JP6802808B2 - カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法 - Google Patents

カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6802808B2
JP6802808B2 JP2017559230A JP2017559230A JP6802808B2 JP 6802808 B2 JP6802808 B2 JP 6802808B2 JP 2017559230 A JP2017559230 A JP 2017559230A JP 2017559230 A JP2017559230 A JP 2017559230A JP 6802808 B2 JP6802808 B2 JP 6802808B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet
base material
carbon nanotube
array sheet
cnt
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.)
Active
Application number
JP2017559230A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017115832A1 (ja
Inventor
井上 鉄也
鉄也 井上
拓行 円山
拓行 円山
陽子 川上
陽子 川上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanadevia Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Zosen Corp filed Critical Hitachi Zosen Corp
Publication of JPWO2017115832A1 publication Critical patent/JPWO2017115832A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6802808B2 publication Critical patent/JP6802808B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14Solid materials, e.g. powdery or granular
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/159Carbon nanotubes single-walled
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J127/00Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J127/02Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J127/12Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/22Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections
    • H10W40/226Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections characterised by projecting parts, e.g. fins to increase surface area
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/251Organics
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/253Semiconductors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/255Arrangements for cooling characterised by their materials having a laminate or multilayered structure, e.g. direct bond copper [DBC] ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/258Metallic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/70Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/04Nanotubes with a specific amount of walls
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/06Multi-walled nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/22Electronic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/24Thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/34Length
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/36Diameter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

本発明は、カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法に関する。
電子部品とヒートシンクとの間に熱伝導性材料(Thermal Interface Material:以下、TIMとする。)を配置して、電子部品とヒートシンクとの間の隙間を低減して、電子部品から発生する熱を効率よくヒートシンクに伝導することが知られている。このようなTIMとして、高分子材料からなる高分子シートや、シリコーングリースなどが知られている。
しかし、高分子シートは、電子部品およびヒートシンクの表面の微細な凹凸(表面粗さ)に十分に追従することができず、その微細な凹凸により、電子部品とヒートシンクとの間に空隙が生じる場合があり、熱伝導率の向上を図るには限度がある。
また、シリコーングリースは、電子部品およびヒートシンクの表面の微細な凹凸に追従することができるが、温度変化が繰り返されることにより、ポンプアウト(電子部品とヒートシンクとの間から流出)する場合があり、長期にわたってTIMの熱伝導性能を確保することは困難である。
そこで、電子部品およびヒートシンクの表面の微細な凹凸に追従させることができながら、長期にわたって熱伝導性能を確保できるTIMが望まれており、TIMにカーボンナノチューブ(以下、CNTとする。)を利用することが検討されている。
例えば、基板と、基板の両面にアレイ状に配置されるCNTとを備える熱界面パッドが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
そのような熱界面パッドは、CNTを、化学気相蒸着によって、基板の両面に成長させて製造される。そして、そのような熱界面パッドでは、CNTが基板の両面に配置されているので、そのCNTを電子部品およびヒートシンクの表面の微細な凹凸に追従させることができる。
特表2015−526904号公報
特許文献1に記載の熱界面パッドは、化学気相蒸着により、CNTを基板の両面に成長させて製造されているので、基板とCNTとの接着強度を十分に確保することができない。そのため、熱界面パッドをTIMとして使用すると、CNTが基板から脱落してしまう場合がある。この場合、熱界面パッドの熱伝導性能を確保することは困難であり、また、脱落したCNTが電子部品などの短絡を引き起こす場合がある。
そこで、第1の本発明の目的は、対象物の表面の微細な凹凸に追従させることができながら、カーボンナノチューブが脱落することを抑制できるカーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法を提供することにある。
<第1の発明>
本発明[1]は、表面および裏面を有する固定シートと、前記固定シートの表面および裏面の両面に埋め込みまたは接合されるカーボンナノチューブアレイシートと、を備えている、カーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、カーボンナノチューブ複合材がカーボンナノチューブアレイシートを備えているので、カーボンナノチューブ複合材を対象物に接触させたときに、カーボンナノチューブアレイシートの複数のCNTを対象物表面の微細な凹凸に追従させることができる。
また、カーボンナノチューブアレイシートが、固定シートの表面および裏面の両面に埋め込みまたは接合されているので、カーボンナノチューブアレイシートが有するCNTが、固定シートから脱落することを抑制できる。
本発明[2]は、前記カーボンナノチューブアレイシートの平均嵩密度は、50mg/cm以上である、上記[1]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、カーボンナノチューブアレイシートの平均嵩密度が上記下限以上であるので、カーボンナノチューブアレイシートの熱伝導率の向上を図ることができ、ひいては、カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率の向上を図ることができる。
しかるに、カーボンナノチューブアレイを化学気相蒸着により基板の両面に成長させる場合、カーボンナノチューブアレイの平均嵩密度を上記下限以上とすることは困難である。
一方、上記の構成によれば、成長基板から剥離されたカーボンナノチューブアレイシートが、固定シートに埋め込みまたは接合されているので、カーボンナノチューブアレイシートを、成長基板から剥離した後、高密度化処理することができる。そのため、カーボンナノチューブアレイシートの平均嵩密度を上記下限以上とすることができる。
本発明[3]は、前記固定シートは、基材と、前記基材の表面および裏面の両面に配置される樹脂層と、を備え、前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部は、対応する前記樹脂層に埋め込まれて、前記基材と接触している、上記[1]または[2]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、カーボンナノチューブアレイシートにおける基材側の端部が、対応する樹脂層に埋め込まれて、基材と接触しているので、カーボンナノチューブアレイシートが有するCNTが、固定シートから脱落することを確実に抑制できながら、カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率の向上を確実に図ることができる。
本発明[4]は、前記基材は、電気伝導性を有する、上記[3]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、電気伝導性を有するカーボンナノチューブアレイシートが、電気伝導性を有する基材と接触しているので、カーボンナノチューブ複合材に電気伝導性を付与することができる。
本発明[5]は、前記基材は、無機物の焼結体から形成される、上記[3]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、カーボンナノチューブアレイシートが、無機物の焼結体から形成される基材と接触しているので、カーボンナノチューブ複合材に電気絶縁性を付与することができる。
本発明[6]は、前記固定シートは、電気伝導性を有する導電層を備え、前記カーボンナノチューブアレイシートの前記導電層側の端部は、前記導電層の界面に接合されている、上記[1]または[2]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、カーボンナノチューブアレイシートの導電層側の端部が、電気伝導性を有する導電層に接合されているので、カーボンナノチューブアレイシートが有するCNTが、固定シートから脱落することを確実に抑制できながら、カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率の向上を確実に図ることができ、かつ、カーボンナノチューブ複合材に電気伝導性を付与することができる。
本発明[7]は、前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートおよび前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートは、前記固定シートに埋め込まれ、前記固定シート中において互いに接触している、上記[1]または[2]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、表面側のカーボンナノチューブアレイシートおよび裏面側のカーボンナノチューブアレイシートが、固定シートに埋め込まれ、固定シート中において互いに接触しているので、カーボンナノチューブアレイシートが有するカーボンナノチューブが、固定シートから脱落することを確実に抑制できながら、カーボンナノチューブ複合材の熱伝導率の向上を確実に図ることができる。
本発明[8]は、基材と、前記基材の表面および裏面の両面に配置される樹脂層とを備える固定シートを準備する工程と、成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記表面側および前記裏面側の両方の樹脂層上に配置する工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部を、対応する前記樹脂層に埋め込み、前記基材と接触させる工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、成長基板から剥離したカーボンナノチューブアレイシートを、基材の両面に配置される樹脂層上に配置した後、加熱することで、カーボンナノチューブアレイシートにおける基材側の端部を、対応する樹脂層に埋め込み、基材と接触させる。
そのため、簡易な方法でありながら、樹脂層に埋め込まれるカーボンナノチューブアレイシートを備えるカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
本発明[9]は、樹脂組成物を、基材の表面および裏面の両面に塗布して、前記基材の表面および裏面の両面に樹脂組成物層を形成する工程と、成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記表面側および前記裏面側の両方の樹脂組成物層に埋め込み、前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部を、前記基材に接触させる工程と、前記樹脂組成物層を加熱し、硬化させて樹脂層とする工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、成長基板から剥離したカーボンナノチューブアレイシートを、基材の両面に配置される樹脂組成物層に埋め込み、カーボンナノチューブアレイシートにおける基材側の端部を、基材に接触させた後、樹脂組成物層を硬化させて樹脂層とする。
そのため、簡易な方法でありながら、樹脂層に埋め込まれるカーボンナノチューブアレイシートを備えるカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
本発明[10]は、電気伝導性を有する導電層を備える固定シートを準備する工程と、成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記固定シートの表面および裏面の両面に配置する工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記カーボンナノチューブアレイシートの前記導電層側の端部を、前記導電層の界面に接合させる工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、成長基板から剥離したカーボンナノチューブアレイシートを、固定シートの両面に配置した後、加熱することで、カーボンナノチューブアレイシートにおける導電層側の端部を、導電層の界面に接合させる。
そのため、簡易な方法でありながら、導電層の界面に接合されるカーボンナノチューブアレイシートを備えるカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
本発明[11]は、成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを、金属粒子を含有する粒子含有層の表面および裏面の両面に配置する工程と、前記粒子含有層を加熱して、前記金属粒子を溶融させて固定シートに形成し、前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、前記固定シートに埋め込み、前記固定シート中において互いに接触させる工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、成長基板から剥離したカーボンナノチューブアレイシートを、粒子含有層の両面に配置した後、加熱することで、表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、固定シートに埋め込み、固定シート中において互いに接触させる。
そのため、簡易な方法でありながら、表面側のカーボンナノチューブアレイシートおよび裏面側のカーボンナノチューブアレイシートが、固定シート中において互いに接触するカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
本発明[12]は、樹脂材料から形成される固定シートを準備する工程と、成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記固定シートの表面および裏面の両面に配置する工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、前記固定シートに埋め込み、前記固定シート中において互いに接触させる工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、成長基板から剥離したカーボンナノチューブアレイシートを、樹脂材料から形成される固定シートの両面に配置した後、加熱することで、表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、固定シートに埋め込み、固定シート中において互いに接触させる。
そのため、簡易な方法でありながら、表面側のカーボンナノチューブアレイシートおよび裏面側のカーボンナノチューブアレイシートが、固定シート中において互いに接触するカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
<第2の発明>
本発明[13]は、基材と、前記基材上に配置される垂直配向カーボンナノチューブと、基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する接着層と、を備える、カーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、接着層が基材と垂直配向カーボンナノチューブとを接着するので、垂直配向カーボンナノチューブが有するCNTが、基材から脱落することを抑制できる。
本発明[14]は、前記接着層は、熱硬化性樹脂から形成される、上記[13]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、接着層が熱硬化性樹脂から形成されているので、基材上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの樹脂組成物層を形成した後、垂直配向カーボンナノチューブを樹脂組成物層に埋め込み、樹脂組成物層を加熱し硬化させることにより、垂直配向カーボンナノチューブを基材に接着することができる。
つまり、垂直配向カーボンナノチューブは、AステージまたはBステージの樹脂組成物層に埋め込まれるので、垂直配向カーボンナノチューブを樹脂組成物層に埋め込むときに熱処理する必要がない。そのため、垂直配向カーボンナノチューブを、熱処理により溶解した熱可塑性樹脂層に埋め込む場合と比較して、垂直配向カーボンナノチューブの配向の乱れを抑制できながら、垂直配向カーボンナノチューブと基材との接触を安定して確保することができる。
本発明[15]は、前記接着層は、フッ素系ポリマーから形成される、上記[13]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、接着層がフッ素系ポリマーから形成されるので、基材と垂直配向カーボンナノチューブとを安定して接着することができながら、接着層の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
本発明[16]は、前記垂直配向カーボンナノチューブに対して、前記基材の反対側に配置される第2基材と、前記第2基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する第2接着層と、をさらに備える、上記[13]〜[15]のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、垂直配向カーボンナノチューブが、接着層(以下、第1接着層とする。)により基材(以下、第1基材とする。)に接着されるとともに、第2接着層により第2基材に接着されるので、垂直配向カーボンナノチューブが第1基材と第2基材との間に配置される構造体を構成することができる。
本発明[17]は、前記第2接着層は、熱硬化性樹脂から形成されている、上記[16]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、第2接着層が熱硬化性樹脂から形成されているので、第2基材上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの第2樹脂組成物層を形成した後、第2基材と接触するように、垂直配向カーボンナノチューブを第2樹脂組成物層に埋め込み、第2樹脂組成物層を加熱し硬化させることにより、垂直配向カーボンナノチューブを第2基材に接着することができる。
そのため、垂直配向カーボンナノチューブの配向の乱れを抑制できながら、垂直配向カーボンナノチューブと第2基材との接触を安定して確保することができる。その結果、垂直配向カーボンナノチューブを第1基材と第2基材との間に位置させることができながら、垂直配向カーボンナノチューブと、第1基材および第2基材との接触を安定して確保することができる。
本発明[18]は、前記第2接着層は、フッ素系ポリマーから形成される、上記[16]に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、第2接着層がフッ素系ポリマーから形成されるので、第2基材と垂直配向カーボンナノチューブとを安定して接着することができながら、第2接着層の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
本発明[19]は、前記基材と前記第2基材との間の間隔を維持するように、前記第1基材と前記第2基材とを固定する固定部材をさらに備える、上記[16]〜[18]のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ複合材を含んでいる。
このような構成によれば、固定部材が第1基材と第2基材とを固定するので、カーボンナノチューブ複合材に外部から力が加わったときに、カーボンナノチューブ複合材が変形することを抑制できる。また、固定部材が第1基材と第2基材との間の間隔を維持するので、垂直配向カーボンナノチューブが、第1接着層および第2接着層のそれぞれに埋設された状態を安定して維持できる。
本発明[20]は、上記[13]〜[19]のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ複合材を備える、防振材を含んでいる。
このような構成によれば、垂直配向カーボンナノチューブが、第1接着層により、第1基材に接着されているので、カーボンナノチューブ複合材に外部から振動が加わると、その振動が、第1基材を介して、垂直配向カーボンナノチューブに伝達される。
すると、垂直配向カーボンナノチューブが備える複数のカーボンナノチューブは、振動エネルギーにより配向方向に伸縮する。このとき、複数のカーボンナノチューブの間には、空気が存在するので、カーボンナノチューブの伸縮エネルギー(運動エネルギー)が空気との摩擦により、熱エネルギーに変換される。これによって、外部からの振動が低減される。
そのため、カーボンナノチューブ複合材を備える防振材は、効率よく振動を低減することができる。
本発明[21]は、第1基材上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの第1樹脂組成物層を形成する工程と、垂直配向カーボンナノチューブを前記第1樹脂組成物層に埋め込む工程と、前記第1樹脂組成物層を加熱し硬化させて、前記第1基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する第1接着層とする工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、垂直配向カーボンナノチューブを、AステージまたはBステージの第1樹脂組成物層に埋め込んだ後、第1樹脂組成物層を加熱して硬化させるので、垂直配向カーボンナノチューブの配向の乱れを抑制できながら、垂直配向カーボンナノチューブと第1基材との接触を安定して確保することができる。
本発明[22]は、第1基材上に、フッ素系ポリマーから形成される第1接着層を形成する工程と、前記第1接着層を加熱して、垂直配向カーボンナノチューブを前記第1接着層に埋め込む工程と、を含む、カーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、垂直配向カーボンナノチューブを、フッ素系ポリマーから形成される第1接着層に埋め込むので、第1基材と垂直配向カーボンナノチューブとを安定して接着することができながら、第1接着層の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
本発明[23]は、第2基材上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの第2樹脂組成物層を形成する工程と、前記垂直配向カーボンナノチューブに対して前記第1基材の反対側に前記第2基材が位置するように、前記垂直配向カーボンナノチューブを前記第2樹脂組成物層に埋め込む工程と、前記第2樹脂組成物層を加熱し硬化させて、前記第2基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する第2接着層とする工程と、をさらに含む、上記[21]または[22]に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、垂直配向カーボンナノチューブに対して第1基材の反対側に第2基材が位置するように、垂直配向カーボンナノチューブを第2樹脂組成物層に埋め込んだ後、第2樹脂組成物層を加熱し硬化させて第2接着層とするので、垂直配向カーボンナノチューブが第1基材と第2基材との間に配置される構造体を構成することができる。
また、垂直配向カーボンナノチューブを、AステージまたはBステージの第2樹脂組成物層に埋め込んだ後、第2樹脂組成物層を加熱して硬化させるので、垂直配向カーボンナノチューブの配向の乱れを抑制できながら、垂直配向カーボンナノチューブと第2基材との接触を安定して確保することができる。
その結果、垂直配向カーボンナノチューブを第1基材と第2基材との間に位置させることができながら、垂直配向カーボンナノチューブと、第1基材および第2基材との接触を安定して確保することができる。
本発明[24]は、第2基材上に、フッ素系ポリマーから形成される第2接着層を形成する工程と、前記第2接着層を加熱して、前記垂直配向カーボンナノチューブに対して前記第1基材の反対側に前記第2基材が位置するように、前記垂直配向カーボンナノチューブを前記第2接着層に埋め込む工程と、含む、上記[21]または[22]に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、垂直配向カーボンナノチューブを、フッ素系ポリマーから形成される第2接着層に埋め込むので、第2基材と垂直配向カーボンナノチューブとを安定して接着することができながら、第2接着層の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
本発明[25]は、前記垂直配向カーボンナノチューブを、成長基板から剥離してカーボンナノチューブアレイシートとする工程と、前記カーボンナノチューブアレイシートを高密度化処理する工程と、をさらに含む、上記[21]〜[24]のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、垂直配向カーボンナノチューブを、成長基板から剥離してカーボンナノチューブアレイシートとした後、高密度化処理するので、カーボンナノチューブアレイシートの特性(例えば、熱伝導性など)の向上を図ることができ、ひいては、カーボンナノチューブ複合材の性能の向上を図ることができる。
本発明[26]は、前記第1基材と前記第2基材との間の間隔を維持するように、前記第1基材と前記第2基材とを固定する固定部材を設ける工程をさらに含む、上記[23]または[24]に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、固定部材が第1基材と第2基材との間の間隔を維持するので、垂直配向カーボンナノチューブが、第1接着層および第2接着層のそれぞれに埋設された状態を安定して維持できる。
本発明のカーボンナノチューブ複合材は、CNTが脱落することを抑制できる。
本発明のカーボンナノチューブ複合材の製造方法は、簡易な方法でありながら、上記のカーボンナノチューブ複合材を効率良く製造することができる。
図1Aは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第1実施形態としての熱伝導性シートの側面図である。図1Bは、図1Aに示す熱伝導性シートが電子部品とヒートシンクとの間に配置された状態の概略構成図である。 図2Aは、成長基板に垂直配向カーボンナノチューブ(VACNTs)を成長させる工程の一実施形態を説明するための説明図であって、基板上に触媒層を形成する工程を示す。図2Bは、図2Aに続いて、基板を加熱して、触媒層を複数の粒状体に凝集させる工程を示す。図2Cは、図2Bに続いて、複数の粒状体に原料ガスを供給して、複数のカーボンナノチューブを成長させて、VACNTsを調製する工程を示す。 図3Aは、VACNTsを剥離する工程を説明するための説明図であって、VACNTsを成長基板から切断する工程を示す。図3Bは、図3Aに続いて、VACNTsを成長基板から剥離して、カーボンナノチューブアレイシート(CNTアレイシート)とする工程を示す。図3Cは、図3Bに示すCNTアレイシートの斜視図である。 図4Aは、図3Cに示すCNTアレイシートを高密度化する工程を説明するための説明図であって、CNTアレイシートを耐熱容器内に収容する工程を示す。図4Bは、図4Aに続いて、CNTアレイシートを加熱処理して、CNTアレイシートを高密度化する工程を示す。図4Cは、図4Bに示す高密度化されたCNTアレイシートを、固定シートの表面および裏面の両面に配置する工程を示す。 図5は、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第2実施形態としての熱伝導性シートの側面図である。 図6Aは、図5に示すウェブ積層シートの製造工程の一実施形態を説明するための説明図であって、VACNTsからカーボンナノチューブウェブ(CNTウェブ)を引き出す工程を示す。図6Bは、図6Aに続いて、CNTウェブを積層する工程を示す。図6Cは、図6Bに続いて、積層されたCNTウェブを展開して、ウェブ積層シートとする工程を示す。 図7Aは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第3実施形態としての熱伝導性シートの側面図である。図7Bは、図7Aに示す熱伝導性シートの製造工程の一実施形態を説明するための説明図である。 図8Aは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第4実施形態としての熱伝導性シートの側面図である。図8Bは、図8Aに示す熱伝導性シートの製造工程の一実施形態を説明するための説明図であって、CNTアレイシートに粒子含有層を形成する工程を示す。図8Cは、図8Bに続いて、CNTアレイシートを、粒子含有層の表面および裏面の両面に配置する工程を示す。 図9Aは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第4実施形態の変形例としての熱伝導性シートの側面図である。図9Bは、図9Aに示す熱伝導性シートの製造工程の一実施形態を説明するための説明図である。 図10Aは、図2Cに示すVACNTsを機械的に高密度化する工程を説明するための説明図であって、VACNTsを挟むように押圧板を配置する工程を示す。図10Bは、図10Aに続いて、押圧板によりVACNTsを圧縮する工程を示す。 図11は、第2の発明のカーボンナノチューブ複合材(CNT複合材)の第5実施形態の側面図である。 図12Aは、第2の発明のCNT複合材の第5実施形態の製造方法を説明するための説明図であって、VACNTsを第1樹脂組成物層に埋め込む工程を説明するための説明図である。図12Bは、図12Aに続いて、第1樹脂組成物層を硬化させて第1接着層とする工程を説明するための説明図である。図12Cは、図12Bに続いて、成長基板をVACNTsから剥離する工程を説明するための説明図である。 図13は、第2の発明のCNT複合材の第6実施形態の側面図である。 図14は、図13に示すCNT複合材の斜視図である。 図15Aは、第2の発明のCNT複合材の第6実施形態の製造方法を説明するための説明図であって、CNTアレイシートを第2樹脂組成物層に埋め込む工程を説明するための説明図である。図15Bは、図15Aに続いて、第2樹脂組成物層を硬化させて第2接着層とする工程を説明するための説明図である。 図16は、第2の発明のCNT複合材の第7実施形態の側面図である。 図17Aは、第2の発明のCNT複合材の第8実施形態の製造方法を説明するための説明図であって、CNTアレイシートを第1樹脂組成物層に埋め込む工程を説明するための説明図である。図17Bは、図17Aに続いて、第1樹脂組成物層を硬化させて第1接着層とする工程を説明するための説明図である。 図18Aは、第2の発明のCNT複合材の第9実施形態の製造方法を説明するための説明図であって、VACNTsを第2樹脂組成物層に埋め込む工程を説明するための説明図である。図18Bは、図18Aに続いて、第2樹脂組成物層を硬化させて第2接着層とする工程を説明するための説明図である。図18Cは、図18Bに続いて、VACNTsから成長基板を剥離する工程を説明するための説明図である。
<第1の発明>
第1の発明のカーボンナノチューブ複合材(以下、CNT複合材とする。)は、固定シートと、固定シートに固定されるカーボンナノチューブアレイシートと、を備えている。カーボンナノチューブアレイシートは、固定シートの表面および裏面の両面に埋め込みまたは接合される。
以下に、第1の発明のCNT接合シートの第1実施形態としての熱伝導性シート1について説明する。
(第1実施形態)
(1)カーボンナノチューブ複合材の構成
熱伝導性シート1(CNT複合材の一例)は、図1Aに示すように、固定シート2と、2つのカーボンナノチューブアレイシート3(以下、CNTアレイシート3とする。)とを備えている。
固定シート2は、2つのCNTアレイシート3を固定可能であり、第1実施形態において、基材4と、2つの樹脂層5とを備えている。
基材4は、シート形状(フィルム形状)を有しており、具体的には、基材4は、所定の厚みを有し、その厚み方向と直交する面方向(縦方向および横方向)に延びており、平坦な表面4A(厚み方向一方面)および平坦な裏面4B(厚み方向他方面)を有している。
また、基材4は、好ましくは、可撓性を有している。基材4の厚みは、例えば、10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、例えば、300μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましい。
基材4としては、例えば、導電性基材、絶縁性基材が挙げられる。
導電性基材は、電気伝導性を有しており、例えば、金属シート、グラファイトシート、カーボンナノチューブ集合体、導電性粒子(例えば、金属粒子など)を含有する樹脂シートなどが挙げられ、好ましくは、金属シートおよびカーボンナノチューブ集合体が挙げられる。
金属シートは、金属から形成されるシートである。金属としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、チタン、タングステン、それらの合金などが挙げられ、好ましくは、銅およびアルミニウムが挙げられる。
なお、基材4がカーボンナノチューブ集合体である場合については、後の第2実施形態において詳述する。
絶縁性基材は、電気絶縁性を有しており、例えば、セラミックスシート、プラスチックプレートなどが挙げられる。
セラミックスシートは、無機物の焼結体から形成されるシートである。無機物としては、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などが挙げられる。
プラスチックプレートは、プラスチック(硬質樹脂)から形成されるプレートである。プラスチックとしては、例えば、耐熱性が100℃未満のプラスチック(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル樹脂など)、耐熱性が100℃以上のエンジニアリングプラスチック(例えば、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミドなど)などが挙げられる。
このような基材4は、熱伝導性シート1の用途に応じて適宜選択される。基材4として導電性基材が選択される場合、熱伝導性シート1に電気伝導性を付与することができ、熱伝導性シート1は、電気熱伝導性シートとして構成される。基材4として絶縁性基材が選択される場合、熱伝導性シート1に電気絶縁性を付与することができ、熱伝導性シート1は、絶縁性熱伝導性シートとして構成される。
樹脂層5は、基材4の表面4Aおよび裏面4Bの両面に配置されている。なお、2つの樹脂層5を互いに区別する場合、基材4の表面4Aに配置される樹脂層5を第1樹脂層5Aとし、基材4の裏面4Bに配置される樹脂層5を第2樹脂層5Bとする。
そして、第1樹脂層5Aの厚み方向の一方側の表面が、固定シート2の表面2Aに対応し、第2樹脂層5Bの厚み方向の他方側の表面が、固定シート2の裏面2Bに対応する。つまり、固定シート2は、表面2A(第1樹脂層5Aの厚み方向の一方面)および裏面2B(第2樹脂層5Bの厚み方向の他方面)を有している。
樹脂層5は、樹脂材料から形成されている。樹脂材料としては、天然樹脂、合成樹脂(例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など)などが挙げられ、好ましくは、合成樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂は、硬化体(完全硬化後(Cステージ)の熱硬化性樹脂)であって、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性エラストマー(例えば、ウレタンゴム、ブチルゴム、フッ素系ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムなど)などが挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレートなど)、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、フッ素系ポリマー(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなど)、熱可塑性エラストマー(例えば、オレフィン系エラストマー(例えば、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムなど)、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマーなど)などが挙げられる。
このような樹脂材料のなかでは、好ましくは、熱可塑性樹脂、さらに好ましくは、フッ素系ポリマー、とりわけ好ましくは、PTFEおよびPFAが挙げられる。このような樹脂材料は、単独使用または2種類以上併用することができる。
樹脂層5の厚みTは、例えば、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、例えば、50μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましい。
また、樹脂層5の厚みTは、基材4の厚みを100としたときに、例えば、10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、例えば、50以下であることが好ましく、40以下であることがより好ましい。
なお、樹脂層5は、必要に応じて、公知の添加材を含有することができる。添加材としては、例えば、金属粒子(例えば、銅粒子、チタン粒子、アルミニウム粒子など)、無機酸化物(例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子など)、無機窒化物(例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素など)、炭素材料(例えば、カーボンナノチューブ、グラファイト、フラーレンなど)などが挙げられる。このような添加材は、単独使用または2種類以上併用することができる。
CNTアレイシート3は、図3Cに示すように、成長基板15(後述;図3B参照)から剥離されており、複数のカーボンナノチューブ6(以下、CNT6とする。)からシート形状に形成されるカーボンナノチューブ集合体である。
より詳しくは、CNTアレイシート3において、複数のCNT6は、CNTアレイシート3の厚み方向に配向されており、厚み方向に互いに連続することなく、面方向(縦方向および横方向)に互いに連続してシート形状となるように配列されている。
つまり、カーボンナノチューブアレイシート3(CNTアレイシート3)は、所定方向に配向される複数のカーボンナノチューブ6(CNT6)が、カーボンナノチューブ6の配向方向と直交する方向に互いに連続してシート形状となるように形成されている。
これによって、CNTアレイシート3は、成長基板15(後述)から剥離された状態で、複数のCNT6が面方向に互いに接触するように、形状を保持している。また、CNTアレイシート3は、可撓性を有している。なお、複数のCNT6のうち、互いに隣接するCNT6間には、ファンデルワールス力が作用している。
CNT6は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブのいずれであってもよく、好ましくは、多層カーボンナノチューブである。複数のCNT6は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブのいずれか1種のみを含んでいてもよく、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブのいずれか2種以上を含んでいてもよい。
CNT6の平均外径は、例えば、1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましく、例えば、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、20nm以下であることがとりわけ好ましい。
CNT6の平均長さL(平均配向方向の寸法)は、図1Aに示すように、樹脂層5の厚みTよりも大きく、具体的には、例えば、10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、例えば、1000μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、200μm以下であることがとりわけ好ましい。なお、CNTの平均外径および平均長さは、例えば、電子顕微鏡観察などの公知の方法により測定される。
また、CNT6の平均長さLは、樹脂層5の厚みTに対して、例えば、1倍を超過することが好ましく、1.5倍以上であることがより好ましく、2.0倍以上であることがとりわけ好ましく、例えば、5.0倍以下であることが好ましく、4.0倍以下であることがより好ましく、3.0倍以下であることがとりわけ好ましい。
CNTアレイシート3において、複数のCNT6の平均嵩密度は、例えば、10mg/cm以上であることが好ましく、50mg/cm以上であることがより好ましく、100mg/cm以上であることがとりわけ好ましく、例えば、500mg/cm以下であることが好ましく、300mg/cm以下であることがより好ましく、200mg/cm以下であることがとりわけ好ましい。なお、CNT6の平均嵩密度は、例えば、単位面積当たり質量(目付量:単位 mg/cm)と、カーボンナノチューブの平均長さ(SEM(日本電子社製)または非接触膜厚計(キーエンス社製)により測定)とから算出される。
CNTアレイシート3のG/D比は、例えば、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましく、5以上であることがとりわけ好ましく、10以上であることが特に好ましく、例えば、20以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましい。
G/D比とは、カーボンナノチューブのラマンスペクトルにおいて、1350cm−1付近に観測されるDバンドと呼ばれるピークのスペクトル強度に対する、1590cm−1付近に観測されるGバンドと呼ばれるピークのスペクトル強度の比である。
なお、Dバンドのスペクトルは、カーボンナノチューブの欠陥に由来し、Gバンドのスペクトルは、炭素の六員環の面内振動に由来する。
CNTアレイシート3の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)は、25℃において、例えば、1Ω以下であることが好ましく、0.1Ω以下であることがより好ましい。なお、電気抵抗は、公知の電気抵抗測定装置により測定される。
CNTアレイシート3の熱伝導率は、厚み方向において、例えば、1W/(m・K)以上であることが好ましく、2W/(m・K)以上であることがより好ましく、10W/(m・K)以上であることがとりわけ好ましく、30W/(m・K)以上であることが特に好ましく、例えば、60W/(m・K)以下であることが好ましく、40W/(m・K)以下であることがより好ましい。なお、熱伝導率は、公知の熱伝導率測定装置により測定される。
そして、CNTアレイシート3は、図1Aに示すように、固定シート2の表面2Aおよび裏面2Bの両面に埋め込まれて、固定シート2に支持されている。
より詳しくは、2つのCNTアレイシート3は、第1樹脂層5Aおよび第2樹脂層5Bのそれぞれに1つずつ埋め込まれており、基材4を厚み方向に挟むように配置されている。
なお、2つのCNTアレイシート3を互いに区別する場合、第1樹脂層5Aに埋め込まれるCNTアレイシート3を第1CNTアレイシート3Aとし、第2樹脂層5Bに埋め込まれるCNTアレイシート3を第2CNTアレイシート3Bとする。
また、CNTアレイシート3における基材4側の端部は、対応する樹脂層5に埋め込まれて、基材4と接触し、CNTアレイシート3における基材4と反対側の端部が、対応する樹脂層5から突出している。
つまり、第1CNTアレイシート3Aにおける他方側端部が、第1樹脂層5Aに埋め込まれて、基材4の表面4Aと接触し、第1CNTアレイシート3Aにおける一方側端部が、第1樹脂層5Aの表面(固定シート2の表面2A)から厚み方向一方側に突出して自由端となっている。また、第2CNTアレイシート3Bにおける一方側端部が、第2樹脂層5Bに埋め込まれて、基材4の裏面4Bと接触し、第2CNTアレイシート3Bにおける他方側端部が、第2樹脂層5Bの表面(固定シート2の裏面2B)から厚み方向他方側に突出して自由端となっている。
そのため、各CNTアレイシート3において、CNT6は、対応する樹脂層5に埋設される埋設部分6Aと、対応する樹脂層5から突出する突出部分6Bとを有している。なお、CNTアレイシート3の厚み方向と、基材4の厚み方向とは互いに一致しており、各CNTアレイシート3のCNT6は、基材4の厚み方向に沿って延びている。
埋設部分6Aは、対応する樹脂層5を貫通している。埋設部分6Aの長さL1は、例えば、上記の樹脂層5の厚みTの範囲と同一である。また、埋設部分6Aの長さL1の割合は、CNT6の長さL100%に対して、例えば、20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、例えば、70%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましい。
突出部分6Bの長さL2は、例えば、1μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、例えば、100μm以下であることが好ましく、70μm以下であることがより好ましい。また、突出部分6Bの長さL2の割合は、CNT6の長さL100%に対して、例えば、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、例えば、80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましい。
また、埋設部分6Aの長さL1に対する、突出部分6Bの長さL2の割合(L2/L1)は、例えば、0.4以上であることが好ましく、1以上であることがより好ましく、例えば、4以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。
埋設部分6Aの長さL1の割合が上記下限以上(突出部分6Bの長さL2の割合割合が上記上限以下)であると、樹脂層5がCNTアレイシート3を確実に支持することができ、突出部分6Bの長さL2の割合が上記下限以上(埋設部分6Aの長さL1の割合割合が上記上限以下)であると、対象物の表面に対するCNTアレイシート3の追従性の向上を図ることができる。
このような熱伝導性シート1は、好ましくは、可撓性を有している。
また、熱伝導性シート1の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)は、基材4が導電性基材である場合、25℃において、例えば、10Ω以下であることが好ましく、1Ω以下であることがより好ましく、0.1Ω以下であることがとりわけ好ましく、基材4が絶縁性基材である場合、25℃において、例えば、10Ω以上であることが好ましく、10Ω以上であることがより好ましい。
熱伝導性シート1の熱伝導率は、厚み方向において、例えば、1W/(m・K)以上であることが好ましく、2W/(m・K)以上であることがより好ましく、10W/(m・K)以上であることがさらに好ましく、25W/(m・K)以上であることがとりわけ好ましく、50W/(m・K)以上であることが特に好ましく、例えば、300W/(m・K)以下であることが好ましく、100W/(m・K)以下であることがより好ましい。
(2)CNT複合材の製造方法
次に、熱伝導性シート1(CNT複合材の一例)の製造方法について説明する。なお、樹脂層5が熱可塑性樹脂から形成される場合について詳述する。
熱伝導性シート1を製造するには、図4Cに示すように、まず、固定シート2およびCNTアレイシート3を準備する。
固定シート2を準備するには、基材4の表面4Aおよび裏面4Bの両面に、上記の熱可塑性樹脂から形成される樹脂層5を配置する(固定シート準備工程)。
樹脂層5を基材4の両面に配置する方法としては、特に制限されず、例えば、上記の熱可塑性樹脂を基材4の両面に塗布して樹脂層5を形成する方法や、上記の熱可塑性樹脂から形成される樹脂シートを準備して、基材4の両面に配置する方法などが挙げられる。このような方法のなかでは、好ましくは、熱可塑性樹脂から形成される樹脂シートを準備して、基材4の両面に配置する方法が挙げられる。
これによって、基材4と、基材4の表面4Aおよび裏面4Bの両面に配置される樹脂層5とを備える固定シート2、より具体的には、基材4と、基材4の表面4Aに配置される第1樹脂層5Aと、基材4の裏面4Bに配置される第2樹脂層5Bとを備える固定シート2が準備される。
CNTアレイシート3を準備するには、図2A〜図2Cに示すように、例えば、化学気相成長法(CVD法)により、成長基板15上に垂直配向カーボンナノチューブ19(Vertically Aligned carbon nanotubes;以下、VACNTs19とする。)を成長させる(CNT成長工程)。
詳しくは、図2Aに示すように、まず、成長基板15を準備する。成長基板15は、特に限定されず、例えば、CVD法に用いられる公知の基板が挙げられ、市販品を用いることができる。
成長基板15としては、例えば、シリコン基板や、二酸化ケイ素膜17が積層されるステンレス基板16などが挙げられ、好ましくは、二酸化ケイ素膜17が積層されるステンレス基板16が挙げられる。なお、図2A〜図3Cでは、成長基板15が、二酸化ケイ素膜17が積層されるステンレス基板16である場合を示す。
そして、図2Aに示すように、成長基板15上、好ましくは、二酸化ケイ素膜17上に触媒層18を形成する。成長基板15上に触媒層18を形成するには、金属触媒を、公知の成膜方法により、成長基板15(好ましくは、二酸化ケイ素膜17)上に成膜する。
金属触媒としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどが挙げられ、好ましくは、鉄が挙げられる。このような金属触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。成膜方法としては、例えば、真空蒸着およびスパッタリングが挙げられ、好ましくは、真空蒸着が挙げられる。
これによって、成長基板15上に触媒層18が配置される。なお、成長基板15が、二酸化ケイ素膜17が積層されるステンレス基板16である場合、二酸化ケイ素膜17および触媒層18は、例えば、特開2014−94856号公報に記載されるように、二酸化ケイ素前駆体溶液と金属触媒前駆体溶液とが混合される混合溶液を、ステンレス基板16に塗布した後、その混合液を相分離させ、次いで、乾燥することにより、同時に形成することもできる。
次いで、触媒層18が配置される成長基板15を、図2Bに示すように、例えば、700℃以上900℃以下に加熱する。これにより、触媒層18が、凝集して、複数の粒状体18Aとなる。
そして、加熱された成長基板15に、図2Cに示すように、原料ガスを供給する。原料ガスは、炭素数1〜4の炭化水素ガス(低級炭化水素ガス)を含んでいる。炭素数1〜4の炭化水素ガスとしては、例えば、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス、エチレンガス、アセチレンガスなどが挙げられ、好ましくは、アセチレンガスが挙げられる。
また、原料ガスは、必要により、水素ガスや、不活性ガス(例えば、ヘリウム、アルゴンなど)、水蒸気などを含むこともできる。
原料ガスの供給時間としては、例えば、1分以上であることが好ましく、5分以上であることがより好ましく、例えば、60分以下であることが好ましく、30分以下であることがより好ましい。
これによって、複数の粒状体18Aのそれぞれを起点として、複数のCNT6が成長する。なお、図2Cでは、便宜上、1つの粒状体18Aから、1つのCNT6が成長するように記載されているが、これに限定されず、1つの粒状体18Aから、複数のCNT6が成長してもよい。
このような複数のCNT6は、成長基板15上において、互いに略平行となるように、成長基板15の厚み方向(上下方向)に延びている。つまり、複数のCNT6は、成長基板15に対して直交するように配向(垂直に配向)されている。
これによって、VACNTs19が成長基板15上に成長する。
VACNTs19は、図6Aに示すように、複数のCNT6が縦方向に直線的に並ぶ列19Aを、横方向に複数備えている。VACNTs19において、複数のCNT6は、面方向(縦方向および横方向)に密集している。
次いで、図3Aおよび図3Bに示すように、成長基板15からVACNTs19を剥離する(剥離工程)。
VACNTs19を成長基板15から剥離するには、例えば、切断刃20を成長基板15の上面に沿ってスライド移動させて、複数のCNT6の基端部(成長基板15側端部)を一括して切断する。これによって、VACNTs19が成長基板15から分離される。
切断刃20としては、例えば、カッター刃、剃刀などの公知の金属刃が挙げられ、好ましくは、カッター刃が挙げられる。
次いで、分離されたVACNTs19を、図3Bに示すように、成長基板15から引き上げる。これにより、VACNTs19が、成長基板15から剥離されて、CNTアレイシート3とされる。また、上記の工程を繰り返すことにより、2つのCNTアレイシート3、具体的には、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが準備される。
このようなCNTアレイシート3は、そのまま熱伝導性シート1に利用することができるが、平均嵩密度が相対的に低いため、熱伝導率の向上の観点から好ましくは、高密度化処理される(高密度化工程)。
高密度化処理として、例えば、CNTアレイシート3を加熱処理する方法(図4Aおよび図4B参照)や、CNTアレイシート3に揮発性の液体を供給する方法が挙げられる。
CNTアレイシート3を加熱処理するには、例えば、図4Aに示すように、CNTアレイシート3を耐熱容器45に収容して、加熱炉内に配置する。
耐熱容器45は、耐熱温度が2600℃を超過する耐熱容器であって、例えば、炭素から形成される炭素容器、セラミックスから形成されるセラミックス容器などの公知の耐熱容器が挙げられる。このような耐熱容器のなかでは、好ましくは、炭素容器が挙げられる。
加熱炉としては、例えば、抵抗加熱炉、誘導加熱炉、直通電型電気炉などが挙げられ、好ましくは、抵抗加熱炉が挙げられる。また、加熱炉は、バッチ式であってもよく、連続式であってもよい。
次いで、加熱炉内に不活性ガスを流入して、加熱炉内を不活性ガス雰囲気に置換する。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどが挙げられ、好ましくは、アルゴンが挙げられる。
次いで、加熱炉内の温度を、所定の昇温速度で加熱温度まで上昇させた後、温度を維持したまま、所定時間放置する。
昇温速度としては、例えば、1℃/分以上であることが好ましく、5℃/分以上であることがより好ましく、例えば、40℃/分以下であることが好ましく、20℃/分以下であることがより好ましい。
加熱温度としては、例えば、2600℃以上であることが好ましく、2700℃以上であることがより好ましく、2800℃以上であることがとりわけ好ましい。加熱温度が上記下限以上であれば、CNTアレイシート3において、複数のCNT6を確実に高密度に密集させることができる。
また、加熱温度としては、CNT6の昇華温度未満であればよく、3000℃以下であることが好ましい。加熱温度が上記上限以下であれば、CNT6が昇華することを抑制できる。
所定時間としては、例えば、10分以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましく、例えば、5時間以下であることが好ましく、3時間以下であることがより好ましい。
また、CNTアレイシート3は、好ましくは、無負荷の状態(CNTアレイシート3に荷重がかけられていない状態、つまり、大気圧下)で加熱処理される。CNTアレイシート3を無負荷の状態で加熱処理するには、図4Aに示すように、CNTアレイシート3を、耐熱容器45の蓋部および側壁に対して間隔を空けるように、耐熱容器45内に収容する。
以上によって、CNTアレイシート3が加熱処理される。CNTアレイシート3が加熱処理されると、CNTアレイシート3において、複数のCNT6を構成するグラフェンの結晶性が向上し、CNT6の配向性(直線性)が向上する。すると、CNTアレイシート3において、互いに隣接するCNT6は、それらの間に作用するファンデルワールス力などにより、配向性(直線性)を維持したまま、束状となるように密集する。
これによって、CNTアレイシート3の全体が均一に密集され、CNTアレイシート3が高密度化する。その後、CNTアレイシート3を必要により冷却(例えば、自然冷却)する。
加熱処理後のCNTアレイシート3の厚みは、複数のCNT6が配向性(直線性)を維持したまま密集するため、加熱処理前のCNTアレイシート3の厚みと略同じである。より具体的には、加熱処理後のCNTアレイシート3の厚みは、加熱処理前のCNTアレイシート3の厚みに対して、例えば、95%以上105%以下であることが好ましく、100%であることがより好ましい。
また、加熱処理後のCNTアレイシート3の体積は、加熱処理前のCNTアレイシート3の体積に対して、例えば、10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、例えば、70%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましい。
また、加熱処理後のCNTアレイシート3のG/D比は、例えば、2以上であることが好ましい。
CNTアレイシート3に揮発性の液体を供給するには、例えば、CNTアレイシート3に揮発性の液体をスプレーするか、CNTアレイシート3を揮発性の液体に浸漬させる。
揮発性の液体としては、例えば、水、有機溶媒などが挙げられる。有機溶媒としては、例えば、低級(C1〜3)アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなど)、ケトン類(例えば、アセトンなど)、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなど)、アルキルエステル類(例えば、酢酸エチルなど)、ハロゲン化脂肪族炭化水素類(例えば、クロロホルム、ジクロロメタンなど)、極性非プロトン類(例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミドなど)などが挙げられる。
このような揮発性の液体のなかでは、好ましくは、水が挙げられる。このような揮発性の液体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
CNTアレイシート3に揮発性の液体が供給されると、揮発性の液体が気化することにより、複数のCNT6が互いに密集し、CNTアレイシート3の密度が向上する。
なお、このような高密度化処理は、少なくとも1回実施され、複数回繰り返すこともできる。同一の高密度化処理を複数回繰り返してもよく、複数種類の高密度化処理を組み合わせて実施してもよい。例えば、上記の加熱処理のみを複数回繰り返すこともでき、上記の加熱処理と上記の液体供給処理と組み合わせて実施することもできる。
高密度化処理後のCNTアレイシート3において、複数のCNT6の平均嵩密度は、例えば、50mg/cm以上であることが好ましく、厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)は、25℃において、例えば、1Ω以下であることが好ましく、熱伝導率は、厚み方向において、例えば、10W/(m・K)以上であることが好ましい。
以上によって、基材4および2つの樹脂層5を備える固定シート2と、2つのCNTアレイシート3とが準備される。
次いで、図4Cに示すように、第1樹脂層5A(表側の樹脂層5)、および、第2樹脂層5B(裏側の樹脂層5)の上に、CNTアレイシート3を1つずつ配置する(配置工程)。
より具体的には、第1樹脂層5Aの厚み方向一方面(固定シート2の表面2A)に、第1CNTアレイシート3Aを配置し、第2樹脂層5Bの厚み方向他方面(固定シート2の裏面2B)に、第2CNTアレイシート3Bを配置する。これにより、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが、固定シート2を厚み方向に挟むように配置される。
そして、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが配置された固定シート2を加熱する(加熱工程)。
加熱温度は、樹脂層5(熱可塑性樹脂)が溶融(軟化)する温度以上、樹脂層5(熱可塑性樹脂)が焼失する温度未満であって、例えば、300℃以上400℃以下であることが好ましい。加熱時間は、例えば、1分以上であることが好ましく、例えば、30分以下であることが好ましく、10分以下であることがより好ましい。
これによって、樹脂層5が溶融し、図1Aに示すように、CNTアレイシート3が対応する樹脂層5に埋め込まれて、CNTアレイシート3における基材4側の端部が、対応する樹脂層5を貫通し、基材4と接触する。
より具体的には、第1樹脂層5Aが溶融して、第1CNTアレイシート3Aが、第1樹脂層5Aに埋め込まれて、第1CNTアレイシート3Aの他方側端部が基材4の表面4Aに接触する。また、第2樹脂層5Bが溶融して、第2CNTアレイシート3Bが、第2樹脂層5Bに埋め込まれて第2CNTアレイシート3Bの一方側端部が基材4の裏面4Bに接触する。
また、溶融状態の樹脂層5が、基材4およびCNTアレイシート3と密着するとともに、複数のCNT6の間に入り込む。
また、加熱工程では、必要により、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bを、基材4に向かうように、厚み方向の外側から内側に向かって加圧する。
圧力としては、例えば、0.1MPa以上であることが好ましく、0.5MPa以上であることがより好ましく、例えば、1.0MPa以下であることが好ましい。
これにより、第1CNTアレイシート3Aの他方側端部、および、第2CNTアレイシート3Bの一方側端部のそれぞれが、確実に基材4と接触する。
その後、冷却することにより、溶融状態の樹脂層5が、基材4およびCNTアレイシート3に密着した状態で硬化する。これによって、CNTアレイシート3は、CNTアレイシート3の端部が基材4に接触した状態で、対応する樹脂層5に固定され、固定シート2に支持される。
以上によって、熱伝導性シート1が製造される。
なお、上記の熱伝導性シートの製造方法では、樹脂層5が熱可塑性樹脂から形成される場合について詳述したが、樹脂層5が熱硬化性樹脂から形成される場合、まず、上記した熱硬化性樹脂に対応する未硬化の樹脂組成物を準備する。未硬化の樹脂組成物は、液状のAステージ状態である。
そして、その樹脂組成物を、基材4の表面4Aおよび裏面4Bの両面に塗布して、基材4の表面4Aおよび裏面4Bの両面に、樹脂組成物層を形成する。その後、樹脂組成物層のAステージ状態を維持するか、樹脂組成物層を半硬化のBステージ状態とする。
次いで、CNTアレイシート3を、表側および裏側の両方の樹脂組成物層に埋め込み、CNTアレイシート3における基材4側の端部を基材4に接触させる。その後、所定の硬化温度に加熱して、樹脂組成物層を硬化(完全硬化)させて、Cステージ状態の樹脂層5とする。これによっても、熱伝導性シート1を製造できる。
(3)熱伝導性シートの使用態様
このような熱伝導性シート1は、TIMとして、図1Bに示すように、例えば、電子部品11(対象物)と、放熱部材10(対象物)との間に、厚み方向に挟まれるように配置されて使用される。
電子部品11としては、例えば、半導体素子(IC(集積回路)チップなど)、発光ダイオード(LED)、高出力レーザ発振素子、高出力ランプ、パワー半導体素子などが挙げられる。
なお、電子部品11が例えば半導体素子などである場合、熱伝導性シート1として、基材4が導電性基材である電気熱伝導性シートが好適に選択される。また、電子部品11が例えばLEDなどである場合、熱伝導性シート1として、基材4が絶縁性基材である絶縁性熱伝導性シートが好適に選択される。
放熱部材10としては、例えば、ヒートシンク、ヒートスプレッダーなどが挙げられる。
また、電子部品11の表面11B、および、放熱部材10の表面10Aには、微細な凹凸(表面粗さ)が形成されている。それらの表面粗さRz(JIS B0601−2013に準拠する十点平均粗さ)は、例えば、1μm以上10μm以下であることが好ましい。
そして、熱伝導性シート1において、第1CNTアレイシート3Aの複数のCNT6は、放熱部材10の表面10Aの微細な凹凸に追従して、放熱部材10の表面10Aと安定して接触している。また、第2CNTアレイシート3Bの複数のCNT6は、電子部品11の表面11Bの微細な凹凸に追従して、電子部品11の表面11Bと安定して接触している。
そのため、電子部品11が発熱すると、電子部品11からの熱が、第2CNTアレイシート3B、基材4および第1CNTアレイシート3Aを順次介して、放熱部材10に伝達される。
(4)作用効果
熱伝導性シート1は、図1Aに示すように、固定シート2に樹脂を介してCNTアレイシート3を備えている。CNTアレイシート3は、厚み方向に配向され、面方向に互いに連続してシート形状となるように配列される複数のCNT6を備えている。
そのため、図1Bに示すように、熱伝導性シート1を対象物(放熱部材10および電子部品11)に接触させたときに、CNTアレイシート3の複数のCNT6を対象物の表面の微細な凹凸に追従させることができる。
また、CNTアレイシート3が、図1Aに示すように、固定シート2の表面2Aおよび裏面2Bの両面に埋め込まれているので、CNTアレイシート3が有するCNT6が、固定シート2から脱落することを抑制できる。
また、CNTアレイシート3の平均嵩密度が50mg/cm以上であると、CNTアレイシート3の熱伝導率の向上を図ることができ、ひいては、熱伝導性シート1の熱伝導率の向上を図ることができる。
また、CNTアレイシート3は、図4Cに示すように、成長基板15から剥離された後に、固定シート2に埋め込まれている。そのため、CNTアレイシート3を、成長基板15から剥離して高密度化処理した後、固定シート2に埋め込むことができる。
また、CNTアレイシート3における基材4側の端部は、図1Aに示すように、対応する樹脂層5に埋め込まれて、基材4と接触している。そのため、CNTアレイシート3が有するCNT6が、固定シート2から脱落することを確実に抑制できながら、熱伝導性シート1の熱伝導率の向上を確実に図ることができる。
また、基材4が電気伝導性を有する導電性基材である場合、電気伝導性を有するCNTアレイシート3が、電気伝導性を有する基材4と接触するので、熱伝導性シート1に電気伝導性を付与することができる。
また、基材4が無機物の焼結体から形成されるセラミックスシートある場合、CNTアレイシート3が、電気絶縁性を有する基材4と接触するので、熱伝導性シート1に電気絶縁性を付与することができる。
また、図1Aに示すように、樹脂層5が熱可塑性樹脂から形成される場合、成長基板15から剥離したCNTアレイシート3を、基材4の両面に配置される樹脂層5上に配置した後、加熱することで、CNTアレイシート3における基材4側の端部を、対応する樹脂層5に埋め込み、基材4と接触させる。
また、樹脂層5が熱硬化性樹脂から形成される場合、成長基板15から剥離したCNTアレイシート3を、基材4の両面に配置される樹脂組成物層に埋め込み、CNTアレイシート3における基材4側の端部を、基材4に接触させた後、樹脂組成物層を硬化させて樹脂層5とする。
そのため、簡易な方法でありながら、対応する樹脂層5に埋め込まれるCNTアレイシート3を備える熱伝導性シート1を効率良く製造することができる。
(第2実施形態)
次に、図5〜図6Cを参照して、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態では、上記した第1実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第2実施形態では、図5に示すように、基材4がカーボンナノチューブ集合体である。カーボンナノチューブ集合体は、複数のCNTの集合体であって、例えば、プレス成形シート、上記したCNTアレイシート3、カーボンナノチューブウェブ積層シート(以下、ウェブ積層シートとする。)などが挙げられ、好ましくは、CNTアレイシート3およびウェブ積層シートが挙げられる。なお、図5では、基材4がウェブ積層シート23である場合を示す。
プレス成形シートは、公知のプレス成形により、複数のCNTがシート形状に形成されたものであって、複数のCNTがランダムに配置されている。
ウェブ積層シート23は、厚み方向に積層される複数のカーボンナノチューブウェブ24(以下、CNTウェブ24とする。)を備えている。
CNTウェブ24は、図6Aに示すように、複数のカーボンナノチューブ単糸25(以下、CNT単糸25とする。)が、CNT単糸25の延びる方向と交差する方向に並列されて、シート状となるように形成されている。
CNT単糸25は、複数のCNT6からなる束(バンドル)が直線状に連続的に繋がって形成されている。CNT単糸25は、撚り合わされていない無撚糸であり、CNT単糸25の外径は、例えば、5nm以上100nm以下であることが好ましい。
このようなウェブ積層シート23を調製するには、まず、図6Aに示すように、上記の第1実施形態と同様にして、VACNTs19が配置される成長基板15を準備する。
また、図6Bに示すように、ローラ26を成長基板15に対して間隔を空けて配置する。ローラ26は、円柱形状を有しており、その軸線を回転中心として、回転可能である。また、ローラ26の周面には、好ましくは、樹脂フィルムが設けられている。
次いで、CNTウェブ24を、図6Aに示すように、VACNTs19から引き出す。
CNTウェブ24をVACNTs19から引き出すには、VACNTs19のうち、各列19Aの端部に位置するCNT6を、図示しない引出具により一括して保持し、引っ張る。
すると、引っ張られたCNT6は、対応する粒状体18Aから引き抜かれる(図3A参照)。このとき、引き抜かれるCNT6に隣接するCNT6は、引き抜かれるCNT6との摩擦力およびファンデルワ―ルス力などにより、そのCNT6に付着され、対応する粒状体18Aから引き抜かれる。
これにより、複数のCNT6が、順次連続してVACNTs19から引き出され、複数のCNT6が直線状に連続的に繋がるCNT単糸25を形成する。
このようなCNT単糸25は、図6Aの拡大図に示すように、各列19AのCNT6が、同時かつ平行に一括して引き出されるため、CNT単糸25の延びる方向と交差する(交わる)方向に複数並列配置されている。
そして、並列配置される複数のCNT単糸25は、略シート形状を有しており、CNTウェブ24として形成される。つまり、CNTウェブ24は、複数のCNT単糸25が並列配置されるように引き出されてなる。
次いで、図6Bに示すように、CNTウェブ24の引出方向下流端部を、ローラ26に固定して、ローラ26を回転させる。これにより、CNTウェブ24を、ローラ26の周面に複数周巻き付ける。
そして、ローラ26に巻き付けられたCNTウェブ24を、切断刃(例えば、剃刀、カッター刃など)により、ローラ26の軸線方向に切断し、ローラ26から離脱させる。
これによって、図6Cに示すように、シート形状を有するウェブ積層シート23が製造される。ウェブ積層シート23の積層数は、例えば、5層以上であることが好ましく、10層以上であることがより好ましく、例えば、1000層以下であることが好ましく、500層以下であることがより好ましい。また、ウェブ積層シート23の厚みは、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましく、例えば、500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。
また、CNTウェブ24および/またはウェブ積層シート23には、好ましくは、上記の揮発性の液体が供給される。
揮発性の液体として、好ましくは、有機溶媒が挙げられ、さらに好ましくは、低級アルコール類、とりわけ好ましくは、エタノールが挙げられる。このような揮発性の液体は、単独使用または2種類以上併用することができる。また、揮発性の液体には、金属粒子が含まれていてもよい。
CNTウェブ24に揮発性の液体を供給するには、例えば、図6Bに示すように、ローラ26を回転させながら、ローラ26の周面に巻き取られるCNTウェブ24に、揮発性の液体を、噴霧器27により順次スプレーする。また、成長基板15とローラ26との間において、CNTウェブ24を揮発性の液体に通過させることもできる。
また、ウェブ積層シート23に揮発性の液体を供給するには、ウェブ積層シート23に揮発性の液体をスプレーしてもよく、ウェブ積層シート23を揮発性の液体に浸漬してもよい。
そして、揮発性の液体が気化することにより、各CNT単糸25の密度が向上する。また、ウェブ積層シート23では、積層されるCNTウェブ24が厚み方向に互いに密集する。
このような第2実施形態によっても、上記の第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第3実施形態)
次に、図7Aおよび図7Bを参照して、本発明の第3実施形態について説明する。なお、第3実施形態では、上記した第1実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第3実施形態では、固定シート2は、図7Aに示すように、電気伝導性を有する導電層32を備えている。より具体的には、固定シート2は、導電層32のみからなり、熱伝導性シート1は、導電層32(固定シート2)と、2つのCNTアレイシート3とを備えている。
導電層32としては、例えば、上記の基材4の金属シートなどが挙げられ、好ましくは、鉄から形成される鉄シート、および、チタンから形成されるチタンシートが挙げられる。また、導電層32は、好ましくは、可撓性を有している。導電層32の厚みの範囲としては、例えば、上記の基材4の厚みの範囲と同一である。
2つのCNTアレイシート3は、導電層32を厚み方向に挟むように、導電層32の表面32Aおよび裏面32Bのそれぞれに1つずつ配置されている。そして、CNTアレイシート3の導電層32側の端部は、導電層32の界面に接合されている。
より詳しくは、第1CNTアレイシート3Aが導電層32の表面32Aに配置され、第1CNTアレイシート3Aにおける他方側端部が、導電層32の表面32Aに接合されている。また、第2CNTアレイシート3Bが導電層32の裏面32Bに配置され、第2CNTアレイシート3Bにおける一方側端部が、導電層32の裏面32Bに接合されている。
なお、第3実施形態では、固定シート2が導電層32のみからなるため、導電層32の表面32Aが固定シート2の表面2Aに対応し、導電層32の裏面32Bが固定シート2の裏面2Bに対応する。
このような熱伝導性シート1を製造するには、まず、図7Bに示すように、導電層32を準備する(導電層準備工程)。
次いで、上記の第1実施形態と同様にして準備されたCNTアレイシート3のいずれか一方の面に、導電層32を形成する金属と同一の金属を、公知の方法により蒸着する。
そして、CNTアレイシート3を、CNTアレイシート3の金属の蒸着面が導電層32と接触するように、導電層32の表面32Aおよび裏面32Bの両面に配置する(配置工程)。
次いで、CNTアレイシート3が配置された導電層32を加熱する(加熱工程)。
加熱温度は、例えば、300℃以上であることが好ましく、500℃以上であることがより好ましく、例えば、2500℃以下であることが好ましく、2000℃以下であることがより好ましい。加熱時間は、例えば、1分以上であることが好ましく、例えば、60分以下であることが好ましく、30分以下であることがより好ましい。
これによって、CNTアレイシート3のCNT6と導電層32とが拡散接合する。
このような加熱工程は、好ましくは、真空中または不活性ガス雰囲気中において実施される。
また、加熱工程では、必要により、CNTアレイシート3を、導電層32に向かうように、厚み方向の外側から内側に向かって加圧する。圧力の範囲は、上記した圧力の範囲と同一である。これにより、CNTアレイシート3のCNT6が導電層32の界面と確実に密着して、CNT6と導電層32とが確実に接合する。
以上によって、CNTアレイシート3は、CNTアレイシート3(CNT6)の端部が導電層32の界面に接合され、導電層32に支持される。
このような熱伝導性シート1の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)の範囲は、上記した基材4が導電性基材である場合の熱伝導性シート1の電気抵抗の範囲と同一である。また、熱伝導性シート1の熱伝導率の範囲は、上記した熱伝導性シート1の熱伝導率の範囲と同一である。
このような第3実施形態によれば、CNTアレイシート3(CNT6)の端部が導電層32の界面に接合されているので、CNTアレイシート3が有するCNT6が、導電層32から脱落することを確実に抑制できながら、熱伝導性シート1の熱伝導率の向上を確実に図ることができ、かつ、熱伝導性シート1に電気伝導性を付与することができる。
また、成長基板15から剥離したCNTアレイシート3を、固定シート2の両面に配置した後、加熱することで、CNTアレイシート3における導電層32側の端部を、導電層32の界面に接合させる。そのため、簡易な方法でありながら、CNTアレイシート3の導電層32側の端部が、導電層32の界面に接合されている熱伝導性シート1を製造することができる。
このような第3実施形態によっても、上記の第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第4実施形態)
次に、図8A〜図9Bを参照して、本発明の第4実施形態について説明する。なお、第4実施形態では、上記した第1実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第4実施形態では、図8Aおよび図9Aに示すように、第1CNTアレイシート3A(表側のCNTアレイシート3)および第2CNTアレイシート3B(裏側のCNTアレイシート3)が、固定シート2中において互いに接触している。
固定シート2は、金属または樹脂材料から形成されている。
金属としては、例えば、上記の基材4の金属シートを形成する金属が挙げられ、好ましくは、鉄およびチタン、CNTとの相溶性の観点から、さらに好ましくは、チタンが挙げられる。樹脂材料としては、例えば、上記の樹脂層5を形成する樹脂材料が挙げられ、好ましくは、熱可塑性樹脂が挙げられる。
また、固定シート2は、好ましくは、可撓性を有している。固定シート2の厚みの範囲としては、例えば、上記の基材4の厚みの範囲と同一である。
第1CNTアレイシート3Aは、第1CNTアレイシート3Aにおける他方側端部が、固定シート2の表面2Aに埋め込まれて、固定シート2に支持されている。第2CNTアレイシート3Bは、第2CNTアレイシート3Bにおける一方側端部が、固定シート2の裏面2Bに埋め込まれて、固定シート2に支持されている。そして、第1CNTアレイシート3Aの他方側端部と、第2CNTアレイシート3Bの一方側端部とは、固定シート2中において互いに接触している。
このような熱伝導性シート1を製造するには、例えば、固定シート2が金属から形成される場合、まず、金属粒子を含有するペーストを準備する(ペースト準備工程)。
ペーストを準備するには、金属粒子を樹脂溶液に分散させる。
金属粒子は、上記の金属から形成される粒子であって、その平均一次粒子径は、例えば、0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、例えば、30μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。また、金属粒子の含有割合は、ペースト全量に対して、例えば、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、例えば、50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。
樹脂溶液は、上記の樹脂材料が溶媒(例えば、水、有機溶媒など)に溶解された溶液である。樹脂材料としては、好ましくは、熱可塑性樹脂、さらに好ましくは、PVAが挙げられる。
次いで、図8Bに示すように、上記の第1実施形態と同様にして準備された第2CNTアレイシート3B(CNTアレイシート3)の厚み方向の一方面に、ペーストを塗布して、粒子含有層40を形成する。そのため、粒子含有層40は、金属粒子を含有している。なお、図8Bでは、粒子含有層40が含有する金属粒子を金属粒子42として示す。
粒子含有層40の厚みは、例えば、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、例えば、50μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましい。
そして、図8Cに示すように、第1CNTアレイシート3A(CNTアレイシート3)を、粒子含有層40の表面40A(厚み方向一方側面)に配置する。
これにより、粒子含有層40が、第1CNTアレイシート3Aと第2CNTアレイシート3Bとの間に挟まれる。換言すれば、CNTアレイシート3(第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3B)が、粒子含有層40の表面40Aおよび裏面40Bの両面に配置される。
そして、CNTアレイシート3が配置された粒子含有層40を加熱する(加熱工程)。
加熱温度は、金属粒子の融点以上、CNT6の昇華温度未満であって、例えば、1000℃以上であることが好ましく、1500℃以上であることがより好ましく、例えば、2500℃以下であることが好ましく、2000℃以下であることがより好ましい。加熱時間は、例えば、1分以上であることが好ましく、10分以上であることがより好ましく、例えば、60分以下であることが好ましく、30分以下であることがより好ましい。
すると、粒子含有層40が含有する樹脂材料が焼失するとともに、金属粒子42が溶融して、CNTアレイシート3の複数のCNT6の間に入り込む。
これによって、金属からなる固定シート2が形成され、第1CNTアレイシート3A(表側のCNTアレイシート3)と、第2CNTアレイシート3B(裏側のCNTアレイシート3)とが、固定シート2に埋め込まれて、固定シート2中において互いに接触する。
このような加熱工程は、好ましくは、真空中または不活性ガス雰囲気中において実施される。
また、加熱工程では、必要により、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが互いに近づくように、厚み方向外側から内側に向かって加圧する。圧力の範囲は、上記した圧力の範囲と同一である。これにより、第1CNTアレイシート3Aと、第2CNTアレイシート3Bとを、固定シート2中において確実に互いに接触させることができる。
また、固定シート2が、樹脂材料とりわけ熱可塑性樹脂から形成される場合、熱伝導性シート1を製造するには、例えば、上記の第1実施形態と同様にして準備されたCNTアレイシート3を、固定シート2の表面2Aおよび裏面2Bの両面に配置する(配置工程)。そして、CNTアレイシート3が配置された固定シート2を加熱する(加熱工程)。
加熱温度は、熱可塑性樹脂の軟化点以上、かつ、熱可塑性樹脂が焼失する温度未満であって、例えば、300℃以上400℃以下であることが好ましい。加熱時間は、例えば、1分以上であることが好ましく、例えば、30分以下であることが好ましく、10分以下であることがより好ましい。
これによって、固定シート2が溶融して、熱可塑性樹脂が、CNTアレイシート3の複数のCNT6の間に入り込む。
これによって、第1CNTアレイシート3A(表側のCNTアレイシート3)と、第2CNTアレイシート3B(裏側のCNTアレイシート3)とが、固定シート2に埋め込まれて、固定シート2中において互いに接触する。
このような熱伝導性シート1の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)の範囲は、上記した基材4が導電性基材である場合の熱伝導性シート1の電気抵抗の範囲と同一である。また、熱伝導性シート1の熱伝導率の範囲は、上記した熱伝導性シート1の熱伝導率の範囲と同一である。
第4実施形態によれば、図8Aおよび図9Aに示すように、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが、固定シート2中において互いに接触しているので、CNTアレイシート3が有するCNT6が、固定シート2から脱落することを確実に抑制できながら、熱伝導性シート1の熱伝導率の向上を確実に図ることができる。
また、固定シート2が金属から形成される場合、成長基板15から剥離したCNTアレイシート3を、粒子含有層40の両面に配置した後、加熱することで、第1CNTアレイシート3Aと、第2CNTアレイシート3Bとを、固定シート2に埋め込み、固定シート2中において互いに接触させる。
また、固定シート2が熱可塑性樹脂から形成される場合、成長基板15から剥離したCNTアレイシート3を、固定シート2の両面に配置した後、加熱することで、第1CNTアレイシート3Aと、第2CNTアレイシート3Bとを、固定シート2に埋め込み、固定シート2中において互いに接触させる。
そのため、簡易な方法でありながら、第1CNTアレイシート3Aおよび第2CNTアレイシート3Bが、固定シート2中において互いに接触している熱伝導性シート1を製造することができる。
このような第4実施形態によっても、上記の第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、上記では、粒子含有層40はペーストの塗布により形成されるが、これに限定されず、粒子含有層40は、金属粒子が分散される樹脂シートであってもよい。
(変形例)
上記の実施形態では、CNTアレイシート3の高密度化処理として、加熱処理および液体供給処理が挙げられるが、CNTアレイシート3の高密度化処理は、これに限定されず、機械的な圧縮により、CNTアレイシート3を高密度化することもできる。
例えば、図10Aおよび図10Bに示すように、成長基板15上のVACNTs19を2枚の押圧板46により圧縮して、高密度化されたCNTアレイシート3を調製する。
より詳しくは、2枚の押圧板46を、VACNTs19を挟むように配置した後、互いに近づくようにスライドさせて、VACNTs19を圧縮する。すると、VACNTs19の複数のCNT6は、対応する粒状体18Aから離脱され、互いに接触するように圧縮される。
これによっても、VACNTs19を成長基板15から分離でき、高密度化されたCNTアレイシート3を準備できる。
上記の実施形態では、基材4は、シート形状(フィルム形状)を有しているが、これに限定されず、平板形状を有していてもよい。平板形状の基材4として、例えば、金属プレート、セラミックスプレート、グラファイトプレート、カーボンナノチューブ集合体、導電性粒子を含有する樹脂シートなどが挙げられる。
これら第1実施形態〜第4実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。
<第2の発明>
次に、図11〜図18Cを参照して、第2の発明について説明する。なお、第2の発明では、上記した第1の発明と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第2の発明のカーボンナノチューブ複合材は、基材と、基材上に配置される垂直配向カーボンナノチューブと、基材と垂直配向カーボンナノチューブとを接着する接着層と、を備えている。
以下に、第2の発明のカーボンナノチューブ複合材の第5実施形態としてのカーボンナノチューブ複合材50(以下、CNT複合材50とする。)について説明する。
(第5実施形態)
(1)カーボンナノチューブ複合材の構成
図11に示すように、CNT複合材50は、基材51と、CNTアレイシート3と、接着層52とを備えている。
基材51は、シート形状(フィルム形状)を有している。基材51は、所定の厚みを有し、その厚み方向と直交する面方向(縦方向および横方向)に延びており、平坦な表面(厚み方向一方面)および平坦な裏面(厚み方向他方面)を有している。基材51の厚みの範囲は、上記した基材4の厚みの範囲と同様である。
基材51としては、例えば、上記した基材4として例示される導電性基材および絶縁性基材などが挙げられる。基材51のなかでは、好ましくは、上記の金属シートおよび上記のプラスチックプレートが挙げられ、さらに好ましくは、アルミニウムから形成される金属シート、および、エンジニアリングプラスチックから形成されるプラスチックプレートが挙げられ、とりわけ好ましくは、アルミニウムから形成される金属シートが挙げられる。
CNTアレイシート3は、基材51上、詳しくは、基材51の表面(厚み方向一方面)上に配置されている。CNTアレイシート3は、図3Aおよび図3Bに示すように、成長基板15から剥離されたVACNTs19である。CNTアレイシート3は、複数のCNT6からシート形状に形成されている。図11に示すように、CNTアレイシート3における複数のCNT6は、基材51に対して直交するように配向(垂直に配向)されている。CNTアレイシート3は、CNTアレイシート3の厚み方向(以下、厚み方向とする。)において、一端部30Aと、一端部30Aと反対側の他端部30Bとを有している。
接着層52は、基材51とCNTアレイシート3とを接着している。詳しくは、接着層52は、CNTアレイシート3の他端部30Bを埋め込んで、基材51とCNTアレイシート3とを接着している。つまり、接着層52は、CNTアレイシート3の他端部30Bを埋め込んだ状態で、基材51の表面上に配置されている。CNTアレイシート3の他端部30Bは、好ましくは、基材51と接触している。
接着層52の厚みは、例えば、5μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましく、例えば、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。また、接着層52の厚みは、CNTアレイシート3の厚みを100としたときに、例えば、10以上であることが好ましく、25以上であることがより好ましく、例えば、50以下であることが好ましく、30以下であることがより好ましい。
接着層52は、例えば、上記した樹脂層5の材料として例示される樹脂材料などから形成されている。樹脂材料として、好ましくは、上記した熱硬化性樹脂および上記した熱可塑性樹脂が挙げられる。
(2)熱硬化性樹脂から形成される接着層を備えるCNT複合材の製造方法
次に、熱硬化性樹脂から形成される接着層52を備えるCNT複合材50を製造方法について、図12A〜図12Cを参照して説明する。
接着層52を形成する熱硬化性樹脂のなかでは、好ましくは、エポキシ樹脂およびフッ素系ゴムが挙げられる。
接着層52を熱硬化性樹脂から形成すれば、CNTアレイシート3を基材51に熱可塑性樹脂により接着する場合と比較して、CNTアレイシート3の配向の乱れを抑制できながら、CNTアレイシート3と基材51との接触を安定して確保することができる。
熱硬化性樹脂から形成される接着層52を備えるCNT複合材50を製造するには、図12Aに示すように、まず、基材51を準備する。そして、必要により、基材51の表面(上面)を、例えば、UV照射や表面研磨などにより表面処理する。
次いで、基材51上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの樹脂組成物層56を形成する。熱硬化性樹脂組成物は、完全硬化することにより、上記の熱硬化性樹脂となる樹脂組成物である。
基材51上にAステージの樹脂組成物層56を形成する方法としては、例えば、Aステージ(液状)の熱硬化性樹脂組成物からなるワニスを基材51の上面に公知の方法で塗布して、Aステージの樹脂組成物層56を形成する。
Aステージの熱硬化性樹脂組成物からなるワニスは、例えば、重合により上記の熱硬化性樹脂を形成する重合成分と、重合成分を溶解する有機溶媒とを含有している。
有機溶媒としては、例えば、上記した揮発性の液体として例示される有機溶媒が挙げられる。有機溶媒は、単独または2種以上併用することができる。有機溶媒のなかでは、好ましくは、極性非プロトン類、さらに好ましくは、N−メチルピロリドンが挙げられる。
また、基材51の上面にBステージの樹脂組成物層56を形成する方法としては、例えば、まず、Bステージ(半硬化状態)の熱硬化性樹脂組成物からなるプリプレグシートを準備する。
プリプレグシートとしては、例えば、市販品を用いることができる。
次いで、そのプリプレグシートを基材51の上面に貼り付けて、Bステージの樹脂組成物層56を形成する。
これらにより、基材51の上面に樹脂組成物層56が形成される。樹脂組成物層56の厚みは、CNT6の長さに応じて適宜変更される。
次いで、図2A〜図2Cに示すように、上記のCNT成長工程と同様にして、成長基板15上にVACNTs19を成長させる。
次いで、図12Aに示すように、VACNTs19が成長する成長基板15を、VACNTs19が下側かつ成長基板15が上側となるように配置する。そして、VACNTs19を樹脂組成物層56に対して上側に間隔を空けて向かい合わせる。
次いで、図12Bに示すように、VACNTs19が成長する成長基板15を下降させて、VACNTs19を樹脂組成物層56に埋め込む。つまり、成長基板15を剥離せずに、VACNTs19を樹脂組成物層56に埋め込む。これにより、成長基板15から剥離されたVACNTs19(CNTアレイシート3)を樹脂組成物層56に埋め込む場合と比較して、VACNTs19の配向の乱れを抑制できる。
また、VACNTs19を樹脂組成物層56に埋め込むときに、好ましくは、VACNTs19と基材51とを接触させる。
VACNTs19を樹脂組成物層56に埋め込むときの温度は、例えば、50℃以上であることが好ましく、例えば、100℃以下であることが好ましく、70℃以下であることがより好ましい。
次いで、樹脂組成物層56を加熱し硬化させる。
樹脂組成物層56の加熱温度は、選択される熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜変更されるが、例えば、120℃以上であることが好ましく、150℃以上であることがより好ましく、例えば、400℃以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましい。
樹脂組成物層56の加熱時間は、例えば、20分間以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。
また、樹脂組成物層56を硬化させる工程では、好ましくは、VACNTs19が基材51に向かうように、VACNTs19を成長基板15を介して下側に向かって押圧する。
VACNTs19に対する圧力としては、例えば、1kPa以上であることが好ましく、4kPa以上であることがより好ましく、10kPa以上であることがとりわけ好ましい。
第5実施形態では、図12Aおよび図12Bに示すように、樹脂組成物層56が硬化されるときに、樹脂組成物層56が基材51に対して上側に位置しており、VACNTs19が樹脂組成物層56に対して上側から埋め込まれている。そのため、樹脂組成物層56は、自重により基材51と密着している。その結果、樹脂組成物層56が基材51から離れることを抑制でき、VACNTs19と基材51との接着不良を抑制することができる。
以上によって、樹脂組成物層56が、完全硬化して基材51とVACNTs19とを接着する接着層52となる。
次いで、図12Bに示すように、成長基板15をVACNTs19から剥離する。
成長基板15をVACNTs19から剥離するには、例えば、上記の切断刃20を成長基板15に沿ってスライド移動させて、複数のCNT6の上端部(成長基板15側端部)を一括して切断する。その後、成長基板15をVACNTs19から剥離する。VACNTs19は、成長基板15から剥離されて、CNTアレイシート3とされる。
このように、樹脂組成物層56の硬化後に、成長基板15をVACNTs19から剥離すれば、樹脂組成物層56の硬化前に成長基板15をVACNTs19から剥離する場合と比較して、VACNTs19の配向の乱れを抑制できる。
以上によって、熱硬化性樹脂から形成される接着層52を備えるCNT複合材50が製造される。
(3)熱可塑性樹脂から形成される接着層を備えるCNT複合材の製造方法
次に、熱可塑性樹脂から形成される接着層52を備えるCNT複合材50を製造方法について説明する。
接着層52を形成する熱可塑性樹脂のなかでは、好ましくは、フッ素系ポリマー(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなど)が挙げられる。
接着層52を熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成すれば、基材51とCNTアレイシート3とを安定して接着することができながら、接着層52の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成される接着層52を備えるCNT複合材50を製造するには、まず、上記と同様にして基材51を準備し、基材51上に熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成される接着層52を形成する。
接着層52を基材51上に形成する方法としては、特に制限されず、例えば、上記の熱可塑性樹脂を基材51上に塗布して接着層52を形成する方法や、上記の熱可塑性樹脂から形成される樹脂シートを準備して、基材51上に配置する方法などが挙げられる。
次いで、VACNTs19が成長する成長基板15を、VACNTs19が下側かつ成長基板15が上側となるように配置する。そして、VACNTs19を接着層52に対して上側に間隔を空けて向かい合わせる。
次いで、接着層52を加熱して、接着層52を溶融させる。接着層52の加熱温度の範囲としては、上記の樹脂層5の加熱温度の範囲と同じである。
そして、成長基板15を下降させて、VACNTs19を接着層52に埋め込む。このとき、好ましくは、VACNTs19が基材51に向かうように、VACNTs19を、上記した圧力の範囲で下側に向かって押圧する。また、VACNTs19は、好ましくは、接着層52を貫通して、基材51と接触する。
その後、冷却することにより、溶融状態の接着層52が、基材51およびVACNTs19に密着した状態で硬化する。これによって、接着層52は、基材51とVACNTs19とを接着する。
次いで、上記と同様にして、成長基板15をVACNTs19から剥離して、VACNTs19をCNTアレイシート3とする。
以上によって、熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成される接着層52を備えるCNT複合材50が製造される。
(4)CNT複合材の性能および用途
接着層52が熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれの樹脂材料から形成される場合であっても、CNT複合材50の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)は、上記した熱伝導性シート1の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)の範囲と同じである。また、CNT複合材50の厚み方向の熱伝導率は、上記した熱伝導性シート1の厚み方向の熱伝導率の範囲と同じである。
このようなCNT複合材50は、例えば、防振材、断熱材、熱伝導性シートなどとして好適に利用することができる。
(5)作用効果
第5実施形態では、図11に示すように、接着層52が、基材51とCNTアレイシート3(VACNTs19)とを接着するので、CNTアレイシート3が有するCNT6が、基材51から脱落することを抑制できる。
また、接着層52が熱硬化性樹脂から形成する場合、CNTアレイシート3を基材51に熱可塑性樹脂により接着する場合と比較して、CNTアレイシート3の配向の乱れを抑制できながら、CNTアレイシート3と基材51との接触を安定して確保することができる。
例えば、特開2011−222746号公報には、TIMと、発熱体と、放熱体とを備え、TIMが、複数のカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブと発熱体とを接着する第1の熱可塑性樹脂層と、カーボンナノチューブと放熱体とを接着する第2の熱可塑性樹脂層とを備える電子機器が開示されている。
そして、そのような電子機器を製造するには、まず、発熱体の表面上に第1の熱可塑性樹脂層を形成した後、第1の熱可塑性樹脂層がカーボンナノチューブと対向するように発熱体を配置する。次いで、放熱体の表面上に第2の熱可塑性樹脂層を形成し、第2の熱可塑性樹脂層がカーボンナノチューブと対向するように放熱体を配置する。そして、発熱体と放熱体との間に荷重をかけた状態で熱処理して、2つの熱可塑性樹脂層を溶解させた後、冷却してカーボンナノチューブを発熱体および放熱体に接着固定する。これによって、電子機器が製造される。
しかし、特開2011−222746号公報に記載の電子機器では、カーボンナノチューブと発熱体および放熱体とが、2つの熱可塑性樹脂層を熱処理して溶解させた後、冷却することにより接着されているので、熱可塑性樹脂層の溶解が不十分であると、カーボンナノチューブと発熱体および放熱体との接触を安定して確保できない場合がある。
一方、熱可塑性樹脂層を十分に溶解させるべく、熱処理の温度を上昇させると、カーボンナノチューブが部分的に密集するなどして、カーボンナノチューブの配向の乱れを生じる場合がある。
これらの場合、カーボンナノチューブの特性(例えば、熱伝導性など)を十分に発現することができず、TIMの熱伝導性能が低下するという不具合がある。
これに対して、接着層52が熱硬化性樹脂から形成される場合、図12A〜図12Cに示すように、基材51上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの樹脂組成物層56を形成した後、CNTアレイシート3を樹脂組成物層に埋め込み、樹脂組成物層を加熱し硬化させることにより、CNTアレイシート3を基材51に接着することができる。
つまり、CNTアレイシート3は、AステージまたはBステージの樹脂組成物層56に埋め込まれるので、CNTアレイシート3を樹脂組成物層56に埋め込むときに熱処理する必要がない。そのため、CNTアレイシート3を、熱処理により溶解した熱可塑性樹脂層に埋め込む場合と比較して、CNTアレイシート3の配向の乱れを抑制できながら、CNTアレイシート3と基材51との接触を安定して確保することができる。
また、接着層52がフッ素系ポリマーから形成される場合、基材51とCNTアレイ3シートとを安定して接着することができながら、接着層52の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
なお、CNT複合材50は、図12Cに示すように、成長基板15がVACNTs19から剥離されているが、これに限定されず、成長基板15は、VACNTs19から剥離されなくてもよい。つまり、図12Bに示す構成を、CNT複合材50とすることもできる。この場合、CNT複合材50は、VACNTs19と、成長基板15と、第1基材51と、第1接着層52とを備えている。
(第6実施形態)
次に、図13〜図15Bを参照して、第2の発明の第6実施形態について説明する。なお、第6実施形態では、上記した第5実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
(1)カーボンナノチューブ複合材の構成
図13および図14に示すように、第2の発明の第6実施形態としてのカーボンナノチューブ複合材70(以下、CNT複合材70とする。)は、CNTアレイシート3と、基材51と、接着層52と、第2基材53と、第2接着層54と、固定部材(第1固定部材)の一例としての複数のリベット55とを備えている。なお、以下において、基材51を第1基材51とし、接着層52を第1接着層52とする。
図13に示すように、第1基材51は、複数の開口51Aを有している。開口51Aは、リベット55を挿通するための開口である。複数の開口51Aの個数は、複数のリベット55の個数と同じである。開口51Aは、第1基材51の厚み方向に第1基材51を貫通している。複数の開口51Aは、第1基材51の周縁部に配置されており、厚み方向に投影したときに、CNTアレイシート3と重ならないように位置している。
第2基材53は、CNTアレイシート3に対して、第1基材51の反対側に配置されている。つまり、CNTアレイシート3は、第1基材51と第2基材53との間に配置されており、第2基材53上、詳しくは、厚み方向における第2基材53の他方面上に配置されている。
また、第2基材53は、第1基材51に対して厚み方向に間隔を空けて配置されている。第1基材51と第2基材53との間の間隔の範囲は、上記したCNT6の平均長さの範囲と同一である。
第2基材53は、第1基材51と同様の構成を有しており、第6実施形態では、シート形状(フィルム形状)を有している。
第2基材53としては、例えば、第1基材51と同様に上記の導電性基材および絶縁性基材などが挙げられる。第2基材53は、第1基材51と異なる基材を選択することもできるが、好ましくは、第1基材51と同一の基材が選択される。例えば、第1基材51が金属シートである場合、好ましくは、第2基材53として金属シートが選択される。
第2基材53は、複数の開口53Aを有している。開口53Aは、リベット55を挿通するための開口である。複数の開口53Aの個数は、複数のリベット55の個数と同じである。開口53Aは、厚み方向に第2基材53を貫通している。開口53Aの径は、開口51Aの径と同じである。複数の開口53Aは、第2基材53の周縁部に配置されており、厚み方向に投影したときに、複数の開口51Aと重なるように配置されている。
第2接着層54は、第2基材53とCNTアレイシート3とを接着している。詳しくは、第2接着層54は、CNTアレイシート3の一端部30Aを埋め込んで、第2基材53とCNTアレイシート3とを接着している。第2接着層54は、CNTアレイシート3の一端部30Aを埋め込んだ状態で、第2基材53の裏面(厚み方向他方面)上に配置されている。
第2接着層54は、例えば、第1接着層52と同様に上記の樹脂材料から形成される。第2接着層54を形成する樹脂材料のなかでは、好ましくは、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂のなかでは、エポキシ樹脂およびフッ素系ゴムが挙げられる。熱可塑性樹脂のなかでは、好ましくは、フッ素系ポリマーが挙げられる。
第2接着層54の樹脂材料は、第1接着層52と異なる樹脂材料を選択することもできるが、好ましくは、第1接着層52と同一の樹脂材料が選択される。例えば、第1接着層52が熱硬化性樹脂から形成される場合、第2接着層54の樹脂材料として熱硬化性樹脂が選択され、第1接着層52がフッ素系ポリマーから形成される場合、第2接着層54の樹脂材料としてフッ素系ポリマーが選択される。第2接着層54の厚みの範囲は、第1接着層52の厚みの範囲と同一である。
CNTアレイシート3の一端部30Aは、第2接着層54に埋め込まれ、CNTアレイシート3の他端部30Bは、第1接着層52に埋め込まれている。CNTアレイシート3の一端部30Aは、好ましくは、第2基材53と接触し、CNTアレイシート3の他端部30Bは、好ましくは、第1基材51と接触している。
CNTアレイシート3において、各CNT6は、第1接着層52に埋設される第1埋設部分60Aと、第2接着層54に埋設される第2埋設部分60Bと、第1埋設部分60Aと第2埋設部分60Bとの間の部分である露出部分60Cとを有している。
第1埋設部分60Aは、好ましくは、第1接着層52を貫通している。第1埋設部分60Aの長さの範囲は、例えば、第1接着層52の厚みの範囲と同一である。また、第1埋設部分60Aの長さの割合は、CNT6の長さ100%に対して、例えば、10%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、例えば、40%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。
第2埋設部分60Bは、好ましくは、第2接着層54を貫通している。第2埋設部分60Bの長さの範囲は、例えば、第2接着層54の厚みの範囲と同一である。また、第2埋設部分60Bの長さの割合は、CNT6の長さ100%に対して、例えば、10%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、例えば、50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましい。
複数のリベット55は、第1基材51と第2基材53との間の間隔を維持するように、第1基材51と第2基材53とを互いに固定している。リベット55は、頭部55Aと、胴部55Bと、かしめ部55Cとを備えている。
頭部55Aは、厚み方向におけるリベット55の他端部に設けられている。頭部55Aは、第1基材51に対してCNTアレイシート3の反対側(厚み方向他方側)に配置されている。頭部55Aは、平面視円形状を有している。頭部55Aの外径は、開口51Aの径よりも大きい。
胴部55Bは、リベット55における頭部55Aとかしめ部55Cとの間の部分である。胴部55Bは、厚み方向に延びる円柱形状を有している。胴部55Bは、第1基材51の開口51Aに挿通されるとともに、第2基材53の開口53Aに挿通されている。胴部55Bの外径は、開口51Aの径と略同じ(僅かに小径)である。
かしめ部55Cは、厚み方向におけるリベット55の一端部に設けられている。かしめ部55Cは、第2基材53に対してCNTアレイシート3の反対側(厚み方向一方側)に配置されている。かしめ部55Cは、平面視円形状を有している。かしめ部55Cの外径は、開口53Aの径よりも大きい。
このようなCNT複合材70の厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)の範囲は、例えば、上記したCNT複合材50の厚み方向の電気抵抗の範囲と同じである。CNT複合材70の厚み方向の熱伝導率の範囲は、例えば、上記したCNT複合材50の厚み方向の熱伝導率の範囲と同じである。
このようなCNT複合材70は、上記したCNT複合材50と同様の用途に利用できるが、好ましくは、防振材として利用される。つまり、防振材は、CNT複合材70を含んでおり、好ましくは、CNT複合材70からなる。
CNT複合材70を含む防振材では、CNTアレイシート3が、第1接着層52により第1基材51に接着されているとともに、第2接着層54により第2基材53に接着されているので、CNT複合材70に対して厚み方向の外側から振動が加わると、その振動が、第1基材51および/または第2基材53を介して、CNTアレイシート3に伝達される。
すると、CNTアレイシート3が備える複数のCNT6は、振動エネルギーにより配向方向に伸縮する。このとき、複数のCNT6の間には、空気が存在するので、CNT6の伸縮エネルギー(運動エネルギー)が空気との摩擦により、熱エネルギーに変換される。これによって、外部からの振動を、効率よく低減することができる。
(2)CNT複合材70の製造方法
次に、図15Aおよび図15Bを参照して、CNT複合材70の製造方法について説明する。
まず、図12A〜図12Cに示すように、第5実施形態と同様にして、第1基材51とCNTアレイシート3とを第1接着層52により接着する。
また、図15Aに示すように、第2基材53を準備する。そして、必要により、第2基材53の上面を、例えば、UV照射や表面研磨などにより表面処理する。
次いで、第2接着層54が熱硬化性樹脂から形成される場合、第2基材53上、詳しくは、第2基材53の上面に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの第2樹脂組成物層57を形成する。
第2基材53の上面に第2樹脂組成物層57を形成する方法としては、例えば、第1基材51の上面に樹脂組成物層56(以下、第1樹脂組成物層56とする。)を形成する方法と同様の方法が挙げられる。第2樹脂組成物層57の厚みの範囲は、第1樹脂組成物層56の厚みの範囲と同じである。
次いで、図15Aに示すように、CNTアレイシート3が接着される第1基材51を、CNTアレイシート3が下側かつ第1基材51が上側となるように上下の向きを逆にして配置する。そして、CNTアレイシート3を第2樹脂組成物層57に対して上側に間隔を空けて向かい合わせる。
次いで、図15Aおよび図15Bに示すように、CNTアレイシート3が接着される第1基材51を下降させて、CNTアレイシート3に対して第1基材51の反対側に第2基材53が位置するように、CNTアレイシート3を第2樹脂組成物層57に埋め込む。
CNTアレイシート3を第2樹脂組成物層57に埋め込むときの温度範囲は、VACNTs19を第1樹脂組成物層56に埋め込むときの温度範囲と同じである。
このとき、第1基材51と第2基材53との間には、好ましくは、固定部材(第2固定部材)の一例としてのスペーサ58が設けられる。つまり、第6実施形態は、スペーサ58を設ける工程をさらに含んでいる。
詳しくは、スペーサ58は、第1基材51と第2基材53との間の間隔を維持するように、第1基材51と第2基材53とを固定するものであって、第1基材51の周縁部と第2基材53の周縁部との間に挟み込まれる。スペーサ58は、上下方向に投影したときに、開口51Aおよび開口53Aと重ならない位置に設けられる。スペーサ58の個数は、特に制限されないが、好ましくは、2つ以上である。これにより、第1基材51と第2基材53との間のスペースを精度よく確保することができる。
次いで、第2樹脂組成物層57を加熱し硬化させる。
第2樹脂組成物層57の加熱温度の範囲は、第1樹脂組成物層56の加熱温度の範囲と同じである。第2樹脂組成物層57の加熱時間の範囲は、第1樹脂組成物層56の加熱時間の範囲と同じである。
また、第2樹脂組成物層57を硬化させる工程では、好ましくは、CNTアレイシート3が第2基材53に向かうように、CNTアレイシート3を上記の圧力で下側に向かって押圧する。
第6実施形態では、第2樹脂組成物層57が硬化されるときに、第2樹脂組成物層57が第2基材53に対して上側に位置しており、CNTアレイシート3が第2樹脂組成物層57に対して上側から埋め込まれている。そのため、第2樹脂組成物層57は、自重により第2基材53と密着している。その結果、第2樹脂組成物層57が第2基材53から離れることを抑制でき、CNTアレイシート3と第2基材53との接着不良を抑制することができる。
以上によって、第2樹脂組成物層57が、完全硬化して第2基材53とCNTアレイシート3とを接着する第2接着層54となる。
また、第2接着層54が熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成される場合、第1接着層52を第1基材51上に形成する方法と同様にして、第2基材53上に熱可塑性樹脂(とりわけフッ素系ポリマー)から形成される第2接着層54を形成する。
次いで、第2接着層54を加熱して、第2接着層54を溶融させる。第2接着層54の加熱温度の範囲としては、上記の第1接着層52の加熱温度と同様である。
そして、上記と同様に、CNTアレイシート3に対して第1基材51の反対側に第2基材53が位置するように、CNTアレイシート3を第2接着層54に埋め込む。その後、冷却することにより、溶融状態の第2接着層54が、第2基材53およびCNTアレイシート3に密着した状態で硬化する。これによって、第2接着層54は、第2基材53とCNTアレイシート3とを接着する。
その後、図15Bに示すように、第1基材51と第2基材53とを、複数のリベット55により固定する。つまり、第6実施形態は、リベット55を設ける工程をさらに含んでいる。
第1基材51と第2基材53とを固定する前のリベット55は、頭部55Aおよび胴部55Bのみからなる。そして、リベット55の胴部55Bを、開口51Aおよび開口53Aに対して上側から挿通する。このとき、胴部55Bの遊端部(頭部55Aと反対側の端部)は、第2基材53よりも下側に突出する。その後、図13に示すように、胴部55Bの遊端部をかしめて、かしめ部55Cを形成する。
以上によって、CNT複合材50が製造される。
(3)作用効果
図13に示すように、CNT複合材70は、CNTアレイシート3に対して、第1基材51の反対側に配置される第2基材53と、第2基材53とCNTアレイシート3とを接着する第2接着層54と、をさらに備えている。
そのため、CNTアレイシート3が第1基材51と第2基材53との間に配置される構造体を構成することができる。
また、第2接着層54が熱硬化性樹脂から形成される場合、図15Aおよび図15Bに示すように、第2基材53上に、熱硬化性樹脂組成物からなり、AステージまたはBステージの第2樹脂組成物層57を形成した後、第2基材53と接触するように、CNTアレイシート3を第2樹脂組成物層57に埋め込み、第2樹脂組成物層57を加熱し硬化させることにより、CNTアレイシート3を第2基材53に接着することができる。
そのため、CNTアレイシート3の配向の乱れを抑制できながら、CNTアレイシート3と第2基材53との接触を安定して確保することができる。その結果、CNTアレイシート3を第1基材51と第2基材53との間に位置させることができながら、CNTアレイシート3と、第1基材51および第2基材53との接触を安定して確保することができる。
また、第2接着層54がフッ素系ポリマーから形成される場合、第2基材53とCNTアレイシート3とを安定して接着することができながら、第2接着層54の耐熱性、耐油性および耐薬品性の向上を図ることができる。
図13に示すように、リベット55は第1基材51と第2基材53とを固定する。そのため、CNT複合材70に外部から力が加わったときに、CNT複合材70が変形することを抑制できる。また、リベット55は、第1基材51と第2基材53とが厚み方向の外側に向かって互いに離れるように移動することを抑制できる。その結果、CNTアレイシート3が、第1接着層52および第2接着層54のそれぞれに埋設された状態を安定して維持できる。
図15Bに示すように、CNT複合材70にはスペーサ58が設けられる。スペーサ58は、第1基材51と第2基材53とが厚み方向の内側に向かって互いに近づくように移動することを抑制できる。そのため、第1基材51と第2基材53との間のスペースを精度よく確保することができる。
その結果、リベット55およびスペーサ58は、第1基材51と第2基材53との間の間隔を維持することができる。これにより、CNTアレイシート3が、第1接着層52および第2接着層54のそれぞれに埋設された状態を安定して維持できる。
図13に示すように、CNT複合材70は、防振材に好適に利用できる。CNT複合材70では、CNTアレイシート3が、第1接着層52により第1基材51に接着されているとともに、第2接着層54により第2基材53に接着されている。
そのため、CNT複合材70に対して厚み方向の外側から振動が加わると、その振動が、第1基材51および/または第2基材53を介して、CNTアレイシート3に伝達される。
すると、CNTアレイシート3が備える複数のCNT6は、振動エネルギーにより配向方向(厚み方向)に伸縮する。このとき、複数のCNT6の間には空気が存在するので、CNT6の伸縮エネルギー(運動エネルギー)を、空気との摩擦により、熱エネルギーに変換できる。その結果、外部からの振動を効率よく低減することができる。
このような第6実施形態によっても、第5実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第7実施形態)
次に、図16を参照して、第2の発明の第7実施形態について説明する。なお、第7実施形態では、上記した第5実施形態および第6実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第6実施形態では、図13に示すように、第1基材51および第2基材53のそれぞれが、シート形状を有しているが、第1基材51および第2基材53のそれぞれの形状は、特に制限されない。
第7実施形態では、図16に示すように、第2基材53が、上記した放熱部材10である。具体的には、CNT複合材80は、CNTアレイシート3と、第1基材51と、第1接着層52と、放熱部材10と、第2接着層54とを備えている。そして、第2接着層54が、放熱部材10とCNTアレイシート3とを接着している。
なお、CNT複合材80は、第1基材51および第1接着層52を備えているが、これに限定されず、CNT複合材80は、第1基材51および第1接着層52を備えていなくてもよい。
(第8実施形態)
次に、図17Aおよび図17Bを参照して、第2の発明の第8実施形態について説明する。なお、第8実施形態では、上記した第5実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第5実施形態では、図12A〜図12Cに示すように、成長基板15上に成長されるVACNTs19が、成長基板15から剥離されることなく、樹脂組成物層56(または熱可塑性樹脂から形成される接着層52)に埋め込まれるが、これに限定されない。
第8実施形態では、図17Aおよび図17Bに示すように、成長基板15から剥離されたCNTアレイシート3が、樹脂組成物層56(または熱可塑性樹脂から形成される接着層52)に埋め込まれる。
第8実施形態では、図2A〜図2Cに示すように、VACNTs19を成長基板15上に成長させた後、図3Aおよび図3Bに示すように、VACNTs19を、成長基板15から剥離して、CNTアレイシート3とする。
その後、CNTアレイシート3を、図4Aおよび図4Bに示すように、上記の高密度化処理、好ましくは、加熱処理する。つまり、第8実施形態は、VACNTs19を、成長基板15から剥離してCNTアレイシート3とする工程と、CNTアレイシート3を高密度化処理する工程と、をさらに含んでいる。
その後、図17Aおよび図17Bに示すように、高密度化処理されたCNTアレイシート3を、上記と同様にして、第1基材51上の樹脂組成物層56(または熱可塑性樹脂から形成される接着層52)に埋め込む。次いで、樹脂組成物層56を上記と同様に加熱硬化して、第1基材51とCNTアレイシート3とを接着する第1接着層52とする。これによって、CNT複合材90を製造することができる。
第8実施形態によれば、CNTアレイシート3が、成長基板15から剥離されてCNTアレイシート3とされた後、高密度化処理されるので、CNTアレイシート3の特性(例えば、熱伝導性など)の向上を図ることができ、ひいては、CNT複合材90の性能の向上を図ることができる。また、第8実施形態によっても、第5実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第9実施形態)
次に、図18Aおよび図18Bを参照して、第2の発明の第9実施形態について説明する。なお、第9実施形態では、上記した第5実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第5実施形態では、図11に示すように、CNTアレイシート3が、厚み方向における第1基材51の一方の面にのみ配置されるが、これに限定されない。
第9実施形態では、第1の発明と同様に、CNTアレイシート3が、厚み方向における第1基材51の両面に配置される。
第9実施形態では、図13Cに示すように、上記と同様にして、CNTアレイシート3が第1接着層52により接着された第1基材51を準備する。
次いで、図18Aに示すように、第1基材51における第1接着層52と反対側の面に、上記と同様にして、第2樹脂組成物層57を形成する。
次いで、VACNTs19が成長する成長基板15を準備し、VACNTs19が第1基材51と接触するように、VACNTs19を第2樹脂組成物層57に埋め込む。
次いで、図18Bに示すように、第2樹脂組成物層57を、上記と同様に加熱して硬化させて、第2接着層54とする。
次いで、上記と同様にして、成長基板15をVACNTs19から剥離する。これにより、VACNTs19がCNTアレイシート3とされる。
以上によって、図18Cに示すように、CNT複合材100が製造される。
CNT複合材100は、第1基材51と、厚み方向における第1基材51の両面(一方面および他方面)に配置される2つのCNTアレイシート3と、CNTアレイシート3が厚み方向における第1基材51の他方面と接触するように、第1基材51とCNTアレイシート3とを接着する第1接着層52と、CNTアレイシート3が厚み方向における第1基材51の一方面と接触するように、第1基材51とCNTアレイシート3とを接着する第2接着層54と、を備えている。
なお、CNT複合材100は、第1の発明における熱伝導性シートの一例であって、第1基材51と、第1接着層52と、第2接着層54とは、第1の発明における固定シートの一例を構成する。また、2つのCNTアレイシート3は、固定シートの表面および裏面の両面に埋め込まれている。
また、第1基材51は、第1の発明における基材の一例であり、第1接着層52および第2接着層54は、第1の発明における基材の表面および裏面の両面に配置される樹脂層の一例である。そして、CNTアレイシート3における第1基材51側の端部は、対応する樹脂層に埋め込まれて、第1基材51と接触している。
このような第9実施形態によっても、第5実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(変形例)
第5実施形態では、図12Bに示すように、VACNTs19が樹脂組成物層56に埋め込まれ、樹脂組成物層56が加熱硬化された後に、成長基板15がVACNTs19から剥離されるが、これに限定されない。VACNTs19を樹脂組成物層56に埋め込んだ後、樹脂組成物層56を加熱硬化する前に、成長基板15をVACNTs19から剥離してもよい。
第5実施形態では、樹脂組成物層56が硬化されるときに、樹脂組成物層56が第1基材51に対して上側に位置しているが、これに限定されない。樹脂組成物層56は、硬化されるときに、第1基材51に対して下側に位置してもよい。
第6実施形態では、図13に示すように、複数のリベット55を備えているが、これに限定されない。CNT複合材50は、複数のリベット55を備えなくてもよい。
第6実施形態では、図15Bに示すように、第1基材51と第2基材53との間にはスペーサ58が設けられるが、これに限定されない。スペーサ58は、第1基材51と第2基材53との間に設けられなくてもよい。
第6実施形態では、VACNTs19が埋め込まれた第1樹脂組成物層56を加熱して硬化し、第1接着層52とした後、VACNTs19(CNTアレイシート3)を第2樹脂組成物層57に埋め込み、第2樹脂組成物層57を加熱して硬化し、第2接着層54としているがこれに限定されない。
例えば、CNTアレイシート3を、第1樹脂組成物層56および第2樹脂組成物層57に埋め込んだ後、第1樹脂組成物層56および第2樹脂組成物層57を一括して加熱し、第1接着層52および第2接着層54とすることもできる。
第6実施形態では、第2樹脂組成物層57が硬化されるときに、第2樹脂組成物層57が第2基材53に対して上側に位置しているが、これに限定されない。第2樹脂組成物層57は、硬化されるときに、第2基材53に対して下側に位置してもよい。
第5実施形態および第6実施形態では、図11および図13に示すように、CNTアレイシート3が、好ましくは、第1基材51および第2基材53と接触しているが、これに限定されず、CNTアレイシート3は、第1基材51および第2基材53と接触していなくてもよい。この場合、第1接着層52および第2接着層54は、好ましくは、上記した添加材を含有する。第1接着層52および第2接着層54内でCNTアレイシート3と添加材とが接触することにより、CNT複合材の電気絶縁性および熱伝導性を確保することができる。
これら第5実施形態〜第9実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
(実施例1)
ステンレス製の成長基板(ステンレス基板)の表面に二酸化ケイ素膜を積層した後、二酸化ケイ素膜上に、触媒層として鉄を蒸着した。
次いで、成長基板を所定の温度に加熱して、触媒層に原料ガス(アセチレンガス)を供給した。これにより、成長基板上において、平面視略矩形形状のVACNTsを形成した。
VACNTsにおいて、複数のCNTは、互いに略平行となるように延び、成長基板に対して直交するように配向(垂直配向)されていた。CNTは、多層カーボンナノチューブであり、CNTの平均外径は、約12nm、CNTの平均長さは、約80μm、VACNTsの嵩密度は、約50mg/cmであった。
次いで、カッター刃(切断刃)を成長基板に沿って移動させて、VACNTsを成長基板から切り離して、CNTアレイシートを準備した。
次いで、CNTアレイシートを、耐熱容器である炭素容器に収容して、その炭素容器を抵抗加熱炉内に配置した。
次いで、抵抗加熱炉内を、アルゴン雰囲気に置換した後、10℃/分で2800℃まで昇温し、2800℃で2時間保持した。これにより、CNTアレイシートが高密度化され、その後、自然冷却により室温まで冷却した。
高密度化されたCNTアレイシートの嵩密度は、約100mg/cmであり、そのCNTアレイシートの厚み方向の電気抵抗(導電抵抗)は、25℃において、0.1Ωであり、そのCNTアレイシートの熱伝導率は、厚み方向において、約30W/(m・K)であった。
そして、上記と同様にして、高密度化されたCNTアレイシートを2つ準備した。
次いで、厚みが100μmである銅シート(基材)を準備するとともに、厚みが約30μmであり、PTFEから形成される樹脂シートを2枚準備した。
そして、樹脂シートを銅シートの表面および裏面の両面に配置して、固定シートを準備した。
次いで、上記のCNTアレイシートを、表側および裏側の両方の樹脂シート上に配置した。続いて、2つのCNTアレイシートが銅シートに向かうように、厚み方向の外側から0.8MPaの力で加圧するとともに、380℃で5分間加熱した。
その後、冷却して、熱伝導性シートを得た。
(実施例2)
PVAが水(溶媒)に溶解されたPVA溶液(樹脂溶液、PVA濃度:10質量%)に、チタン粒子(金属粒子)を分散させて、ペーストを準備した。
なお、チタン粒子の平均一次粒子径は、2〜3μmであり、チタン粒子の含有割合は、ペースト全量に対して、20質量%であった。
次いで、実施例1と同様にして準備された2つのCNTアレイシートのうち、一方のCNTアレイシートに、ペーストを塗布して、厚み約30μmの粒子含有層を形成した。そして、他方のCNTアレイシートを、粒子含有層が2つのCNTアレイシートの間に挟まれるように、粒子含有層上に配置した。
その後、CNTアレイシートが配置された粒子含有層を、不活性ガス雰囲気中において、2つのCNTアレイシートが互いに近づくように厚み方向の外側から0.8MPaの力で加圧しながら、約1700℃で5分間加熱した。
その後、冷却して、熱伝導性シートを得た。
(実施例3)
厚み30μmであり、PFAから形成される樹脂シート(固定シート)を準備した。
次いで、実施例1と同様にして準備されたCNTアレイシートを樹脂シートの表面および裏面の両面に配置した。
その後、CNTアレイシートが配置された樹脂シートを、2つのCNTアレイシートが互いに近づくように厚み方向の外側から0.8MPaの力で加圧しながら、約380℃で5分間加熱した。
その後、冷却して、熱伝導性シートを得た。
(比較例1)
ステンレス製の成長基板の表面および裏面の両面に、二酸化ケイ素膜を積層した後、二酸化ケイ素膜上に、触媒層として鉄を蒸着した。
次いで、成長基板を所定の温度に加熱して、触媒層に原料ガス(アセチレンガス)を供給した。これにより、基板の表面および裏面の両面に、平面視略矩形形状のVACNTsを形成した。各VACNTsにおいて、CNTの平均外径、CNTの平均長さ、および、嵩密度は、実施例1と同様であった。
そして、両面にVACNTsが配置される成長基板を、熱伝導性シートとした。
<評価>
(1)熱伝導率
各実施例および比較例で得られた熱伝導性シートについて、熱抵抗を熱抵抗測定装置(商品名:T3Ster DynTIM Tester、メンターグラフィックス社製)により測定した。そして、熱伝導性シートの厚みを変更して、熱抵抗を複数点(例えば、3点)測定し、熱伝導性シートの厚みおよび測定された熱抵抗をプロットした。そのプロット結果から、熱伝導性シートの熱伝導率を算出した。その結果を表1に示す。
(2)電気抵抗
各実施例および比較例で得られた熱伝導性シートについて、厚み方向の電気抵抗を電気抵抗測定装置(商品名:レジスティビティ・チェンバ、エーディーシー社製)により測定した。その結果を、表1に示す。
(3)接着強度試験
各実施例で得られた熱伝導性シートについて、粘着テープを、CNTアレイシートに対して、固定シートと反対側から貼着した後、粘着テープを剥離した。
また、比較例で得られた熱伝導性シートについて、粘着テープを、VACNTsに対して、成長基板と反対側から貼着した後、粘着テープを剥離した。
そして、接着強度を、以下の基準により評価した。その結果を表1に示す。
○:CNTアレイシート(VACNTs)の固定シート(成長基板)からの顕著な剥離がみられなかった。
×:CNTアレイシート(VACNTs)の固定シート(成長基板)からの顕著な剥離がみられた。
Figure 0006802808
(実施例4)
実施例1と同様にして、成長基板上にVACNTsを成長させた。
次いで、厚みが10μmであるアルミニウム箔を、第1基材として準備し、第1基材(アルミニウム箔)の表面をUV照射により表面処理した。
次いで、第1基材の表面(上面)に、エポキシ樹脂系プリプレグシート(厚み30μm)を貼り付けて、第1樹脂組成物層を形成した。第1樹脂組成物層は、Bステージのエポキシ樹脂組成物から形成されていた。
次いで、VACNTsが成長した成長基板を、VACNTsが下側かつ成長基板が上側となるように配置した。そして、VACNTsを第1樹脂組成物層に対して上側に間隔を空けて向かい合うように配置した。
次いで、成長基板を剥離せずに、55℃において、VACNTsが第1基材と接触するように、VACNTsを第1樹脂組成物層に埋め込んだ。
次いで、VACNTsが第1基材に向かうように、4kPaの力で加圧しながら、160℃(第1樹脂組成物層の加熱温度)で1時間加熱した。
これにより、VACNTsが第1基材に接触した状態で、第1樹脂組成物層が、完全硬化して(Cステージとなり)、第1接着層となった。第1接着層は、完全硬化後(Cステージ)のエポキシ樹脂からなり、VACNTsと第1基材とを接着していた。その後、VACNTsから成長基板を剥離した。これにより、VACNTsは、CNTアレイシートとされた。
次いで、上記と同様のアルミニウム箔を第2基材として準備し、その第2基材の表面に、別途準備したエポキシ樹脂系プリプレグシートを貼り付けて、第2樹脂組成物層を形成した。第2樹脂組成物層は、Bステージのエポキシ樹脂組成物から形成されていた。
次いで、CNTアレイシートが接着された第1基材を、CNTアレイシートが下側かつ第1基材が上側となるように上下の向きを逆にして、CNTアレイシートが第2樹脂組成物層に対して上側に間隔を空けて向かい合うように配置した。
次いで、CNTアレイシートが第2基材に接触するように、CNTアレイシートを第2樹脂組成物層に埋め込んだ。
次いで、CNTアレイシートが第2基材に向かうように、4kPaの力で加圧しながら、160℃で1時間加熱した。
これにより、CNTアレイシートが第2基材に接触した状態で、第2樹脂組成物層が、完全硬化して(Cステージとなり)、第2接着層となった。第2接着層は、完全硬化後(Cステージ)のエポキシ樹脂からなり、CNTアレイシートと第2基材とを接着していた。
以上によって、CNT複合材を得た。
(実施例5)
第1基材にエポキシ樹脂組成物からなるワニスを塗布して、第1樹脂組成物層を形成したこと、第1樹脂組成物層の硬化温度を110℃に変更したこと、第2基材にエポキシ樹脂組成物からなるワニスを塗布して、第2樹脂組成物層を形成したこと、および、第2樹脂組成物層の硬化温度を110℃に変更したこと以外は、実施例4と同様にして、CNT複合材を得た。第1樹脂組成物層および第2樹脂組成物層のそれぞれは、Aステージのエポキシ樹脂組成物から形成されていた。
(実施例6)
第1基材にフッ素系ゴム組成物からなるワニス(N−メチルピロリドン溶液)を塗布して、第1樹脂組成物層を形成したこと、第1樹脂組成物層の硬化温度を200℃に変更したこと、第2基材にフッ素系ゴム組成物からなるワニス(N−メチルピロリドン溶液)を塗布して、第2樹脂組成物層を形成したこと、および、第2樹脂組成物層の硬化温度を200℃に変更したこと以外は、実施例4と同様にして、CNT複合材を得た。第1樹脂組成物層および第2樹脂組成物層のそれぞれは、Aステージのフッ素系ゴム組成物から形成されていた。
(実施例7〜9)
実施例4〜6のCNT複合材のそれぞれに、複数(4つ)のリベットをさらに設けた。
(実施例10)
実施例4と同様にして、CNTアレイシートが第1接着層により接着された第1基材を準備した。
次いで、CNTアレイシートが接着された第1基材を、VACNTsが下側かつ第1基材が上側となるように上下の向きを逆にして配置した。
次いで、第1基材における第1接着層と反対側の面に、エポキシ樹脂系プリプレグシートを貼り付けて、第2樹脂組成物層を形成した。第2樹脂組成物層は、Bステージのエポキシ樹脂組成物から形成されていた。
次いで、別途、VACNTsを成長基板上に成長させた後、55℃において、成長基板上のVACNTsが第1基材と接触するように、VACNTsを第2樹脂組成物層に埋め込んだ。
次いで、VACNTsが第1基材に向かうように、4kPaの力で加圧しながら、160℃で1時間加熱した。
これにより、VACNTsが第1基材に接触した状態で、第2樹脂組成物層が、完全硬化して(Cステージとなり)、第2接着層(第2樹脂層)となった。第2接着層(第2樹脂層)は、完全硬化後(Cステージ)のエポキシ樹脂からなり、VACNTsと第1基材とを接着していた。
以上によって、CNT複合材(熱伝導性シート)を得た。CNT複合材(熱伝導性シート)は、第1基材(基材)と、第1基材(基材)の表面および裏面の両面に配置される第1接着層(第1樹脂層)および第2接着層(第2樹脂層)とを備える固定シートと、成長基板から剥離され、固定シートの表面および裏面の両面に埋め込まれるCNTアレイシートと、を備え、CNTアレイシートにおける第1基材側の端部は、対応する樹脂層に埋め込まれて、第1基材側と接触していた。
(実施例11)
第1基材の表面にエポキシ樹脂組成物からなるワニスを塗布して、第1樹脂組成物層を形成したこと、第1樹脂組成物層の硬化温度を110℃に変更したこと、第1基材の裏面にエポキシ樹脂組成物からなるワニスを塗布して、第2樹脂組成物層を形成したこと、および、第2樹脂組成物層の硬化温度を110℃に変更したこと以外は、実施例10と同様にして、CNT複合材(熱伝導性シート)を得た。第1樹脂組成物層および第2樹脂組成物層のそれぞれは、Aステージのエポキシ樹脂組成物から形成されていた。
(実施例12)
第1基材の表面にフッ素系ゴム組成物からなるワニス(N−メチルピロリドン溶液)を塗布して、第1樹脂組成物層を形成したこと、第1樹脂組成物層の硬化温度を200℃に変更したこと、第1基材の裏面にフッ素系ゴム組成物からなるワニス(N−メチルピロリドン溶液)を塗布して、第2樹脂組成物層を形成したこと、および、第2樹脂組成物層の硬化温度を200℃に変更したこと以外は、実施例10と同様にして、CNT複合材(熱伝導性シート)を得た。第1樹脂組成物層および第2樹脂組成物層のそれぞれは、Aステージのフッ素系ゴム組成物から形成されていた。
(実施例13)
PTFEから形成される樹脂シート(接着層)を銅シート(基材)の表面にのみ配置し、1つのCNTアレイを樹脂シートに埋め込んだこと以外は、実施例1と同様にしてCNT複合材(熱伝導性シート)を得た。
(実施例14)
PFAから形成される樹脂シート(接着層)を銅シート(基材)の表面にのみ配置し、1つのCNTアレイを樹脂シートに埋め込んだこと以外は、実施例3と同様にしてCNT複合材(熱伝導性シート)を得た。
なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記請求の範囲に含まれる。
CNT複合材は、各種の産業製品に適用でき、例えば、熱伝導性材料、防振材、断熱材などとして用いることができる。CNT複合材の製造方法は、各種の産業製品に用いられるCNT複合材の製造に好適に用いることができる。
1 熱伝導性シート
2 固定シート
2A 固定シートの表面
2B 固定シートの裏面
3 CNTアレイシート
4 基材
4A 基材の表面
4B 基材の裏面
5 樹脂層
5A 第1樹脂層
5B 第2樹脂層
6 CNT
15 成長基板
19 VACNTs
23 ウェブ積層シート
32 導電層
40 粒子含有層
42 金属粒子

Claims (12)

  1. 表面および裏面を有する固定シートと、
    前記固定シートの表面および裏面の両面に埋め込みまたは接合されるカーボンナノチューブアレイシートと、を備え
    前記カーボンナノチューブアレイシートの平均嵩密度は、50mg/cm 以上であることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材。
  2. 表面および裏面を有する固定シートと、
    前記固定シートの表面および裏面の両面に埋め込まれるカーボンナノチューブアレイシートと、を備え、
    前記固定シートは、
    基材と、
    前記基材の表面および裏面の両面に配置される樹脂層と、を備え、
    前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部は、対応する前記樹脂層に埋め込まれて、前記基材と接触していることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材。
  3. 前記基材は、電気伝導性を有することを特徴とする、請求項に記載のカーボンナノチューブ複合材。
  4. 前記基材は、無機物の焼結体から形成されることを特徴とする、請求項に記載のカーボンナノチューブ複合材。
  5. 表面および裏面を有する固定シートと、
    前記固定シートの表面および裏面の両面に埋め込まれるカーボンナノチューブアレイシートと、を備え、
    前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートおよび前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートは、前記固定シートに埋め込まれ、前記固定シート中において互いに接触していることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材。
  6. 基材と、前記基材の表面および裏面の両面に配置される樹脂層とを備える固定シートを準備する工程と、
    成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、
    前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記表面側および前記裏面側の両方の樹脂層上に配置する工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部を、対応する前記樹脂層に埋め込み、前記基材と接触させる工程と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材の製造方法。
  7. 樹脂組成物を、基材の表面および裏面の両面に塗布して、前記基材の表面および裏面の両面に樹脂組成物層を形成する工程と、
    成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、
    前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記表面側および前記裏面側の両方の樹脂組成物層に埋め込み、前記カーボンナノチューブアレイシートにおける前記基材側の端部を、前記基材に接触させる工程と、
    前記樹脂組成物層を加熱し、硬化させて樹脂層とする工程と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材の製造方法。
  8. 電気伝導性を有する導電層を備える固定シートを準備する工程と、
    成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、
    前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記固定シートの表面および裏面の両面に配置する工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記カーボンナノチューブアレイシートの前記導電層側の端部を、前記導電層の界面に接合させる工程と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材の製造方法。
  9. 成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、
    前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートを、金属粒子を含有する粒子含有層の表面および裏面の両面に配置する工程と、
    前記粒子含有層を加熱して、前記金属粒子を溶融させて固定シートに形成し、前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、前記固定シートに埋め込み、前記固定シート中において互いに接触させる工程と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材の製造方法。
  10. 樹脂材料から形成される固定シートを準備する工程と、
    成長基板上に垂直配向カーボンナノチューブを成長させる工程と、
    前記成長基板から前記垂直配向カーボンナノチューブを剥離し、カーボンナノチューブアレイシートとする工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートを、前記固定シートの表面および裏面の両面に配置する工程と、
    前記カーボンナノチューブアレイシートが配置された前記固定シートを加熱して、前記表面側のカーボンナノチューブアレイシートと、前記裏面側のカーボンナノチューブアレイシートとを、前記固定シートに埋め込み、前記固定シート中において互いに接触させる工程と、を含むことを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材の製造方法。
  11. 基材と、
    前記基材上に配置される垂直配向カーボンナノチューブと、
    前記基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する接着層と、を備え、
    前記接着層は、熱硬化性樹脂から形成されることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材。
  12. 基材と、
    前記基材上に配置される垂直配向カーボンナノチューブと、
    前記基材と前記垂直配向カーボンナノチューブとを接着する接着層と、を備え、
    前記接着層は、フッ素系ポリマーから形成されることを特徴とする、カーボンナノチューブ複合材。
JP2017559230A 2015-12-28 2016-12-28 カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法 Active JP6802808B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015256720 2015-12-28
JP2015256720 2015-12-28
PCT/JP2016/089031 WO2017115832A1 (ja) 2015-12-28 2016-12-28 カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017115832A1 JPWO2017115832A1 (ja) 2018-11-29
JP6802808B2 true JP6802808B2 (ja) 2020-12-23

Family

ID=59225316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017559230A Active JP6802808B2 (ja) 2015-12-28 2016-12-28 カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10836633B2 (ja)
EP (1) EP3398907A4 (ja)
JP (1) JP6802808B2 (ja)
KR (1) KR102570247B1 (ja)
CN (2) CN114133918B (ja)
TW (1) TWI721077B (ja)
WO (1) WO2017115832A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102273440B1 (ko) * 2020-12-24 2021-07-06 한라대학교 산학협력단 스팀제초기

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10791651B2 (en) * 2016-05-31 2020-09-29 Carbice Corporation Carbon nanotube-based thermal interface materials and methods of making and using thereof
JP2018067483A (ja) * 2016-10-20 2018-04-26 ヤマハ株式会社 異方導電性シート、電気検査ヘッド、電気検査装置及び異方導電性シートの製造方法
JP6826289B2 (ja) * 2017-01-17 2021-02-03 富士通株式会社 熱伝導構造体、その製造方法及び電子装置
TWI755492B (zh) 2017-03-06 2022-02-21 美商卡爾拜斯有限公司 基於碳納米管的熱界面材料及其製造和使用方法
US11961669B2 (en) * 2017-05-02 2024-04-16 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Stretchable supercapacitors with vertically-aligned embedded carbon nanotubes
US11541648B2 (en) 2017-05-02 2023-01-03 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology VACNT-based flexible electronics for sensing and capacitance applications
JP6951149B2 (ja) * 2017-08-10 2021-10-20 日立造船株式会社 フィラー・樹脂複合体の製造方法
JP6800108B2 (ja) * 2017-08-10 2020-12-16 日立造船株式会社 フィラー・樹脂複合体、および、フィラー・樹脂複合体の製造方法
JP6879119B2 (ja) * 2017-08-21 2021-06-02 富士通株式会社 放熱シート及びその製造方法、電子装置
JP6951164B2 (ja) * 2017-09-11 2021-10-20 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ成形体の製造方法およびカーボンナノチューブ成形体製造装置
WO2020000376A1 (zh) 2018-06-29 2020-01-02 长江存储科技有限责任公司 半导体结构及其形成方法
CN109749107B (zh) * 2019-02-26 2021-07-30 中国人民解放军国防科技大学 一种定向取向的碳纳米管/树脂膜及其制备方法
JP2021019144A (ja) * 2019-07-23 2021-02-15 日立造船株式会社 電気デバイスユニット
JP2021034581A (ja) * 2019-08-26 2021-03-01 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ構造体およびカーボンナノチューブ構造体の製造方法
JP7348515B2 (ja) * 2019-12-05 2023-09-21 富士通株式会社 放熱シート及び放熱シートの製造方法
KR102440998B1 (ko) * 2020-04-16 2022-09-13 주식회사 글린트머티리얼즈 양면 패턴부를 포함하는 템포러리 본딩용 미끄럼 방지 패드
EP4194194A1 (en) * 2020-08-05 2023-06-14 Nitto Denko Corporation Multilayer body and electromagnetic wave absorber
CN214176013U (zh) 2020-12-23 2021-09-10 迪科特测试科技(苏州)有限公司 半导体结构
US11653475B2 (en) * 2021-02-01 2023-05-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Thermally conductive microtubes for evenly distributing heat flux on a cooling system
US12014971B2 (en) * 2021-06-01 2024-06-18 Nxp Usa, Inc. Thermal interface structures, electrical systems with thermal interface structures, and methods of manufacture thereof
KR102491542B1 (ko) * 2021-06-25 2023-01-26 실리콘밸리(주) 탄소나노튜브의 입자 진동을 이용한 방열 챔버
US12409956B2 (en) 2022-01-03 2025-09-09 Northrop Grumman Systems Corporation Latticed structure for vibration control in dynamic environments
JP2023174240A (ja) * 2022-05-27 2023-12-07 新光電気工業株式会社 基板
CN116705726B (zh) * 2023-08-08 2023-10-27 合肥阿基米德电子科技有限公司 一种免焊模块封装结构及其双面散热模块封装结构

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4375526B2 (ja) 2003-05-14 2009-12-02 三菱瓦斯化学株式会社 先端開口配向性カーボンナノチューブ膜の製造方法
US20050116336A1 (en) * 2003-09-16 2005-06-02 Koila, Inc. Nano-composite materials for thermal management applications
TW200519346A (en) * 2003-09-16 2005-06-16 Koila Inc Nanostructure augmentation of surfaces for enhanced thermal transfer
CN100383213C (zh) * 2004-04-02 2008-04-23 清华大学 一种热界面材料及其制造方法
US20080292840A1 (en) * 2004-05-19 2008-11-27 The Regents Of The University Of California Electrically and thermally conductive carbon nanotube or nanofiber array dry adhesive
US20070298253A1 (en) * 2004-09-17 2007-12-27 Kenji Hata Transparent Conductive Carbon Nanotube Film and a Method for Producing the Same
JP2006147801A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Seiko Precision Inc 放熱シート、インターフェース、電子部品及び放熱シートの製造方法
CN100454526C (zh) 2005-06-30 2009-01-21 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 热界面材料制造方法
CN1897205B (zh) 2005-07-15 2010-07-28 清华大学 碳纳米管阵列发射元件及其制作方法
US8093715B2 (en) * 2005-08-05 2012-01-10 Purdue Research Foundation Enhancement of thermal interface conductivities with carbon nanotube arrays
US8617650B2 (en) 2006-09-28 2013-12-31 The Hong Kong University Of Science And Technology Synthesis of aligned carbon nanotubes on double-sided metallic substrate by chemical vapor depositon
WO2008049015A2 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Purdue Research Foundation Electrothermal interface material enhancer
JP2008169267A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 放熱材とその製造方法
JP5364978B2 (ja) 2007-03-28 2013-12-11 富士通セミコンダクター株式会社 表面改質カーボンナノチューブ系材料、その製造方法、電子部材および電子装置
TWI476927B (zh) 2007-05-18 2015-03-11 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置的製造方法
CN100569509C (zh) 2007-06-15 2009-12-16 清华大学 一种碳纳米管阵列/层状材料复合物及其制备方法
JP2009004576A (ja) 2007-06-21 2009-01-08 Shimane Pref Gov 冷却装置
US8919428B2 (en) * 2007-10-17 2014-12-30 Purdue Research Foundation Methods for attaching carbon nanotubes to a carbon substrate
JP5146371B2 (ja) 2008-07-11 2013-02-20 株式会社豊田中央研究所 カーボンナノ複合体、それを含む分散液及び樹脂組成物、並びにカーボンナノ複合体の製造方法
CN101662894B (zh) * 2008-08-27 2011-09-21 富葵精密组件(深圳)有限公司 封装基板以及封装结构
JP5463674B2 (ja) 2009-01-28 2014-04-09 株式会社豊田中央研究所 カーボンナノ複合体、それを含む分散液および樹脂組成物、ならびにカーボンナノ複合体の製造方法
CN101899288B (zh) * 2009-05-27 2012-11-21 清华大学 热界面材料及其制备方法
US8106510B2 (en) * 2009-08-04 2012-01-31 Raytheon Company Nano-tube thermal interface structure
GB0914816D0 (en) 2009-08-25 2009-09-30 Isis Innovation Method of fabrication of aligned nanotube-containing composites
JP5293561B2 (ja) 2009-10-29 2013-09-18 富士通株式会社 熱伝導性シート及び電子機器
KR101799556B1 (ko) * 2010-02-15 2017-11-20 국립대학법인 홋가이도 다이가쿠 탄소 나노튜브 시트 및 그 제조 방법
JP5673668B2 (ja) 2010-03-12 2015-02-18 富士通株式会社 放熱構造体、電子機器およびそれらの製造方法
JP5447117B2 (ja) 2010-04-09 2014-03-19 富士通株式会社 電子機器の製造方法
US9096784B2 (en) 2010-07-23 2015-08-04 International Business Machines Corporation Method and system for allignment of graphite nanofibers for enhanced thermal interface material performance
US9095821B1 (en) * 2010-10-26 2015-08-04 Nagare Membranes, Llc Non-reactive process for fixing nanotubes in a membrane in through-passage orientation
JP5673325B2 (ja) * 2011-04-20 2015-02-18 富士通株式会社 カーボンナノチューブの形成方法及び熱拡散装置
JP5780546B2 (ja) * 2011-10-12 2015-09-16 国立研究開発法人産業技術総合研究所 カーボンナノチューブ複合材料および導電材料
WO2013128841A1 (ja) * 2012-02-28 2013-09-06 住友ベークライト株式会社 プリプレグおよびプリプレグの製造方法
JP5928181B2 (ja) * 2012-06-18 2016-06-01 富士通株式会社 電子機器の製造方法及び電子機器
JP2014002273A (ja) 2012-06-19 2014-01-09 Nec Corp 情報表示装置、その制御方法及びプログラム
US9656246B2 (en) 2012-07-11 2017-05-23 Carbice Corporation Vertically aligned arrays of carbon nanotubes formed on multilayer substrates
JP2014033104A (ja) * 2012-08-03 2014-02-20 Shinko Electric Ind Co Ltd 放熱部品及びその製造方法
JP6127417B2 (ja) * 2012-09-18 2017-05-17 富士通株式会社 放熱材料の製造方法
JP2014094856A (ja) 2012-11-09 2014-05-22 Hitachi Zosen Corp カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置
JP2014227331A (ja) * 2013-05-27 2014-12-08 日立造船株式会社 カーボンナノチューブシートおよびその製造方法
JP2014234339A (ja) 2013-06-05 2014-12-15 日立造船株式会社 カーボンナノチューブシートおよびカーボンナノチューブシートの製造方法
JP2015001180A (ja) 2013-06-14 2015-01-05 株式会社東芝 軸流タービン
JP6186933B2 (ja) * 2013-06-21 2017-08-30 富士通株式会社 接合シート及びその製造方法、並びに放熱機構及びその製造方法
CN103367275B (zh) * 2013-07-10 2016-10-05 华为技术有限公司 一种界面导热片及其制备方法、散热系统
JP6057877B2 (ja) * 2013-11-20 2017-01-11 日立造船株式会社 カーボンナノチューブシートの製造方法
CN104973583B (zh) 2014-04-14 2017-04-05 清华大学 碳纳米管阵列的转移方法及碳纳米管结构的制备方法
CN104973584B (zh) 2014-04-14 2018-03-02 清华大学 碳纳米管阵列的转移方法及碳纳米管结构的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102273440B1 (ko) * 2020-12-24 2021-07-06 한라대학교 산학협력단 스팀제초기

Also Published As

Publication number Publication date
US20190002284A1 (en) 2019-01-03
US10836633B2 (en) 2020-11-17
CN108473312B (zh) 2022-02-15
US20210032100A1 (en) 2021-02-04
WO2017115832A1 (ja) 2017-07-06
KR102570247B1 (ko) 2023-08-23
TWI721077B (zh) 2021-03-11
JPWO2017115832A1 (ja) 2018-11-29
TW201736255A (zh) 2017-10-16
EP3398907A1 (en) 2018-11-07
CN114133918B (zh) 2024-07-02
CN114133918A (zh) 2022-03-04
KR20180099695A (ko) 2018-09-05
EP3398907A4 (en) 2019-08-14
CN108473312A (zh) 2018-08-31
US11414321B2 (en) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6802808B2 (ja) カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法
JP6714616B2 (ja) カーボンナノチューブ接合シートおよびカーボンナノチューブ接合シートの製造方法
JP6840725B2 (ja) カーボンナノチューブ構造体の起毛方法、カーボンナノチューブ構造体の製造方法およびカーボンナノチューブ構造体
US20090181239A1 (en) Carbon nanotube-based composite material and method for fabricating the same
EP2739929A1 (en) Dynamic thermal interface material
JP2013076198A (ja) Cnt/炭素繊維複合素材、この複合素材を用いた繊維強化成形品、および複合素材の製造方法
US20190106613A1 (en) Polymer composites with highly tunable thermal and mechanical properties and methods of manufacture
WO2015138110A1 (en) Graphene-based thermal management systems
JPWO2016136826A1 (ja) カーボンナノチューブ高密度集合体およびカーボンナノチューブ高密度集合体の製造方法
JP6917725B2 (ja) カーボンナノチューブ複合材の製造方法、カーボンナノチューブ複合材および異方性カーボンナノチューブ複合材
KR101839920B1 (ko) 방열 인쇄 회로 기판 및 그 제조방법
Zhang et al. Thermal properties enhancement of vertically aligned carbon nanotubes-based metal nanocomposites as thermal interface materials
JP2021034581A (ja) カーボンナノチューブ構造体およびカーボンナノチューブ構造体の製造方法
TW200933937A (en) Semiconductor devices having enhanced light emission and associated methods
Tong Monolithic Carbonaceous Materials and Carbon Matrix Composites

Legal Events

Date Code Title Description
AA64 Notification of invalidation of claim of internal priority (with term)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764

Effective date: 20180911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180912

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180912

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200630

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: 20201110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201127

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6802808

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250