ揃って配されている。 As shown in the enlarged views of FIGS. 1C and 1D, the bundle 11 of CNTs is a bundle of a plurality of CNTs 11a, 11a,. The direction is almost aligned.
また、CNTの束11を構成するCNT11aは、単層構造又は多層構造を有する筒状体であり、それぞれSWNT(single-walled nanotube)、MWNT(multi-walled nanotube)と呼ばれる。図1(c)〜(f)では便宜上、2層構造を有する多層CNTのみを記載しているが、実際には、1層の層構造を有する単層CNTや、3層以上の各層構造を有する多層CNTが存在してもよい。なお、本明細書において、単に「CNT」と記載する場合には、単層構造のCNTと2層以上の多層構造を有するCNTを区別しない場合であり、「多層CNT」と記載する場合には、2層以上の多層構造を有するCNTに限定する場合である。 The CNTs 11a constituting the CNT bundle 11 are cylindrical bodies having a single-layer structure or a multi-layer structure, and are called SWNT (single-walled nanotube) and MWNT (multi-walled nanotube), respectively. In FIGS. 1 (c) to (f), only a multi-layer CNT having a two-layer structure is shown for convenience, but actually, a single-wall CNT having a one-layer structure or each layer structure having three or more layers is used. Multilayer CNTs may be present. In addition, in this specification, when it is simply described as “CNT”, it is a case where a single-layer structure CNT and a CNT having a multilayer structure of two or more layers are not distinguished, and when it is described as “multilayer CNT” This is a case where it is limited to CNTs having a multilayer structure of two or more layers.
CNT11aは、六角形格子の網目構造を有する2つの筒状体T1,T2が略同軸で配された3次元網目構造体となっており、DWNT(Double-walled nanotube)と呼ばれる。構成単位である六角形格子は、その頂点に炭素原子が配された六員環であり、他の六員環と隣接してこれらが連続的に結合している。 The CNT 11a is a three-dimensional network structure in which two cylindrical bodies T1 and T2 having a hexagonal lattice network structure are arranged substantially coaxially, and is called DWNT (Double-walled nanotube). The hexagonal lattice, which is a structural unit, is a six-membered ring in which a carbon atom is arranged at the apex, and these are continuously bonded adjacent to another six-membered ring.
CNT11aの性質は、上記のような筒状体のカイラリティ(chirality)に依存する。カイラリティは、アームチェア型、ジグザグ型、及びそれ以外のカイラル型に大別され、アームチェア型は金属性、カイラル型は半導体性、ジグザグ型はその中間の挙動を示す。よってCNTの導電性はいずれのカイラリティを有するかによって大きく異なり、CNT集合体の導電性を向上させるには、金属性の挙動を示すアームチェア型のCNTの割合を増大させることが重要とされてきた。一方、半導体性を有するカイラル型のCNTに電子供与性もしくは電子受容性を持つ物質(異種元素)をドープすることにより、金属的挙動を示すことが分かっている。また、一般的な金属では、異種元素をドープすることによって金属内部での伝導電子の散乱が起こって導電性が低下するが、これと同様に、金属性CNTに異種元素をドープした場合には、導電性の低下を引き起こす。 The property of the CNT 11a depends on the chirality of the cylindrical body as described above. Chirality is broadly divided into armchair type, zigzag type, and other chiral types. Armchair type is metallic, chiral type is semiconducting, and zigzag type shows intermediate behavior. Therefore, the conductivity of CNTs varies greatly depending on which chirality is present, and in order to improve the conductivity of CNT aggregates, it has been important to increase the proportion of armchair CNTs that exhibit metallic behavior. It was. On the other hand, it has been found that doping a chiral CNT having semiconducting properties with a substance (heterogeneous element) having an electron donating property or an electron accepting property exhibits a metallic behavior. In addition, in general metals, doping of different elements causes scattering of conduction electrons inside the metal, resulting in a decrease in conductivity. Similarly, when metallic CNTs are doped with different elements. , Causing a decrease in conductivity.
このように、金属性CNT及び半導体性CNTへのドーピング効果は、導電性の観点からはトレードオフの関係にあると言えることから、理論的には金属性CNTと半導体性CNTとを別個に作製し、半導体性CNTにのみドーピング処理を施した後、これらを組み合わせることが望ましい。しかし、現状の製法技術では金属性CNTと半導体性CNTとを選択的に作り分けることは困難であり、金属性CNTと半導体性CNTが混在した状態で作製される。このため、金属性CNTと半導体性CNTの混合物からなるCNT集合体の導電性を向上させるには、異種元素・分子によるドーピング処理が効果的となるCNT構造を選択することが不可欠となる。 Thus, since the doping effect on metallic CNT and semiconducting CNT can be said to have a trade-off relationship from the viewpoint of conductivity, theoretically, metallic CNT and semiconducting CNT are produced separately. In addition, it is desirable to combine these after performing doping treatment only on the semiconducting CNTs. However, it is difficult to selectively produce metallic CNT and semiconducting CNT selectively with the current manufacturing technique, and the metallic CNT and semiconducting CNT are produced in a mixed state. For this reason, in order to improve the conductivity of the CNT aggregate composed of a mixture of metallic CNTs and semiconducting CNTs, it is indispensable to select a CNT structure in which doping treatment with different elements / molecules is effective.
そこで本実施形態では、低抵抗率のCNT集合体を得るために、ドーピング処理の効果を最大限に引き出すことができる層数を有するCNTが所定比率となるように構成し、且つ、CNT集合体に所定の添加元素を適量含有させ、該添加元素の少なくとも一部がCNTを構成する炭素原子と共有結合している構成とする。 Therefore, in this embodiment, in order to obtain a CNT aggregate having a low resistivity, the CNTs having a number of layers that can maximize the effect of the doping treatment are configured to have a predetermined ratio, and the CNT aggregate An appropriate amount of a predetermined additive element is contained in the element, and at least a part of the additive element is covalently bonded to the carbon atoms constituting the CNT.
本実施形態では、複数のCNT11a,11a,・・・の集合体で構成されるCNT集合体11において、全CNT11a、11a,・・・の個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの総数の比率が70%以上であり、好ましくは90%以上である。すなわち、一のCNT集合体を構成する全CNTの総数をNTOTAL、上記全CNTのうち2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの数の和を、それぞれNCNT(2)、NCNT(3)、NCNT(4)、NCNT(5)およびNCNT(6)としたとき、下記式(1)で表すことができる。
(NCNT(2)+NCNT(3)+NCNT(4)+NCNT(5)+NCNT(6))/NTOTAL×100(%)≧70(%) ・・・(1)
In the present embodiment, in the CNT aggregate 11 composed of an aggregate of a plurality of CNTs 11a, 11a,..., Any one of 2 to 6 layers in the total number of CNTs 11a, 11a,. The ratio of the total number of each multi-walled CNT having 70 is 70% or more, preferably 90% or more. That is, the total number of all CNTs constituting one CNT aggregate is N TOTAL , and the sum of the numbers of multilayer CNTs having any one of 2-6 layers among all the CNTs is defined as N CNT (2) , N CNT (3) , N CNT (4) , N CNT (5) and N CNT (6) can be expressed by the following formula (1).
(N CNT (2) + N CNT (3) + N CNT (4) + N CNT (5) + N CNT (6) ) / N TOTAL × 100 (%) ≥ 70 (%) (1)
また、2層構造又は3層構造のような層数が少ない多層CNTは、それより層数の多い多層CNTよりも比較的導電性が高い。そのため、本実施形態では、複数のCNT11a,11a,・・・の集合体で構成されるCNT集合体11において、全CNT11a、11a,・・・の個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層CNTの総数の比率は、70%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。この場合、当該比率は、下記式(2)で表すことができる。
(NCNT(2)+NCNT(3))/NTOTAL×100(%)≧70(%) ・・・(2)
In addition, a multi-walled CNT having a small number of layers such as a two-layer structure or a three-layer structure has a relatively higher conductivity than a multi-walled CNT having a larger number of layers. Therefore, in this embodiment, in the CNT aggregate 11 composed of an aggregate of a plurality of CNTs 11a, 11a,..., A two-layer structure or a three-layer structure occupying the total number of CNTs 11a, 11a,. The ratio of the total number of the multi-walled CNTs is preferably 70% or more, and more preferably 90% or more. In this case, the ratio can be expressed by the following formula (2).
(N CNT (2) + N CNT (3) ) / N TOTAL × 100 (%) ≧ 70 (%) (2)
従来用いられていたヨウ素等のドーパントは、通常、多層CNTの最内層の内部、もしくは複数のCNTで形成されるCNT間の隙間に導入される。多層CNTの層間距離はグラファイトの層間距離である0.335nmと同等であり、多層CNTの層間にドーパントが入り込むことはサイズ的に困難である。そのため、従来のドーパントを用いたCNTでは、ドーピング効果はCNTの内部および外部にドーパントが導入されることで発現するが、特に多層CNTの場合、最外層および最内層に接していない内部に位置するチューブでは、ドープ効果が発現しにくくなる。 Conventionally used dopants such as iodine are usually introduced into the innermost layer of the multi-walled CNTs or into the gaps between the CNTs formed by a plurality of CNTs. The interlayer distance of the multilayer CNT is equivalent to 0.335 nm, which is the interlayer distance of graphite, and it is difficult in terms of size for the dopant to enter the interlayer of the multilayer CNT. Therefore, in the CNT using the conventional dopant, the doping effect is manifested by introducing the dopant into and outside the CNT, but particularly in the case of the multi-layer CNT, it is located inside the outermost layer and the innermost layer. In the tube, the dope effect is hardly exhibited.
これに対し、本発明で添加元素としている窒素およびホウ素は、上記従来のドーパントとは全く考え方が異なる。すなわち、従来のドーパントは、CNTの内部および外部に物理的に介在または付着することでドーピング効果を発現しているが、本発明で用いる窒素およびホウ素は、CNTを構成する炭素原子の一部を置換して、周囲の炭素原子と化学的な結合(共有結合)を伴うことで、より安定的にドーピング効果を発現するものと考えられる。さらに、窒素および炭素は、ヨウ素のような従来のドーパントに比べて、原子サイズが小さいため、多層CNTの層間にも介在できる可能性があり、多層CNTの内部に位置するチューブでも、ドープ効果の発現が期待される。 In contrast, nitrogen and boron, which are additive elements in the present invention, are completely different from the conventional dopant. In other words, the conventional dopant exhibits a doping effect by physically interposing or adhering inside and outside of the CNT, but nitrogen and boron used in the present invention are part of the carbon atoms constituting the CNT. By substituting and accompanied by chemical bonds (covalent bonds) with surrounding carbon atoms, it is considered that the doping effect is more stably exhibited. Furthermore, since nitrogen and carbon have a smaller atomic size than conventional dopants such as iodine, they may be able to intervene between the layers of multi-walled CNTs. Expression is expected.
特に、本発明では、2〜6層のいずれかの層構造を有する多層CNTの層間で、各層を構成する炭素−炭素間を、窒素またはホウ素が共有結合で橋渡しすることで、層間に安定した電導パスを形成できると考えられる。さらに、2層構造又は3層構造を有する多層CNTの場合には、CNT同士が六方稠密構造を取ったバンドルを形成に寄与すると考えられる。このような構造は、導電性をさらに向上すると考えられ、2層構造又は3層構造を有する多層CNTでのドーピング効果が最も高いと推察される。よって本発明ではCNT集合体に含まれる2〜6層のいずれかの層構造を有する多層CNTの総数、さらには、2層構造又は3層構造を有する多層CNTの総数に着目している。 In particular, in the present invention, nitrogen or boron is bridged by a covalent bond between carbon and carbon constituting each layer between the layers of the multilayer CNT having any one of 2 to 6 layers. It is considered that a conductive path can be formed. Furthermore, in the case of multilayer CNT having a two-layer structure or a three-layer structure, it is considered that the CNTs contribute to the formation of a bundle having a hexagonal close-packed structure. Such a structure is considered to further improve the conductivity, and it is presumed that the doping effect in the multilayer CNT having the two-layer structure or the three-layer structure is the highest. Therefore, in the present invention, attention is focused on the total number of multilayer CNTs having any one of 2 to 6 layers included in the CNT aggregate, and further on the total number of multilayer CNTs having a two-layer structure or a three-layer structure.
なお、CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの総数の比率が70%未満であると、単層構造或いは7層以上の多層構造を有するCNTの比率が高くなり、CNT集合体全体としてドーピング効果が小さくなり、抵抗率が上昇する傾向にある。 In addition, when the ratio of the total number of each multi-layer CNT having a layer structure of any of 2 to 6 layers in the total number of CNTs constituting the CNT aggregate is less than 70%, a single-layer structure or 7 layers or more The ratio of CNTs having a multilayer structure is increased, the doping effect is reduced as a whole of the CNT aggregate, and the resistivity tends to increase.
また、本実施形態では、CNT集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含む。また、このような添加元素の含有比率は、CNT集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%である。これにより、N型もしくP型のCNTが得られ導電性が増す。 In the present embodiment, the CNT aggregate includes at least one additive element of boron and nitrogen. Moreover, the content ratio of such an additional element is an atomic ratio with respect to the carbon atoms contained in the CNT aggregate, and is 1 to 10%. As a result, N-type or P-type CNTs are obtained and the conductivity is increased.
添加元素の含有比率は、X線光電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy)による半定量分析により評価することができる。なお、具体的な測定条件は実施例の頁にて説明する。 The content ratio of the additive element can be evaluated by semi-quantitative analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Specific measurement conditions will be described on the example page.
特に、本実施形態のCNT集合体では、上記添加元素の少なくとも一部が、各CNT11aを構成する炭素原子と共有結合していることを特徴とする。すなわち、添加元素の少なくとも一部は、CNTの構成単位である六員環を構成する炭素の一部、あるいは欠陥部分を置換している。 In particular, the CNT aggregate of the present embodiment is characterized in that at least a part of the additive element is covalently bonded to the carbon atoms constituting each CNT 11a. That is, at least a part of the additive element replaces a part of the carbon constituting the six-membered ring, which is a structural unit of CNT, or a defective part.
従来のドーパントを有するCNT集合体では、ドーパントが、CNTの構造単位である網目構造体の内部あるいは外部(表面)に物理的に介在または付着して、保持されているだけであり、共有結合のような化学的に強固な結合を伴うものではなかった。そのため、このような従来のドーパントを有するCNT集合体は、例えば200〜100℃程度の熱処理を受けると、ドーパントが、CNTの網目構造体の内部または外部から離脱してしまい、抵抗率の急激な上昇を招いていた。 In a CNT aggregate having a conventional dopant, the dopant is only physically held or attached inside or outside (surface) of the network structure, which is a structural unit of CNT, and is not covalently bonded. Such a chemically strong bond was not involved. Therefore, when the CNT aggregate having such a conventional dopant is subjected to a heat treatment of about 200 to 100 ° C., for example, the dopant is detached from the inside or outside of the CNT network structure, and the resistivity is abrupt. Invited to rise.
これに対し、本実施形態のCNT集合体は、従来のドーパントを有するCNT集合体とは異なり、添加元素の少なくとも一部が、CNTの構成単位である六員環を構成する炭素の一部、あるいは欠陥部分を置換する形で、隣接する炭素原子と共有結合しており、CNTの網目構造を構成する元素としてCNTの分子鎖中に組み込まれている。そのため、上記のような熱処理を経ても、添加元素がCNTの網目構造体から容易に離脱するということはなく、優れた導電性を良好に維持でき、従来のCNT集合体と比較して熱的安定性を大幅に向上できる。 In contrast, the CNT aggregate of the present embodiment is different from the conventional CNT aggregate having a dopant, and at least a part of the additive element is a part of carbon constituting a six-membered ring that is a structural unit of CNT, Alternatively, it is covalently bonded to an adjacent carbon atom so as to replace the defect portion, and is incorporated in the CNT molecular chain as an element constituting the CNT network structure. Therefore, even after the heat treatment as described above, the additive elements are not easily detached from the CNT network structure, and excellent electrical conductivity can be maintained well, compared with the conventional CNT aggregate. Stability can be greatly improved.
なお、添加元素の少なくとも一部がCNTの網目構造を構成する炭素原子と共有結合していることは、例えば、窒素元素のX線吸収エネルギーの吸収エネルギー位置から窒素―炭素の共有結合を有することを確認できる。 Note that the fact that at least a part of the additive element is covalently bonded to the carbon atom constituting the CNT network structure includes, for example, a nitrogen-carbon covalent bond from the absorption energy position of the X-ray absorption energy of the nitrogen element. Can be confirmed.
具体的には、10−9Paの高真空下にCNTを設置し、X線のエネルギー:385〜430eVを試料に照射する。入射したX線の強度をI0として試料に流れた電流値をI1とし、I1/I0の比をとる。横軸:X線のエネルギー、縦軸:I1/I0をとると図2の様なX線吸収スペクトルが得られる。 Specifically, CNTs are placed under a high vacuum of 10 −9 Pa, and the sample is irradiated with X-ray energy: 385 to 430 eV. The intensity of the incident X-ray is I0, the current value flowing through the sample is I1, and the ratio of I1 / I0 is taken. When the horizontal axis is X-ray energy and the vertical axis is I1 / I0, an X-ray absorption spectrum as shown in FIG. 2 is obtained.
図2では、0〜4の番号を付した複数の吸収ピークが確認できる。これらの吸収ピークの内、0〜1に関しては、炭化ケイ素(SiC)に窒素(N)をドープした試料で観察される窒素の吸収スペクトルと比較して、近しい値を示す。ここで、炭化ケイ素は、炭素およびケイ素が共有結合でダイヤモンド構造を形成している化合物で、炭化ケイ素にドープされた窒素も炭化ケイ素の中で四配位を取っていると推察される。したがって、上記0〜1の窒素の吸収スペクトルは、CNT中に、炭化ケイ素のダイヤモンド構造のような四配位を取った構造体が含まれること、すなわち、CNT中の一部の窒素が、多層CNTの層間でCNTの網目構造を構成する炭素原子と三次元的な共有結合を形成していることを示している、と判断できる。このような三次元的な結合は、多層CNTの内層と外層とをつなげる役目を果たしているものと考えられる。なお、このような三次元的な結合は、例えば図3に示されるような窒素―炭素の共有結合である。ここで、図3は、図1(e)のCNTのI−I断面の拡大図である。 In FIG. 2, a plurality of absorption peaks with numbers 0 to 4 can be confirmed. Among these absorption peaks, 0 to 1 show close values compared to the absorption spectrum of nitrogen observed in a sample in which silicon carbide (SiC) is doped with nitrogen (N). Here, silicon carbide is a compound in which carbon and silicon form a diamond structure through a covalent bond, and it is assumed that nitrogen doped in silicon carbide also takes four-coordinates in silicon carbide. Therefore, the absorption spectrum of nitrogen of 0 to 1 includes that the CNT includes a structure having a four-coordinate structure such as a diamond structure of silicon carbide, that is, a part of nitrogen in the CNT has a multi-layer structure. It can be judged that this indicates that a three-dimensional covalent bond is formed with the carbon atoms constituting the CNT network structure between the CNT layers. Such a three-dimensional bond is considered to play a role of connecting the inner layer and the outer layer of the multilayer CNT. Such a three-dimensional bond is, for example, a nitrogen-carbon covalent bond as shown in FIG. Here, FIG. 3 is an enlarged view of the II cross section of the CNT of FIG.
また、図2に示される吸収ピークのうち2〜4に関しては、ピリジンの窒素の吸収スペクトルと類似している。このことは、CNT中に、ピリジン分子のような二次平面構造体が含まれる、すなわち、CNT中の一部の窒素が、CNTの網目構造を構成する炭素の一部を置換して、周囲の炭素原子と二次元的な共有結合をしていると判断できる。 2 to 4 are similar to the absorption spectrum of nitrogen of pyridine. This means that the CNT contains a secondary planar structure such as a pyridine molecule, that is, a part of the nitrogen in the CNT replaces a part of the carbon constituting the network structure of the CNT, and the surroundings. It can be judged that it has a two-dimensional covalent bond with the carbon atom.
また、本実施形態のCNT集合体では、上記添加元素の少なくとも一部が、多層CNTの層構造の層間に存在していることが好ましい。多層CNTの場合、層間の導電性を高めることで、導電経路として利用できるCNT層を増やすことができる。すなわち、添加元素は、特に多層CNTの層間に存在することで、層間の導電性を高めることができ、これにより、CNT集合体として、特に優れた導電性を発現することができる。さらに、多層CNTの層間に存在する添加元素の少なくとも一部は、多層CNTを構成している炭素原子と共有結合していることがより好ましい。これにより、多層CNTの層間の導電性をさらに高めることができる。 Moreover, in the CNT aggregate of the present embodiment, it is preferable that at least a part of the additive element exists between layers of the multilayer CNT layer structure. In the case of multi-walled CNTs, by increasing the conductivity between the layers, the number of CNT layers that can be used as a conductive path can be increased. That is, the presence of the additive element particularly between the layers of the multi-walled CNTs can increase the conductivity between the layers, and as a result, the CNT aggregate can exhibit particularly excellent conductivity. Furthermore, it is more preferable that at least a part of the additive elements present between the layers of the multi-walled CNT are covalently bonded to the carbon atoms constituting the multi-walled CNT. Thereby, the electroconductivity between the layers of multilayer CNT can further be improved.
なお、添加元素が多層CNTの層間に存在していることおよびその結合状態は、例えば以下の方法により確認することができる。
まず、多層CNTの観察には、透過型電子顕微鏡を用いる。さらに、CNTの内部に存在する窒素またはホウ素は、電子エネルギー損失分光法(ElectronEnergyLossSpectroscopy, EELS)により確認することができる。EELSは、入射電子が、試料物質との相互作用することにより、エネルギーを失った状態となり、この非弾性散乱電子を分光することで、試料の元素組成や化学結合状態を解析する手法である。上記の電子顕微鏡に設置されている走査透過型電子顕微鏡(STEM)と組み合わせることにより、微小領域を高い空間分解能で測定できる。これらの手法により、CNTの構造内に存在する窒素原子またはホウ素原子のマッピングを行うことができる。
Note that the presence of the additive element between the multilayer CNT layers and the bonding state thereof can be confirmed, for example, by the following method.
First, a transmission electron microscope is used for observation of multilayer CNT. Furthermore, nitrogen or boron present inside the CNT can be confirmed by electron energy loss spectroscopy (Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS). EELS is a technique for analyzing the elemental composition and chemical bonding state of a sample by analyzing the inelastically scattered electrons by causing the incident electrons to lose energy due to interaction with the sample substance. By combining with a scanning transmission electron microscope (STEM) installed in the above-mentioned electron microscope, a minute region can be measured with high spatial resolution. By these methods, it is possible to perform mapping of nitrogen atoms or boron atoms existing in the structure of CNT.
また、多層CNTの層構造の層間に存在する添加元素の平均最近接原子間距離が50〜500nmであることが好ましく、より好ましくは50〜250nmである。測定は透過型電子顕微鏡を用いて行うことができる。なお、この測定では、上述の組成や結合状態の解析の場合に比べて、広範囲のマッピングが必要なため、STEMに加え、エネルギー分散型X線分光法(EDX: Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)を用いてマッピングを行う。 Moreover, it is preferable that the average nearest interatomic distance of the additive element which exists between the layers of the layer structure of multilayer CNT is 50-500 nm, More preferably, it is 50-250 nm. The measurement can be performed using a transmission electron microscope. In this measurement, since a wider range of mapping is required than in the case of the analysis of the composition and bonding state described above, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) is used in addition to STEM. Mapping.
なお、上記マッピング分析では、表面だけでなく奥行き方向の情報も含まれる。そのため、本発明では、例えば窒素の蛍光X線測定の場合、CNTの長手方向に平行な面から元素マッピングを行い、バックグランドよりも明らかに窒素に由来するX線強度が強い部分を、任意の点Oとし、CNTの長手方向に沿って、点Oと同程度の強度が確認できる次の部分を点Aとして観察するときに、点Oと点Aの間の距離を最近接原子間距離と定義する。また、EELS分析を行うことで、多層CNTの層構造の層間に存在する添加元素と、CNTの層を構成する添加元素とを区別することも可能である。 Note that the mapping analysis includes information not only on the surface but also in the depth direction. Therefore, in the present invention, for example, in the case of measurement of X-ray fluorescence of nitrogen, element mapping is performed from a plane parallel to the longitudinal direction of CNT, and a portion where X-ray intensity derived from nitrogen is clearly stronger than the background is arbitrarily selected. When the point O is observed as a point A along the longitudinal direction of the CNT along which the same strength as the point O can be confirmed, the distance between the point O and the point A is the nearest interatomic distance. Define. In addition, by performing EELS analysis, it is possible to distinguish an additive element existing between layers of the multilayer CNT layer structure and an additive element constituting the CNT layer.
また本実施形態では、ラマンスペクトルのGバンドと、結晶性に由来するDバンドとの比であるG/D比が、所定の範囲に制御されていることが好ましい。ここで、Dバンドは、ラマンシフト1350cm−1付近に現れ、欠陥に由来するスペクトルのピークとも言える。このGバンドに対するDバンドの比(G/D比)は、CNT中の欠陥量の指標として用いられ、G/D比が大きい程、CNT中の欠陥が少ないと判断される。 In the present embodiment, it is preferable that the G / D ratio, which is the ratio between the G band of the Raman spectrum and the D band derived from crystallinity, is controlled within a predetermined range. Here, the D band appears in the vicinity of a Raman shift of 1350 cm −1 and can be said to be a peak of a spectrum derived from a defect. The ratio of the D band to the G band (G / D ratio) is used as an index of the amount of defects in the CNT, and it is determined that the larger the G / D ratio, the fewer the defects in the CNT.
本実施形態のCNT集合体11においては、ラマンスペクトルのGバンドと結晶性に由来するDバンドとの比であるG/D比が50以上であることが好ましい。 In the CNT aggregate 11 of the present embodiment, the G / D ratio, which is the ratio of the G band of the Raman spectrum to the D band derived from crystallinity, is preferably 50 or more.
<カーボンナノチューブ集合体の製造方法>
本実施形態のCNT集合体は、以下の方法で製造される。
<Method for producing carbon nanotube aggregate>
The CNT aggregate of this embodiment is manufactured by the following method.
(1)CNTの合成
CNTは、例えば浮遊触媒気相成長(CCVD)法を用いて作製することができる。具体的には、反応炉上部から出発物質を供給し、反応路下部より生成したCNTを回収する。
(1) Synthesis of CNT CNT can be produced using, for example, a floating catalyst vapor deposition (CCVD) method. Specifically, the starting material is supplied from the upper part of the reaction furnace, and the CNT generated from the lower part of the reaction path is recovered.
出発物質としては、カーボン源、窒素またはホウ素源、触媒およびCNT成長促進剤を少なくとも含む混合液を用いることが好ましい。 As a starting material, it is preferable to use a mixed solution containing at least a carbon source, a nitrogen or boron source, a catalyst, and a CNT growth promoter.
ここで、カーボン源としては、例えば、デカリン、ベンゼン、ヘキサン、トルエン等を用いることができる。
窒素源としては、例えば、ピリジン、ベンジルアミン等を用いることができる。
ホウ素源としては、例えば、デカボラン、ホウ素酸トリイソピロピル等を用いることができる。
触媒としては、例えば、フェロセン、コバルトセン、ニッケロセン等の有機金属錯体を原料とする金属触媒を用いることができる。
CNT成長促進材としては、例えば、チオフェン等を用いることができる。
Here, as the carbon source, for example, decalin, benzene, hexane, toluene or the like can be used.
As the nitrogen source, for example, pyridine, benzylamine and the like can be used.
As the boron source, for example, decaborane, triisopropylpyrate boronate, or the like can be used.
As the catalyst, for example, a metal catalyst made from an organic metal complex such as ferrocene, cobaltocene, or nickelocene can be used.
As the CNT growth promoter, for example, thiophene can be used.
上記混合液は、反応路に供給される前に、50〜80度に保温された超音波洗浄機にて、攪拌されることが好ましい。 The mixed solution is preferably stirred in an ultrasonic cleaner that is kept at 50 to 80 degrees before being supplied to the reaction path.
また、反応炉内は、1200〜1500度に加熱されていることが好ましい。また、上記出発原料を反応炉内に供給する際のキャリアガスとしては、水素ガスを用いることが好ましい。反応炉は、例えば、縦型に設置され、炉上部から出発物質が供給され、炉下部から生成したCNTが排出、回収される。 Further, the inside of the reaction furnace is preferably heated to 1200 to 1500 degrees. Moreover, it is preferable to use hydrogen gas as a carrier gas for supplying the starting material into the reaction furnace. For example, the reaction furnace is installed in a vertical type, and a starting material is supplied from the upper part of the furnace, and CNTs generated from the lower part of the furnace are discharged and collected.
(2)CNT集合体の作製
回収された粉末状のCNTからCNT集合体を作製する。CNT集合体の形態は、限定されず、例えば、生成したCNTを、シート状に回収してCNT集合体とし、さらにこれを束ねてCNT線材としてもよい。また、得られたCNT線材は、例えば大気中、300〜700℃で加熱し、さらに酸処理を施すことで高純度化することが好ましい。そして、このようにして得られたCNT線は、さらに撚り集め長手方向に引っ張りながら、撚り線としてもよい。
(2) Production of CNT aggregate A CNT aggregate is produced from the collected powdery CNTs. The form of the CNT aggregate is not limited. For example, the produced CNTs may be collected into a sheet to form a CNT aggregate, and further bundled to form a CNT wire. Moreover, it is preferable that the obtained CNT wire is highly purified by heating at 300-700 degreeC, for example in air | atmosphere, and also giving an acid treatment. Then, the CNT wire obtained in this way may be twisted and twisted in the longitudinal direction to form a twisted wire.
<カーボンナノチューブ集合体の電気的特性>
本実施形態のCNT集合体は、CNT集合体製造時の抵抗率が7.5×10−5Ω・cm以下であることが好ましい。なお、このようなCNT集合体は、銅の抵抗率1.68×10−6Ω・cmやアルミニウムの抵抗率2.65×10−6Ω・cmと比較すると若干抵抗率が高いものの、良好な10−5オーダー以下の抵抗率を達成している。よって、本実施形態のCNT集合体を、銅あるいはアルミニウム線材に代わる線材として使用すれば、銅やアルミニウムと同等の抵抗率を維持しつつ、軽量化を実現することができる。
<Electrical properties of aggregate of carbon nanotubes>
The CNT aggregate of this embodiment preferably has a resistivity of 7.5 × 10 −5 Ω · cm or less when the CNT aggregate is manufactured. In addition, although such a CNT aggregate has a slightly higher resistivity than the resistivity of copper 1.68 × 10 −6 Ω · cm and the resistivity of aluminum 2.65 × 10 −6 Ω · cm, it is good Resistivity of 10 −5 order or less is achieved. Therefore, if the CNT aggregate of the present embodiment is used as a wire substitute for copper or aluminum wire, weight reduction can be realized while maintaining the same resistivity as copper or aluminum.
また、本実施形態のCNT集合体は、熱的安定性に優れる。例えば、大気中で150℃以上、1時間以上のような熱処理を施した場合であっても、熱処理の前後において抵抗率が著しく上昇することは無い。すなわち、本実施形態のCNT集合体は、150℃、1時間の熱処理後の抵抗率の上昇率[(熱処理後の抵抗率−熱処理前の抵抗率)×100/熱処理前の抵抗率]が、好ましくは35%以下であり、より好ましくは25%以下である。 Moreover, the CNT aggregate of this embodiment is excellent in thermal stability. For example, even when the heat treatment is performed at 150 ° C. or more for 1 hour or more in the atmosphere, the resistivity does not significantly increase before and after the heat treatment. That is, the CNT aggregate of this embodiment has an increase rate of resistivity after heat treatment at 150 ° C. for 1 hour [(resistivity after heat treatment−resistivity before heat treatment) × 100 / resistivity before heat treatment] Preferably it is 35% or less, More preferably, it is 25% or less.
以上、本発明の実施形態に係るCNT集合体について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 The CNT aggregate according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and includes all aspects included in the concept of the present invention and the claims. Various modifications can be made within the range described above.
例えば、上記実施形態のCNT集合体と、該CNT集合体の外周を被覆する被覆層とを備えるCNT被覆電線を構成してもよい。 For example, you may comprise a CNT covering electric wire provided with the CNT aggregate | assembly of the said embodiment, and the coating layer which coat | covers the outer periphery of this CNT aggregate.
また、上記CNT被覆電線を少なくとも1つ有するワイヤハーネスを構成してもよい。 Moreover, you may comprise the wire harness which has at least one said CNT covering electric wire.
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, in order to further clarify the effects of the present invention, examples and comparative examples will be described, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
CNT集合体の合成は、浮遊触媒気相成長(CCVD)法を用い行った。
まず、炭素源であるデカヒドロナフタレン(シグマアルドリッチジャパン合同会社製)、窒素源であるピリジン(和光純薬工業株式会社製)、触媒であるフェロセン(シグマアルドリッチジャパン合同会社製)、および反応促進剤であるチオフェン(シグマアルドリッチジャパン合同会社製)を、mol比率にて、それぞれ100:1.0:3.0:3.0で混合し、原料溶液を調製した。
次に、電気炉によって1200℃に加熱された、内径φ60mm、長さ1600mmのアルミナ管内部に、直前に50℃のウォータバスで超音波をかけた上記原料溶液を、スプレー噴霧により供給する。このとき、キャリアガスとして、水素を9.5L/minで供給した。
Example 1
The synthesis of the CNT aggregate was performed using a floating catalyst vapor deposition (CCVD) method.
First, decahydronaphthalene as a carbon source (manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC), pyridine as a nitrogen source (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), ferrocene as a catalyst (manufactured by Sigma Aldrich Japan LLC), and reaction accelerator The thiophenes (manufactured by Sigma-Aldrich Japan LLC) were mixed at a molar ratio of 100: 1.0: 3.0: 3.0, respectively, to prepare raw material solutions.
Next, the above raw material solution that has been ultrasonically applied in a water bath at 50 ° C. immediately before is supplied by spraying into an alumina tube having an inner diameter of 60 mm and a length of 1600 mm heated to 1200 ° C. by an electric furnace. At this time, hydrogen was supplied at 9.5 L / min as a carrier gas.
得られたCNTを回収機にてシート状に回収し、これらを集めてCNT集合体を製造し、更にCNT集合体を束ねてCNT線材を製造した。得られたCNT線材を、大気下において400〜650℃に加熱し、さらに酸処理を複数回施すことによって高純度化を行った。得られたCNTは、撚り集め長手方向に引張ながら線材化を行なった。 The obtained CNTs were collected in a sheet form by a collecting machine, and these were collected to produce a CNT aggregate, and further the CNT aggregate was bundled to produce a CNT wire. The obtained CNT wire was heated to 400 to 650 ° C. in the atmosphere and further subjected to acid treatment a plurality of times to achieve high purity. The obtained CNT was twisted and formed into a wire while being pulled in the longitudinal direction.
(実施例2〜4)
実施例2〜4では、得られるCNT集合体中の添加元素が、表1に示される炭素原子に対する原子数比率となるように、CCVDで用いる原料溶液におけるピリジンの配合比率を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。例えば、実施例2では、ピリジンの配合比率(mol比率)を、デカヒドロナフタレン100に対してピリジンが5.0となるように変更した。
(Examples 2 to 4)
In Examples 2 to 4, except that the compounding ratio of pyridine in the raw material solution used in CCVD was changed so that the additive element in the obtained CNT aggregate had an atomic ratio with respect to the carbon atoms shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, CNT synthesis to wire production was performed. For example, in Example 2, the blending ratio (mol ratio) of pyridine was changed so that pyridine was 5.0 with respect to decahydronaphthalene 100.
(実施例5および6)
実施例5および6では、得られるCNT集合体において、CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層CNTの総数の比率が、表1に示される比率となるように、CCVDで用いる原料溶液中のフェロセンおよびチオフェンの配合比率を変更し、さらに合成後の酸処理の工程数と処理時間を低減した以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Examples 5 and 6)
In Examples 5 and 6, in the obtained CNT aggregate, the ratio of the total number of each multilayer CNT having a two-layer structure or a three-layer structure to the total number of CNTs constituting the CNT aggregate is shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, except that the blending ratio of ferrocene and thiophene in the raw material solution used in CCVD was changed so that the number of acid treatment steps and treatment time after synthesis were reduced. From synthesis to wire preparation.
(実施例7および8)
実施例7および8では、CCVDで用いる原料溶液を、窒素源であるピリジンに替えて、ホウ素源であるホウ素酸トリイソピロピル(メルク株式会社製)とした以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Examples 7 and 8)
In Examples 7 and 8, the raw material solution used in CCVD was changed to CNT, which is a nitrogen source, and triisopyrrolyl borate (manufactured by Merck) was used as a boron source. From synthesis to wire preparation.
(実施例9および10)
実施例9および10では、CCVDで用いる原料溶液を、窒素源であるピリジンに替えて、ホウ素源であるデカボラン(シグマアルドリッチ社製)とした以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行なった。
(Examples 9 and 10)
In Examples 9 and 10, the CNT synthesis was performed in the same manner as in Example 1 except that the raw material solution used in CCVD was replaced with decaborane as a boron source (manufactured by Sigma Aldrich) instead of pyridine as a nitrogen source. To wire rod.
(比較例1)
比較例1では、CCVDで用いる原料溶液を、デカヒドロナフタレン、フェロセン及びチオフェンが、mol比率にて、それぞれ100:1.0:0.01となるように変更すると共に、合成後の酸処理の工程数と処理時間を低減し、さらに、酸処理後のCNT線を石英管に、固体のヨウ素と一緒に置き、封管し、100〜300℃の温度で1〜10時間加熱した以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the raw material solution used in CCVD was changed so that decahydronaphthalene, ferrocene, and thiophene were in a molar ratio of 100: 1.0: 0.01, respectively, and the acid treatment after synthesis was performed. In addition to reducing the number of steps and processing time, and further placing the acid-treated CNT wire together with solid iodine in a quartz tube, sealing and heating at a temperature of 100 to 300 ° C. for 1 to 10 hours, In the same manner as in Example 1, CNT synthesis to wire production was performed.
(比較例2)
比較例2では、酸処理後のCNT線を硝酸に浸漬した以外は、比較例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, CNT synthesis was performed to wire preparation in the same manner as in Comparative Example 1, except that the CNT wire after acid treatment was immersed in nitric acid.
(比較例3)
比較例3では、CCVDで用いる原料溶液におけるピリジンの配合比率(mol比率)を、デカヒドロナフタレン100に対してピリジンが0.2となるように変更した以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the mixing ratio (mol ratio) of pyridine in the raw material solution used in CCVD was changed in the same manner as in Example 1 except that pyridine was 0.2 with respect to decahydronaphthalene 100. The process from synthesis of CNT to wire production was performed.
(比較例4)
比較例4では、CCVDで用いる原料溶液におけるピリジンの配合比率(mol比率)を、デカヒドロナフタレン100に対してピリジンが5.0となるように変更すると共に、得られるCNT集合体において、CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層CNTの総数の比率が、表1に示される比率となるように、CCVDで用いる原料溶液中のフェロセンおよびチオフェンの配合比率を変更し、さらに合成後の酸処理の工程数と処理時間を低減した以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the mixing ratio (mol ratio) of pyridine in the raw material solution used in CCVD was changed so that pyridine was 5.0 with respect to decahydronaphthalene 100, and in the obtained CNT aggregate, Ferrocene and thiophene in the raw material solution used in CCVD so that the ratio of the total number of each multi-walled CNT having a two-layer structure or three-layer structure to the total number of CNTs constituting the body is the ratio shown in Table 1 CNT synthesis was performed to wire preparation in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio was changed and the number of acid treatment steps after synthesis and the treatment time were reduced.
(比較例5)
比較例5では、CCVDで用いる原料溶液におけるピラジン(和光純薬工業株式会社製)の配合比率(mol比率)を、デカヒドロナフタレン100に対してピラジンを120として得られるCNT集合体において、CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2層構造または3層構造を有する各多層CNTの総数の比率が、表1に示される比率となるように、CCVDで用いる原料溶液中のフェロセンおよびチオフェンの配合比率を変更し、さらに合成後の酸処理の工程数と処理時間を低減した以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行った。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, in a CNT aggregate obtained by using pyrazine (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in the raw material solution used in CCVD as a blending ratio (mol ratio) of 120 relative to decahydronaphthalene 100, CNT assembly Ferrocene and thiophene in the raw material solution used in CCVD so that the ratio of the total number of each multi-walled CNT having a two-layer structure or three-layer structure to the total number of CNTs constituting the body is the ratio shown in Table 1 CNT synthesis was performed to wire preparation in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio was changed and the number of acid treatment steps after synthesis and the treatment time were reduced.
(比較例6または8)
比較例6または8では、CCVDで用いる原料溶液を、窒素源であるピリジンに替えて、ホウ素源であるデカボラン(シグマアルドリッチ社製)とし、デカヒドロナフタレン100に対してデカボランを4もしくは15とした以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行なった。
(Comparative Example 6 or 8)
In Comparative Example 6 or 8, the raw material solution used in CCVD was replaced with decaborane (Sigma Aldrich) as a boron source instead of pyridine as a nitrogen source, and decaborane was changed to 4 or 15 with respect to decahydronaphthalene 100. Except for the above, the same procedure as in Example 1 was followed from the synthesis of CNT to the formation of a wire.
(比較例7)
比較例7は、CCVDで用いる原料として、カーボン源をメタノール(和光純薬工業株式会社製)として、ホウ素源をデカボランとして、その配合比率をメタノール100に対してデカボランを0.5とした以外は、実施例1と同様の方法でCNTの合成から線材化まで行なった。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, as a raw material used in CCVD, the carbon source was methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the boron source was decaborane, and the blending ratio was 0.5 with respect to methanol 100. In the same manner as in Example 1, the synthesis from CNT to wire was performed.
[評価]
上記実施例および比較例に係るカーボンナノチューブ集合体を用いて、下記に示す測定、評価を行った。各測定、評価の条件は下記の通りである。結果を表1に示す。
[Evaluation]
Measurements and evaluations shown below were performed using the carbon nanotube aggregates according to the above Examples and Comparative Examples. Conditions for each measurement and evaluation are as follows. The results are shown in Table 1.
(a)添加元素の炭素原子に対する原子数比率の測定
CNT集合体内の窒素またはホウ素の含有比率に関して、X線光電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy)による半定量分析により評価した。以下、詳しく説明する。
まず、合成直後の(撚る前の)、粉末状で回収されたCNTを、アセトンにさらし、薬包紙の上に置き、スライドガラスで平らにし、乾燥する。乾燥後のCNT試料は、1×1cm程度で、厚さ2mm程度の、CNTの凝集体となる。
上記凝集体を酸処理して、不純物を除いた後、XPS分析を行なう。XPS分析では、試料にX線を入射し、表面より放出された光電子を検出する。測定は、多機能走査型X線光電子分光分析装置(PHI5000 Versaprobe、アルバック・ファイ株式
会社製)を用い、入射したX線の線源を単色化 Al−Kα線とし、脱出角90°にて行った。さらに、半定量を行なうために、1350〜0eVまでの結合エネルギーについて、Wide−scanを行なった。1試料につき、任意の5箇所を選択して測定し(N=5)、その平均値を窒素またはホウ素の、炭素原子に対する原子数比率とした。
なお、CNT集合体内のヨウ素の含有比率に関しても、XPS分析よる半定量分析により評価した。XPS分析の測定条件および解析手法は、上記窒素またはホウ素の場合と同様とした。
(A) Measurement of atomic ratio of additive element to carbon atom The content ratio of nitrogen or boron in the CNT aggregate was evaluated by semi-quantitative analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray Photoelectron Spectroscopy). This will be described in detail below.
First, CNT recovered immediately after synthesis (before twisting) is exposed to acetone, placed on medicine-wrapping paper, flattened with a glass slide, and dried. The dried CNT sample is about 1 × 1 cm and becomes a CNT aggregate having a thickness of about 2 mm.
The aggregate is acid-treated to remove impurities and then subjected to XPS analysis. In XPS analysis, X-rays are incident on a sample and photoelectrons emitted from the surface are detected. The measurement is performed using a multifunctional scanning X-ray photoelectron spectrometer (PHI5000 Versaprobe, ULVAC-PHI Co., Ltd.) with the incident X-ray source being monochromatic Al-Kα ray and an escape angle of 90 °. It was. Furthermore, in order to perform semi-quantification, Wide-scan was performed about the binding energy of 1350-0eV. For each sample, measurement was performed by selecting five arbitrary locations (N = 5), and the average value was defined as the atomic ratio of nitrogen or boron to carbon atoms.
The iodine content in the CNT aggregate was also evaluated by semi-quantitative analysis using XPS analysis. The measurement conditions and analysis method for XPS analysis were the same as those for nitrogen or boron.
(b)添加元素と炭素原子との共有結合の確認
透過型電子顕微鏡(TEM)によりCNT層間の構造体を確認後、EELSスペクトルマッピングで該構造体が窒素、ホウ素またはヨウ素であることを確認した。さらに、得られたEELSスペクトルのスペクトルエネルギーから共有結合性の判断を行った。TEMによる観察は、原子分解能分析電子顕微鏡(JEM−ARM200F、日本電子株式会社製)を用いて行った。さらにEELSスペクトルマッピングは、上記の電子顕微鏡に設置されている走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いた。
なお、観察用試料は、合成したCNTをエタノール中で、超音波で分散した分散液とした。この分散液をTEM観察用のメッシュに垂らし、観察した。
(B) Confirmation of covalent bond between additive element and carbon atom After confirming the structure between CNT layers with a transmission electron microscope (TEM), it was confirmed by EELS spectrum mapping that the structure was nitrogen, boron or iodine. . Furthermore, the covalent bond was judged from the spectrum energy of the obtained EELS spectrum. Observation by TEM was performed using an atomic resolution analytical electron microscope (JEM-ARM200F, manufactured by JEOL Ltd.). Furthermore, the scanning transmission electron microscope (STEM) installed in said electron microscope was used for EELS spectrum mapping.
The observation sample was a dispersion liquid in which synthesized CNTs were dispersed in ethanol with ultrasonic waves. This dispersion was dropped on a TEM observation mesh and observed.
(c)添加元素の最近接原子間距離の測定
添加元素の最近接原子間距離は、走査透過型電子顕微鏡(STEM、同上)を用いたEELSスペクトルマッピングと、上記STEMを用いたエネルギー分散型X線分光法(EDX: Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)分析を行って確認した。なお、観察用試料は、合成したCNTをエタノール中で、超音波で分散した分散液とした。この分散液をTEM観察用のメッシュに垂らし、観察した。
(C) Measurement of the distance between the nearest atoms of the additive element The distance between the nearest atoms of the additive element was determined by EELS spectrum mapping using a scanning transmission electron microscope (STEM, the same as above) and energy dispersive X using the STEM. It was confirmed by performing a line spectroscopy (EDX: Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analysis. The observation sample was a dispersion liquid in which synthesized CNTs were dispersed in ethanol with ultrasonic waves. This dispersion was dropped on a TEM observation mesh and observed.
(d)CNTの層構造の観察
CNTの層構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)により確認を行なった。TEM観察は、原子分解能分析電子顕微鏡(同上)を用いた。また、観察用試料は、合成したCNTをエタノール中で、超音波で分散した分散液とした。この分散液をTEM観察用のメッシュに垂らし、観察した。
(D) Observation of CNT layer structure The CNT layer structure was confirmed by a transmission electron microscope (TEM). For TEM observation, an atomic resolution analytical electron microscope (same as above) was used. The observation sample was a dispersion liquid in which synthesized CNTs were dispersed in ethanol with ultrasonic waves. This dispersion was dropped on a TEM observation mesh and observed.
(e)抵抗率
抵抗測定機(ケースレー社製、装置名「DMM2000」)にCNT集合体を接続し、4端子法により抵抗測定を実施した。抵抗率は、r=RA/L(R::抵抗、A:CNT
集合体の断面積、L:測定長さ)の計算式に基づいて抵抗率を算出した。試験片は、長さ
40mmとした。なお、上記試験は、150℃、1時間の加熱処理の前後において、各CNT集合体3本ずつについて行い(N=3)、その平均値を求め、それぞれのCNT集合体の加熱前後の抵抗率(Ω・cm)とした。抵抗率は、小さいほど好ましく、本実施例では、上記加熱前においては7.5×10−5Ω・cm以下を合格レベルとし、上記熱処理後の抵抗率の上昇率(%)[(熱処理後の抵抗率−熱処理前の抵抗率)×100/熱処理前の抵抗率]は、35%以下を合格レベルとした。
(E) Resistivity A CNT aggregate was connected to a resistance measuring machine (manufactured by Keithley, device name “DMM2000”), and resistance measurement was performed by a four-terminal method. Resistivity is r = RA / L (R :: resistance, A: CNT
The resistivity was calculated based on the calculation formula of the cross-sectional area of the aggregate, L: measurement length). The test piece was 40 mm in length. In addition, the said test was performed about 3 each CNT aggregates before and after 150 degreeC 1 hour heat processing (N = 3), the average value was calculated | required, and the resistivity before and behind each CNT aggregate heating (Ω · cm). The resistivity is preferably as small as possible. In this example, before the heating, 7.5 × 10 −5 Ω · cm or less is regarded as an acceptable level, and the increase rate of the resistivity after the heat treatment (%) [(after the heat treatment )-(Resistivity before heat treatment) × 100 / Resistivity before heat treatment] was 35% or less as an acceptable level.
表1の結果より、本発明の実施例1〜8に係るCNT集合体は、各CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの総数の比率が70%以上であり、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、CNT集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、上記添加元素の少なくとも一部が、CNTを構成する炭素と共有結合しており、低い抵抗率と優れた熱的安定性を示すことが確認された。 From the results shown in Table 1, each of the CNT aggregates according to Examples 1 to 8 of the present invention has each layer structure of any one of 2 to 6 layers that occupies the total number of CNTs constituting each CNT aggregate. The ratio of the total number is 70% or more, includes at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the CNT aggregate, It was confirmed that at least a part of the additive element is covalently bonded to the carbon constituting the CNT, and exhibits low resistivity and excellent thermal stability.
これに対し、比較例1に係るCNT集合体は、添加元素としてヨウ素を含んでおり、ヨウ素は炭素と共有結合していないため、加熱後の抵抗率が大幅に上昇しており、本発明の実施例1〜8のCNT集合体に比べて、熱的安定性が著しく劣る。また、比較例2に係るCNT集合体は、添加元素としての窒素がCNTを構成する炭素と共有結合していないため、加熱後の抵抗率が大幅に上昇しており、本発明の実施例1〜10のCNT集合体に比べて、熱的安定性が著しく劣る。 In contrast, the CNT aggregate according to Comparative Example 1 contains iodine as an additive element, and since iodine is not covalently bonded to carbon, the resistivity after heating is significantly increased. Compared with the CNT aggregates of Examples 1 to 8, the thermal stability is remarkably inferior. Further, in the CNT aggregate according to Comparative Example 2, since the nitrogen as the additive element is not covalently bonded to the carbon constituting the CNT, the resistivity after heating is greatly increased, and Example 1 of the present invention Compared with CNT aggregates of -10, the thermal stability is significantly inferior.
また、比較例3、6に係るCNT集合体は、添加元素の含有率がCNT集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1%を下回るため、本発明の実施例1〜10のCNT集合体に比べて、抵抗率が高く、熱的安定性にも劣る。また、比較例4、7に係るCNT集合体は、各CNT集合体を構成する全CNTの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層CNTの総数の比率が70%を下回るため、本発明の実施例1〜10のCNT集合体に比べて、熱的安定性に劣る。また、比較例5、8に係るCNT集合体は、添加元素の含有率がCNT集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、10%を上回るため、本発明の実施例1〜10のCNT集合体に比べて、抵抗率が高く、熱的安定性にも劣る。このことは、共有結合されずにCNT表面に付着したホウ素や窒素含有の炭化物が加熱されることで、CNTの結晶性を下げ、抵抗が上昇したものと推察される。 Moreover, since the CNT aggregate according to Comparative Examples 3 and 6 has an additive element content ratio of less than 1% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the CNT aggregate, the CNT aggregates of Examples 1 to 10 of the present invention Compared to the aggregate, the resistivity is high and the thermal stability is also inferior. In the CNT aggregates according to Comparative Examples 4 and 7, the ratio of the total number of multi-layer CNTs having any one of 2 to 6 layers in the total number of CNTs constituting each CNT aggregate is 70%. Therefore, the thermal stability is inferior to the CNT aggregates of Examples 1 to 10 of the present invention. In addition, the CNT aggregates according to Comparative Examples 5 and 8 have an additive element content rate of more than 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the CNT aggregate. Compared to the aggregate, the resistivity is high and the thermal stability is also inferior. This is presumably because the boron and nitrogen-containing carbides attached to the CNT surface without being covalently bonded are heated, thereby reducing the crystallinity of the CNT and increasing the resistance.
1 カーボンナノチューブ集合体
11 カーボンナノチューブの束
11a カーボンナノチューブ
T1 筒状体
T2 筒状体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon nanotube aggregate 11 Bundle of carbon nanotubes 11a Carbon nanotube T1 Tubular body T2 Tubular body
Claims (7)
前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上であり、
前記カーボンナノチューブ集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、前記カーボンナノチューブ集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、
150℃1時間の熱処理後の抵抗上昇率が35%以下であることを特徴とする、カーボンナノチューブ集合体。 An aggregate of carbon nanotubes composed of a plurality of carbon nanotubes having a layer structure of one or more layers,
The ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a layer structure of 2 to 6 layers, accounting for 70% or more of the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate,
The carbon nanotube aggregate includes at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio thereof is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the carbon nanotube aggregate,
An aggregate of carbon nanotubes, wherein the rate of increase in resistance after heat treatment at 150 ° C. for 1 hour is 35% or less.
前記カーボンナノチューブ集合体を構成する全カーボンナノチューブの個数に占める、2〜6層のいずれかの層構造を有する各多層カーボンナノチューブの総数の比率が70%以上であり、
前記カーボンナノチューブ集合体は、ホウ素および窒素の少なくとも一方の添加元素を含み、その含有比率が、前記カーボンナノチューブ集合体に含まれる炭素原子に対する原子数比率で、1〜10%であり、
前記添加元素は、少なくともその一部が前記カーボンナノチューブを構成する炭素原子と共有結合していることを特徴とする、カーボンナノチューブ集合体。 An aggregate of carbon nanotubes composed of a plurality of carbon nanotubes having a layer structure of one or more layers,
The ratio of the total number of each multi-walled carbon nanotube having a layer structure of 2 to 6 layers, accounting for 70% or more of the total number of carbon nanotubes constituting the carbon nanotube aggregate,
The carbon nanotube aggregate includes at least one additive element of boron and nitrogen, and the content ratio thereof is 1 to 10% in terms of the number of atoms with respect to the carbon atoms contained in the carbon nanotube aggregate,
The aggregate of carbon nanotubes, wherein at least a part of the additive element is covalently bonded to a carbon atom constituting the carbon nanotube.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017069067 | 2017-03-30 | ||
| JP2017069067 | 2017-03-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018172268A true JP2018172268A (en) | 2018-11-08 |
| JP7028688B2 JP7028688B2 (en) | 2022-03-02 |
Family
ID=64107907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018063147A Active JP7028688B2 (en) | 2017-03-30 | 2018-03-28 | Carbon nanotube aggregate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7028688B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024162241A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-08 | 住友電気工業株式会社 | Carbon nanotube assembly wire and nitrogen-doped single-walled carbon nanotube |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006282408A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Shinshu Univ | Boron-doped double-walled carbon nanotube and method for producing the same |
| JP2010537410A (en) * | 2007-08-14 | 2010-12-02 | ナノコンプ テクノロジーズ インコーポレイテッド | Nanostructured material-based thermoelectric generator |
-
2018
- 2018-03-28 JP JP2018063147A patent/JP7028688B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006282408A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Shinshu Univ | Boron-doped double-walled carbon nanotube and method for producing the same |
| JP2010537410A (en) * | 2007-08-14 | 2010-12-02 | ナノコンプ テクノロジーズ インコーポレイテッド | Nanostructured material-based thermoelectric generator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024162241A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-08 | 住友電気工業株式会社 | Carbon nanotube assembly wire and nitrogen-doped single-walled carbon nanotube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7028688B2 (en) | 2022-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7247315B2 (en) | Carbon nanotube wire, method for producing carbon nanotube, and method for producing carbon nanotube wire | |
| US10392253B2 (en) | Aggregate of carbon nanotubes, carbon nanotube composite material, and carbon nanotube wire | |
| JP6719243B2 (en) | Method for producing carbon nanotube wire | |
| Zou et al. | Ni nanobuffer layer provides light-weight CNT/Cu fibers with superior robustness, conductivity, and ampacity | |
| JP6868609B2 (en) | Carbon Nanotube Complex and Carbon Nanotube Wire | |
| Lepak-Kuc et al. | Highly conductive doped hybrid carbon nanotube–graphene wires | |
| JP6928526B2 (en) | Manufacturing method of carbon nanotube wire rod, carbon nanotube wire rod connecting structure and carbon nanotube wire rod | |
| KR20110069820A (en) | Coating metal / CNT and / or fullerene composition on strip material | |
| JP7097165B2 (en) | Method for manufacturing carbon nanotube wire rod, carbon nanotube wire rod connection structure and carbon nanotube wire rod | |
| JP2018115087A (en) | Carbon nanotube aggregate, carbon nanotube wire, and method for producing carbon nanotube aggregate | |
| JP7536748B2 (en) | Coreless motor | |
| JP2018115086A (en) | Carbon nanotube aggregate and carbon nanotube wire | |
| Holesinger et al. | Carbon nanotube coated conductors | |
| JP7028688B2 (en) | Carbon nanotube aggregate | |
| JP6719244B2 (en) | Carbon nanotube wire connecting method and carbon nanotube wire connecting structure | |
| JP7508200B2 (en) | Carbon nanotube wire, carbon nanotube wire connection structure, and method for producing carbon nanotube wire | |
| JP7028689B2 (en) | Carbon nanotube sheet, thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element using it | |
| JP2023148771A (en) | Carbon nanotube wire composite | |
| JP7370917B2 (en) | connection structure | |
| JP2020181687A (en) | Carbon nanotube wire material, carbon nanotube wire material connecting structure, and manufacturing method of carbon nanotube wire material | |
| JP2023152922A (en) | Carbon nanotube wire composite | |
| 박미나 | Synthesis and Applications of Nano-Carbon Based Cu Composites for High-Performance Electrical Cables | |
| Khanbolouki | Investigating Scalable Manufacturing of High-Conductivity Wires and Coatings From Ultra-Long Carbon Nanotubes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210720 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210803 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210929 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220131 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220217 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7028688 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |