JP5296731B2 - 電磁波検出装置及び電磁波検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波検出装置及び電磁波検出方法に関し、特にカーボンナノチューブを利用した電磁波検出装置及び、該電磁波検出装置を利用する検出方法に関するものである。

偏波（偏光）方向及び強度は、電磁波の２つの重要な特性である。従来の可視光線の偏光方向の検出方法は、通常的に可視光線の伝播経路に偏光板と目標物を配置する。前記偏光板によって偏光された可視光線は、目標物を照射する。前記偏光板を回転して、目標物に照射する光の輝度変化を観測すると、目標物上の光の輝度が最大の場合、可視光線の偏光方向が前記偏光板の偏光方向と平行になる。目標物上の光の輝度が最小の場合、可視光線の偏光方向が前記偏光板の偏光方向と垂直になる。即ち、従来の可視光線の偏光方向の検出方法においては、目標物上の光の観察により可視光線の偏光方向を判断することができる。同様に、可視光線の輝度変化の観察により、可視光線の強度を判断することができる。

特許文献１を参照すると、１つの電磁波検出装置が開示されている。前記電磁波検出装置は、電磁波センサーと、前記電磁波センサーに接続された２つの電極を含んでいる。一般的に、電磁波の強度を検測するために、入射光は電磁波センサーに照射されて電気信号に変更される。前記電気信号の強度を検測することによって前記電磁波の強度を検測する。

カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は、新型のカーボン材料であり、非常に小さな寸法及び非常に大きな比表面積を有する。カーボンナノチューブは良好な導電性能、良好な化学的安定性、大きなアスペクト比（長さと直径の比）を有し、広い分野で使用され得るので、日本の研究員の飯島澄男よって１９９１年に発見されて（非特許文献１を参照）以来、多くの分野で精力的に研究されている。従来の非配向型のカーボンナノチューブフィルムに基づいた電磁波検出装置（非特許文献２を参照）は、非配向型のカーボンナノチューブフィルムセンサーと、前記非配向型のカーボンナノチューブフィルムセンサーに接続された２つの電極と、を含んでいる。カーボンナノチューブは、異なる波長の電磁波に対してすべて均一の吸収特性を有する。前記非配向型のカーボンナノチューブフィルムセンサーに、異なる波長の電磁波を照射する場合、非配向型のカーボンナノチューブフィルムの抵抗値が異なる。従って、検測するための電磁波を、非配向型のカーボンナノチューブフィルムセンサーに照射して、前記非配向型のカーボンナノチューブフィルムセンサーの抵抗値を測量することによって、前記電磁波の強度を検測することができる。

中国特許出願公開第１０１２７５８６７号明細書

Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ、"Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ"、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年、第３５４巻、ｐ．５６ Ｍｉｋｈａｉｌ Ｅ．Ｉｔｋｉｓ他、"Ｂｏｌｏｍｅｔｒｉｃ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｕｓｏｅｎｄｅｄ ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍｓ"、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００６年、第３１２巻、ｐ．４１２ Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

しかし、前記非配向型のカーボンナノチューブフィルムに基づいた電磁波検出装置は、電磁波の強度しか検測することができず、電磁波の偏波方向を検測することができない。

従って、前記課題を解決するために、本発明は電磁波の偏波方向を検測することができる電磁波検出装置及び電磁波の偏波方向を検測する検出方法を提供する。

本発明の電磁波検出装置は、電磁波センサーと、第一電極と、第二電極と、信号計測装置と、を含む。前記第一電極及び第二電極は所定の距離離れて、それぞれ前記電磁波センサーに電気的に接続される。前記信号計測装置は、それぞれ前記第一電極及び第二電極を介して前記電磁波センサーに電気的に接続される。前記電磁波センサーは、カーボンナノチューブ構造体からなる。前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブからなる。前記複数のカーボンナノチューブは平行に配列され、前記第一電極から前記第二電極までの方向に沿って延伸する。

本発明の電磁波検出装置は、電磁波センサーと、第一電極と、第二電極と、信号計測装置と、を含む。前記第一電極及び第二電極は所定の距離離れて、それぞれ前記電磁波センサーに電気的に接続される。前記信号計測装置は、それぞれ前記第一電極及び第二電極を介して前記電磁波センサーに電気的に接続される。前記電磁波センサーは、カーボンナノチューブ複合体からなる。前記カーボンナノチューブ複合体は、ポリマー材料層及び前記ポリマー材料層に複合化されたカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブのみからなり、前記複数のカーボンナノチューブは平行に配列され、前記第一電極から前記第二電極までの方向に沿って延伸する。

本発明の電磁波検出装置の検出方法は、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、電磁波でカーボンナノチューブ構造体を照射させて、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗を変化させる第二ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を回転して、前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブの長軸方向と電磁波偏波方向とが成す角度を変更させた後、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗を測定し、前記抵抗の変化によって前記電磁波の偏波方向を測定する第三ステップと、を含む。

本発明の電磁波検出装置の検出方法は、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、電磁波を照射しない場合の、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗Ｒ_０を検測する第二ステップと、強度がＩ_ｓである電磁波で前記カーボンナノチューブ構造体を照射した後、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗Ｒ_ｓを検測し、且つ前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗変化率（Ｒ_０−Ｒ_ｓ）／Ｒ_０を計算する第三ステップと、異なる強度を有する電磁波を利用して前記第三ステップを繰り返し行って、前記抵抗変化率と前記電磁波の強度との間の変化の関係を推定する第四ステップと、検測しようとする電磁波でカーボンナノチューブ構造体を照射した後、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗Ｒを検測し、且つ前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗変化率（Ｒ_０−Ｒ）／Ｒ_０を計算して、前記第四ステップから推定された前記抵抗変化値と前記電磁波の強度との間の変化の関係によって、前記検測しようとする電磁波の強度を検測する第五ステップと、を含む。

従来の技術と比べて、本発明の電磁波検出装置及びその検出方法は、以下の優れた点を有する。前記電磁波検出装置の電磁波センサーはカーボンナノチューブ構造体からなり、前記カーボンナノチューブ構造体は、同じの方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含んでいる。従って、前記カーボンナノチューブ構造体を回転することによって前記電磁波の偏波方向とカーボンナノチューブの軸方向とが成す角度を変更させて、前記電磁波の偏波方向を検出することができる。また、その検出方法は簡易である。

本発明実施例１の電磁波検出装置の構造を示す図である。 ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図２中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 超長カーボンナノチューブからなるフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図１の装置の表面内に配向して曲げられたカーボンナノチューブワイヤ構造の概略図である。 非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 真空環境において、本発明実施例１の電磁波検出装置の電磁波センサーが、同じの強度の電磁波に周期的に照射される場合の、前記電磁波センサーの抵抗変化率と応答時間の間の関係を示す図である。 非真空環境において、本発明実施例１の電磁波検出装置の電磁波センサーが、同じの強度の電磁波に周期的に照射される場合の、前記電磁波センサーの抵抗変化率と応答時間の間の関係を示す図である。 図１に示す電磁波検出装置の電磁波の偏波方向の検測方法のフローチャートである。 電磁波の偏波方向とカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向とが成す角度と、カーボンナノチューブ構造体の抵抗の間の関係を示す図である。 本発明実施例２の電磁波検出装置の構造を示す図である。 図１２に示す電磁波検出装置の電磁波センサーの構造を示す図である。 図２中のカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１を参照すると、本発明の電磁波検出装置１０は、電磁波センサー１２と、第一電極１４と、第二電極１６と、を含む。前記第一電極１４及び第二電極１６は所定の距離離れて、それぞれ前記電磁波センサー１２に電気的に接続されている。

前記電磁波センサー１２はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブのみからなり、且つ、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行にしている。前記カーボンナノチューブ構造体は、配向型のカーボンナノチューブ構造体である。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、前記配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体である。自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。前記自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体には、該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されているので、前記カーボンナノチューブ構造体が自身的に特定の形態を維持することができる。自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム、カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの複合物である。

本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図２に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献３を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図１５を参照）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの表面に平行して配列されている。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。電磁波強度だけでなく偏波方向も検出する場合には、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、実質的に０°の角度で交差している（つまり、実質的に互いに平行である）。一方、電磁波強度のみを測定する場合には、０°〜９０°の角度（０°は含まず）で交差していてもよい。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。

前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。

第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献３を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施形態において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献３）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。

本実施形態において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。

本実施形態から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。

（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、ストリップ状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。

図４にプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真を示す。電磁波強度だけでなく偏波方向も検出する場合には、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配置される。一方、電磁波強度のみを測定する場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。

（三）超長カーボンナノチューブからなるフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じの長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に配列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ｎｍ〜１００μｍである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は５μｍ以下である。前記距離が０μｍである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブの少なくとも一種である。さらに、各々の前記カーボンナノチューブに結節がない。

前記超長カーボンナノチューブからなるフィルムの製造方法は、反応容器を備えた成長装置を提供する第一ステップと、一つの表面に触媒層が堆積された第二基板、及び第一基板を前記成長装置の反応容器の中に設置する第二ステップと、カーボンを含むガスを前記成長装置の中に導入して、前記第二基板にカーボンナノチューブを成長させる第三ステップと、前記カーボンを含むガスの導入を止めて、前記カーボンナノチューブの大部分を前記第一基板に付着させる第四ステップと、触媒層を有する新たな第二基板を、前記成長装置の中に設置する第五ステップと、を含む。前記新たな第二基板が、前記カーボンナノチューブが成長された第二基板をクリーンして利用される。

（四）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、５×１０^−５Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、カーボンナノチューブ構造体が一本のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、該カーボンナノチューブワイヤの構造が、表面内に配向して曲げられたものとなることによって、平坦な構造体が形成される。また、カーボンナノチューブワイヤは曲げられた部分同士が互いに実質的に平行になり、隣り合って配置される。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図８を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。

前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。

前記ねじれたカーボンナノチューブワイヤは、大きい機械強度を有するので、前記ねじれたカーボンナノチューブワイヤを採用した電磁波検出装置の、寿命を延長し、且つ安定性を高めることができる。

１つの例として、前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブフィルム及び少なくとも１つのカーボンナノチューブワイヤからなる。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤと同じな方向を沿って平行配列する。

カーボンナノチューブは、世界で最も黒体に近い物質であるので、カーボンナノチューブは異なる波長の電磁波に対して均一の吸収特性を有する。即ち、前記電磁波検出装置は、紫外光線、可視光線、赤外光線などのような異なる波長範囲における電磁波も検出することができる。更に、カーボンナノチューブは、例えばレーザーのような電磁波エネルギーを吸収すると同時に、その自身の温度が上昇するので、前記電磁波検出装置のカーボンナノチューブ構造体の抵抗が変更することができる。従って、前記電磁波検出装置は、マイクロワットからキロワットまでの強度範囲の電磁波を検出することができる。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。従って、カーボンナノチューブ構造体の温度は、電磁波の強度の変更によって、急に変更することができる。カーボンナノチューブ構造体の抵抗は、カーボンナノチューブ構造体の温度変化によって変わる。従って、前記カーボンナノチューブ構造体を含む電磁波検出装置は、電磁波の強度変化を検出することができる。

偏波方向を検出する場合、前記電磁波検出装置１０において、カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブ又はカーボンナノチューブワイヤが、同じ方向を沿って平行に配列するので、電磁波がカーボンナノチューブ構造体で選択的に吸収される。即ち、前記電磁波検出装置１０に電磁波を入力する場合、偏波方向が前記カーボンナノチューブ／カーボンナノチューブワイヤの長軸方向に平行する電磁波は、前記カーボンナノチューブ構造体で吸収され、偏波方向が前記カーボンナノチューブ／カーボンナノチューブワイヤの長軸方向に垂直する電磁波は、前記カーボンナノチューブ構造体を透過することができる。

１つの例として、電磁波が偏波した電磁波である場合、電磁波の偏波方向が前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向に平行になる時、前記カーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が最大である。逆に、電磁波の偏波方向が前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向に垂直になる時、前記カーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が最小である。前記カーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が高くなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の温度が高くなり、その抵抗が小さくなる。逆に、前記カーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が低くなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の温度が低くなり、その抵抗が大きくなる。従って、前記電磁波検出装置は、電磁波の強度を検出するだけでなく、電磁波の偏波方向を検出することもできる。

本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体は平板型であり、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は１ｍｍより厚くなると、前記カーボンナノチューブ構造体と周囲の気体媒質との熱交換効率は低くなり、前記カーボンナノチューブ構造体を含む電磁波検出装置の安定性と検出感度に影響を与える。前記カーボンナノチューブ構造体は０．５ｎｍより薄くなると、前記カーボンナノチューブ構造体の機械強度が低くなり、電磁波を検測する過程で前記カーボンナノチューブ構造体が容易に破損され、前記電磁波検出装置の使用寿命が短くなる。

前記第一電極１４と第二電極１６は、それぞれ導電のフィルム、金属チップ又は金属ワイヤーである。本実施例において、前記第一電極１４と第二電極１６は、それぞれ導電フィルムであり、その厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記導電フィルムの材料は、金属、合金、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、アンチモン酸化スズ（ＡＴＯ）、亜鉛酸化アルミニウム（ＺＡＯ）、導電銀ペースト又は導電ポリマーである。前記金属又は合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、銀、ネオジム、パラジウム及びセシウムなどの一種又は数種の合金である。本実施例において、前記第一電極１４と第二電極１６は、銅からなり、且つ間隔をおいて前記カーボンナノチューブ構造体の１つの表面に配置されている。ここで、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、前記第一電極１４から前記第二電極１６までの方向に沿って伸展させる。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積を有し、分子間力の作用で、前記カーボンナノチューブ構造体が自身で良好な接着性を有するので、前記第一電極１４及び第二電極１６は、前記カーボンナノチューブ構造体に直接的に接着することができ、且つ良好な電接続性を有する。又は、前記第一電極１４又は第二電極１６と前記カーボンナノチューブ構造体との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。

もう一つの例として、前記電磁波検出装置１０は、更に前記カーボンナノチューブ構造体を支持するための支持体１７を含んでいる。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記支持体１７の一つ表面に設置され、即ち前記カーボンナノチューブ構造体は、前記支持体１７の少なくとも一部に付着している。前記支持体１７は、ダイヤモンド、ガラス、石英のような熱伝導率が低い材料からなる。

さらに、電磁波の偏波方向及び強度を検出するために、前記電磁波検出装置１０にオン／オフ制御回路を設置することができる。前記オン／オフ制御回路は、更に信号計測装置１８を含む。前記信号計測装置１８は、それぞれ前記第一電極１４及び第二電極１６と電気的に接続される。前記信号計測装置１８は、電流計測装置（例えば電流計）又は電圧計測装置（例えば電圧計）である。本実施例において、前記信号計測装置１８は、電流計測装置である。

前記電磁波検出装置１０を利用して電磁波の強度を検出する方法は、電磁波を照射しない場合、電磁波センサー１２（即ち、カーボンナノチューブ構造体）の抵抗Ｒ_０を検測するステップ（ａ）と、強度がＩ_ｓである電磁波で前記電磁波センサー１２を照射した後、前記信号計測装置１８によって前記電磁波センサー１２の抵抗Ｒ_ｓを検測し、且つ前記電磁波センサー１２の抵抗変化率（Ｒ_０−Ｒ_ｓ）／Ｒ_０を計算するステップ（ｂ）と、異なる強度を有する電磁波を利用して前記ステップ（ｂ）を繰り返して、前記抵抗変化率と前記電磁波の強度との間の変化の関係を推定するステップ（ｃ）と、検測しようとする電磁波で電磁波センサー１２を照射した後、前記信号計測装置１８によって前記電磁波センサー１２の抵抗Ｒを検測し、且つ前記電磁波センサー１２の抵抗変化率（Ｒ_０−Ｒ）／Ｒ_０を計算して、前記ステップ（ｃ）から推定された前記抵抗変化値と前記電磁波の強度との間の変化の関係によって、前記検測しようとする電磁波の強度Ｉを検測するステップ（ｄ）と、を含む。

図９及び図１０は、真空又は非真空環境において、同じ強度を有する電磁波で、周期的に１つのカーボンナノチューブフィルムからなる前記電磁波センサー１２を照射する場合の、前記電磁波センサー１２の抵抗変化率と応答時間の関係を示す図である。ここで、Ｒ_ｄａｒｋは前記電磁波センサー１２が電磁波で照射されない場合の抵抗値である。Ｒ_ＩＲは前記電磁波センサー１２が電磁波で照射された場合の抵抗値である。前記図９及び図１０において、横座標軸は時間を表わし、縦座標軸は抵抗変化率である（Ｒ_ｄａｒｋ−Ｒ_ＩＲ）／Ｒ_ｄａｒｋを表わす。前記図９及び図１０に示すように、各々の周期（ここで、１つの周期とは、前記電磁波センサー１２が電磁波で連続的に照射される期間である）の始め及び終わりの瞬間に、前記電磁波センサー１２の応答速度がより速く、応答時間は、１５ｍｓ〜５０ｍｓである。更に、前記電磁波センサー１２の応答速度は、真空環境において非真空環境始よりも速い。

図１１を参照すると、前記電磁波検出装置１０によって電磁波の偏波方向を検測する方法は、前記電磁波検出装置１０を提供するステップ（１）と、検測しようとする偏波方向を有する電磁波で電磁波センサー１２を照射して、前記電磁波センサー１２の抵抗を変化させるステップ（２）と、前記電磁波センサー１２を回転して、前記電磁波センサー１２のカーボンナノチューブの長軸方向と電磁波偏波方向とが成す角度を変更させた後に、前記電磁波センサー１２の抵抗を測定し、前記抵抗の変化によって前記電磁波の偏波方向を測定するステップ（３）と、を含む。

前記ステップ（２）では、前記検測しようとする偏波方向を有する電磁波で、前記電磁波センサー１２を照射する場合、前記検測しようとする偏波方向を有する電磁波は、前記電磁波センサー１２におけるカーボンナノチューブと垂直な方向に沿って、前記電磁波センサー１２の表面を照射する。前記電磁波の偏波方向が、前記電磁波センサー１２におけるカーボンナノチューブの長軸方向と平行になる場合、前記電磁波センサー１２におけるカーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が最大となる。前記電磁波の偏波方向が、前記電磁波センサー１２におけるカーボンナノチューブの長軸方向と垂直になる場合、前記電磁波センサー１２におけるカーボンナノチューブ構造体が電磁波を吸収する効率が最小である。電磁波に対して前記カーボンナノチューブ構造体の吸収効率が異なるによって、前記カーボンナノチューブ構造体自身の抵抗の変化も異なる。即ち、前記電磁波の偏波方向と前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向とが成す角度を変更させると、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗を変更させることができる。

図１２は、前記電磁波の偏波方向と前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向とが成す角度と、カーボンナノチューブ構造体の抵抗と、の間の関係を示す図である。前記電磁波の偏波方向を測量する過程には、前記電磁波の偏波方向が、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向とが９０度の角度を成す場合、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗値が最大となる。前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗の最大値が、図９の９０度及び２７０度の目盛りにおける抵抗値を示す点である。前記電磁波の偏波方向を測量する過程において、前記電磁波の偏波方向と、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの長軸方向とが０度の角度を成す場合、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗値が最小となる。前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗の最小値が、図９の０度及び１８０度の目盛りにおける抵抗値を示す点である。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体の抵抗値が最大である場合、前記電磁波の偏波方向とカーボンナノチューブの長軸方向と形成された角度が９０度であると推定できる。従って、前記電磁波検出装置１０の電磁波センサー１２を回転する過程において、前記信号計測装置１８によって検測した抵抗値が最大である場合、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向から前記電磁波の偏波方向を推定することができる。

（実施例２）
図１３を参照すると、本実施例の電磁波検出装置２０は、電磁波センサー２２と、第一電極２４と、第二電極２６と、を含む。前記第一電極２４及び第二電極２６は所定の距離離れて、それぞれ前記電磁波センサー２２に電気的に接続されている。前記電磁波検出装置２０は、更に支持体２７及び信号計測装置２８を備える。前記支持体２７は、前記電磁波センサー２２を支持するために用いられる。前記信号計測装置２８は、それぞれ前記第一電極１４及び第二電極１６によって、前記電磁波センサー２２に電気的に接続される。

本実施例に係る電磁波検出装置２０の構造は、実施例１に係る電磁波検出装置１０と比べて、次点が異なる。本実施例の電磁波センサー２２は、カーボンナノチューブ複合体からなる。図１４を参照すると、前記カーボンナノチューブ複合体からなる電磁波センサー２２は、ポリマー材料層２２２及び前記ポリマー材料層２２２に複合化されたカーボンナノチューブ構造体２２４を含む。前記カーボンナノチューブ構造体２２４は、実施例１に掲示されたカーボンナノチューブ構造体と同じである。前記カーボンナノチューブ構造体２２４は、複数のカーボンナノチューブからなるので、前記カーボンナノチューブ構造体２２４に複数の微孔が形成されている。前記ポリマー材料層２２２はポリマー材料からなるので、該ポリマー材料の少なくとも一部が前記カーボンナノチューブ構造体２２４の微孔に浸透している。前記ポリマー材料層２２２は、光透過性の有機ポリマー材料からなる。前記有機ポリマーは、ポリメタクリル酸、ポリカーボネート、アクリル酸エチル又はブチル・アクリル酸塩である。

前記カーボンナノチューブ複合体の製造方法には、以下の二種の方法がある。一種の方法では、前記カーボンナノチューブ構造体２２４を有機溶液に浸漬されて固化させる。もう一種の方法では、前記カーボンナノチューブ構造体２２４の対向する２つの表面を有機溶液で覆って固化させる。

前記ポリマー材料層２２２を利用することにより、前記カーボンナノチューブ構造体２２４の機械強度を高めることができるので、前記電磁波検出装置２０の応用範囲が拡大する。

前記電磁波検出装置２０を利用して電磁波の強度及び偏波方向を検出する方法は、実施例１に係る電磁波検出装置１０を利用して電磁波の強度及び偏波方向を検出する方法と同じである。

１０、２０ 電磁波検出装置
１２、２２ 電磁波センサー
１４、２４ 第一電極
１６、２６ 第二電極
１７、２７ 支持体
１８、２８ 信号計測装置
２２２ ポリマー材料層
２２４ カーボンナノチューブ構造体
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ

Claims (1)

1. 一つの回転可能な電磁波センサーと、第一電極と、第二電極と、信号計測装置と、を含む電磁波検出装置であって、
   前記第一電極及び第二電極は所定の距離離れて、それぞれ前記電磁波センサーに電気的に接続され、
   前記信号計測装置は、それぞれ前記第一電極及び第二電極を介して前記電磁波センサーに電気的に接続され、
   前記電磁波センサーは、カーボンナノチューブ構造体からなり、
   前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブのみからなり、
   前記複数のカーボンナノチューブは平行に配列され、前記第一電極から前記第二電極までの方向に沿って分子間力で端と端が接続されて延伸しており、
   前記信号計測装置が、前記電磁波センサーを回転させながら前記電磁波センサーの抵抗を計測することにより電磁波の強度および偏波方向を検出することを特徴とする電磁波検出装置。