碳纳米管复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管复合材料。碳纳米管复合材料(1)包含：金属基材(10)，其由多个棒状金属晶粒(11)的取向为相同方向的多晶体构成；和碳纳米管导电路径部(20)，其由具有掺杂剂的掺杂碳纳米管构成，在金属基材(10)的横截面中存在于棒状金属晶粒(11)间的晶界(15)的一部分，并且沿着金属基材(10)的长边方向(L)存在，从而形成在金属基材(10)的长边方向导电的导电路径。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管复合材料
本专利技术涉及碳纳米管复合材料。
技术介绍
现有技术中，作为提高金属材料的强度的方法，越来越多使用在金属材料中混合与金属材料的基材金属(basemetal)不同的第2金属的方法。但是，如果在金属材料中混合第2金属，则存在金属材料的导电性大幅下降的问题。因此，碳纳米管复合材料正受到关注。由于碳纳米管的强度高，并且进行电气传导(日文：バリスティック伝導)，与金属材料相比，期待提高强度和导电性。当前，提出了各种碳纳米管复合材料。在专利文献1中记载了具有细胞状构造的复合材料线材，该细胞状构造具有：包含碳纳米管的隔壁部；和被隔壁部覆盖且由铝材料等构成的隔壁内部。该复合材料线材中，碳纳米管相对于铝材料的配合比为0.2重量％以上、5重量％以下。专利文献1中记载的复合材料线材的制造如下地进行。即，首先，对含有铝粉末、碳纳米管和弹性体的混合物进行热处理，从而使弹性体气化，得到多孔体。其次，使多孔体在罐中进行等离子烧结，制作坯料。进一步地，对该坯料进行挤压成形，在500℃下进行退火，从而得到复合材料线材。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2011-171291号公报
技术实现思路
专利技术欲解决的技术问题然而，专利文献1记载的复合材料线材存在导电率低这样的问题。可以认为其原因是，在铝粉末的粒子表面形成有氧化皮膜、电阻升高，或者多孔体、坯料中的空隙在复合材料线材中残留为孔隙。另外，专利文献1中记载的复合材料线材由于导电率低，因此碳纳米管相对于铝材料的配合比大多需要是0.2重量％以上、5重量％以下，因此，存在碳纳米管的配合量大、生产成本高这样的问题。并且，专利文献1中记载的复合材料线材中，碳纳米管形成了所谓的细胞状构造。但是，碳纳米管一般是包含了半导体型碳纳米管和金属型碳纳米管的混合物，一旦半导体型碳纳米管与金属型碳纳米管接触，则产生肖特基接触。专利文献1中记载的复合材料线材形成有因肖特基接触而接触电阻高的碳纳米管的细胞状构造，因此存在导电率低这样的问题。另外，对于专利文献1中记载的复合材料线材，在铝粉末与碳纳米管复合化时，碳纳米管发生弯曲、变形，从而存在碳纳米管的导电率下降这样的问题。需要说明的是，专利文献1中虽然有使用掺杂后的碳纳米管这样的记载，但是对掺杂后的碳纳米管的作用、使用掺杂后的碳纳米管的理由，没有任何记载。本专利技术是鉴于上述事项而完成的，其目的是提供导电率高且碳纳米管的配合量少的碳纳米管复合材料。用于解决问题的技术手段本专利技术的一个技术方案涉及的碳纳米管复合材料的特征在于，包括：金属基材，其由多晶体构成，所述多晶体中多个棒状金属晶粒的取向为相同方向；以及碳纳米管导电路径部，其由具有掺杂剂的掺杂碳纳米管构成，在所述金属基材的横截面中存在于所述棒状金属晶粒间的晶界的一部分，并且沿着所述金属基材的长边方向存在，从而形成在所述金属基材的长边方向导电的导电路径。也可以是，掺杂剂是从由含卤素元素的物质、含碱金属的物质和金属氧化物组成的组中选出的一种以上掺杂剂。也可以是，含卤素元素的物质是从由氟、氯、溴和碘组成的组中选出的一种以上元素、包含所述一种以上元素的离子、包含所述一种以上元素的分子或其化合物。也可以是，含碱金属的物质是从由锂、钠、钾、铷和铯组成的组中选出的一种以上元素、包含所述一种以上元素的离子、包含所述一种以上元素的分子或其化合物。也可以是，金属氧化物是从由氧化铁、氧化铜、氧化钛、氧化锌、氧化钼和氧化钙组成的组中选出的一种以上氧化物。也可以是，构成掺杂碳纳米管的掺杂剂相对于碳纳米管100质量份，存在0.04～1.6质量份。也可以是，构成掺杂碳纳米管的掺杂剂附着或包含于碳纳米管。也可以是，相对于所述金属基材100质量份，含有碳纳米管导电路径部0.1～1质量份。专利技术效果本专利技术的一个技术方案涉及的碳纳米管复合材料的导电率高且碳纳米管的配合量少。附图说明图1是示出本实施方式涉及的碳纳米管复合材料的一部分的立体图。图2是示意性地示出沿图1的A-A线的剖面的剖视图。图3是示意性地示出沿图1的B-B线的剖面的剖视图。图4是示出碳纳米管的掺杂处理的一例的图。图5是示出掺杂处理前后的碳纳米管的拉曼光谱的一例的图。图6是本实施方式涉及的碳纳米管复合材料纵截面的透射型电子显微镜(TEM)照片的一例。图7是本实施方式涉及的碳纳米管复合材料纵截面的透射型电子显微镜(TEM)照片的另一例。图8是示出粉末压坯成形工序的一例的图。图9是对粉末压坯成形工序中施加到混合粉末的压力的范围进行说明的图。图10是示出挤出加工工序的一例的图。图11是示出掺杂碳纳米管中碘的掺杂量与碳纳米管复合材料的相对导电率的关系的图表。具体实施方式[碳纳米管复合材料]以下，参照附图，对本实施方式的碳纳米管复合材料进行说明。图1是示出本实施方式涉及的碳纳米管复合材料的一部分的立体图。需要说明的是，碳纳米管复合材料1是沿长边方向延伸的线材，图1中仅示出碳纳米管复合材料1中的沿长边方向L切断两端后的一部分。图2是示意性地示出沿图1的A-A线的剖面的剖视图。图3是示意性地示出沿图1的B-B线的剖面的剖视图。如图2和3所示，本实施方式的碳纳米管复合材料1具备：金属基材10和碳纳米管导电路径部20。(金属基材)金属基材10由多晶体构成，该多晶体中，多个棒状金属晶粒11的取向是相同方向。棒状金属晶粒11例如由铝、铝合金、铜、铜合金等金属构成。这些金属晶粒的金属的导电性高，因此优选。需要说明的是，棒状金属晶粒11也可以含有不可避免的杂质。棒状金属晶粒11中的不可避免的杂质的浓度是10质量％以下。本专利技术的一个实施方式中，棒状金属晶粒11的意思是指宽高比为1以上的棒状的金属晶粒。宽高比被定义为金属晶粒的长边(棒状金属晶粒的长边方向的长度)与短边(棒状金属晶粒的宽方向的长度)的比率。宽高比能够由扫描型电子显微镜(SEM)来测定。棒状金属晶粒11的截面形状没有特定限定。需要说明的是，在图2中，虽然示出棒状金属晶粒11的剖面形为六边形，但是棒状金属晶粒11的剖面形状也可以是六边形以外的形状。棒状金属晶粒11的长度例如是0.1～200μm。此处，棒状金属晶粒11的长度的意思是指棒状金属晶粒的长边方向的长度。另外，棒状金属晶粒11的晶粒的当量直径(diameter-equivalent)例如是0.1～100μm。此处，棒状金属晶粒11的晶粒的当量直径是指棒状金属晶粒11的横截面中的平均结晶直径。棒状金属晶粒11的长度和当量直径在上述范围内，并且，越细，金属基材10的强度越高。金属基材10为多晶体，其中，这些棒状金属晶粒11的多个晶粒的取向为相同方向，并且相邻的棒状金属晶粒11彼此在晶界处结合。此处，棒状金属晶粒11的多个晶粒的取向为相同方向的意思是指，棒状金属晶粒11的长边方向朝向相同方向。需要说明的是，本实施方式的碳纳米管复合材料1是被沿着图1和3所示的长边方向L进行挤出加工而制造的。在图3中，多个棒状金属晶粒11的取向为与长边方向L相同方向。这样，多个棒状金属晶粒11的取向是与长边方向L相同方向的理由是，未排列成特定方向的金属晶粒在制造时能够通过挤出加工被拉伸为相同方向。需要说明的是，本实施方式的碳纳米管复合材料1是被挤出加工而制造的，但是本专利技术的碳纳米管复合材料也可以用挤出加工以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管复合材料，其特征在于，包括：金属基材，其由多晶体构成，所述多晶体中多个棒状金属晶粒的取向为相同方向；以及碳纳米管导电路径部，其由具有掺杂剂的掺杂碳纳米管构成，在所述金属基材的横截面中存在于所述棒状金属晶粒间的晶界的一部分，并且沿着所述金属基材的长边方向存在，从而形成在所述金属基材的长边方向导电的导电路径。

【技术特征摘要】
2015.11.24 JP 2015-2286681.一种碳纳米管复合材料，其特征在于，包括：金属基材，其由多晶体构成，所述多晶体中多个棒状金属晶粒的取向为相同方向；以及碳纳米管导电路径部，其由具有掺杂剂的掺杂碳纳米管构成，在所述金属基材的横截面中存在于所述棒状金属晶粒间的晶界的一部分，并且沿着所述金属基材的长边方向存在，从而形成在所述金属基材的长边方向导电的导电路径。2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述掺杂剂是从由含卤素元素的物质、含碱金属的物质和金属氧化物组成的组中选出的一种以上掺杂剂。3.根据权利要求2所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述含卤素元素的物质是从由氟、氯、溴和碘组成的组中选出的一种以上元素、包含所述一种以上元素的离子、包含所述一种以上元素的分子或其化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：西浦宪，德富淳一郎，权田秀雄，柳本润，
申请(专利权)人：矢崎总业株式会社，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP