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NEDOなど、電流を銅の100倍流せる複合材料を開発 カーボンナノチューブを使用

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NEDOなど、電流を銅の100倍流せる複合材料を開発 カーボンナノチューブを使用

NEDOと技術研究組合 単層CNT融合新材料研究開発機構(TASC)、産業技術総合研究所は、従来から配線などに用いられている銅の100倍電流を流せる複合材料を開発したと発表した。

この複合材料は単層カーボンナノチューブ(CNT)と銅を用いて開発。銅と同程度の電気伝導度と今までにない電流容量という優れた性質を併せもつ従来にない材料が実現した。

また非常に軽く、高温でも高い電気伝導度を保つため、電子デバイスのさらなる小型化、軽量化、高性能化が期待され、将来電気自動車に用いられるモーターなどを飛躍的に小型化できる可能性もある。

近年、電子デバイスの小型化が急速に進み、回路が微細化することで、回路に流れる電流密度(配線材料の単位面積あたりに流す電流値)が高くなっている。国際半導体技術ロードマップ(ITRS)によれば、2015年にはデバイス内の電流密度は銅と金の破断限界を超えるといわれている。

一方で単層カーボンナノチューブ(単層CNT)などの炭素系材料は高い電流容量(配線材料の単位面積あたりの最大に流せる電流値)をもっているが、電気伝導度の点で配線材料としては不十分であり、新たな材料の開発が喫緊の課題であった。

今回、本研究グループは、高い電流容量をもつ単層CNTと、高い電気伝導度をもち、配線材料として広く利用されている銅を用いて、双方の長所を生かした複合材料の開発を行うことに成功した。

今回の成果を要約すると次の3つになる。

  1. 電気めっきを工夫することで、単層CNTの構造体内部まで銅を充填させ、銅と同程度の電気伝導度をもちながら、今までにない電流容量をもつ材料を開発した。
  2. 温度変化による電気伝導度の低下が小さく、227℃での電気伝導度は銅の約2倍になる。
  3. 銅や金より密度が小さいため、デバイスの軽量化が図れる。
CNT銅複合材料作成法の模式図

CNT銅複合材料作成法の模式図

今後は、今回開発された革新的なCNT銅複合材料を用いた配線形状部材の開発を進めるとともに、配線接合や線材形状の作製、コイル化などの技術開発を行っていく。また、それらの量産製造プロセスの開発を行い、この材料の新たな用途開発を進めていく。さらに、2013年10月31日~11月1日に産総研つくばセンターで行われる産総研オープンラボでの実物展示などを通じて、興味をもった企業と連携することで、実用化を目指していく。

カーボンナノチューブは炭素原子のみからなり、直径が0.4~50nm、長さがおよそ1~数10µmの1次元性のナノ材料である。その構造はグラファイト層を丸めてつなぎ合わせたもので、層の数が1枚だけのものを単層カーボンナノチューブ、複数のものを多層カーボンナノチューブと呼ぶ。

【参考】
NEDO - 電流を100倍流せる、カーボンナノチューブと銅の複合材料を開発

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