CN112236381A - 施加微米直径的纱线 - Google Patents

Abstract

描述了将纳米纤维和由纳米纤维组成的纱线放置到基底上。所述纳米纤维纱线鉴于直径可小至5微米或甚至小于1微米而难以精确操纵。如本文所述，描述了一种放置系统，所述放置系统可以小于100μm、小于50μm、小于10μm以及在一些实施方案中低至2μm的节距将纳米纤维纱线放置在基底上。部分地说，通过使用粗调转换器和精调转换器以及连接到柔顺法兰的引导件促进这种以小节距进行的精确放置。所述柔顺法兰和所述引导件促进纳米纤维纱线的位置的一致性。

Description

施加微米直径的纱线

技术领域

本公开总体涉及将纱线施加到表面。具体地，本公开涉及用于将微米直径的纱线施加到表面的系统和方法。

背景技术

已知纳米纤维具有不同寻常的机械、光学和电子性质。然而，尽管纳米纤维具有不同寻常的性质，但其尚未被集成到许多可商购获得的产品中。纳米纤维纱线是纳米纤维的一种形式，其可能由于能够通过在纳米纤维纱线内包括除纳米纤维本身之外的材料和纤维来调节纱线性质而具有商业吸引力。

发明内容

实施例1是一种用于将纳米纤维纱线施加到基底的方法，所述方法包括：使纳米纤维纱线的前端穿过限定通道的引导件，所述引导件接近基底；将所述纳米纤维纱线的所述前端与所述基底连接；以及向所述纳米纤维纱线施加张力，所述张力致使所述纳米纤维纱线的一部分与所述引导件的边缘相适应，所述通道响应于所述纳米纤维纱线上所施加的张力而限制所述纳米纤维纱线的移动。

实施例2包括如实施例1所述的主题，其中所述张力为从0.1毫牛顿(mN)至10mN。

实施例3包括如实施例1或实施例2中任一项所述的主题，其中施加所述张力包括：旋转圆柱形基底，以便以第一速率拉动所述纱线通过所述通道。

实施例4包括如实施例3所述的主题，其中施加所述张力还包括：以不同于所述第一速率的第二速率提供所述纳米纤维纱线，所述第一速率与所述第二速率之间的差致使所述张力施加到所述纳米纤维纱线。

实施例5包括如前述实施例中任一项所述的主题，其还包括：将柔顺法兰放置成与所述基底接触，所述柔顺法兰附接到所述引导件并且提供用于在所述引导件与所述基底之间的相对移动期间保持所述引导件与所述基底之间的均匀距离的弹性力。

实施例6包括如前述实施例中任一项所述的主题，其还包括：引起所述引导件与所述基底之间的相对移动，以用于致使一定长度的纳米纤维纱线附接到所述基底。

实施例7包括如实施例6所述的主题，其中引起所述引导件与所述基底之间的所述相对移动包括旋转所述基底。

实施例8包括如实施例6所述的主题，其中引起所述引导件与所述基底之间的所述相对移动包括使所述基底与所述引导件相对于彼此横向平移。

实施例9包括如前述实施例中任一项所述的主题，其还包括：将所述纳米纤维纱线的第一部分施加到所述基底；以及以小于10微米的节距接近所述纳米纤维纱线的所述第一部分将所述纳米纤维纱线的第二部分施加到所述基底。

实施例10包括如实施例9所述的主题，其中所述节距为大约2μm。

实施例11包括如实施例10所述的主题，其中所述第一部分和所述第二部分彼此不连续。

实施例12包括如前述实施例中任一项所述的主题，其中所述纳米纤维纱线具有小于5微米的直径。

实施例13包括如前述实施例中任一项所述的主题，其中所述纳米纤维纱线是多股纱线。

实施例14是一种纳米纤维纱线放置系统，其包括：纱线分配器组件；以及放置组件，所述放置组件包括：柔顺法兰；以及引导件，所述引导件连接到所述柔顺法兰，所述引导件限定通道，所述通道包括至少一个内表面和由所述至少一个内表面限定的至少一个拐角。

实施例15包括如实施例14所述的主题，其中所述柔顺法兰连接到所述放置组件。

实施例16包括如实施例14所述的主题，其还包括至少设置在所述纱线分配器组件内的纳米纤维纱线。

实施例17包括如实施例14-16中任一项所述的主题，其还包括基底。

实施例18包括如实施例17所述的主题，其中所述基底包括粘合剂表面。

实施例19包括如实施例17所述的主题，其中所述基底包括热塑性塑料。

实施例20包括如实施例17所述的主题，其中所述基底还包括可移除的表面。

实施例21包括如实施例17所述的主题，其中所述柔顺法兰与所述基底接触。

实施例22包括如实施例14-21中任一项所述的主题，其中所述引导件的所述至少一个内表面包括第一内表面和第二内表面，所述第一内表面和所述第二内表面以30°至90°的角度在第一拐角处相交，如在距离两个相邻表面上的所述拐角至少0.1mm处测量的。

附图说明

图1示出了一个实施方案中的基底上的示例性纳米纤维森林结构。

图2是一个实施方案中的用于生长纳米纤维的反应器的示意图。

图3是一个实施方案中的纳米纤维片材的图示，其识别了片材的相对尺寸，并且示意性地示出了在平行于片材的表面的平面中端到端对齐的片材内的纳米纤维。

图4A是一个实施方案中的从纳米纤维森林结构横向拉制的纳米纤维片材的图像，该纳米纤维如图4示意性所示地从端到端地对齐。

图4B是一个实施方案中的包括已加捻并卷绕的碳纳米纤维的单股纳米纤维纱线的图像。

图5A和图5B分别示出了一个实施方案中的高正确度纳米纤维纱线施加系统的平面图和正视图。

图6是一个实施方案中的在图5A和图5B中描绘的纳米纤维纱线施加系统的一些实施方案中使用的纱线分配器的图示。

图7是一个实施方案中的纳米纤维纱线施加系统的放置组件的正视图。

图8是一个实施方案中的图7所示的放置组件的侧视图。

图9A、图9B和图9C示出了一个实施方案中的在纱线施加系统的放置组件中使用的引导件的各种构型。

图10是一个实施方案中的示出了用于使用纱线施加系统的示例性方法的方法流程图。

这些附图仅出于说明的目的描绘了本公开的各种实施方案。从下面的详细讨论中，许多变型、配置和其他实施方案将是显而易见。此外，将了解，附图不一定按比例绘制或旨在将所描述的实施方案限于所示的具体配置。例如，虽然一些附图通常指示直线、直角和光滑的表面，但是所公开技术的实际实现方式可能具有不够完美的直线和直角，并且鉴于现实世界的制造工艺限制，一些特征可能具有表面形貌或以其他方式不光滑。简而言之，提供附图仅仅是为了示出示例性结构。

具体实施方式

综述

纳米纤维和纳米纤维纱线的操纵可具有挑战性。纳米纤维可具有数十纳米的直径。纳米纤维纱线(无论是单股还是多股)可具有小至几微米(μm)的直径(或在纱线长度上的平均直径)，并且具有超过一公里(km)的长度。这些相对小的直径使得难以看到纳米纤维纱线，并且更加难以在物理上抓握和操纵纳米纤维纱线。鉴于以数米或数公里的长纳米纤维或纱线存在的另外的材料，长纳米纤维和纳米纤维纱线使操纵更加复杂。在一束任何长度(并且尤其是较长长度)的纳米纤维或纳米纤维纱线上保持有序的组织是至关重要的：一旦缠结，几乎不可能解开纳米纤维和纳米纤维纱线。

存在关于纳米纤维和纳米纤维纱线的操纵的其他挑战。例如，由于纳米纤维和纳米纤维纱线的密度非常低，因此它们(无论其总长度如何)很容易通过与由以下产生的空气流一样细微的空气流移动：办公室通风系统的运行；设置纳米纤维纱线的房间的门的打开；或者距离纳米纤维纱线一米远的人员的呼吸。由于许多纳米纤维纱线每单位长度的价格比纺织制造中使用的更传统的纤维纱线(例如，棉、人造丝、尼龙、亚麻)以及结构应用的缆线中使用的许多材料(例如，钢丝和缆线)贵得多，因此存在与(例如，由缠结造成的)浪费相关联的较高财务成本。

尽管存在这些挑战，但由于纳米纤维和纳米纤维纱线具有令人信服的机械、化学、热和电气性质，因此人们仍然对在产品和制造过程中使用纳米纤维和纳米纤维纱线很感兴趣。此外，纳米纤维纱线在基底上放置的精度越高，并且基底上的相邻纱线之间的最小中心距(在本文中称为“节距”)越小，可施加纳米纤维纱线的技术应用越多。

鉴于此，本公开的实施方案包括用于将具有数十微米、小于五微米、或甚至小于一微米的直径的纳米纤维以及由纳米纤维组成的纱线(为了简洁起见，两者均将称为“纳米纤维纱线”)放置到基底上的技术。在一些实施方案中，这些纳米纤维纱线(甚至那些直径小于一微米的纱线)可以小于100μm、小于50μm、小于10μm并且在一些实施方案中小于或等于2μm的节距放置在基底上。

在一些实施方案中，高精度纳米纤维纱线放置系统包括纳米纤维纱线分配器、放置组件和将纳米纤维纱线放置到其上的任选基底。用于放置的技术和放置系统的实施方案都在下文更详细地描述。然而，在描述这些实施方案之前，下面是对碳纳米纤维、碳纳米纤维片材和碳纳米纤维纱线的描述，其实施方案在图1至图4B中进行描绘。

碳纳米纤维和碳纳米纤维片材的性质

如本文所用，术语“纳米纤维”意指具有小于1μm的直径的纤维。尽管本文的实施方案主要描述为由碳纳米管制成，但是应当理解，其他碳同素异形体(无论是石墨烯、微米级石墨纤维和/或板还是纳米级石墨纤维和/或板、以及甚至是纳米级纤维的其他成分(诸如氮化硼))可用于使用以下描述的技术来制造纳米纤维片材。如本文所用，术语“纳米纤维”和“碳纳米管”涵盖单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，其中碳原子连接在一起以形成圆柱形结构。在一些实施方案中，本文所引用的碳纳米管具有4个与10个之间的壁。如本文所用，“纳米纤维片材”或简称为“片材”是指纳米纤维的片材，所述片材通过拉制成型过程(如PCT公布号WO 2007/015710中所述，并且通过引用整体并入本文)对齐，使得片材的纳米纤维的纵向轴线平行于片材的主表面而不是垂直于片材的主表面(即，呈片材的沉积态形式，通常称为“森林结构”)。

碳纳米管的尺寸可以根据例如壁的数量和所使用的生产方法而有很大变化。例如，碳纳米管的直径可以为0.4nm至100nm，并且它的长度可以从10μm至大于55.5cm不等。因此，碳纳米管可以具有非常高的纵横比(长度与直径之比)，其中一些纵横比高达132,000,000:1或更高。鉴于广泛的尺寸可能性，碳纳米管的性质是高度可调节的或可调整的。尽管已识别碳纳米管的许多吸引人的性质，但在实际应用中利用碳纳米管的性质需要可扩展且可控制的生产方法，所述生产方法允许保持或增强碳纳米管的特征。

由于其独特的结构，碳纳米管具有特定的机械、电气、化学、热和光学性质，这些性质使其非常适合于某些应用。特别地，碳纳米管表现出优异的导电性、高机械强度、良好的热稳定性并且还是疏水的。除了这些性质，碳纳米管还可以表现出有用的光学性质。例如，碳纳米管可用于发光二极管(LED)和光检测器中，以发射或检测波长经严格选择的光。碳纳米管还可证明对光子输运和/或声子输运有用。

纳米纤维森林结构

根据本主题公开的各种实施方案，纳米纤维(包括但不限于碳纳米管)可以各种构型(包括以在本文中称为“森林结构”的构型)来布置。如本文所用，纳米纤维或碳纳米管的“森林结构”是指具有近似相等尺寸的纳米纤维的阵列，所述纳米纤维在基底上基本上彼此平行地布置。图1示出了基底上的示例性纳米纤维森林结构。基底可以是任何形状，但是在一些实施方案中，基底具有在其上集成森林结构的平坦表面。如在图1中可以看出，森林结构中的纳米纤维的高度和/或直径可以近似相等。

如本文公开的纳米纤维森林结构可以是相对密集的。具体地，所公开的纳米纤维森林结构可以具有至少10亿纳米纤维/cm²的密度。在一些具体实施方案中，本文所述的纳米纤维森林结构可具有在100亿/cm²与300亿/cm²之间的密度。在其他实例中，本文所述的纳米纤维森林结构可具有在900亿纳米纤维/cm²的范围内的密度。森林结构可包括高密度或低密度的区域，并且特定区域可能没有纳米纤维。森林结构内的纳米纤维也可能表现出纤维间的连接性。例如，纳米纤维森林结构内的邻近的纳米纤维可通过范德华力彼此吸引。

用于产生纳米纤维森林结构的示例性方法

根据本公开，可以使用各种方法来生产纳米纤维森林结构。例如，在一些实施方案中，纳米纤维可以在高温炉中生长。在一些实施方案中，催化剂可沉积在基底上、放置在反应器中，并且然后可暴露于供应到反应器的燃料化合物。基底可以承受的温度在800℃以上至1000℃，并且可以是惰性材料。基底可以包括设置在下面的硅(Si)晶圆上的不锈钢或铝，但是可以使用其他陶瓷基底代替硅晶圆(例如，氧化铝、氧化锆、SiO2、玻璃陶瓷)。在森林结构的纳米纤维是碳纳米管的实例中，可以使用基于碳的化合物(诸如乙炔)作为燃料化合物。在被引入到反应器之后，一个或多个燃料化合物然后可以开始在催化剂上积聚并且可以通过从基底向上生长而集成以形成纳米纤维森林结构。

在图2中示出了用于纳米纤维生长的示例性反应器的图。如在图2中可以看出，反应器可以包括加热区，在加热区中可以安置基底以促进纳米纤维森林结构的生长。反应器还可以包括可将一个或多个燃料化合物和运载气体供应到反应器的气体入口和可从反应器释放所消耗的燃料化合物和运载气体的气体出口。运载气体的实例包括氢气、氩气和氦气。这些气体(特别是氢气)也可以引入到反应器，以促进纳米纤维森林结构的生长。另外，可以将要掺入到纳米纤维中的掺杂剂添加到气体流。在纳米纤维森林结构的沉积期间添加掺杂剂的示例性方法在PCT公布号WO 2007/015710的第287段等其他位置处进行了描述，并且通过引用并入本文。向森林结构掺杂或提供添加剂的其他示例性方法包括表面涂覆、掺杂剂注入或其他沉积和/或原位反应(例如，等离子体诱导的反应、气相反应、溅射、化学气相沉积)。示例性添加剂包括聚合物(例如，聚(乙烯醇)、聚(亞苯基四邻苯二酰胺)型树脂，聚(对亚苯基苯并二噁唑)、聚丙烯腈、聚(苯乙烯)、聚(醚醚酮)和聚(乙烯吡咯烷酮)、或其衍生物和混合物、元素或化合物气体(例如，氟气)、金刚石、钯和钯合金等。

可以改变纳米纤维生长期间的反应条件，以调节所得纳米纤维森林结构的性质。例如，可以根据需要调节催化剂的粒径、反应温度、气体流速和/或反应时间以产生具有期望规格的纳米纤维森林结构。在一些实施方案中，控制催化剂在基底上的位置以形成具有期望图案的纳米纤维森林结构。例如，在一些实施方案中，将催化剂以某一图案沉积在基底上，并且类似地图案化从图案化的催化剂生长的所得森林结构。示例性催化剂包括具有氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)的缓冲层的铁。可使用化学气相沉积(CVD)、压力辅助化学气相沉积(PCVD)、电子束(eBeam)沉积、溅射、原子层沉积(ALD)、激光辅助CVD、等离子体增强CVD、热蒸发、各种电化学方法等将这些沉积在基底上。

在形成以后，可以任选地修改纳米纤维森林结构。例如，在一些实施方案中，纳米纤维森林结构可以暴露于处理剂(诸如氧化剂或还原剂)。在一些实施方案中，森林结构的纳米纤维可以任选地通过处理剂进行化学功能化。可以通过任何合适的方法将处理剂引入到纳米纤维森林结构，所述方法包括但不限于化学气相沉积(CVD)或以上提出的任何其他技术和添加剂/掺杂剂。在一些实施方案中，可以修改纳米纤维森林结构以形成图案化的森林结构。例如，可以通过从森林结构中选择性移除纳米纤维来完成森林结构的图案化。可以通过化学或物理手段实现移除。

纳米纤维片材

除了以森林结构构型进行布置之外，本申请的纳米纤维还可以片材构型进行布置。如本文所用，术语“纳米纤维片材”、“纳米管片材”或简称为“片材”是指纳米纤维的布置，其中纳米纤维在平面中端到端对齐。在一些实施方案中，片材的长度和/或宽度是片材的厚度的100倍以上。在一些实施方案中，长度、宽度或两者均为片材的平均厚度的10³、10⁶或10⁹倍以上。纳米纤维片材可以具有例如介于大约5nm与30μm之间的厚度以及适合于预期应用的任何长度和宽度。在一些实施方案中，纳米纤维片材可以具有介于1cm与10m之间的长度和介于1cm与1m之间的宽度。提供这些长度仅仅是为了进行说明。纳米纤维片材的长度和宽度受制造设备的配置限制，而不受任何纳米管、森林结构或纳米纤维片材的物理或化学性质限制。例如，连续过程可以产生任何长度的片材。这些片材可以在其产生时缠绕到卷上。

在图3中示出示例性纳米纤维片材的图示，其中示出了相对尺寸。如在图3中可以看出，将纳米纤维端到端对齐的轴线称为纳米纤维对齐方向。在一些实施方案中，纳米纤维对齐方向可以在整个纳米纤维片材中是连续的。纳米纤维不一定彼此完全平行，并且应当理解，纳米纤维对齐方向是纳米纤维对齐方向的平均或一般量度。

纳米纤维片材可以在彼此之上堆叠以形成多层片材叠堆。可以堆叠纳米纤维片材以具有相同的纳米纤维对齐方向或具有不同的纳米纤维对齐方向。可以将任何数量的纳米纤维片材堆叠在彼此之上，以形成多层纳米纤维片材叠堆。例如，在一些实施方案中，纳米纤维片材叠堆可包括2个、3个、4个、5个、10个或更多个单个纳米纤维片材。叠堆中的邻接的片材上的纳米纤维对齐方向可以相差小于1°、小于5°或小于10°。在其他实施方案中，邻接或交织的片材上的纳米纤维对齐方向可以相差超过40°、超过45°、超过60°、超过80°或超过85°。在具体实施方案中，邻接或交织的片材上的纳米纤维对齐方向可以是90°。多层片材叠堆可在单个非纤维片材之间包括其他材料，诸如聚合物、金属和粘合剂。

可以使用能够产生片材的任何类型的合适方法来集成纳米纤维片材。在一些示例性实施方案中，可以从纳米纤维森林结构拉制纳米纤维片材。在图4A中示出了从纳米纤维森林结构拉制纳米纤维片材的实例。

如在图4A中可以看出，可以从森林结构横向拉制纳米纤维，并且然后将其端到端对齐以形成纳米纤维片材。在从纳米纤维森林结构拉制纳米纤维片材的实施方案中，可以控制森林结构的尺寸以形成具有特定尺寸的纳米纤维片材。例如，纳米纤维片材的宽度可以大约等于从其拉制片材的纳米纤维森林结构的宽度。另外，可以例如通过在已实现期望的片材长度时结束拉制过程来控制片材的长度。

纳米纤维片材具有许多可用于各种应用的性质。例如，纳米纤维片材可以具有可调整的不透明度、高机械强度和柔性、导热性和导电性，并且还可以表现出疏水性。考虑到片材内纳米纤维的高对齐度，纳米纤维片材可能极其薄。在一些实例中，纳米纤维片材的厚度大约近似10nm(如在正常测量公差内测量的)，使其几乎呈二维的。在其他实例中，纳米纤维片材的厚度可以高达200nm或300nm。这样，纳米纤维片材可以向部件增加最小的附加厚度。

如同纳米纤维森林结构一样，纳米纤维片材中的纳米纤维可通过将化学基团或元素添加到片材的纳米纤维的表面而通过处理剂进行功能化，并提供与单独的纳米纤维不同的化学活性。纳米纤维片材的功能化可以在先前功能化的纳米纤维上执行或者可以在先前未功能化的纳米纤维上执行。可以使用本文描述的任何技术来执行功能化，所述技术包括但不限于CVD以及各种掺杂技术。

如本文所公开的，在金属化和/或聚合物渗透之前，纳米纤维片材还可以具有高纯度，其中在一些情况下，超过90％、超过95％或超过99％的重量百分比的纳米纤维片材可归因于纳米纤维。类似地，纳米纤维片材可以包括超过90％、超过95％、超过99％或超过99.9％的重量的碳。

纳米纤维纱线

从森林结构拉制的纳米纤维可以通过“真捻”技术或“假捻”技术纺成单股纱线。在“真捻”技术中，将纤维集合的第一端固定，并且相对于固定的第一端纤维加捻相反的第二端。在“假捻”技术中，在纳米纤维集合的第一端与第二端之间施加加捻。尽管不希望受理论的束缚，但据信在假捻技术中施加到纳米纤维的压缩和加捻使纳米纤维通过范德华力彼此结合，这有助于保持所施加的加捻。在一个实例中，可通过以相对于环旋转方向大于0°且小于180°的角度在旋转的环或带上传递纳米纤维集合(例如，纳米纤维片材)来施加假捻。在一些实例中，环或带用以下材料制成：所述材料相对于纳米纤维束具有足以对纳米纤维进行加捻的摩擦系数，并且具有低得足以抵抗污染物的积聚的表面能。在一个实施方案中，环或带由硅橡胶制成。纳米纤维纱线的假捻纺纱技术在国际申请号PCT/US2017/066665中有所描述，其通过引用整体并入本文。在图4B中出现了已进行加捻以便包括经加捻的纳米纤维的单股纳米纤维纱线的一个实例，所述经加捻的纳米纤维继而进行卷绕。

在一些实施方案中，可将根据上述技术制造的多个单股纳米纤维纱线堆积在一起以形成多股纱线。在这些实例中，将两个或更多个纳米纤维纱线(包括经加捻的纳米纤维、经卷曲的纳米纤维或两者)堆积在一起(例如，通过真捻、假捻或一些其他合股技术)。在一些实施方案中，纳米纤维纱线(无论是单股、多股、经加捻的、未经加捻的、经卷绕的以及它们的组合)可包括纳米或微米颗粒。这些材料的实例可以包括但不限于银纳米颗粒(包括纳米线)、石墨烯和/或TiO₂。此外，可用多种聚合物或低聚物(通常使用稍后去除的溶剂)或可作为溶液或悬浮液(可去除的溶剂/载体)渗透到纱线中的其他物种中的任一者渗透纱线。

高准确度纳米纤维纱线施加系统

如上所述，本文描述了高准确度纳米纤维纱线施加系统的实施方案。在这些实施方案中的一些实施方案中，施加系统可以通过将直径小于100μm、小于10μm、小于5μm以及甚至小于1μm的纳米纤维纱线以低至大约2μm(+/-10％)的节距放置在基底上来操纵所述纳米纤维纱线。图5A和图5B分别描绘了纳米纤维纱线施加系统500的一个实施方案的平面图和侧视图。同时参考图5A和图5B将促进说明。

施加系统500在高层面上包括三个子系统。这三个子系统包括纱线分配器组件504、放置组件508和基底512。这些元件中的每个元件继而在下文进行描述。纳米纤维纱线502在整个图5A和5B描绘的系统中运行，但是其本身不被视为系统的元件。

在所示的实施方案中，纱线分配器组件504包括基部516(仅在图5B中示出)、粗调转换器520(为方便起见，也称为“第一转换器”)、纱线分配器524、任选的导管530以及电极532A和532B(仅在图5A中示出)。

基部516提供了可以在其上连接纱线分配器组件504和放置组件508的结构。基部516的实例包括桌子、工作台或其他类似结构。

粗调转换器520(其中一些元件固定地连接到基部516)可包括使纱线施加系统500的其他元件(例如，纱线分配器524、任选的导管530、电极532A、532B和/或放置组件508等)在例如在图5A中通过与粗调转换器520相关联的箭头指示的方向上来回移动的螺旋式或伺服式机构。将了解的是，可以使用其他类型的机构来使施加系统500的各种元件在所指示的方向上来回移动。不管机构的类型如何，粗调转换器520使纱线分配器组件504和放置组件508的各种其他元件在十分之几秒、毫秒或微秒的时间标度内移动数米和/或数厘米的距离标度。这继而促进以期望的位置以及期望的图案将纳米纤维纱线放置在基底512上。

纱线分配器组件504的纱线分配器524包括纳米纤维纱线502的线轴526。纱线分配器524使得围绕线轴526缠绕的纳米纤维纱线502的长度能够以低缠结或损坏风险被存储，而与此同时使得能够将纳米纤维纱线502受控提供和施加到基底512。在一个实例中，纱线分配器524可以是简单的圆柱形线轴526，围绕所述圆柱形线轴设置纳米纤维纱线502。在另一个实例中，纱线分配器524包括电机(或其他类似机构)，其致使圆柱形线轴526旋转，从而有助于将纳米纤维纱线502提供到基底512。在一个实例中，以0.5米(m)/分(min)至10m/min的速率分配纳米纤维纱线502。如下所述，可以选择从纱线分配器524分配纱线的速率和将纱线附接(或粘附)到基底512的速率，使得将0.01毫牛顿(mN)至10mN的张力施加到纳米纤维纱线502并保持在纳米纤维纱线502内。在又一个实例中，纱线分配器524包括设置在保护壳体内的圆柱形线轴(例如，线轴526)，如图5A和图5B所示。在又一个实施方案中，纱线分配器524可以是在图6中描绘并且在PCT申请号PCT/US2017/064122中描述的纱线分配器，所述申请通过引用的方式整体并入本文。纱线分配器524的详细描述紧接着在图6的背景中进行。

在一些实施方案中，纳米纤维纱线502可从纱线分配器524进入到任选导管530中。导管530可用于在前往系统500的其他元件的途中进一步保护和/或引导纳米纤维纱线502，如下所述。用于导管530的材料的实例包括聚乙烯管件、聚四氟乙烯(PTFE)管件、不锈钢管件等。

在一些实施方案中，系统500可以包括非接触式纳米纤维纱线切割系统，所述系统包括两个电极532A和532B。电极532A和532B可用于将纳米纤维纱线502切割成纱线区段。这使得能够将不连续的纱线区段施加到基底512，并且通过系统500的其他元件的操作，以各种构型施加，包括但不限于可以彼此正交且对角地取向的线性区段、闭合型形状(例如，正方形或圆形)和螺旋形。在另外的实施方案中，可以跨先前沉积的纱线区段放置纱线区段。可以沉积两层、三层、四层或更多层纱线区段。在一个实施方案中，另外的区段可以约90°沉积到现有的区段，以提供一个画有交叉阴影的图案。在一些情况下，可以在下面的纱线的交界处切割纱线区段，以避免与先前沉积的区段接触。在这些实施方案中，一组纱线区段可以是连续的，而另一组可以是不连续的。在其他情况下，在期望接触的情况下，可以将纱线直接且连续地沉积在先前施加的层之上。

电极可以使用多种技术中的任一者。例如，两个电极532A和532B可以连接到电源，以便形成电弧，所述电弧在跨越电极532A与532B之间的距离时从纳米纤维纱线502移除材料。将了解，可以使用其他类型的非接触式切割技术。例如，单个电极(例如，532A)可以用于形成切割纳米纤维纱线的单个电极与纳米纤维纱线502之间的电弧。在另一个实施方案中，一个或多个电极可以被配置为产生电晕，所述电晕切割或以其他方式切断纳米纤维纱线502。然后将一个或多个电极连接到电源和控制器，包括但不限于放电加工设备(EDC)、电弧焊机、等离子切割机(也可以包括等离子气体源)和其他类似装置的电源和控制器。还将了解，电极可以相对于纳米纤维纱线502处于固定位置，或者可以相对于纳米纤维纱线502移动，以便促进或阻止形成电弧。

在替代实施方案中，可以使用激光系统来切割纳米纤维纱线502。在此替代方案中，如上所述，将激光聚焦在纳米纤维纱线502上一点处，所述激光将纱线切割或切断成区段。

在其他实施方案中，可以使用接触式切割系统。在一个实例中，当使电阻器接近并任选地与纳米纤维纱线接触时，高温电阻器或其他热能源也可以用于切割纳米纤维纱线502。在其他实施方案中，可以使用各种其他剪切机型或剪刀型刀片布置。

在所示的实施方案中，放置组件508包括精调转换器540、柔顺法兰546和引导件544。安置组件508可以用于(无论纳米纤维纱线的直径如何)准确地(即，在目标位置的几微米或十分之几微米以内)并且以低至2μm或更低的节距将纳米纤维纱线安置在基底上。

在一个实施方案中，精调转换器540附接到粗调转换器520(未示出)，并且还附接到柔顺法兰546。精调转换器540可以控制在小至数毫秒或数微秒的时间标度内以数毫米、数微米或十分之几微米的距离标度将纳米纤维纱线502放置在基底512上的横向位置(即，平行于基底512的参考轴线514并且在箭头所示的一个或多个方向上))。在一个实例中，精调转换器540可以包括压电致动器，所述压电致动器可以(以大约数微米、十分之几微米或百分之几微米)施加小的移位，所述移位继而引起柔顺法兰546和引导件544的(例如，从0.05微米至5毫米的)对应移位。在另一个实施方案中，电磁致动器代替压电致动器被用于精调转换器540。无论如何，在一个实施方案中，精调转换器540可以对千赫兹的频率进行转换，并且因此可在引导件544的方向上引起频繁且尺寸精细的变化，从而以对应的小尺寸增量控制纳米纤维纱线502在基底512上的放置。

柔顺法兰546将引导件544和精调转换器540连接在一起。柔顺法兰546具有低弹性模量和/或弯曲弹性模量(例如，小于5GPa)，诸如由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙或其他热塑性材料所表现出的。在实例中，柔顺法兰546的厚度小于2mm。

如图所示，柔顺法兰546的第一侧附接到精调转换器540，在一些实施方案中，柔顺法兰546的与第一侧相反的第二侧可以抵靠着基底512搁置(引导件544附接到柔顺法兰546的在第一侧与第二侧之间的表面)。这在图5B(等其他附图)中示出。作为系统500的替代构型，并且为了在平面图中清楚地描绘，图5A示出了柔顺法兰546与基底512之间的分离。

无论如何，当抵靠着基底512(例如，在圆柱体上)搁置时，在此实例中被压缩在精调转换器540与基底512之间的柔顺法兰546的弹性提供了保持引导件544相对于基底512的外表面的位置的推压力。与基底512的外表面相关联的形貌可引起柔顺法兰546进一步压缩(即，响应于通过基底512上的突出特征施加到柔顺法兰546的压缩力)或松弛(即，响应于在基底512的表面上或内部的反向突出特征)。柔顺法兰546的这种柔性以及响应于基底512的外表面的形貌的相关联的挠曲和松弛使得引导件544总体上能够保持大约(例如，在0.5cm、1mm或更小范围内)相对于基底512的外表面的恒定距离(本身可以在1cm、1mm或更小范围内)。因此，引导件544可以接近基底而不接触基底。这继而提高了将纳米纤维纱线502施加到基底的准确度，并因此有助于实现纱线放置的准确度以及上述相邻纳米纤维纱线之间的精细节距。柔顺法兰546的弹性还防止基底512与引导件544之间的接触。这种分离(保持处于近一致的距离)也有助于保持基底512上的纳米纤维纱线502的相邻区段之间的放置准确度和精细节距。

引导件544限定由引导件544限定的通道548，纳米纤维纱线502在被放置在基底512上之前穿过所述通道。引导件544、通道548的特征和益处在下面在图7至图10的背景中更详细地描述。

图5A和图5B中所示的基底512是圆柱形基底，其旋转由图5A和图5B中的弯曲箭头指示。然而，将了解的是，本文描述的实施方案适用于任何形状、几何结构或构型的基底，即使是表面形貌或形状的变化可能会在准确且精确地放置纳米纤维纱线方面存在困难的那些基底。基底512可用于固定纳米纤维纱线502的前端，从而使基底512的移动(无论是旋转还是平面平移)能够从分配器拉制纳米纤维纱线502的另外的部分。在实例中，基底512可以通过使用以下中的任何一种作为基底的部件来固定纳米纤维纱线502的前缘：粘合剂膜(包括可紫外光固化的粘合剂)；热塑性聚合物，其处于或高于玻璃化转变温度和/或聚合物发粘以粘附到纳米纤维纱线的温度；环绕基底512的磁场，其可以拉制用具有与基底512相反的磁极性的磁性颗粒渗透的纳米纤维纱线。在其他实例中，范德华力、真空、静电力、机械粘附力(例如，基于表面粗糙度或缠结特征，诸如存在于钩环紧固件中的那些缠结特征)或由于基底上的一种组分与纳米纤维纱线上或之内的互补反应组分之间的反应而产生的互补化学粘附力都可以用于将纳米纤维纱线502的前缘(或任何其他部分)连接到基底512。在又一个实施方案中，纳米纤维纱线502可以用附接到基底512的粘合剂或具有粘合剂的涂层渗透(无论基底512本身是否包括粘合剂)。在再一个实施方案中，纳米纤维纱线502可以用第一前体渗透，所述第一前体在与设置在基底512上的第二前体接触时反应，从而将纱线502和基底512连结在一起。

在一些情况下，一个或多个可移除表面(使用任何一种或多种前述连接技术)可形成基底512的外表面。在将纳米纤维纱线502施加、粘附或以其他方式连接到基底512上的一个或多个可移除表面时，可从基底512移除可移除表面，从而使得能够方便地将纱线施加到另一个表面，包装可移除表面和附接的纱线以便运输或用于其他用途。

上述实施方案可以克服在使用更传统的技术和系统时在将纳米纤维纱线放置在基底上期间通常存在的各种变化源。例如，在图5A和图5B所描绘的此实例中，将了解的是(如上所述)，圆柱形基底512的横截面可能不是完全圆形的，这可能影响将纳米纤维纱线502放置在基底512上的均匀性、一致性和精度。

本文所述的实施方案(包括但不限于图5A和图5B中所描绘的那些)可以应用来克服基底的形状、基底的形貌和/或同基底与用于向基底提供纳米纤维纱线的结构之间的相对移动相关联的公差的不规则性。

纱线分配器

图6示出了集成到系统500中的纳米纤维纱线分配器524的一个实例的透视图。纳米纤维纱线分配器524被配置为以提高纳米纤维纱线的操作便利性同时降低纳米纤维纱线浪费和污染的可能性的方式牢固地存储和分配纳米纤维纱线。

图6所示的示例性分配器524包括：壳体604、入口608、气体源612、线轴616、轴620、喷嘴624、衬套632和出口636。

壳体604被配置为通过在壳体604内限定用于容纳纳米纤维纱线的线轴的腔室606来牢固地存储和分配纳米纤维纱线。纳米纤维纱线被壳体保护免受污染，并通过由壳体限定的出口分配，如在下面更详细地描述的。

在一个实施方案中，壳体604被气密密封(除了由壳体604限定并且在下面更详细地描述的入口608和出口636以外)，以便防止流体(例如，水、空气)和污染物的意外进入或渗透。在一些实例中，壳体604也以防止存储在腔室606内的流体(无论是气体、凝胶、聚合物、溶胀的聚合物、聚合物溶液、粘合剂、粘合剂聚合物或其他流体)的意外流出离开壳体604的方式进行密封。无论目的如何，都可以使用任何数量的技术来完成气密密封的壳体604的形成，所述技术包括：通过注射模制或增材制造(也称为“3D打印”)由单片材料形成壳体604，使用粘合剂(例如，硅氧烷聚合物)密封壳体604的邻接的部分之间的接缝，或者将壳体604的部分焊接在一起以密封接缝。

在一个实例中，壳体604可被配置为包括检修盖626，所述检修盖足够大以允许在壳体604内插入、移除和/或替换纳米纤维纱线的线轴616。可以使用例如诸如硅脂或可压缩垫圈(例如，氯丁橡胶或硅橡胶垫圈)的密封剂将检修盖626气密密封到壳体604。可以使用夹具、螺纹螺栓或螺钉或者其他机构在壳体、可压缩垫圈(未示出)与检修盖626之间施加并保持压力来固定检修盖626。密封可以是永久性的或临时性的。如本文所用，如果密封无法在不损坏壳体或盖的情况下轻易解封，则此密封是永久性的。

如上所述的密封壳体604的另一个优点包括使用负压(即真空)来定位纳米纤维纱线的自由端。例如，具有纳米纤维纱线的自由端的线轴可以放置在密封的壳体604内。可以在壳体604的出口636处施加真空，当真空去除腔室606的任何气体内容物时，其从腔室606拉出纳米纤维纱线的自由端。此过程还可以包括允许气体或流体流动通过入口608和/或气体源612，进入腔室606并通过出口636，从而从腔室606携载纳米纤维纱线的自由端并通过出口636。无论如何，使用真空和流体(液体或气体)的流动来定位纳米纤维纱线的自由端对操纵纳米纤维纱线是有帮助的，因为纳米纤维纱线的自由端可以快速定位，而无需困难的手动检查和/或手动操纵。一旦定位，纳米纤维纱线的自由端可以与机器接合，施加到表面，或者以其他方式充当使用分配器600受控施加纳米纤维纱线的起点。

由壳体604限定的入口608是流体可以流动通过的通道。如上所述，入口608可用于向由壳体604限定的腔室606提供正压和正流，所述腔室用于使纳米纤维纱线的自由端移动通过分配器600的出口636。

入口608还可以用于向壳体604提供其他类型的气体或流体，并且在所述壳体内设置有纳米纤维纱线的线轴616。例如，可通过入口608引入惰性气体(例如，氩气、氮气)。例如，如果已将易受空气中的组分(例如氧气、水蒸气、尘粒)的腐蚀、降解或污染的第二材料掺入纳米纤维纱线(例如，金属纳米颗粒)，则可以这样做。

任选的气体源612与入口608流体连通。如图所示，气体源612是管，所述管连接到壳体604的一部分，所述部分接近入口608(并被密封)，以便与壳体604成为一体。以此方式，气体源612使气体(或其他流体)能够通过入口608被提供到腔室606，而与此同时防止污染物渗透到腔室606中。

线轴616被配置成使得一定长度的纳米纤维纱线614可围绕其缠绕，并在缠绕后设置在分配器600内。线轴616还被配置为在设置在由壳体604限定的腔室606内时响应于从分配器600拉动纳米纤维纱线614的自由端而旋转。

在一个实例中，任选的轴620是设置在线轴616的圆形横截面的中心处的圆柱形结构，其减小了线轴616与壳体604之间的接触诱导摩擦。轴620可以是被动的，这意味着它相对于线轴的旋转是静止的，或者它可以是主动的，这意味着它旋转以促进线轴的旋转。包括任选的轴620的益处包括使线轴在壳体中居中，从而增加给定单位施加力的旋转速度和/或减小从线轴616抽出纳米纤维纱线614所需的力。轴620的另一个益处在于，它减小了施涂润滑剂的表面积，从而减少了引入到由壳体604限定的腔室606中的润滑剂的量，并且因此减小了润滑剂污染纳米纤维纱线的可能性。

喷嘴624附接到壳体604或以其他方式与壳体604成为一体。在图6的实施方案中示出了任选的喷嘴624，以示出包括喷嘴624而不是直接从壳体604中的出口636分配纳米纤维纱线的一些优点。

喷嘴624限定通道628，所述通道与由壳体604限定的出口636连通。通道628具有以下直径，所述直径足够大，以在细长的纳米纤维纱线正在从线轴616退绕时容纳其一部分，但所述直径又足够小，以防止柔性且柔顺的纳米纤维纱线被推回到腔室606中。在一些实例中，比纳米纤维纱线的外径大10％、15％、25％、50％、100％、250％或其间的值的通道628的内径在此用于完成此特征。通道628还可以具有与出口636相对的开口(即，开口的内径)，该开口足够小以防止水渗透。即，通道的开口可以足够小，以使得水的表面张力防止水滴润湿通道628的内表面。接着在方程1中是用于计算可防止水渗透的通道半径的关系式的一个实例。

r＝2γ/ΔP 方程1

其中r是防止水渗透的开口的半径，γ是水的表面张力，并且ΔP是液滴的内部与液滴的外表面之间的压力差。在一些实例中，ΔP与由于重力引起的加速度(9.81米/秒²)和水的密度(大约1000kg/m³，其在1个大气压和“标准”温度(即0℃)下)成正比。在一些实例中，水(或其他液体材料)在喷嘴624的表面上的表面张力可影响水向由喷嘴624限定的通道中的渗透。例如，低表面能材料(诸如硅橡胶和聚四氟乙烯)以及具有类似低表面能和/或类似疏水性的其他材料将有助于防止水的渗透。

包括通道628也促进通过入口608提供的气体的流动，所述气体的流动可用于定位设置在腔室606内的纳米纤维纱线的自由端，并使纱线“穿过”离开出口636并通过通道628以供后续使用。

任选的衬套632被配置为适配在通道628内。衬套632提供了其中纳米纤维纱线可离开分配器600的替代表面。衬套632可以是可移除的以便方便地替换。例如，由喷嘴624限定的通道628的尺寸可被设定为具有比大多数纳米纤维纱线所需的尺寸大得多的尺寸。在一个实例中，衬套632的外径足够大以形成与通道628的内表面的过盈配合，并且其内(interior/inner)径足够小以提供用于纳米纤维纱线的通道，所述通道降低了纳米纤维纱线缠结的风险和/或防止水渗透，如上所述。随后可以将具有不同内径的不同衬套632插入通道628中，以对应于不同直径的纳米纤维纱线。通常，衬套632的直径(或如果分配器600中未使用衬套632，则为通道628的直径)可以比力图通过衬套632从分配器600分配的纳米纤维纱线的直径大至少50％。在其他实例中，衬套632(或通道628)的直径比力图通过衬套632从分配器600分配的纳米纤维纱线的直径大70％至100％或大100％至200％。在一个实例中，30μm直径的纳米纤维纱线可以通过50μm直径的衬套分配。在另一实例中，100μm直径的纳米纤维可以通过200μm直径的衬套分配。将了解的是，对于使用两者的实施方案，可以协调地选择通道628和衬套632的直径。

衬套632的另一个优点在于，它提供了容易替换的表面，通过所述表面可分配纳米纤维纱线。这对于分配器600的实施方案特别有用，所述实施方案具有聚合物、空气活化粘合剂(例如，基于甲基丙烯酸酯的粘合剂)、其他粘合剂(例如，压敏粘合剂、环氧树脂、弹性体粘合剂、溶胶凝胶前体)和/或高表面积的石墨烯薄片、氧化石墨烯或设置在粘合剂内的改进与基底的粘合力或重叠纱线之间的粘合力的其他填料颗粒、溶剂或设置在腔室内的也可占据并可能阻塞通道628的其他流体组分。当使用衬套632时，可以通过简单地去除被阻塞的衬套632、用干净的衬套632替换它并且使用上述技术将纳米纤维纱线重新穿入干净的衬套632中来去除任何阻塞。

如上所述，出口636由壳体604限定，并提供开口，纳米纤维纱线可在从分配器600分配时穿过所述开口。如上所述，出口636可以与通道628和衬套632中的一者或多者连通。

放置组件

图7示出了在将纳米纤维纱线502提供到基底512的过程中的放置组件508的正视图。如上所述，连同系统500的其他元件，放置组件508可以小于100μm、小于50μm、小于10μm以及在一些实施方案中低至2μm的节距将多个纳米纤维纱线502放置在基底512上。同样如上所述，放置组件508可以针对具有小至1μm或更小的直径的纳米纤维纱线完成这些精细节距。

如图7所示，放置组件508的柔顺法兰546与基底512(在此实例中为旋转圆柱体)接触，以便在引导件544与基底512之间保持大约(例如，在1mm之内的)分离。纳米纤维纱线502穿过由引导件544限定的通道548。一旦通过通道548，纳米纤维纱线502就以具有上述任何最小值(或更大)的节距“P”放置在基底512上。

图8示出了图7所描绘的构型的(垂直于参考轴线514截取的)剖视图。如图所示(以及如先前所述)，柔顺法兰546与基底512(在此实例中为圆柱形基底，其一部分被示出)形成接触，从而在引导件544与基底512之间维持一定距离，所述距离保持恒定，而不管基底512的形貌变化如何，如上所述。如图所示，引导件544限定通道548，纳米纤维纱线502在其被施加到基底512的表面之前穿过所述通道。更具体地，引导件544包括内表面804(在此剖视图中为804A和804B)，所述内表面继而限定了(在此实例中)在两个内表面804的连结处出现的一个或多个拐角808(在此实例中为808A和808B)。在一些实例中，(纳米纤维纱线502所穿过的)拐角808是由两个内表面804以30°至90°的角度连结形成的。在一些实例中，在邻近拐角808的表面804上以距拐角808 0.1mm或0.2mm的宏观距离来测量此角度。所述角度不限于此角度范围，而是响应于纳米纤维纱线502的直径而选择，并且还选择为足够钝，以使得拐角808不会抑制纱线502移动通过引导件，而且足够尖锐，以使得纳米纤维纱线502保留在拐角处，并因此相对于基底512不会有意外的位置变化。将了解的是，出于方便，术语“拐角”用于意指在使用本文所述的实施方案期间纱线502将移动到并停留在其中的位置，并且不旨在施加狭窄的几何解释(例如，原子标度90°角)。

引导件544被取向成使得当纳米纤维纱线502处于张力下时，纳米纤维纱线502自然地移动并穿过拐角808。在将纳米纤维纱线502施加到基底512的表面上期间，纳米纤维纱线502中的张力自然发生。纳米纤维纱线502以第一受控速率从分配器524释放，并且类似地以第二受控速率施加到基底512。(无论通过粗调转换器520、精调转换器528和基底512本身中的一者或多者的移动)控制第一受控速率和第二受控速率，以便在纳米纤维纱线502上施加从0.1毫牛顿(mN)至10mN开始的张力。无论如何，纳米纤维纱线502上的张力将自然地将纱拉到由引导件544限定的通道548内的最上角。将了解的是，本文所述的通道548和拐角808的配置仅仅是为了便于解释而选择的。将了解的是，多种构型中的任一者将产生类似的效果(例如，椭圆形通道、泪滴形通道、圆形通道的直径足够小(例如，微米级直径)以类似地最小化纱线502的移动)。

将纳米纤维纱线502设置在拐角808处具有许多益处，这些益处改进了放置纳米纤维纱线502的一致性、准确度和精度，并且促进上面已经描述的纱线节距。一个益处在于，纳米纤维纱线502在设置在拐角808处之后很可能保持在拐角808中，而不管在对应的引导件之间(例如，由于基底512和/或粗调转换器和精调转换器的横向移动)施加到纱线的一部分的横向力如何，这是由于相邻(以及可能紧密接触的)内表面对纳米纤维纱线502施加的物理几何约束。如上所述，纳米纤维纱线502在拐角808中的这种牢固放置减小了纳米纤维纱线502的放置的可变性，因为纳米纤维纱线不太可能响应于任何无意施加的力而相对于基底移动。也就是说，拐角808的构型使得通道的相邻内表面提供对纱线502的横向平移的阻力，从而将纱线502保持在适当的位置。

图9A、图9B和图9C示出了引导件的各种实施方案。图9A示出了由盘908制成的引导件904，在此情况下，所述盘包括限定通道916的四个内表面912(为清楚起见仅标记了其中一个)。在此实例中，盘908的直径为3mm，并且厚度为200μm。内表面912各自具有3mm的长度。如上所述，内表面912在拐角920处彼此相交(为了清楚起见仅标记了其中一个)。将了解的是，引导件904的尺寸仅用于说明，并且许多不同的引导件尺寸、几何形状和构型与本文所公开的概念一致。

图9B示出了由盘928制成的引导件924，所述盘928包括限定通道936的内表面932(为了清楚起见仅标记了其中一个)。在这个实例中，盘928的直径为3mm，并且厚度为200μm。内表面932各自具有0.5mm的长度。如上所述，内表面932在拐角940处彼此相交(为了清楚起见仅标记了其中一个)。将了解的是，引导件924的尺寸仅用于说明，并且许多不同的引导件尺寸、几何形状和构型与本文所公开的概念一致。

图9C示出了由盘948制成的引导件944，所述盘948包括限定通道956的内表面962(为了清楚起见仅标记了其中一个)。在这个实例中，盘948的直径为3mm，并且厚度为200μm。如图9C所指示的，两个内表面962的长度为0.5mm，并且两个内表面962的长度为1.5mm，以形成一个矩形。如上所述，内表面962在拐角960处彼此相交(为了清楚起见仅标记了其中一个)。将了解的是，引导件944的尺寸仅用于说明，并且许多不同的引导件尺寸、几何形状和构型与本文所公开的概念一致。

任何前述引导件都可以由硅或锗的单晶制成。这些材料的单晶可以使用一种蚀刻剂化学制品进行选择性蚀刻，所述蚀刻剂化学制品仅去除晶体的一些晶面，而不去除其他晶面，从而促进形成通道和对应的内表面。在其他实施方案中，引导件的任何前述实施方案可以由以下制成：石英、陶瓷(诸如氧化锆、氧化铝、氧化钛)、金属(诸如钢、不锈钢、钨、铜)等。在一些情况下，引导件可以由一种材料制成，以向经过其上的纱线赋予特性。例如，它可以包括对纱线施加静电荷以使其粘附到基底的材料。

尽管上述实施方案(例如，系统500的实施方案)仅示出了单个引导件和被施加到单个基底的纳米纤维纱线，但是将了解的是，可以配置一个系统，其中通过一个或多个引导件提供多个纱线并同时将其放置在一个或多个基底上。

图10示出了根据上述一些实施方案的用于施加纳米纤维纱线的示例性方法1000。方法1000开始于使纳米纤维纱线的前端穿过1004限定通道的引导件，所述引导件接近基底。将纳米纤维纱线的前端与基底连接1008。然后将张力施加1012到纳米纤维纱线。所述张力致使设置在通道内的纳米纤维纱线的一部分移动到通道的拐角，所述拐角限制了纳米纤维纱线响应于施加在纳米纤维纱线上的张力在通道内的移动。如上所述，张力可以在0.1mN至10mN之间。在一些实例中，施加张力包括旋转圆柱形基底，以便以不同于提供纳米纤维纱线的第二速率的第一速率将纳米纤维纱线拉动通过通道。第一速率与第二速率之间的这种差异会引起张力。

在一些实施方案中，方法1000还包括任选地将柔顺法兰放置1010成与基底接触并附接到引导件。如上所述，柔顺法兰提供弹性力，以用于在引导件与基底之间的相对移动期间保持引导件与基底之间的均匀距离。

方法1000包括引起1020引导件与基底之间的相对移动。随着这种相对移动的发生，它可以致使一定长度的纳米纤维纱线在对应于该相对移动的不同位置处附接到基底。相对移动可以由引导件的平移(例如，通过上述系统)、基底的旋转或平移或者两者引起。在一些情况下，以小于10μm且任选地小于大约2μm的节距放置1024纳米纤维纱线的相邻部分，如上所述。

应用

上述实施方案对于在各种应用中将精确放置的碳纳米管(或等效的纳米纤维)纱线施加在基底上特别有用。例如，可以将纱线的(平行纱线和/或正交网格的)图案放置在基底上，然后所述纱线的图案充当用于包括射频(RF)辐射的电磁辐射(EMI)的偏振器或屏蔽件。纳米纤维纱线也可布置来在被配置和/或渗透有为纳米纤维纱线提供对应电阻的材料时用作电阻加热器。纳米纤维纱线还可以被定制为具有非常低的电导率(例如，等于或低于铜、铝和/或金表现出的电导率)，并且用作电子部件之间的电连接。

另外的考虑因素

出于说明的目的，已呈现了本公开的实施方案的前述描述；但其并不旨在进行穷举或将权利要求限制为所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以理解，根据以上公开内容，许多修改和变化是可能的。

本说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性目的而选择的，并且其可能未被选择来描绘或限制本发明的主题。因此，旨在使本公开的范围不受此详细描述的限制而受在基于此的申请中授权的任何权利要求的限制。因此，实施方案的公开内容旨在是说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的范围在随附的权利要求中阐明。

Claims (22)

1.一种用于将纳米纤维纱线施加到基底的方法，所述方法包括：

使纳米纤维纱线的前端穿过限定通道的引导件，所述引导件接近基底；

将所述纳米纤维纱线的所述前端与所述基底连接；以及

向所述纳米纤维纱线施加张力，所述张力致使所述纳米纤维纱线的一部分与所述引导件的边缘相适应，所述通道响应于所述纳米纤维纱线上所施加的张力而限制所述纳米纤维纱线的移动。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述张力为从0.1毫牛顿(mN)至10mN。

3.如权利要求1所述的方法，其中施加所述张力包括：旋转圆柱形基底，以便以第一速率拉动所述纳米纤维纱线通过所述通道。

4.如权利要求3所述的方法，其中施加所述张力还包括：以不同于所述第一速率的第二速率提供所述纳米纤维纱线，所述第一速率与所述第二速率之间的差致使所述张力施加到所述纳米纤维纱线。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：将柔顺法兰放置成与所述基底接触，所述柔顺法兰附接到所述引导件并且提供用于在所述引导件与所述基底之间的相对移动期间保持所述引导件与所述基底之间的均匀距离的弹性力。

6.如权利要求1所述的方法，其还包括：引起所述引导件与所述基底之间的相对移动，以用于致使一定长度的纳米纤维纱线附接到所述基底。

7.如权利要求6所述的方法，其中引起所述引导件与所述基底之间的所述相对移动包括旋转所述基底。

8.如权利要求6所述的方法，其中引起所述引导件与所述基底之间的所述相对移动包括使所述基底与所述引导件相对于彼此横向平移。

9.如权利要求1所述的方法，其还包括：

将所述纳米纤维纱线的第一部分施加到所述基底；以及

以小于10微米的节距接近所述纳米纤维纱线的所述第一部分将所述纳米纤维纱线的第二部分施加到所述基底。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述节距为大约2微米。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分彼此不连续。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米纤维纱线具有小于5微米的直径。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米纤维纱线是多股纱线。

14.一种纳米纤维纱线放置系统，其包括：

纱线分配器组件；以及

放置组件，所述放置组件包括：

柔顺法兰；以及

引导件，所述引导件连接到所述柔顺法兰，所述引导件限定通道，所述通道包括至少一个内表面和由所述至少一个内表面限定的至少一个拐角。

15.如权利要求14所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述柔顺法兰连接到所述放置组件。

16.如权利要求14所述的纳米纤维纱线放置系统，其还包括至少设置在所述纱线分配器组件内的纳米纤维纱线。

17.如权利要求14所述的纳米纤维纱线放置系统，其还包括基底。

18.如权利要求17所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述基底包括粘合剂表面。

19.如权利要求17所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述基底包括热塑性塑料。

20.如权利要求17所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述基底还包括可移除的表面。

21.如权利要求17所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述柔顺法兰与所述基底接触。

22.如权利要求14所述的纳米纤维纱线放置系统，其中所述引导件的所述至少一个内表面包括第一内表面和第二内表面，所述第一内表面和所述第二内表面以30°至90°的角度在第一拐角处相交，如在距离两个相邻表面上的所述拐角至少0.1mm处测量的。

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