特許 7636145 炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法

(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】

(24)【登録日】2025-02-17

(45)【発行日】2025-02-26

(54)【発明の名称】炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/174 20170101AFI20250218BHJP

   C01B 32/176 20170101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

C01B32/174

C01B32/176

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020146600

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2021138598

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-06-09

(31)【優先権主張番号】10-2020-0026913

(32)【優先日】2020-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(73)【特許権者】

【識別番号】500518050

【氏名又は名称】起亞株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＫＩＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宋 ハン ナ

(72)【発明者】

【氏名】鄭 大 鉉

(72)【発明者】

【氏名】鄭 聖 勳

【審査官】青木 千歌子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３５３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３５６２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒と炭素ナノチューブがそれぞれ供給され、前記溶媒と前記炭素ナノチューブが混合された混合液が貯蔵される混合装置と、
前記混合装置と連結されて前記炭素ナノチューブをロータとステータの間でデバンドリング（Ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）させて１次分散した後、ロータの回転力によってステータ上の複数の貫通穴を介して前記炭素ナノチューブが外部に排出されることにより前記炭素ナノチューブに曲げ区間が形成されるように２次分散する第１分散装置と、
前記混合装置から２次分散した混合液が前記混合装置に再循環するとき、レーザ照射により前記炭素ナノチューブの曲げ区間を選択的に切断させて３次分散する第２分散装置と、
を含む、ことを特徴とする炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項2】

前記混合装置は、
前記溶媒が貯蔵される溶媒タンクと、
前記炭素ナノチューブが貯蔵される炭素ナノチューブタンクと、
前記溶媒タンクと前記炭素ナノチューブタンクとそれぞれ連結され、前記溶媒タンクと前記炭素ナノチューブタンクからそれぞれ供給される前記溶媒と前記炭素ナノチューブを内部の攪拌機を介して混合して循環させる混合タンクと、
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項3】

前記炭素ナノチューブタンクは、
前記炭素ナノチューブが自動フィーダを介して設定量だけ供給されるように構成される、ことを特徴とする請求項２に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項4】

前記第１分散装置は前記混合装置と連結され、前記混合装置から前記混合液が供給される貯蔵タンクを含み、
前記ロータは前記混合液の流入方向と同一に設置される回転軸を有し、前記混合液の流入方向と直角方向に回転するように前記貯蔵タンク内部の中央に配置され、
前記ステータは前記混合液の流入方向側の側面が開放され、閉鎖された他の側面を介して前記ロータの駆動モータとともに前記貯蔵タンクに固定され、前記ロータを囲む周囲面上に複数の貫通穴が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項5】

前記ステータの貫通穴の直径は、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲で設定される、ことを特徴とする請求項４に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項6】

前記ロータと前記ステータの間の間隔は、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲で設定される、ことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項7】

前記第２分散装置は、
前記第１分散装置から前記混合装置に前記混合液が移動する連結管に向かって配置されるレーザビーム装置を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項8】

前記連結管は、
光学ガラスからなる、ことを特徴とする、請求項７に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項9】

前記レーザビーム装置で照射されるレーザのエネルギ量は、２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上６００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲で設定される、ことを特徴とする請求項７に記載の炭素ナノチューブの分散液製造システム。

【請求項10】

炭素ナノチューブの分散液を製造する方法において、
混合装置を介して液体状態の溶媒とパウダ状態の前記炭素ナノチューブをそれぞれ設定量で混合して混合液を形成する第１段階と、
前記混合液が第１分散装置に移動し、前記第１分散装置のロータの回転力によって前記炭素ナノチューブをロータとステータの間でデバンドリング（Ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）させる１次分散する第２段階と、
前記１次分散した前記炭素ナノチューブを前記ロータの回転力によって前記ステータ上の複数の貫通穴を介して前記炭素ナノチューブが外部に排出されることにより前記炭素ナノチューブに曲げ区間が形成されるように２次分散する第３段階と、
前記２次分散した前記炭素ナノチューブを第２分散装置を通過しながらレーザ照射により前記炭素ナノチューブの曲げ区間を選択的に切断させて３次分散する第４段階と、
を含む、ことを特徴とする炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【請求項11】

前記第１段階は、
溶媒タンクに貯蔵された前記溶媒をモータの作動によって設定量だけ混合タンクに供給する段階と、
炭素ナノチューブタンクに貯蔵された前記炭素ナノチューブを設定量だけ前記混合タンクに供給する段階と、
前記混合タンク内部の攪拌機によって前記溶媒と前記炭素ナノチューブが混合されて前記混合液を形成する段階と、
を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【請求項12】

前記第２段階は、
前記第１分散装置のロータの回転力によって前記混合液を前記混合装置から前記第１分散装置の貯蔵タンクに移動する段階と、
前記ロータが回転することによって前記ロータと前記ステータの間で前記炭素ナノチューブをデバンドリング（Ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）させて１次分散する段階と、
を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【請求項13】

前記第３段階は、
前記ロータの回転力によって前記ステータ上の複数の貫通穴を介して前記炭素ナノチューブが外部に排出されることにより前記炭素ナノチューブに曲げ区間が形成されるように２次分散する段階である、ことを特徴とする請求項１２に記載の炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【請求項14】

前記第４段階は、
前記２次分散した混合液が前記混合装置に循環するとき、レーザを照射して前記炭素ナノチューブの曲げ区間を切断して３次分散する段階である、ことを特徴とする請求項１３に記載の炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【請求項15】

前記第４段階は、
エネルギ量が２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上６００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲のレーザを利用することを特徴とする、請求項１４に記載の炭素ナノチューブの分散液製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法に係り、より詳しくは、炭素ナノチューブを機械的力で損傷させることなく、かつ分散率を高めることのできる炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に炭素ナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）とは、一つの炭素原子が他の炭素原子と六角形のハチの巣状に結合されてチューブ形態をなしている物質として、その直径は１ｎｍ～１００ｎｍの範囲で、その長さは数百マイクロメータに達し、異方性が非常に大きい。

【0003】

このような炭素ナノチューブは、単一壁炭素ナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、二重壁炭素ナノチューブ（ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、多重壁炭素ナノチューブ（ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、ロープ型炭素ナノチューブ（ｒｏｐｅ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）等に区分することができ、これらは外壁に存在するπ電子の重畳によって金属に準ずる高い電気伝導性を有する。

【0004】

前記炭素ナノチューブの優れた機械的物性および電気伝導性を利用して多機能のナノ複合材料が開発される。
例えば、前記ナノ複合材料は、非伝導性物質に炭素ナノチューブを添加して伝導性が付与された複合材料、または高分子樹脂の補強材として炭素ナノチューブが添加された複合材料などが知られている。

【0005】

しかし、前記炭素ナノチューブは合成過程でファンデルワールス（ｖａｎ ｄｅｒ ｗａａｌｓ）力により凝集した状態で得られるので、液状あるいはスラリー内で均一に分散させにくいという問題がある。
前記のように凝集した状態に存在する炭素ナノチューブは液状あるいはスラリー内で粘度を高める現象を発生させてハンドリングが難しく、効率的な電子伝導の経路確保が難しいので、後の工程において分散液の活用度が低くなる問題がある。

【0006】

したがって、前記炭素ナノチューブを一つ一つの個体に分散させる作業は優れた物性を有する複合材の開発において重要な過程であるといえる。

【0007】

一方、前記炭素ナノチューブはアーク放電法、レーザ蒸発法、化学気相蒸着法等により製造することができる。
前記した製造方法のうち、代表的に化学気相蒸着法は高温の流動層反応器（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ）の中で金属触媒粒子と炭化水素系の原料気体を分散および反応させることによって炭素ナノチューブが生成される。
すなわち、前記金属触媒は原料気体によって流動層反応器の中で浮游しながら前記原料気体と反応して炭素ナノチューブを成長させる。

【0008】

前記炭素ナノチューブの合成過程では個々の炭素ナノチューブ粒子間に凝集現象が発生し、物理的凝集はマイクロ水準でナノチューブの粒子が互いに絡まっていることであり、化学的凝集はナノメートル水準で分子間のファンデルワールス力のような表面引力によってナノチューブ粒子が凝集することである。

【0009】

このような炭素ナノチューブの凝集現象は機械的強度および伝導特性を向上させ得る３次元的ネットワーク構造形成を妨げるので、前記炭素ナノチューブの分散技術は大変重要である。
したがって、前記炭素ナノチューブの物理的、化学的特徴を十分に発揮するためには前記炭素ナノチューブの長さを最小化し、物性低下のない分散法を開発することが切実に求められる。
この背景技術に記載された内容は発明の背景に対する理解を深めるために作成されたものであり、この技術が属する分野における通常の知識を有する者にすでに知られている従来技術でない内容を含み得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１７－０４３５２０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の実施形態は、バッテリ導電材として使用する炭素ナノチューブの分散液の製造時、機械的力による炭素ナノチューブの損傷を防止し、かつ分散度を高めることのできる炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一つまたは多数の実施形態では、溶媒と炭素ナノチューブがそれぞれ供給され、前記溶媒と前記炭素ナノチューブが混合された混合液が貯蔵される混合装置と、前記混合装置と連結されて前記炭素ナノチューブをロータとステータの作動によって１次分散した後、前記ステータ上の貫通穴を介して放出させながら前記炭素ナノチューブに曲げ区間が形成されるように２次分散する第１分散装置と、前記混合装置から２次分散した混合液が前記混合装置に再循環するとき、レーザ照射により前記炭素ナノチューブの曲げ区間を選択的に切断させて３次分散する第２分散装置と、を含む炭素ナノチューブの分散液製造システムを提供することができる。

【0013】

また、前記混合装置は、前記溶媒が貯蔵される溶媒タンクと、前記炭素ナノチューブが貯蔵される炭素ナノチューブタンクと、前記溶媒タンクと前記炭素ナノチューブタンクとそれぞれ連結され、前記溶媒タンクと前記炭素ナノチューブタンクからそれぞれ供給される前記溶媒と前記炭素ナノチューブを内部の攪拌機を介して混合する混合タンクと、を含み得る。

【0014】

また、前記炭素ナノチューブタンクは、前記炭素ナノチューブが自動フィーダを介して設定量だけ供給されるように構成され得る。

【0015】

また、前記第１分散装置は前記混合装置と連結され、前記混合装置から前記混合液が供給される貯蔵タンクを含み、前記ロータは前記混合液の流入方向と同一に設置される回転軸を有し、前記混合液の流入方向と直角方向に回転するように前記貯蔵タンク内部の中央に配置され、前記ステータは前記混合液の流入方向側の側面が開放され、閉鎖された他の側面を介して前記ロータの駆動モータとともに前記貯蔵タンクに固定され、前記ロータを囲む周囲面上に複数の貫通穴が形成され得る。

【0016】

また、前記ステータの貫通穴の直径は、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲で設定され得る。

【0017】

また、前記ロータと前記ステータの間の間隔は、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲で設定され得る。

【0018】

また、前記第２分散装置は、前記第１分散装置から前記混合装置に前記混合液が移動する連結管に向かって配置されるレーザビーム装置を含み得る。

【0019】

また、前記連結管は、光学ガラスからなることを特徴とすることができる。

【0020】

また、前記レーザビーム装置で照射されるレーザのエネルギ量は、２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上６００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲で設定され得る。

【0021】

本発明の一つまたは多数の実施形態では前記した炭素ナノチューブの分散液製造システムを利用して炭素ナノチューブの分散液を製造する方法において、混合装置を介して液体状態の溶媒とパウダ状態の前記炭素ナノチューブをそれぞれ設定量で混合して混合液を形成する第１段階と、前記混合液が第１分散装置に移動し、前記第１分散装置のロータの回転力によって前記炭素ナノチューブを１次分散する第２段階と、前記１次分散した炭素ナノチューブを前記ロータの回転力によってステータの貫通穴を介して前記ステータの外部に排出して前記炭素ナノチューブを２次分散する第３段階と、前記２次分散した炭素ナノチューブを第２分散装置を通過しながらレーザを利用して３次分散する第４段階と、を含む炭素ナノチューブの分散液製造方法を提供することができる。

【0022】

また、前記第１段階は、溶媒タンクに貯蔵された前記溶媒をモータの作動によって設定量だけ混合タンクに供給する段階と、炭素ナノチューブタンクに貯蔵された前記炭素ナノチューブを設定量だけ前記混合タンクに供給する段階と、前記混合タンク内部の攪拌機によって前記溶媒と前記炭素ナノチューブが混合されて前記混合液を形成する段階と、を含み得る。

【0023】

また、前記第２段階は、前記第１分散装置のロータの回転力によって前記混合液を前記混合装置から前記第１分散装置の貯蔵タンクに移動する段階と、前記ロータが回転することによって前記ロータと前記ステータの間で前記炭素ナノチューブをデバンドリング（Ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）させて１次分散する段階を含み得る。

【0024】

また、前記第３段階は、前記ロータの回転力によって前記ステータ上の複数の貫通穴を介して前記炭素ナノチューブが外部に排出されることにより前記炭素ナノチューブに曲げ区間が形成されるように２次分散する段階でありうる。

【0025】

また、前記第４段階は、前記２次分散した混合液が前記混合装置に循環するとき、レーザを照射して前記炭素ナノチューブの曲げ区間を切断して３次分散する段階でありうる。

【0026】

また、前記第４段階は、エネルギ量が２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上６００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲のレーザを利用することを特徴とし得る。

【発明の効果】

【0027】

本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、バッテリ導電材として使用する炭素ナノチューブの分散液の製造時、前記炭素ナノチューブを機械的力で損傷させることなく、かつ分散性を高めることができる効果がある。

【0028】

すなわち、前記炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、ロータとステータの間のせん断力と遠心力によって前記炭素ナノチューブのデバンドリング後、ベンディングさせて変形率を高め、レーザを照射して変形率が高い区間のみ選択的に切断することによって、前記炭素ナノチューブの物理的な損傷を最小化して分散することができる。

【0029】

その他に本発明の実施形態によって得られるか、予測される効果については本発明の実施形態についての詳細な説明で直接的または暗示的に開示する。すなわち、本発明の実施形態により予測される多様な効果については後述する詳細な説明で開示する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムの全体的な構成図である。

【図2】本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムに適用される第１分散装置の構成図である。

【図3】本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法で分散する炭素ナノチューブの状態を示す図である。

【図4】本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0032】

本発明を明確に説明するために説明と直接関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似の構成要素に対しては同じ図面符号を適用して説明する。

【0033】

また、下記の説明で構成の名称を第１、第２などに区分したのはその構成の名称が同一であるためそれを区分するためであり、必ずしもその順序に限定されるものではない。

【0034】

本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、バッテリ導電材として使われる炭素ナノチューブの分散液を作るために適用される。

【0035】

以下で使用する「分散」という用語は、「炭素ナノチューブ凝集体を物理的に切断するか、化学的に処理して凝集体の体積および長さが減少するか、炭素ナノチューブ凝集体のもつれが解けて分散する現象」を通称する意味で使用する。

【0036】

図１は本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムの全体的な構成図である。
図１を参照すると、前記炭素ナノチューブの分散液製造システムは、混合装置１０、第１分散装置３０、および第２分散装置４０を含む。

【0037】

前記混合装置１０は、液体状態の溶媒が貯蔵される溶媒タンク１１を含む。
ここで前記溶媒は、Ｎ－Ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（ＮＭＰ）または水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）でありうる。

【0038】

また、前記混合装置１０は、パウダ状態の炭素ナノチューブ（１，図３参照）が貯蔵される炭素ナノチューブタンク１３を含む。

【0039】

ここで前記炭素ナノチューブ１は、高い伝導度と機械的剛性によりバッテリの耐久性向上に重要な役割をする。
そこで、前記炭素ナノチューブ１は、伝導度が低くならないように分散時に損傷しないことが有利である。

【0040】

そして、前記溶媒タンク１１と炭素ナノチューブタンク１３は、混合タンク１５とそれぞれ連結される。
より詳細には、前記溶媒タンク１１と混合タンク１５は、流路管２０ａを介して互いに連結され、前記流路管２０ａにはモータＭ１が構成される。
前記溶媒は、前記モータＭ１の駆動によって前記混合タンク１５に移動することができる。

【0041】

また、前記炭素ナノチューブタンク１３は、前記混合タンク１５の上部側に配置され、前記炭素ナノチューブタンク１３は、自動フィーダ（Ｆｅｅｄｅｒ、１３１）を介して炭素ナノチューブ１を設定量だけ前記混合タンク１５に供給することができる。
この時、前記自動フィーダ１３１には対象物を設定量だけ自動供給する一般的な技術が適用されることができる。

【0042】

前記溶媒と炭素ナノチューブ１が前記混合タンク１５に設定量だけ供給されると、前記混合タンク１５の内部に構成される攪拌機（Ｓｔｉｒｒｅｒ、１５１）により混合される。
前記攪拌機１５１は、モータＭ２の作動によって回転しながら前記溶媒と炭素ナノチューブ１を混ぜて混合液を作る役割をする。

【0043】

図２は本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムに適用される第１分散装置の構成図で、図３は本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法で分散する炭素ナノチューブの状態を示す図である。

【0044】

図２と図３を参照すると、前記第１分散装置３０は、前記混合タンク１５に流路管（ｆｌｕｉｄ ｐｉｐｅ）２０ｂを介して連結される貯蔵タンク３１を含む。
この時、前記貯蔵タンク３１は、前記混合タンク１５の下部面に流路管２０ｂを介して連結されることが好ましい。
前記貯蔵タンク３１の内部中央にはロータ（Ｒｏｔｏｒ、３３）が設置される。

【0045】

前記ロータ３３の回転軸３３１は、前記混合液の流入方向と同じ方向に配置されて前記ロータ３３が前記混合液の流入方向と直角方向に回転するように構成される。
前記ロータ３３は、前記回転軸３３１が前記貯蔵タンク３１の外部に構成される駆動モータＭ３と連結されて回転する。

【0046】

このようなロータ３３は、回転することによって前記混合タンク１５の内部の混合液が前記貯蔵タンク３１に自動で流入するようにする。
また、前記貯蔵タンク３１の内部には前記ロータ３３を囲むステータ（Ｓｔａｔｏｒ，３５）が設置される。
前記ステータ３５は、前記貯蔵タンク３１の内部で前記流入方向側の側面が開放され、閉鎖された他側面を介して前記ロータ３３の駆動モータＭ３とともに前記貯蔵タンク３１に固定される。
すなわち、前記ステータ３５の開放された側面を介して前記ロータ３３とステータ３５との間の空間に混合液が流入する。

【0047】

前記ロータ３３が回転することによって、前記ロータ３３と前記ステータ３５との間で発生するせん断力Ｐ１により前記炭素ナノチューブ１はバンドルが解除されるデバンドリング（ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）を介して１次分散する（図３の矢印Ａ参照）。
前記デバンドリングとは固まっていた炭素ナノチューブ１が一本一本に分離することを意味する。

【0048】

この時、前記ロータ３３とステータ３５の間の間隔Ｄ１は１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲で設定され得る。
これは炭素ナノチューブ１にせん断力を加えて分散し、かつ前記ロータ３３とステータ３５の摩耗は最小限にするための設定値である。
また、前記ステータ３５の周囲面には複数の貫通穴３５１が形成される。

【0049】

前記ロータ３３とステータ３５との間で１次分散した混合液は回転する前記ロータ３３の遠心力Ｐ２により前記ステータ３５の各貫通穴３５１を介して前記ステータ３５の外側に抜け出る。
前記貫通穴３５１は、円形または角形に形成されることができる。

【0050】

この時、前記炭素ナノチューブ１は、前記貫通穴３５１を通過しながら曲げ区間３が形成されるベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）により２次分散する（図３の矢印Ｂ参照）。
前記曲げ区間３の変形率（Ｓｔｒａｉｎ）は最大となる。
すなわち、前記炭素ナノチューブ１上の曲げ区間３は少ない力でも容易に変形されるようになる。

【0051】

前記貫通穴３５１は円形または角形と関係なく、その大きさＤ２は２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲で設定されることができる。
これは炭素ナノチューブ１のサイズを考慮した設定値である。

【0052】

一方、前記した第１分散装置３０を経た混合液は前記混合タンク１５に再循環される。
この時、前記混合タンク１５と第１分散装置３０との間に第２分散装置４０が構成される。

【0053】

前記第２分散装置４０は、第１分散装置３０から前記混合タンク１５に混合液が移動する連結管４１に向かって配置されるレーザビーム装置４３を含む。
前記連結管４１は、前記貯蔵タンク３１を経て混合タンク１５に循環する混合液が移動する流路管２０ｃの一定領域に形成される。
このような連結管４１は、前記流路管２０ｃと一体に形成されることができ、別に製作されて前記流路管２０ｃと組み立てられることもできる。

【0054】

例えば、前記連結管４１は光学ガラス（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓ）からなる。
光学ガラス材質の前記連結管４１は、前記レーザビーム４３から照射されるレーザＬを容易に吸収することができる。
前記のような第２分散装置４０により前記炭素ナノチューブ１の曲げ区間３が選択的に切断（ｃｕｔｔｉｎｇ）されて３次分散が行われる（図３の矢印Ｃ参照）。

【0055】

この時、前記レーザビーム装置４３で照射されるレーザのエネルギ量は２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上６００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲で設定されることができる。
これは前記炭素ナノチューブ１の曲げ区間３の変形率より大きい値であり、前記曲げ区間３を除いた残りの領域は変形が無いようにする設定値である。

【0056】

前記のように構成される炭素ナノチューブの分散液製造システムを利用して炭素ナノチューブの分散液を製造する方法は次のとおりである。
図４は本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造方法のフローチャートである。

【0057】

図４を参照すると、溶媒タンク１１から設定量の溶媒を混合タンク１５に供給し、炭素ナノチューブタンク１３から設定量の炭素ナノチューブ１を混合タンク１５に供給する（Ｓ１０）。

【0058】

前記混合タンク１５で攪拌機１５１を介して前記溶媒と炭素ナノチューブ１を混合して設定比率の混合液を製造する（Ｓ２０）。

【0059】

混合タンク１５で混合液が混合される間、前記混合液は前記第１分散装置３０と第２分散装置４０を経て前記混合装置１０に戻ってくるように循環しながら分散するが、これについては後述する。ただし、循環過程、そして、循環する間行われる前記混合過程は混合液の炭素ナノチューブの濃度によって異なるように持続することができる。

【0060】

例えば、前記炭素ナノチューブ１と溶媒が混合されて炭素ナノチューブが０．１ｗｔ％の混合液になるようにすることができる。この時、前記混合液中の炭素ナノチューブ１が分散する前記循環過程を最小１時間から最大５時間以下で繰り返すことができる。

【0061】

または、前記炭素ナノチューブ１と溶媒が３ｗｔ％の混合液になるようにすることができ、この時、前記炭素ナノチューブ１が前記第１分散装置３０と、第２分散装置４０を通過する循環過程を最小５時間から最大２４時間以下で繰り返すことができる。

【0062】

次に、前記混合液が第１分散装置３０側に自動で移動する。
すなわち、前記第１分散装置３０のロータ３３の回転力によって前記混合装置１０で混合された混合液が前記第１分散装置３０側に吸い込まれながら移動する。
この時、前記ロータ３３が回転することによって前記ロータ３３とステータ３５との間で前記炭素ナノチューブ１をデバンドリングさせて１次分散する（Ｓ３０，図３の矢印Ａ参照）。

【0063】

前述のように１次分散した炭素ナノチューブ１は、前記ロータ３３の回転力によって前記ステータ３５の貫通穴３５１を通過して前記ステータ３５の外部に排出される。
この時、前記炭素ナノチューブ１は、前記貫通穴３５１を通過しながら一定領域がベンディング（Ｂｅｎｄｉｎｇ）されて曲げ区間３が形成される２次分散が行われる（Ｓ４０，図３の矢印Ｂ参照）。

【0064】

前記曲げ区間３の変形率は最大となる。
すなわち、前記炭素ナノチューブ１の曲げ区間３で炭素と炭素との間の力が最小になる。

【0065】

次いで、２次分散した炭素ナノチューブ１は、前記ロータ３３の回転によって第２分散装置４０側に押されて移動する。
前記炭素ナノチューブ１は、レーザビーム装置４３から照射されるレーザのエネルギによって曲げ区間３が切断（Ｃｕｔｔｉｎｇ）される３次分散が行われる（Ｓ５０，図３の矢印Ｃ参照）。

【0066】

このようなレーザビーム装置４３により前記炭素ナノチューブ１上の曲げ区間３のみ選択的に切断される。
すなわち、前記レーザが炭素ナノチューブ１の炭素間ファンデルワールス力を切ることである。
前記のような１次分散、２次分散、および３次分散を必要な時間だけ継続的に繰り返す。

【0067】

したがって、本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、炭素ナノチューブ１を機械的力で損傷させることなく分散することができる。

【0068】

すなわち、前記炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、ロータ３３とステータ３５との間のせん断力Ｐ１によって前記炭素ナノチューブ１をデバンドリング後、遠心力Ｐ２によりベンディングさせて曲げ区間３を形成し、レーザを照射して前記炭素ナノチューブ１の炭素間二重結合エネルギ（Ｃ＝Ｃ）に該当するエネルギを加えて前記曲げ区間３のみを選択的に切断することによって、前記炭素ナノチューブ１の物理的な損傷を最小化することができる。

【0069】

また、本発明の実施形態による炭素ナノチューブの分散液製造システムおよびそれを用いた炭素ナノチューブの分散液製造方法は、デバンドリング、ベンディング、および切断工程を一つの装置で同時に行って工程時間および費用を節減することができる。

【0070】

以上本発明の好ましい実施形態を図を参照して説明したが、該当技術分野における通常の知識を有する者であれば以下の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させ得ることを理解することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 炭素ナノチューブ
３ 曲げ区間
１０ 混合装置
１１ 溶媒タンク
１３ 炭素ナノチューブタンク
１５ 混合タンク
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 流路管
３０ 第１分散装置
３１ 貯蔵タンク
３３ ロータ
３５ ステータ
４０ 第２分散装置
４１ 連結管
４３ レーザビーム装置
１３１ 自動フィーダ
１５１ 攪拌機
３３１ 回転軸
３５１ 貫通穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】