特許 6576074 カーボンナノチューブ複合材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6576074

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ複合材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/00 20060101AFI20190909BHJP

   B29C 65/72 20060101ALI20190909BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20190909BHJP

   C08K 7/06 20060101ALI20190909BHJP

   D02G 3/16 20060101ALI20190909BHJP

   D01F 9/127 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/00

   B29C65/72

   C08L101/00

   C08K7/06

   D02G3/16

   D01F9/127

【請求項の数】4

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-72500(P2015-72500)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-190982(P2016-190982A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2017年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(74)【代理人】

【識別番号】100182420

【弁理士】

【氏名又は名称】冨永 宗平

(72)【発明者】

【氏名】水田 健司

(72)【発明者】

【氏名】森原 典史

(72)【発明者】

【氏名】井上 鉄也

【審査官】 山▲崎▼ 真奈

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１５１６３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８５９７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５２３２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１０５２２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００２１６８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２０６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１９９０５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｌ １／００ − １０１／１６

Ｃ０８Ｋ ３／００ − １３／０８

Ｂ２９Ｂ １１／１６

１５／０８ − １５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４ − ５／１０

Ｄ０２Ｇ １／００ − ３／４８

Ｄ０２Ｊ １／００ − １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ糸を準備する工程と、
２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であり、シート形状を有するマトリックスを準備する工程と、
前記カーボンナノチューブ糸を前記マトリックスに複合化させる工程であって、前記カーボンナノチューブ糸を前記マトリックスに縫い付けることにより、前記カーボンナノチューブ糸を前記マトリックスに同一方向に複数回貫通させる工程と、
前記カーボンナノチューブ糸において前記マトリックスを貫通する複数の部分が互いに分離するように、前記カーボンナノチューブ糸を切断する工程と、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。

【請求項2】

前記カーボンナノチューブ糸を準備する工程は、
基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を調製する工程と、
前記カーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブの延びる方向に連続的に繋がるカーボンナノチューブ単糸を複数引き出す工程と、
複数の前記カーボンナノチューブ単糸を束ねる工程とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法。

【請求項3】

前記複数のカーボンナノチューブ単糸を束ねる工程において、前記複数のカーボンナノチューブ単糸を撚り合わせて、撚糸を調製することを特徴とする、請求項２に記載のカーボンナノチューブ複合材の製造方法。

【請求項4】

前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項１〜３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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブは、優れた機械強度、熱伝導性および電気伝導性を有していることが知られている。そのようなカーボンナノチューブを、他の材料と複合化して、各種産業製品に利用することが検討されている。

【0003】

例えば、ポリマーマトリクスと、複数のカーボンナノチューブが配列されるカーボンナノチューブアレイとの複合物である熱伝導シートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−５１７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかるに、特許文献１に記載の熱伝導シートは、液体のポリマー前駆物質をカーボンナノチューブアレイに充填した後、ポリマー前駆物質を重合させて調製される。

【0006】

そのため、ポリマー前駆物質が重合するときの収縮などに起因して、複数のカーボンナノチューブの配向に乱れが生じる場合があり、熱伝導シートにおいて、複数のカーボンナノチューブの配向性を精度よく確保することが困難である。

【0007】

その結果、そのような熱伝導シートでは、厚み方向（カーボンナノチューブの配向方向）において、熱伝導性および電気伝導性の向上を精度よく図るには限度がある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、マトリックスとカーボンナノチューブ糸とを複合化でき、かつ、所定方向における熱伝導性および電気伝導性の向上を精度よく図ることが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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のカーボンナノチューブ複合材は、マトリックスと、カーボンナノチューブを有し、前記マトリックスに複合化されるカーボンナノチューブ糸と、を備え、前記マトリックスは、２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であり、前記カーボンナノチューブ糸が、前記マトリックスを所定方向に貫通することを特徴としている。

【0010】

このような構成によれば、マトリックスの２５℃における引張弾性率Ｅが５ＧＰａ以下であるので、カーボンナノチューブ糸がマトリックスを貫通することができ、マトリックスの２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上であるので、マトリックスが、その弾性力により、マトリックスを貫通するカーボンナノチューブ糸と密着することができる。そのため、マトリックスとカーボンナノチューブ糸とを確実に複合化できながら、マトリックスがカーボンナノチューブ糸を確実に保持することができ、カーボンナノチューブ糸がマトリックスから脱落することを抑制できる。

【0011】

そして、カーボンナノチューブ糸がマトリックスを所定方向に貫通しているので、所定方向において、カーボンナノチューブ複合材の熱伝導性および電気伝導性の向上を精度よく図ることができる。

【0012】

つまり、本発明のカーボンナノチューブ複合材によれば、マトリックスとカーボンナノチューブ糸とを確実に複合化でき、マトリックスによる特性を確保することができながら、所定方向における熱伝導性および電気伝導性の向上を精度よく図ることができる。

【0013】

また、前記カーボンナノチューブ糸は、複数のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブの延びる方向に連続的に繋がるカーボンナノチューブ単糸が、複数束ねられていることが好適である。

【0014】

このような構成によれば、カーボンナノチューブ単糸は、複数のカーボンナノチューブがそれらの延びる方向に連続的に繋がっているので、複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ単糸において、カーボンナノチューブ単糸の延びる方向に沿うように配向される。

【0015】

そのため、複数のカーボンナノチューブ単糸が束ねられるカーボンナノチューブ糸において、カーボンナノチューブの配向性を確実に確保することができる。

【0016】

また、前記カーボンナノチューブ糸は、複数の前記カーボンナノチューブ単糸が、撚り合わされる撚糸であることが好適である。

【0017】

このような構成によれば、カーボンナノチューブ糸が、複数のカーボンナノチューブ単糸が撚り合わされる撚糸であるので、カーボンナノチューブ糸の強さを確実に確保することができ、カーボンナノチューブ糸をマトリックスに確実に貫通させることができる。

【0018】

前記カーボンナノチューブ糸は、前記マトリックスを同一方向に複数貫通することが好適である。

【0019】

このような構成によれば、カーボンナノチューブ糸が、マトリックスを同一方向（所定方向）に複数貫通しているので、カーボンナノチューブ複合材の所定方向における熱伝導性および電気伝導性の向上を確実に図ることができる。

【0020】

前記カーボンナノチューブ糸は、前記マトリックスを貫通する複数の部分が互いに分離するように、切断されていることが好適である。

【0021】

しかるに、カーボンナノチューブ糸が、マトリックスを同一方向に複数貫通し、かつ、連続する糸である場合、カーボンナノチューブ糸の複数のカーボンナノチューブ単糸のうち、カーボンナノチューブ糸の表面に露出する外側のカーボンナノチューブ単糸が対象物と接触する一方、カーボンナノチューブ糸の表面に露出しない内側（中心部）のカーボンナノチューブ単糸と対象物との接触を確保することが困難である。

【0022】

そのため、カーボンナノチューブ糸の内側のカーボンナノチューブ単糸を、熱伝導および／または電気伝導のために有効に利用できない場合がある。

【0023】

一方、上記の構成によれば、カーボンナノチューブ糸は、マトリックスを貫通する複数の部分が互いに分離するように切断されているので、カーボンナノチューブ糸の切断面において、複数のカーボンナノチューブ単糸の全てが露出する。

【0024】

そのため、複数のカーボンナノチューブ単糸の全てと、対象物とを容易に接触させることができる。その結果、カーボンナノチューブ糸の複数のカーボンナノチューブ単糸を、熱伝導および／または電気伝導のために効率的に利用でき、ひいては、カーボンナノチューブ複合材の所定方向における熱伝導性および電気伝導性のさらなる向上を図ることができる。

【0025】

また、前記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブであることが好適である。

【0026】

このような構成によれば、カーボンナノチューブが複数のグラフェンシートが径方向に積層される多層カーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブ糸が切断されているので、カーボンナノチューブ糸の切断面において、多層カーボンナノチューブの全層（複数のグラフェンシート）が露出する。そのため、多層カーボンナノチューブの全層を、熱伝導および／または電気伝導のために利用でき、ひいては、カーボンナノチューブ複合材の所定方向における熱伝導性および電気伝導性のより一層の向上を図ることができる。

【0027】

本発明のカーボンナノチューブ複合材の製造方法は、カーボンナノチューブを有するカーボンナノチューブ糸を準備する工程と、２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上５ＧＰａ以下であるマトリックスを準備する工程と、前記カーボンナノチューブ糸を、前記マトリックスに複合化させる工程とを含み、前記カーボンナノチューブ糸を前記マトリックスに複合化させる工程において、前記カーボンナノチューブ糸を、前記マトリックスに所定方向に貫通させることを特徴としている。

【0028】

このような方法によれば、マトリックスの２５℃における引張弾性率Ｅが５ＧＰａ以下であるので、マトリックスにカーボンナノチューブ糸を所定方向に貫通させることができ、マトリックスの２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上であるので、マトリックスがカーボンナノチューブ糸を確実に保持することができる。そのため、カーボンナノチューブ糸を、所望する方向に精度よく配向させることができる。その結果、所望する方向において、マトリックスに優れた熱伝導性および電気伝導性を付与することができる。

【0029】

よって、簡易な方法でありながら、所望する方向において、優れた熱伝導性および電気伝導性を有するカーボンナノチューブ複合材を製造することができる。

【0030】

また、前記カーボンナノチューブ糸を準備する工程は、基板上に配置され、前記基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を調製する工程と、前記カーボンナノチューブ集合体から、前記複数のカーボンナノチューブが前記カーボンナノチューブの延びる方向に連続的に繋がるカーボンナノチューブ単糸を複数引き出す工程と、複数の前記カーボンナノチューブ単糸を束ねる工程とを含むことが好適である。

【0031】

このような方法によれば、カーボンナノチューブ単糸が、基板に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体から、引き出されるので、複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ単糸において、カーボンナノチューブ単糸の延びる方向に沿うように配向される。

【0032】

そのため、複数のカーボンナノチューブ単糸が束ねられるカーボンナノチューブ糸において、カーボンナノチューブの配向性を確実に確保することができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明のカーボンナノチューブ複合材によれば、マトリックスとカーボンナノチューブ糸とを複合化でき、かつ、所定方向における熱伝導性および電気伝導性の向上を精度よく図ることができる。

【0034】

また、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、所望する方向において、優れた熱伝導性および電気伝導性を有するカーボンナノチューブ複合材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】図１Ａは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第１実施形態の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示すカーボンナノチューブ複合材の断面図である。

【図2】図２Ａは、図１Ａに示すカーボンナノチューブ糸に係るカーボンナノチューブ単糸の調製工程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る工程を示す。図２Ｄは、図２Ｃに続いて、複数のカーボンナノチューブを引き出して、カーボンナノチューブ単糸を調製する工程を示す。

【図3】図３Ａは、図２Ｄに示すカーボンナノチューブ単糸を複数束ねて、カーボンナノチューブ糸を製造する紡績装置の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示すカーボンナノチューブの概略図である。

【図4】図４Ａは、図３Ａに示すカーボンナノチューブ糸を、マトリックスに複合化する工程を説明するための説明図であって、カーボンナノチューブ糸およびマトリックスを準備する工程を示す。図４Ｂは、図４Ａに続いて、カーボンナノチューブ糸をマトリックスに縫い付ける工程を示す。図４Ｃは、図４Ｂに続いて、カーボンナノチューブ糸を切断する工程を示す。図４Ｄは、図４Ｂに示すカーボンナノチューブ糸におけるカーボンナノチューブの概略構成図を示す。図４Ｅは、図４Ｃに示すカーボンナノチューブ糸におけるカーボンナノチューブの概略構成図を示す。

【図5】図５Ａは、図３Ａに示すカーボンナノチューブ糸のミシンによるマトリックスへの縫付を説明するための説明図であって、カーボンナノチューブ糸をマトリックスに縫い付ける工程を示す。図５Ｂは、図５Ａに続いて、カーボンナノチューブ糸を切断する工程を示す。

【図6】図６Ａは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第２実施形態の断面図である。図６Ｂは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第３実施形態の断面図である。図６Ｃは、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第４実施形態の断面図である。

【図7】図７は、本発明のカーボンナノチューブ複合材の第５実施形態の斜視図である。

【図8】図８は、紡績装置の他の実施形態（浸漬部を備える形態）の概略構成図である。

【図9】図９Ａは、図１に示すカーボンナノチューブ複合材を熱伝導性シートとして備える電子素子ユニットの概略構成図である。図９Ｂは、図１に示すカーボンナノチューブ複合材を電気伝導性シートとして備えるウェアラブル生体センサの概略構成図である。

【図10】図１０は、実施例１、２および比較例１における、カーボンナノチューブ糸の密度に対する熱伝導率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0036】

１．カーボンナノチューブ複合材の構成
カーボンナノチューブ複合材１は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、マトリックス２と、カーボンナノチューブ糸３とを備え、好ましくは、マトリックス２と、カーボンナノチューブ糸３とからなり、マトリックス２およびカーボンナノチューブ糸３が複合化されている。

【0037】

マトリックス２は、カーボンナノチューブ複合材１の基材であって、弾性を有している。詳しくは、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅは、０．０１ＧＰａ以上、好ましくは、０．０８ＧＰａ以上、さらに好ましくは、０．５ＧＰａ以上、５ＧＰａ以下、好ましくは、３ＧＰａ以下である。なお、マトリックス２の引張弾性率Ｅの測定方法は、マトリックス２の材料に応じて公知の方法が適宜選択される。例えば、マトリックス２が熱可塑性樹脂（後述）からなる場合、ＪＩＳ Ｋ ７１６１（２０１４）に準拠し、マトリックス２が熱硬化性樹脂（後述）からなる場合、ＪＩＳ Ｋ ６２５１（２０１０）に準拠して求められる引張応力および歪みから算出される（引張応力／歪み）。また、マトリックス２の引張弾性率Ｅは、各種公知文献により確認することもできる。

【0038】

マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが、上記上限以下であると、マトリックス２にカーボンナノチューブ糸３を確実に貫通させることができ、マトリックス２の取扱性の向上を図ることができる。また、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが、上記下限以上であると、マトリックス２の弾性を確実に確保でき、マトリックス２がカーボンナノチューブ糸３を確実に保持することができる。

【0039】

マトリックス２の材料は、マトリックス２の引張弾性率Ｅが上記範囲となる材料であれば特に制限されず、例えば、樹脂材料などが挙げられる。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂とが挙げられる。

【0040】

熱可塑性樹脂は、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、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、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。

【0041】

このような熱可塑性樹脂のなかでは、好ましくは、フッ素系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーが挙げられる。

【0042】

フッ素系ポリマーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。

【0043】

熱可塑性エラストマーとしては、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が挙げられ、好ましくは、オレフィン系エラストマーが挙げられ、さらに好ましくは、エチレン−プロピレンゴムが挙げられる。

【0044】

熱硬化性樹脂は、硬化体（硬化後の熱硬化性樹脂）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などが挙げられる。

【0045】

このような熱硬化性樹脂のなかでは、好ましくは、熱硬化性エラストマーが挙げられる。熱硬化性エラストマーとしては、例えば、加硫ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムなどが挙げられ、好ましくは、シリコーンゴムが挙げられる。

【0046】

マトリックス２の形状は、特に制限されず用途に応じて適宜変更される。具体的には、マトリックス２の形状としては、例えば、シート形状、柱形状（例えば、円柱形状、角柱形状など）、球体状などが挙げられ、好ましくは、シート形状が挙げられる。

【0047】

なお、第１実施形態では、マトリックス２がシート形状を有する場合について説明する。つまり、マトリックス２は、平板形状を有し、具体的には、所定の厚みを有し、厚み方向と直交する面方向（縦方向および横方向）に延び、平坦な表面２Ａおよび平坦な裏面２Ｂを有している。また、マトリックス２は、平面視において、図１Ａにおいて仮想線で示すように、円形形状を有していてもよく、図１Ａにおいて実線で示すように、多角形形状（例えば、四角形、六角形など）を有していてもよい。

【0048】

マトリックス２の厚みは、特に制限されず、例えば、１μｍ以上、好ましくは、３００μｍ以上、さらに好ましくは、１０ｍｍ以上、例えば、５００ｍｍ以下、好ましくは、１００ｍｍ以下、さらに好ましくは、５０ｍｍ以下である。

【0049】

また、マトリックス２の表面２Ａ（裏面２Ｂ）の面積は、例えば、１ｃｍ^２以上、好ましくは、１０ｃｍ^２以上、例えば、３００ｃｍ^２以下、好ましくは、１００ｃｍ^２以下である。

【0050】

また、マトリックス２の質量割合は、カーボンナノチューブ複合材１の質量１００％に対して、例えば、９１．０４質量％以上、好ましくは、９６．２１質量％以上、例えば、９９．９９質量％以下、好ましくは、９９．８０質量％以下である。

【0051】

カーボンナノチューブ糸３は、図３Ａに示すように、複数のカーボンナノチューブ５を有し、糸形状（線形状）に形成されている。例えば、カーボンナノチューブ糸３は、複数のカーボンナノチューブ単糸４を備え（からなり）、複数のカーボンナノチューブ単糸４が束ねられている。

【0052】

カーボンナノチューブ単糸４は、図２Ｄに示すように、複数のカーボンナノチューブ５を有しており、複数のカーボンナノチューブ５は、カーボンナノチューブ単糸４において、それらの延びる方向に直線状に連続的に繋がっている。つまり、複数のカーボンナノチューブ５は、カーボンナノチューブ単糸４の延びる方向に沿うように配向されている。

【0053】

複数のカーボンナノチューブ５のそれぞれは、単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、図３Ｂに示すように、多層カーボンナノチューブである。これらカーボンナノチューブ５は、単独使用または２種類以上併用することができる。

【0054】

なお、図３Ｂ、図４Ｄおよび図４Ｅでは、便宜上、カーボンナノチューブ５が３層の多層カーボンナノチューブであるように記載されているが、多層カーボンナノチューブ５の層数は、これに限定されず、例えば、２層以上、好ましくは、３層以上、さらに好ましくは、４層以上、例えば、５０層以下、好ましくは、４０層以下である。

【0055】

カーボンナノチューブ５の平均外径は、例えば、１ｎｍ以上、好ましくは、５ｎｍ以上、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下、さらに好ましくは、２０ｎｍ以下である。

【0056】

カーボンナノチューブ５の平均長さ（平均軸線方向寸法）は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上、さらに好ましくは、２００μｍ以上、例えば、１０００μｍ以下、好ましくは、５００μｍ以下、さらに好ましくは、４００μｍ以下である。なお、カーボンナノチューブ５の層数、平均外径および平均長さは、例えば、ラマン分光分析や、電子顕微鏡観察などの公知の方法により測定される。

【0057】

また、カーボンナノチューブ単糸４の外径は、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは、６０ｎｍ以上、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、８０ｎｍ以下である。

【0058】

そして、カーボンナノチューブ糸３は、複数のカーボンナノチューブ単糸４が撚り合わされていない無撚糸であってもよいが、好ましくは、複数のカーボンナノチューブ単糸４が撚り合わされる撚糸である。

【0059】

カーボンナノチューブ糸３の外径は、例えば、５μｍ以上、好ましくは、４０μｍ以上、例えば、８０μｍ以下、好ましくは、６０μｍ以下、さらに好ましくは、３０μｍ以下である。

【0060】

また、カーボンナノチューブ糸３の嵩密度は、例えば、０．６ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ^３を超過し、さらに好ましくは、０．８ｇ／ｃｍ^３以上、例えば、２．０ｇ／ｃｍ^３以下である。

【0061】

また、カーボンナノチューブ糸３の熱伝導率は、カーボンナノチューブ糸３の延びる方向において、例えば、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、例えば、１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは、５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。なお、熱伝導率は、公知の熱伝導率測定装置（例えば、メンターグラフィックスジャパン社製など）により測定される。

【0062】

また、カーボンナノチューブ糸３の電気伝導率は、カーボンナノチューブ糸３の延びる方向において、例えば、１０００Ｓ／ｍ以上、好ましくは、２５００Ｓ／ｍ以上、例えば、５０００００Ｓ／ｍ以下、好ましくは、２５００００Ｓ／ｍ以下である。なお、電気伝導率は、公知の電気伝導率測定装置（例えば、横河電機社製）により測定される。

【0063】

つまり、カーボンナノチューブ糸３は、カーボンナノチューブ糸３の延びる方向において、熱伝導性および電気伝導性を有している。

【0064】

そして、カーボンナノチューブ糸３は、図１Ｂに示すように、マトリックス２を厚み方向に貫通しており、マトリックス２に保持されている。第１実施形態において、カーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２に複数保持されており、複数のカーボンナノチューブ糸３のそれぞれは、マトリックス２を厚み方向に沿って貫通している。つまり、カーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２を厚み方向に複数貫通しており、複数のカーボンナノチューブ糸３は、互いに独立して略平行となるように延びている。

【0065】

具体的には、カーボンナノチューブ糸３は、２本以上のカーボンナノチューブ糸３が束状となるカーボンナノチューブ糸束６として、マトリックス２を貫通している。

【0066】

カーボンナノチューブ糸束６は、２本以上、好ましくは、４本以上、例えば、５０本以下、好ましくは、３０本以下のカーボンナノチューブ糸３を有する。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ〜図４Ｃでは、カーボンナノチューブ糸束６が、２本のカーボンナノチューブ糸３を有する場合を示す。

【0067】

また、カーボンナノチューブ糸束６は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、縦方向に互いに間隔を隔てて直線的に複数配列されて、糸束列７を構成する。そして、糸束列７は、横方向に互いに間隔を隔てて複数並列配置されている。

【0068】

糸束列７において、互いに隣り合うカーボンナノチューブ糸束６の間の間隔は、例えば、０．５ｍｍ以上、好ましくは、１ｍｍ以上、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍ以下である。

【0069】

また、複数の糸束列７のうち、互いに隣り合う糸束列７の間の間隔は、例えば、０．５ｍｍ以上、好ましくは、１ｍｍ以上、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、１０ｍｍ以下である。

【0070】

このような複数のカーボンナノチューブ糸束６の密度は、マトリックス２の表面２Ａの単位面積当たり、例えば、１束／ｃｍ^２以上、好ましくは、２束／ｃｍ^２以上、例えば、３６０束／ｃｍ^２以下、好ましくは、８０束／ｃｍ^２以下である。

【0071】

各カーボンナノチューブ糸束６において、カーボンナノチューブ糸３は、その両端部がマトリックス２から突出している。つまり、カーボンナノチューブ糸３の長さＬは、マトリックス２の厚みよりも大きく、マトリックス２の厚みに対して、例えば、１．０５倍以上、好ましくは、１．１倍以上、例えば、１．３倍以下、好ましくは、１．２倍以下である。

【0072】

詳しくは、カーボンナノチューブ糸３は、埋設部３Ａと、第１端部３Ｂと、第２端部３Ｃとを有している。

【0073】

埋設部３Ａは、カーボンナノチューブ糸３の略中央部分である。埋設部３Ａは、マトリックス２に埋設されており、マトリックス２に密着されている。埋設部３Ａの長さＬ１は、カーボンナノチューブ糸３の長さＬに対して、例えば、７６．９％以上、好ましくは、８３．３％以上、例えば、９５．２％以下、好ましくは、９０．９％以下である。

【0074】

第１端部３Ｂは、カーボンナノチューブ糸３の厚み方向の一方端部であって、マトリックス２の表面２Ａから突出している。第１端部３Ｂの長さＬ２は、カーボンナノチューブ糸３の長さＬに対して、例えば、２．４％以上、好ましくは、４．５％以上、例えば、１１．５％以下、好ましくは、８．３％以下である。

【0075】

第２端部３Ｃは、カーボンナノチューブ糸３の厚み方向の他方端部であって、マトリックス２の裏面２Ｂから突出している。第２端部３Ｃの長さＬ２の範囲は、第１端部３Ｂの長さＬ２の範囲と同一である。

【0076】

また、複数のカーボンナノチューブ糸３の密度は、マトリックス２の表面２Ａの単位面積当たり、例えば、５本／ｃｍ^２以上、好ましくは、１０本／ｃｍ^２以上、例えば、１８００本／ｃｍ^２以下、好ましくは、４００本／ｃｍ^２以下である。

【0077】

カーボンナノチューブ糸３の密度が上記下限以上であれば、カーボンナノチューブ複合材１に熱伝導性および電気伝導性を確実に付与することができ、カーボンナノチューブ糸３の密度が上記上限以下であれば、カーボンナノチューブ複合材１において、マトリックス２の特性を確実に確保することができる。また、カーボンナノチューブ糸３の密度を変更することにより、カーボンナノチューブ複合材１に熱伝導性および電気伝導性を適宜調整することができる。

【0078】

また、カーボンナノチューブ糸３の質量割合（カーボンナノチューブ糸３が複数である場合、それらの総和の質量割合）は、カーボンナノチューブ複合材１の質量１００％に対して、例えば、０．０１質量％以上、好ましくは、０．２０質量％以上、例えば、８．９６質量％以下、好ましくは、３．７９質量％以下であり、マトリックス２の１００質量部に対して、例えば、０．０１質量部以上、好ましくは、０．２０質量部以上、例えば、９．８４質量部以下、好ましくは、３．９４質量部以下である。

【0079】

２．カーボンナノチューブ複合材の製造方法
次に、カーボンナノチューブ複合材１の製造方法について説明する。カーボンナノチューブ複合材１を製造するには、図４Ａに示すように、まず、マトリックス２およびカーボンナノチューブ糸３を準備する。

【0080】

マトリックス２は、カーボンナノチューブ複合材１の用途により適宜選択され、例えば、カーボンナノチューブ複合材１が熱伝導性シートである場合、シリコーンゴムやフッ素系ポリマーからなり、シート形状を有するマトリックス２が選択され、カーボンナノチューブ複合材１が電気伝導性シートである場合、熱伝導性シートと同様のマトリックス２が選択され、シート形状を有するマトリックス２が選択される。このようなマトリックス２は、市販品を用いることもできる。

【0081】

カーボンナノチューブ糸３を準備するには、例えば、図２Ａ〜図３Ａに示すように、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により、基板９上に垂直に配向される複数のカーボンナノチューブ５を成長させた後、複数のカーボンナノチューブ５から、複数のカーボンナノチューブ単糸４を引き出して、複数のカーボンナノチューブ単糸４を束ねる。

【0082】

より詳しくは、図２Ａに示すように、まず、基板９を準備する。基板９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。

【0083】

基板９として、具体的には、シリコン基板や、二酸化ケイ素膜１１が積層されるステンレス基板１２などが挙げられ、好ましくは、二酸化ケイ素膜１１が積層されるステンレス基板１２が挙げられる。なお、図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａでは、基板９が、二酸化ケイ素膜１１が積層されるステンレス基板１２である場合を示す。

【0084】

そして、図２Ａに示すように、基板９上、好ましくは、二酸化ケイ素膜１１上に触媒層１３を形成する。基板９上に触媒層１３を形成するには、金属触媒を、公知の成膜方法により、基板９（好ましくは、二酸化ケイ素膜１１）上に成膜する。

【0085】

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。

【0086】

これによって、基板９上に触媒層１３が配置される。なお、基板９が、二酸化ケイ素膜１１が積層されるステンレス基板１２である場合、二酸化ケイ素膜１１および触媒層１３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１２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。

【0087】

次いで、触媒層１３が配置される基板９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１３が、凝集して、複数の粒状体１３Ａとなる。

【0088】

そして、加熱された基板９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。

【0089】

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。

【0090】

原料ガスが水素ガスや不活性ガスを含む場合、原料ガスにおける炭化水素ガスの濃度は、例えば、１体積％以上、好ましくは、３０体積％以上、例えば、９０体積％以下、好ましくは、５０体積％以下である。原料ガスの供給時間としては、例えば、１分以上、好ましくは、５分以上、例えば、６０分以下、好ましくは、３０分以下である。

【0091】

これによって、複数の粒状体１３Ａのそれぞれを起点として、複数のカーボンナノチューブ５が成長する。なお、図２Ｃでは、便宜上、１つの粒状体１３Ａから、１つのカーボンナノチューブ５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１３Ａから、複数のカーボンナノチューブ５が成長してもよい。

【0092】

このような複数のカーボンナノチューブ５のそれぞれは、基板９上において、互いに略平行となるように、基板９の厚み方向に延びている。つまり、複数のカーボンナノチューブ５は、基板９に対して直交するように配向（垂直に配向）されている。

【0093】

これによって、複数のカーボンナノチューブ５を備えるカーボンナノチューブ集合体１０が、基板９上に形成される。

【0094】

このようなカーボンナノチューブ集合体１０は、図３Ａに示すように、複数のカーボンナノチューブ５が縦方向に直線的に並ぶ列１０Ａを、横方向に複数備えている。これによって、カーボンナノチューブ集合体１０は、略シート形状に形成されている。

【0095】

カーボンナノチューブ集合体１０において、複数のカーボンナノチューブ５の嵩密度は、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは、２０ｍｇ／ｃｍ^３以上、例えば、６０ｍｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは、５０ｍｇ／ｃｍ^３以下である。なお、カーボンナノチューブ５の嵩密度は、例えば、単位面積当たり質量（目付量：単位 ｍｇ／ｃｍ^２）と、カーボンナノチューブの長さ（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。

【0096】

次いで、図２Ｄに示すように、カーボンナノチューブ集合体１０から、複数のカーボンナノチューブ単糸４を引き出す。

【0097】

カーボンナノチューブ集合体１０から複数のカーボンナノチューブ単糸４を引き出すには、例えば、カーボンナノチューブ集合体１０のうち、各列１０Ａの縦方向端部に位置するカーボンナノチューブ５を、図示しない引出具により一括して保持し、基板９の厚み方向と交差する方向、好ましくは、縦方向に引っ張る。

【0098】

すると、引っ張られたカーボンナノチューブ５は、対応する粒状体１３Ａから引き抜かれる。このとき、引き抜かれるカーボンナノチューブ５に隣接するカーボンナノチューブ５は、引き抜かれるカーボンナノチューブ５との摩擦力およびファンデルワ―ルス力などにより、そのカーボンナノチューブ５の一端（上端）が、引き抜かれるカーボンナノチューブ５の他端（下端）に付着され、対応する粒状体１３Ａから引き抜かれる。
これによって、複数のカーボンナノチューブ５が、順次連続して、カーボンナノチューブ集合体１０から引き出され、複数のカーボンナノチューブ５が連続的に繋がるカーボンナノチューブ単糸４を形成する。

【0099】

より詳しくは、カーボンナノチューブ単糸４において、連続するカーボンナノチューブ５は、先側のカーボンナノチューブ５の他端（下端）が、次に連続するカーボンナノチューブ５の一端（上端）に付着されている。

【0100】

カーボンナノチューブ単糸４の引き出し速度としては、例えば、１０ｍｍ／分以上、好ましくは、３０ｍｍ／分以上、例えば、１００ｍｍ／分以下、好ましくは、７０ｍｍ／分以下である。

【0101】

以上によって、カーボンナノチューブ集合体１０から、複数のカーボンナノチューブ単糸４が、同時に一括して引き出される。

【0102】

次いで、複数のカーボンナノチューブ単糸４を束ねてカーボンナノチューブ糸３を調製する。複数のカーボンナノチューブ単糸４を束ねる方法としては、例えば、カーボンナノチューブ糸３が無撚糸である場合、複数のカーボンナノチューブ単糸４を穴部を有するダイに通過させる方法（例えば、特開２０１４−１６９５２１号公報に記載の方法など）などが挙げられ、カーボンナノチューブ糸３が撚糸である場合、複数のカーボンナノチューブ単糸４を撚り合わせる方法などが挙げられる。このような方法の中では、好ましくは、複数のカーボンナノチューブ単糸４を撚り合わせる方法が挙げられる。

【0103】

複数のカーボンナノチューブ単糸４を撚り合わせる方法は、例えば、図３Ａに示すように、紡績装置２０により連続的に実施される。紡績装置２０は、供給部２１と、供給部２１に対して間隔を空けて配置される回収部２２とを備えている。なお、以下の紡績装置２０の説明において、供給部２１と回収部２２とが向かい合う方向を前後方向とし、前後方向と直交する方向を左右方向とする。

【0104】

供給部２１は、紡績装置２０の後側部分に配置されており、カーボンナノチューブ糸３を回収部２２に向かって送り出すように構成されている。供給部２１は、カーボンナノチューブ支持体８と、図示しない引出具と、収束部２３とを備えている。

【0105】

カーボンナノチューブ支持体８は、基板９と、カーボンナノチューブ集合体１０とを備えている。そして、カーボンナノチューブ支持体８は、カーボンナノチューブ集合体１０の縦方向が前後方向に沿うように配置されている。

【0106】

収束部２３は、カーボンナノチューブ支持体８と回収部２２との間に配置されている。収束部２３は、支持板２４と、１対の軸部２５とを備えている。

【0107】

支持板２４は、左右方向に延びる平面視略矩形形状の板状を有している。１対の軸部２５は、支持板２４の上面において、左右方向に互いに僅かな間隔を隔てて配置されている。１対の軸部２５のそれぞれは、上下方向に延びる略円柱形状を有しており、支持板２４に、軸芯周りに相対回転可能に支持されている。

【0108】

回収部２２は、紡績装置２０の前側部分に配置されており、供給部２１から送り出されたカーボンナノチューブ糸３を回収するように構成されている。回収部２２は、回転部２６と、回収軸２７と、軸駆動部２８と、回転駆動部２９とを備えている。

【0109】

回転部２６は、後側に向かって開放される略コ字状を有している。回収軸２７は、回転部２６の左右両側壁の間に配置されている。回収軸２７は、左右方向に延びる略円柱形状を有し、回転部２６の左右両側壁に回転可能に支持されている。

【0110】

軸駆動部２８は、外部から電力が供給されることにより、回収軸２７に駆動力を供給するように構成されている。軸駆動部２８は、モータ軸２８Ａと、駆動伝達ベルト２８Ｂとを備えている。

【0111】

モータ軸２８Ａは、回転部２６の前壁と回収軸２７との間に配置されており、回転部２６の右側壁に回転可能に支持されている。モータ軸２８Ａは、図示しないモータ本体から駆動力が入力されることで回転する。駆動伝達ベルト２８Ｂは、公知の無端ベルトであって、モータ軸２８Ａの右端部と、回収軸２７の右端部とに架け渡されている。

【0112】

回転駆動部２９は、外部から電力が供給されることにより、回転部２６に駆動力を供給するように構成されている。回転駆動部２９は、回転部２６に対して前側に配置されている。

【0113】

回転駆動部２９は、例えば、公知のモータからなり、モータ本体２９Ａと、モータ本体２９Ａに回転可能に支持されるモータ軸２９Ｂとを備えている。そして、モータ軸２９Ｂの後端部は、回転部２６の前壁の左右方向中央に固定されている。これによって、回転部２６は、モータ軸２９Ｂ、つまり、前後方向に沿う軸線を回転中心として回転可能である。

【0114】

このような紡績装置２０では、カーボンナノチューブ集合体１０から、図示しない引出具により、複数のカーボンナノチューブ単糸４を引き出す。そして、複数のカーボンナノチューブ単糸４を、１対の軸部２５の間に通過させる。このとき、１対の軸部２５のそれぞれは、複数のカーボンナノチューブ単糸４と摺擦することにより、従動回転する。

【0115】

これによって、複数のカーボンナノチューブ単糸４が、線形状（糸形状）に束ねられる。そして、束ねられた複数のカーボンナノチューブ単糸４の前端部を、回収部２２の回収軸２７に固定する。

【0116】

次いで、回転駆動部２９に電力を供給するとともに、軸駆動部２８に電力を供給する。すると、回転駆動部２９のモータ軸２９Ｂおよび回転部２６が、前側から見て時計回り方向に回転し、軸駆動部２８のモータ軸２８Ａおよび回収軸２７が、左側から見て時計回り方向に回転する。

【0117】

これによって、複数のカーボンナノチューブ単糸４が、カーボンナノチューブ集合体１０から連続的に引き出され、収束部２３に束ねられた後、前側から見て時計回り方向に回転し撚り合わされながら、前側に向かって移動し、回収軸２７に巻き取られる。

【0118】

以上によって、撚糸であるカーボンナノチューブ糸３が、紡績装置２０により調製（準備）される。

【0119】

このとき、回転部２６の回転速度（周速度）は、例えば、１０００ｒｐｍ以上、好ましくは、２０００ｒｐｍ以上、例えば、５０００ｒｐｍ以下、好ましくは、４０００ｒｐｍ以下である。

【0120】

また、回収軸２７の回転による、カーボンナノチューブ糸３の移動速度は、例えば、０．１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは、０．５ｍ／ｍｉｎ以上、例えば、１０ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは、６．０ｍ／ｍｉｎ以下である。

【0121】

次いで、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に複合化させる。具体的には、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に厚み方向に貫通させる。カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に貫通させる方法としては、例えば、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に縫い付ける方法が挙げられる。

【0122】

カーボンナノチューブ糸３の縫付方法としては、特に制限されず、並み縫い、半返し縫い、本返し縫いなどが挙げられ、好ましくは、並み縫いが挙げられる。

【0123】

カーボンナノチューブ糸３を並み縫いによりマトリックス２に縫い付けるには、例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、１本のカーボンナノチューブ糸３を、縫針３１の針穴に通し、２重となるように折り返し、縫針３１をマトリックス２に厚み方向に貫通させる。

【0124】

これにより、カーボンナノチューブ糸３が、マトリックス２の厚み方向に沿うように、マトリックス２を貫通する。このとき、マトリックス２を貫通するカーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２の弾性力により、マトリックス２に密着される。そして、カーボンナノチューブ糸３を、マトリックス２に順次複数回貫通させる。

【0125】

また、カーボンナノチューブ糸３は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ミシンにより、マトリックス２に縫い付けることもできる。

【0126】

より具体的には、カーボンナノチューブ糸３を下糸として、ボビン３３に巻き付け、上糸３７を、ミシン針３０の針穴に通す。上糸３７としては、特に制限されず、例えば、カーボンナノチューブ糸３であってもよく、公知のミシン糸であってもよい。そして、下糸（カーボンナノチューブ糸３）が、マトリックス２を貫通して、マトリックス２の表面２Ａから露出するように、上糸３７の張力を調整し、ミシンを駆動させる。これにより、カーボンナノチューブ糸３が、マトリックス２の厚み方向に沿うように、マトリックス２を複数回貫通する。

【0127】

これらにより、カーボンナノチューブ糸３のうち複数の部分が、図４Ｂおよび図５Ａに示すように、マトリックス２を、同一方向である厚み方向に貫通する。

【0128】

次いで、図４Ｃおよび図５Ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸３において、マトリックス２を貫通する複数の部分が互いに分離するように、カーボンナノチューブ糸３を切断する。より具体的には、カーボンナノチューブ糸３において、第１端部３Ｂがマトリックス２の表面２Ａから突出し、かつ、第２端部３Ｃがマトリックス２の裏面２Ｂから突出するように、その他の部分を、切断刃３２により切断して除去する。なお、図５Ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸３がミシンによりマトリックス２に縫い付けられている場合、上糸３７も除去する。

【0129】

これにより、カーボンナノチューブ糸３のうちマトリックス２を貫通する複数の部分が、互いに分離され、１本のカーボンナノチューブ糸３が、互いに独立する複数のカーボンナノチューブ糸３に切り分けられる。また、複数のカーボンナノチューブ糸３は、上記のように、複数のカーボンナノチューブ糸束６を含んでいる（からなる）。

【0130】

以上によって、マトリックス２と、複数のカーボンナノチューブ糸３（複数のカーボンナノチューブ糸束６）とを備えるカーボンナノチューブ複合材１が製造される。

【0131】

このようなカーボンナノチューブ複合材１の用途としては、例えば、熱伝導性シート、電気伝導性シート、電磁波吸収体などが挙げられ、好ましくは、熱伝導性シートおよび電気伝導性シートが挙げられる。

【0132】

カーボンナノチューブ複合材１が熱伝導性シートとして利用される場合、例えば、カーボンナノチューブ複合材１は、図９Ａに示すように、電子素子ユニット３４に備えられる。電子素子ユニット３４は、カーボンナノチューブ複合材１に加え、電子素子３５およびヒートシンク３６を備えている。そして、カーボンナノチューブ複合材１は、カーボンナノチューブ糸３が、電子素子３５およびヒートシンク３６のそれぞれと接触するように、電子素子３５およびヒートシンク３６の間に挟まれる。

【0133】

このような電子素子ユニット３４では、電子素子３５が発熱したときに、カーボンナノチューブ複合材１のカーボンナノチューブ糸３を介して、電子素子３５からの熱が、ヒートシンク３６に伝達される。

【0134】

また、カーボンナノチューブ複合材１が電気伝導性シートとして利用される場合、例えば、カーボンナノチューブ複合材１は、ウェアラブル生体センサ３９に備えられる。ウェアラブル生体センサ３９は、カーボンナノチューブ複合材１に加え、センサ本体４１およびゲルパッド４０を備えている。この場合、カーボンナノチューブ複合材１のマトリックス２は、可撓性を有する樹脂材料（例えば、シリコーンゴムなどの熱硬化性エラストマー）からなる。また、ゲルパッド４０は、図示しないが、金属からなる接触部を有している。そして、カーボンナノチューブ複合材１は、カーボンナノチューブ糸３が、ゲルパッド４０の接触部およびセンサ本体４１のそれぞれと接触するように、ゲルパッド４０およびセンサ本体４１の間に挟まれる。

【0135】

このようなウェアラブル生体センサ３９は、ゲルパッド４０の接触部が検知対象４２（例えば、検知対象者）と接触するように、検知対象４２に貼着される。このとき、ゲルパッド４０は、検知対象４２に沿うように弾性変形し、カーボンナノチューブ複合材１は、ゲルパッド４０の弾性変形に追従するように、弾性変形する。この状態においても、ゲルパッド４０の接触部とセンサ本体４１とが、カーボンナノチューブ複合材１のカーボンナノチューブ糸３を介して、電気的に接続される。

【0136】

３．作用効果
カーボンナノチューブ複合材１では、図１Ｂに示すように、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが５ＧＰａ以下であるので、カーボンナノチューブ糸３がマトリックス２を貫通することができ、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上であるので、マトリックス２は、その弾性力により、マトリックス２を貫通するカーボンナノチューブ糸３と密着することができる。そのため、マトリックス２とカーボンナノチューブ糸３とを確実に複合化できながら、マトリックス２がカーボンナノチューブ糸３を確実に保持することができ、カーボンナノチューブ糸３がマトリックス２から脱落することを抑制できる。

【0137】

そして、カーボンナノチューブ糸３がマトリックス２を厚み方向に貫通しているので、マトリックス２の厚み方向において、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性および電気伝導性のそれぞれの向上を精度よく図ることができる。

【0138】

カーボンナノチューブ単糸４は、図２Ｄに示すように、複数のカーボンナノチューブ５がそれらの延びる方向に連続的に繋がっている。そのため、カーボンナノチューブ単糸４において、複数のカーボンナノチューブ５は、カーボンナノチューブ単糸４の延びる方向に沿うように配向される。

【0139】

その結果、複数のカーボンナノチューブ単糸４が束ねられるカーボンナノチューブ糸３において、カーボンナノチューブ５の配向性を確実に確保することができる。

【0140】

また、カーボンナノチューブ糸３は、図３Ａに示すように、複数のカーボンナノチューブ単糸４が撚り合わされる撚糸である。そのため、カーボンナノチューブ糸３の強さを確実に確保することができ、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に確実に貫通させることができる。

【0141】

また、カーボンナノチューブ糸３は、図１Ｂに示すように、マトリックス２を同一方向の厚み方向に複数貫通している。そのため、マトリックス２の厚み方向において、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性および電気伝導性のそれぞれの向上を確実に図ることができる。

【0142】

カーボンナノチューブ糸３は、図４Ｃに示すように、マトリックス２を貫通する複数の部分が互いに分離するように切断されている。そのため、カーボンナノチューブ糸３の切断面において、複数のカーボンナノチューブ単糸４が露出する。

【0143】

その結果、カーボンナノチューブ糸３の複数のカーボンナノチューブ単糸４を、熱伝導および／または電気伝導のために効率的に利用でき、ひいては、マトリックス２の厚み方向において、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性および電気伝導性のそれぞれのさらなる向上を図ることができる。

【0144】

また、カーボンナノチューブ５は、図４Ｅに示すように、複数のグラフェンシートが径方向に積層される多層カーボンナノチューブ５である。そして、カーボンナノチューブ糸３が切断されているので、カーボンナノチューブ糸３の切断面において、多層カーボンナノチューブ５の各層（各グラフェンシート）が露出する。そのため、多層カーボンナノチューブ５の各層を、熱伝導および／または電気伝導のために利用でき、ひいては、マトリックス２の厚み方向において、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性および電気伝導性のそれぞれのより一層の向上を図ることができる。

【0145】

また、カーボンナノチューブ複合材１の製造方法では、図４Ｂに示すように、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが５ＧＰａ以下であるので、マトリックス２にカーボンナノチューブ糸３を所定方向に貫通させることができ、マトリックス２の２５℃における引張弾性率Ｅが０．０１ＧＰａ以上であるので、マトリックス２がカーボンナノチューブ糸３を確実に保持することができる。そのため、カーボンナノチューブ糸３を、所望する方向に精度よく配向させることができる。その結果、所望する方向において、マトリックス２に優れた熱伝導性および電気伝導性を付与することができる。

【0146】

よって、簡易な方法でありながら、所望する方向において、優れた熱伝導性および電気伝導性を有するカーボンナノチューブ複合材１を製造することができる。

【0147】

また、カーボンナノチューブ単糸４は、図２Ｄに示すように、基板９に対して垂直に配向される複数のカーボンナノチューブ５を備えるカーボンナノチューブ集合体１０から、引き出される。そのため、複数のカーボンナノチューブ５は、カーボンナノチューブ単糸４において、カーボンナノチューブ単糸４の延びる方向に沿うように配向される。

【0148】

その結果、複数のカーボンナノチューブ単糸４が束ねられるカーボンナノチューブ糸３において、カーボンナノチューブ５の配向性を確実に確保することができる。
４．第２実施形態〜第７実施形態
次に、図６Ａ〜図８を参照して、本発明のカーボンナノチューブ複合材１の第２実施形態〜第７実施形態について説明する。なお、第２実施形態〜第７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。

【0149】

（１）第２実施形態
第１実施形態では、図１Ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸束６が２本のカーボンナノチューブ糸３を有しているが、これに限定されず、第２実施形態では、カーボンナノチューブ糸束６は、図６Ａに示すように、３本以上のカーボンナノチューブ糸３を有している。この場合、例えば、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に複合化させる工程において、複数本のカーボンナノチューブ糸３を、縫針３１の針穴に通し、マトリックス２に貫通させた後、上記のように切断する。

【0150】

このような第２実施形態によれば、複数のカーボンナノチューブ糸３のマトリックス２の単位面積当たりの密度の向上を確実に図ることができる。また、この第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0151】

（２）第３実施形態
第１実施形態では、図１Ｂに示すように、カーボンナノチューブ糸３が、シート形状を有するマトリックス２を厚み方向に貫通しているが、これに限定されず、第３実施形態では、カーボンナノチューブ糸３は、図６Ｂに示すように、シート形状を有するマトリックス２を面方向（縦方向または横方向）に貫通している。この場合、マトリックス２の面方向が、所定方向の一例として対応する。このような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0152】

（３）第４実施形態
第１実施形態では、図１Ｂに示すように、複数のカーボンナノチューブ糸束６が、互いに平行となるように、シート形状を有するマトリックス２を厚み方向に沿って貫通しているが、複数のカーボンナノチューブ糸束６は、マトリックス２を厚み方向に貫通していれば、これに限定されない。例えば、第４実施形態では、図６Ｃに示すように、複数のカーボンナノチューブ糸束６のそれぞれは、マトリックス２の厚み方向と交差するようマトリックス２を厚み方向に貫通しており、互いに異なる方向に延びている。このような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0153】

また、図１Ｂ、図４Ｃ、図５Ｂ〜図７において、各カーボンナノチューブ糸束６が有する複数のカーボンナノチューブ糸３は互いに平行であるが、これに限定されず、各カーボンナノチューブ糸束６が有する複数のカーボンナノチューブ糸３は、互いに異なる方向に延びていてもよい。

【0154】

（４）第５実施形態
第１実施形態では、図１Ａに示すように、マトリックス２がシート形状を有するが、これに限定されず、第５実施形態では、図７に示すように、マトリックス２が角柱形状を有している。

【0155】

また、複数のカーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２を複数の方向に貫通していてもよい。これにより、互いに異なる複数の方向において、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性および電気伝導性の向上を図ることができる。また、このような第５実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0156】

（５）第６実施形態
第６実施形態では、図８に示すように、カーボンナノチューブ糸３に、樹脂材料が付着されている。樹脂材料としては、特に制限されず、例えば、上記した樹脂材料が挙げられ、好ましくは、熱可塑性樹脂、さらに好ましくは、ポリビニルアルコールが挙げられる。

【0157】

カーボンナノチューブ糸３に樹脂材料を付着させるには、例えば、カーボンナノチューブ糸３を、樹脂材料を含有する樹脂含有液（例えば、樹脂材料が溶解される樹脂溶液など）に浸漬した後、乾燥させる。

【0158】

このような場合、紡績装置２０は、浸漬部４５と、乾燥部４６とを備えている。

【0159】

浸漬部４５は、収束部２３と回収部２２との間に配置されている。浸漬部４５は、浸漬槽４７と、複数のローラ４８とを備えている。浸漬槽４７は、上側に向かって開放される略ボックス形状を有しており、その内部に、樹脂含有液が貯留されている。複数のローラ４８のそれぞれは、カーボンナノチューブ糸３（複数のカーボンナノチューブ単糸４）が、浸漬槽４７内の樹脂含有液に浸漬されるように、所定の位置に適宜配置されている。

【0160】

乾燥部４６は、浸漬部４５と回収部２２との間に配置されている。乾燥部４６は、公知の乾燥器であって、内部にカーボンナノチューブ糸３が通過するように構成されている。

【0161】

これによって、カーボンナノチューブ糸３（複数のカーボンナノチューブ単糸４）は、浸漬槽４７内の樹脂含有液に浸漬された後、乾燥部４６を通過するときに乾燥され、カーボンナノチューブ糸３に樹脂材料が付着（担持）される。

【0162】

また、カーボンナノチューブ糸３に、高分子材料が溶解した高分子溶液をエレクトロスピニングすることにより、カーボンナノチューブ糸３に樹脂材料を付着させることもできる。

【0163】

なお、カーボンナノチューブ糸３に樹脂材料を付着させるタイミングは、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に複合化させる前であれば、特に制限されない。

【0164】

第６実施形態によれば、カーボンナノチューブ糸３に樹脂材料が付着されているので、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に複合化したときに、それらの間に作用する抵抗（摩擦力）の向上を図ることができる。そのため、カーボンナノチューブ複合材１において、カーボンナノチューブ糸３が、マトリックス２から脱落すること確実に抑制できる。その結果、マトリックス２の厚みの低減を図ることができ、ひいては、カーボンナノチューブ複合材１の熱伝導性のさらなる向上を図ることができる。

【0165】

また、カーボンナノチューブ糸３をマトリックス２に複合化させる前に、カーボンナノチューブ糸３を表面処理することもできる。カーボンナノチューブ糸３の表面処理としては、例えば、プラズマ処理、ＵＶ処理などが挙げられる。これにより、カーボンナノチューブ糸３の表面を改質できる。そのため、カーボンナノチューブ複合材１において、カーボンナノチューブ糸３およびマトリックス２の間に作用する抵抗（摩擦力）の向上を図ることができる。

【0166】

また、このような第６実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0167】

５．変形例
第１実施形態では、図４Ｃに示すように、カーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２を貫通する複数の部分が互いに分離するように切断されているが、これに限定されず、カーボンナノチューブ糸３は、図４Ｂに示すように、マトリックス２を貫通する複数の部分が互いに連続していてもよい。

【0168】

つまり、カーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２を複数貫通し、かつ、連続する糸である。しかし、このようなカーボンナノチューブ複合材１では、カーボンナノチューブ糸３の複数のカーボンナノチューブ単糸４のうち、カーボンナノチューブ糸３の表面に露出するカーボンナノチューブ単糸４のみが、他の部材と接触する。さらに、カーボンナノチューブ５が多層カーボンナノチューブ５である場合、多層カーボンナノチューブ５のうち、最も外側に位置する層（グラフェンシート）のみが、他の部材と接触する。

【0169】

その結果、カーボンナノチューブ糸３の表面に露出しない内側（中心部）のカーボンナノチューブ単糸４、および、多層カーボンナノチューブ５の径方向内側の層（グラフェンシート）を、熱伝導および／または電気伝導のために有効に利用できない。そのため、第１実施形態は、この変形例よりも好ましい。

【0170】

第１実施形態では、図１Ａに示すように、複数のカーボンナノチューブ糸束６が互いに間隔を空けて配置されているが、これに限定されず、複数のカーボンナノチューブ糸３が１本ずつ互いに間隔を空けて配置されていてもよい。

【0171】

また、第１実施形態では、複数のカーボンナノチューブ糸３は、マトリックス２の全体にわたって一様に保持されているが、マトリックス２の一部分にのみ保持されていてもよい。この場合、マトリックス２のカーボンナノチューブ糸３を保持する領域の面積は、マトリックス２の表面２Ａの面積に対して、例えば、１０％以上、好ましくは、３０％以上、例えば、９０％以下、好ましくは、８０％以下である。

【0172】

また、第１実施形態では、カーボンナノチューブ糸３の両端部が、マトリックス２から突出しているが、カーボンナノチューブ糸３がマトリックス２を所定方向に貫通していれば、特に限定されず、カーボンナノチューブ糸３の両端面のそれぞれは、マトリックス２の表面２Ａおよび裏面２Ｂのそれぞれと面一であってもよい。また、カーボンナノチューブ糸３の両端部のいずれか一方が、マトリックス２から突出し、他方の端面が、マトリックス２の表面（裏面）と面一であってもよい。

【0173】

また、第１実施形態では、カーボンナノチューブ糸３を、マトリックス２に複数貫通させた後、マトリックス２を貫通する複数の部分が互いに分離するように切断しているが、これに限定されず、カーボンナノチューブ糸３を、マトリックス２に貫通させる毎に、そのカーボンナノチューブ糸３が所定の長さＬとなるように切断し、これを複数回繰り返してもよい。

【0174】

また、第１実施形態では、複数のカーボンナノチューブ単糸４を、カーボンナノチューブ集合体１０から一括して引き出しているが、カーボンナノチューブ単糸４を、カーボンナノチューブ集合体１０から、１本ずつ複数回引き出すこともできる。

【0175】

これら第１実施形態〜第６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。

【実施例】

【0176】

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。

【0177】

実施例１
ステンレス製の基板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。なお、基板の横方向寸法は３ｃｍ、基板の縦方向寸法は１２ｃｍ、基板の厚みは５０μｍである。

【0178】

次いで、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、基板上において、平面視略矩形形状のカーボンナノチューブ集合体が形成された。カーボンナノチューブ集合体において、複数のカーボンナノチューブは、互いに略平行となるように延び、基板に対して直交するように配向（垂直配向）されていた。カーボンナノチューブの平均外径は、約１２ｎｍ、カーボンナノチューブの平均長さは、約２００μｍ、カーボンナノチューブ集合体における、複数のカーボンナノチューブ５の嵩密度は、約４０ｍｇ／ｃｍ^３であった。

【0179】

そして、カーボンナノチューブ集合体において、縦方向の一端に配置される複数のカーボンナノチューブを、引出具により、全幅にわたって一括して保持し、縦方向に引っ張った。これによって、カーボンナノチューブ支持体のカーボンナノチューブ集合体から、複数のカーボンナノチューブ単糸を引き出した。複数のカーボンナノチューブ単糸のそれぞれの径は、約６０ｎｍ〜８０ｎｍであった。

【0180】

次いで、複数のカーボンナノチューブ単糸を、図３Ａに示す紡績装置により、撚り合わせて、撚糸であるカーボンナノチューブ糸を調製した。紡績装置の回転部の回転速度は、３０００ｒｐｍであった。また、回収軸の回転によるカーボンナノチューブ糸の移動速度は、３．５ｍ／ｍｉｎであった。

【0181】

以上により、撚糸であるカーボンナノチューブ糸が調製された。カーボンナノチューブ糸の径は、約５０μｍであった。

【0182】

また、円形形状のシリコーンゴムシート（マトリックス）を準備した。シリコーンゴムシートの直径は５０ｍｍであり、シリコーンゴムシートの厚みは１０ｍｍである。シリコーンゴムシートの２５℃における引張弾性率Ｅは、０．０９ＧＰａである。

【0183】

そして、カーボンナノチューブ糸を、縫針の針穴に通し、２重となるように折り返した後、シリコーンゴムシートを厚み方向に複数貫通するように縫い付けた。次いで、カーボンナノチューブ糸を、シリコーンゴムシートを貫通する複数の部分が互いに分離するように切断した。

【0184】

以上により、シリコーンゴムシートと、複数のカーボンナノチューブ糸とを備えるカーボンナノチューブ複合材を調製した。カーボンナノチューブ糸の両端部は、マトリックスから突出していた。また、複数のカーボンナノチューブ糸は、２本ずつ束状となるカーボンナノチューブ糸束を複数含んでおり、複数のカーボンナノチューブ糸束は、縦方向に互いに２ｍｍの間隔を空けて配置されていた。また、複数のカーボンナノチューブ糸束が直線的に配列される糸束列は、横方向に互いに２ｍｍの間隔を空けて複数並列配置されていた。

【0185】

カーボンナノチューブ糸束の密度は、シリコーンゴムシートの単位面積当たり、１０束／ｃｍ^２であった。つまり、カーボンナノチューブ糸の密度は、シリコーンゴムシートの単位面積当たり、２０本／ｃｍ^２であった。

【0186】

実施例２
カーボンナノチューブ糸束の密度が、マトリックスの単位面積当たり、２０束／ｃｍ^２となるように、カーボンナノチューブ糸をマトリックスに縫い付けた以外は、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブ複合材を調製した。つまり、カーボンナノチューブ糸の密度は、シリコーンゴムシートの単位面積当たり、４０本／ｃｍ^２であった。

【0187】

実施例３
シリコーンゴムシートを、正方形形状のポリテトラフルオロエチレンシート（マトリックス）に変更した以外は、実施例１と同様にして、カーボンナノチューブ複合材を調製した。なお、ポリテトラフルオロエチレンシートの２５℃における引張弾性率Ｅは、０．５５ＧＰａである。ポリテトラフルオロエチレンシートの一辺の寸法は５ｃｍであり、ポリテトラフルオロエチレンシートの厚みは５００μｍである。

【0188】

実施例４
実施例１と同様にして、カーボンナノチューブ糸を調製した。そして、カーボンナノチューブ糸を、１０質量％のポリビニルアルコール溶液に浸漬した後、乾燥させて、カーボンナノチューブ糸にポリビニルアルコールを付着させた。

【0189】

また、正方形形状のシリコーンゴムシート（マトリックス）を準備した。シリコーンゴムシートの一辺の寸法は５ｃｍであり、シリコーンゴムシートの厚みは３ｃｍである。なお、シリコーンゴムシートの２５℃における引張弾性率Ｅは、０．０９ＧＰａである。

【0190】

そして、ポリビニルアルコールが付着するカーボンナノチューブ糸を、実施例１と同様に、シリコーンゴムシートに縫い付けた後、シリコーンゴムシートを貫通する複数の部分が互いに分離するように切断した。

【0191】

以上により、カーボンナノチューブ複合材を調製した。カーボンナノチューブ糸の密度は、マトリックスの単位面積当たり、２０本／ｃｍ^２であった。

【0192】

実施例５
正方形形状のシリコーンゴムシートを、正方形形状のポリテトラフルオロエチレンシート（マトリックス）に変更した以外は、実施例４と同様にして、カーボンナノチューブ複合材を調製した。なお、ポリテトラフルオロエチレンシートの２５℃における引張弾性率Ｅは、０．５５ＧＰａである。ポリテトラフルオロエチレンシートの一辺の寸法は５ｃｍであり、ポリテトラフルオロエチレンシートの厚みは５００μｍである。

【0193】

比較例１
円形形状のシリコーンゴムシート（マトリックス）を準備した。シリコーンゴムシートの直径は５０ｍｍであり、シリコーンゴムシートの厚みは１０ｍｍである。

【0194】

熱伝導率の測定：
実施例１および２のカーボンナノチューブ複合材、および、比較例１のシリコーンゴムシートについて、厚み方向の熱伝導率を、熱伝導率測定装置（商品名：Ｔ３Ｓｔｅｒ ＤｙｎＴＩＭ Ｔｅｓｔｅｒ、Ｍｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ社製）により測定した。その結果を、表１および図１０に示す。

【0195】

【表1】

【符号の説明】

【0196】

１ カーボンナノチューブ複合材
２ マトリックス
３ カーボンナノチューブ糸
４ カーボンナノチューブ単糸
５ カーボンナノチューブ
９ 基板
１０ カーボンナノチューブ集合体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】