一方向配列CNTシート

 CNTウェブを積層すると,一方向配向CNTシートが形成される..紡績性能が高いためウェブは10 m/s以上の速さで引き出すことも可能であり,簡単に短時間でCNTシートを形成できる.積層したままではCNTバンドルのたわみによって,ややふわふわしたシート材となる.そこで,より緻密化するため,エタノールなどを噴霧し揮発させて凝集化させると,通常の紙と同様なハンドリング性のCNTシートとなる.CNT同士はファンデルワールス力のみで結合しており,結合剤は使用せずとも安定した自立シートとなっている.本質的にサイズの制限はないため,図に示すようにA4サイズ程度のCNTシートも容易に形成可能である.CNTシートの厚みは巻き取るCNT量を変化させて制御する.ウェブを10層積層した時に,厚みは1-5μm程度となる.重量密度はCNTの凝集の程度によるが,0.5-1 g/cm3程度である.

 CNTはある一定の方向に配向性を有している.そのため,電気伝導特性,熱伝導特性および力学特性において顕著な異方性を示す.CNTシートの直流抵抗率は、CNT配列方向及び直交方向においてそれぞれ2.5×10-3 Ωcm及び1.8×10-2Ωcm.厚み方向については,直交方向の結果と同様と考えられる.多層CNTの電気伝導特性は,CNT径の影響を大きく受ける.多層CNTではグラフェン面内の導電性が面間より高いため,外層部が主な導電層となると考えられる.また、シート中には空隙も多く,CNT接合部での抵抗も無視できないため,多層CNTによるCNTアセンブリの見かけの抵抗率は,グラフェンのそれより何桁も大きいものとなる.導電性は,より細いCNTを密にパッキングするほど高くなる.

 CNTシートの熱伝導性においても,電気伝導と同様な特性が得られる.フィルム状試料の面内方向の熱拡散率αを光交流法にて測定し,熱伝導率Kを密度ρ及び比熱CよりK = α ρ Cとして求めた.CNT配列方向及び直交方向の熱拡散率は,それぞれ1.22×10-4 m2/s及び1.50×10-5 m2/sであった.これより,熱伝導率は各方向でそれぞれ70 W/m·K及び8.6 W/m·Kと見積もられる.報告されている等方性バッキーペーパーと比較すると高い値であるが,個々のCNTの場合に比べると非常に低い値である.熱伝導は主にフォノン伝導で生じるため,電気伝導性と同様に,内層部の寄与が小さいこととCNT界面の熱抵抗がCNTシートのマクロな熱伝導率に現れていると考えられる.

 一方、CNTシートの引張強度は、配列方向で76 MPa程度である.これは,アルミニウムと同程度の強度である.ファンデルワールス力のみで結合されているとはいえ,CNTの大きなアスペクト比によるCNT間結合力は大きく,マクロスコピックなシートとしての強度は工業材料として十分利用可能なレベルである.なお,配向の垂直方向にはCNT同士は容易に開裂するため,ハンドリングにはやや注意が必要である.

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