CN112930258A - 增加纳米纤维片的透明度 - Google Patents

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Abstract

描述了用于增加纳米纤维片对包括可见光谱内的那些波长在内的许多波长的辐射的透明度的方法。这些技术包括对纳米纤维片施加应变以增加其宽度。

Description

增加纳米纤维片的透明度
技术领域
本公开总体上涉及纳米纤维片。具体来说，本公开涉及增加纳米纤维片的透明度。
背景技术
由单壁纳米管和多壁纳米管构成的纳米纤维丛(forest)可以被拉伸成纳米纤维带或纳米纤维片。在其预拉伸状态下，纳米纤维丛包括彼此平行且垂直于生长基材表面的纳米纤维层(或若干堆叠的层)。当被拉伸成纳米纤维片时，纳米纤维的取向相对于生长基材的表面从垂直变为平行。所拉伸纳米纤维片中的纳米管以端到端构型相互连接形成连续的片，其中纳米纤维的纵向轴线平行于片的平面(即，平行于纳米纤维片的第一主表面和第二主表面两者)。可以以多种方式中的任何一种来处理纳米纤维片，包括将纳米纤维片纺成纳米纤维纱。
发明内容
实例1是一种方法，包括：从纳米纤维丛拉伸出第一纳米纤维片，所述第一纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的固定端和与所述固定端相对的自由端，其中所述第一纳米纤维片的多根纳米纤维与所述第一纳米纤维片的拉伸方向对准；将应变元件附接到所述自由端；通过在与所述纳米纤维的对准不平行的方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述自由端；将所述纳米纤维片的承受应变的自由端附接到支撑件，所述支撑件将所施加的应变保持在所述第一纳米纤维片中；从所述纳米纤维丛中移除所述第一纳米纤维片；以及将第二纳米纤维片堆叠在所述第一纳米纤维片上。
实例2包括实例1的主题，还包括从所述纳米纤维丛拉伸出第二纳米纤维片，所述第二纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的第二固定端和与所述第二固定端相对的第二自由端，其中所述第二纳米纤维片的多根纳米纤维与所述第二纳米纤维片的拉伸方向对准；将所述应变元件附接到所述第二自由端；通过在与所述纳米纤维的取向不平行的第二方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述第二自由端；将所述第二纳米纤维片的第二承受应变的自由端附接到第二支撑件，所述第二支撑件将所施加的应变保持在所述第二纳米纤维片中；以及从所述纳米纤维丛中移除所述第二纳米纤维片。
实例3包括实例1或实例2中任一项的主题，还包括响应于施加所述应变而在所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片中的一者或两者中形成多个间隙。
实例4包括实例3的主题，其中所述间隙的平均间隙大小是从一侧的8微米到一侧的45微米。
实例5包括前述实例中任一项的主题，其中：将所述应变施加到所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片包括对每个片施加3倍的应变；并且堆叠的所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片对可见光谱中的辐射的透明度为90％。
实例6包括前述实例中任一项的主题，其中所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片的堆叠件对具有550nm的波长的辐射的透明度为72％至88％。
实例7包括前述实例中任一项的主题，其中所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片以使其对应的纳米纤维对准方向彼此不平行的方式堆叠。
实例8包括前述实例中任一项的主题，其中所述第一纳米纤维片的纳米纤维对准方向与所述第二纳米纤维片的纳米纤维对准方向之间的角度为45°至135°，不包括0°。
实例9包括实例1的主题，其中所述第二纳米纤维片处于初拉伸状态。
实例10包括实例9的主题，还包括通过将所述第二纳米纤维片暴露于溶剂中并在堆叠之前移除所述溶剂来使所述第二纳米纤维片致密化。
实例11是一种方法，包括：从纳米纤维丛拉伸出纳米纤维片，所述纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的固定端和与所述固定端相对的自由端，其中所述纳米纤维片的多根纳米纤维在与所述纳米纤维片的拉伸方向平行的方向上对准；将应变元件附接到所述自由端；通过在与所述纳米纤维的对准不平行的方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述自由端；以及将所述纳米纤维片的承受应变的自由端附接到支撑件，所述支撑件将所施加的应变保持在所述纳米纤维片中。
实例12包括实例11的主题，还包括从所述承受应变的自由端移除所述应变元件。
实例13包括实例11或12的主题，还包括将如权利要求11所述的方法应用于所述纳米纤维片的所述固定端。
实例14包括实例11至13中任一项的主题，还包括在将所述应变施加到所述固定端之后，从所述纳米纤维丛中切断所述固定端。
实例15包括实例14的主题，其中相对于所述纳米纤维片内的所述纳米纤维对准方向，在45°至135°的方向上施加所述应变。
实例16包括实例11至15中任一项的主题，其中所述纳米纤维片在施加应变之前具有第一宽度，并且在施加应变之后具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
实例17包括实例16的主题，其中所述第二宽度是所述第一宽度的2.5倍至3倍。
实例18包括实例16的主题，其中对具有550nm的波长的辐射的透明度为至少80％。
附图说明
图1是在一个实施方案中基材上的示例纳米纤维丛的显微照片。
图2是在一个实施方案中用于纳米纤维生长的示例反应器的示意图。
图3是在一个实施方案中标识片的相对尺寸并且示意性地示出在与片表面平行的平面中端对端对准的片内的纳米纤维的纳米纤维片的图示。
图4是正从纳米纤维丛横向拉伸的纳米纤维片的图像的SEM显微照片，如示意性地所示，所述纳米纤维是端到端对准。
图5是在本公开的实例中用于增加纳米纤维片的透明度的示例方法的流程图。
图6A至图6F示出在本公开的实例中通过进行图5所描绘的方法来增加纳米纤维片的透明度的方法的各个阶段。
图7显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片宽度的三倍(3X)并且经堆叠以使得各个纳米纤维取向彼此成90°。
图8显示在本公开的实例中图7所显示的样品在20X放大下的图像。
图9显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片宽度的两倍半(2.5X)并且经堆叠以使得各个纳米纤维的取向彼此成90°。
图10显示在本公开的实例中图9所显示的样品在20X放大下的图像。
图11显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片宽度的三倍(2X)并且经堆叠以使得各个纳米纤维取向彼此成90°。
图12显示在本公开的实例中图11所显示的样品在20X放大下的图像。
附图仅出于说明的目的描绘本公开的各种实施方案。许多变型、构型以及其他实施方案将通过下面的详细讨论中而显而易见。
具体实施方式
综述
碳纳米纤维片和纱线具有巨大的技术潜力。所关注的碳纳米纤维片的一个特征是它们有趣的电学性质以及对某些波长辐射的透明度。在一些应用中，需要对可见辐射波长具有高透明度。然而，对于一些应用，直接从纳米纤维丛拉伸出的纳米纤维片可能没有足够的透明度。本文公开的技术包括用于增加纳米纤维片对许多辐射波长(包括可见光谱内的那些波长)的透明度的方法。
在描述本公开的技术之前，描述纳米纤维丛和纳米纤维片。
纳米纤维丛
如本文所用，术语“纳米纤维”是指直径小于1μm的纤维。虽然本文中的实施方案主要描述为由碳纳米管制成，但应当理解，也可由其他碳同素异形体(无论是石墨烯、微米或纳米级石墨纤维和/或板)制成，甚至也可由其他纳米级纤维组合物(例如氮化硼)制成。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形成圆柱形结构。在一些实施方案中，如本文所引用的碳纳米管具有4至10个壁。如本文所使用，“纳米纤维片”或简称“片”是指通过拉伸工艺而对准的纳米纤维片(如PCT公开号WO 2007/015710中所描述，并且通过引用整体并入本文)，使得片的纳米纤维的纵向轴线平行于片的主表面，而不是垂直于片的主表面(即，呈片的初沉积(as-deposited)形式，通常称为“丛”)。这分别在图3和图4中示出和显示。
碳纳米管的尺寸可以根据所使用的生产方法而有很大的不同。例如，碳纳米管的直径可为0.4nm至100nm，并且其长度可为10μm至大于55.5cm。碳纳米管还能够具有非常高的纵横比(长度与直径的比率)，有些高达132,000,000:1或更高。鉴于碳纳米管具有广泛的尺寸可能性，其性质是高度可调节的，或者说是“可调的”。虽然已鉴定出碳纳米管的许多有趣的性质，但在实际应用中利用碳纳米管的性质需要可扩展和可控制的生产方法，以允许保持或增强碳纳米管的特征。
由于其独特的结构，碳纳米管具有力学、电学、化学、热学以及光学等性质，这些性质使其非常适合某些应用。特别是碳纳米管具有优异的导电性、高的机械强度、良好的热稳定性以及疏水性。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，以发射或检测狭窄的选定波长的光。碳纳米管还表现出对光子传输和/或声子传输有用。
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)可以以各种构型(包括以本文中称为“丛”的构型)进行布置。如本文所使用，纳米纤维或碳纳米管的“丛”是指尺寸大致相同的的纳米纤维的阵列，这些纳米纤维基本上彼此平行地布置在基材上。图1显示基材上的示例纳米纤维丛。基材可以具有任何形状，但在一些实施方案中，基材具有平坦表面，所述丛组装在该平坦表面上。如图1中所见，丛中的纳米纤维可以在高度和/或直径上大致相同。
如本文所公开的纳米纤维丛可以是相对密集的。具体来说，所公开的纳米纤维丛可以具有至少10亿根纳米纤维/cm2的密度。在一些特定实施方案中，如本文所描述的纳米纤维丛可以具有100亿根/cm2到300亿根/cm2间的密度。在其他实例中，如本文所描述的纳米纤维丛可以具有在900亿根纳米纤维/cm2范围内的密度。丛可以包括高密度区域或低密度区域，并且特定区域可以没有纳米纤维。丛内的纳米纤维也可以表现出纤维间连通性。例如，纳米纤维丛内的相邻纳米纤维可以通过范德华力(van der Waals force)而相互吸引。无论如何，丛内的纳米纤维的密度可以通过应用本文所述的技术来增加。
制造纳米纤维丛的方法在例如PCT号WO2007/015710中有所描述，其通过引用整体并入本文。
可以使用各种方法来生产纳米纤维前体丛。例如，在一些实施方案中，纳米纤维可以在高温炉中生长，如图2示意性地示出。在一些实施方案中，可以将催化剂沉积在基材上，放置在反应器中，然后可以暴露于被供应到反应器的燃料化合物。基材可以承受超过800℃甚至1000℃的温度，并且可以是惰性材料。基材可以包括设置在下伏硅(Si)晶片上的不锈钢或铝，但可以使用其他陶瓷基材来代替Si晶片(例如，氧化铝、氧化锆、SiO2、玻璃陶瓷)。在前体丛的纳米纤维是碳纳米管的实例中，碳基化合物(例如乙炔)可以用作燃料化合物。在被引入反应器之后，燃料化合物随后可开始在催化剂上积聚，并且可通过从基材向上生长而组装形成纳米纤维丛。反应器还可以包括气体入口和气体出口，在气体入口处，燃料化合物和载运气体可以被供应到反应器，在气体出口处，消耗的燃料化合物和载运气体可以从反应器中释放。载运气体的实例包括氢气、氩气以及氦气。这些气体，特别是氢气，也可以被引入反应器，以促进纳米纤维丛的生长。此外，可将掺入纳米纤维中的掺杂剂添加到气流中。
在用于制造多层纳米纤维丛的工艺中，在基材上形成一个纳米纤维丛，随后生长与第一纳米纤维丛接触的第二纳米纤维丛。多层纳米纤维丛可以通过多种合适的方法形成，例如通过在基材上形成第一纳米纤维丛，在第一纳米纤维丛上沉积催化剂，然后向反应器中引入额外的燃料化合物，以促进从位于第一纳米纤维丛上的催化剂生长第二纳米纤维丛。根据所应用的生长方法、催化剂的类型以及催化剂的位置，第二纳米纤维层可以生长在第一纳米纤维层的顶部，或者在例如用氢气使催化剂再生之后，直接生长在基材上，从而在第一纳米纤维层的下方生长。无论如何，第二纳米纤维丛可以与第一纳米纤维丛的纳米纤维大致端对端对准，但在第一丛与第二丛之间存在易于检测的界面。多层纳米纤维丛可以包括任何数量的丛。例如，多层前体丛可包括两个、三个、四个、五个或更多个丛。
纳米纤维片
除了以丛构型布置之外，本申请的纳米纤维还可以以片构型布置。如本文所用，术语“纳米纤维片”、“纳米管片”或简称“片”是指纳米纤维在平面内端对端对准的纳米纤维布置。图3显示带有尺寸标记的示例纳米纤维片的图示。在一些实施方案中，片的长度和/或宽度是其厚度的100倍以上。在一些实施方案中，长度、宽度或两者都是片的平均厚度的103、106或109倍。纳米纤维片可以具有例如在大约5nm至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，纳米纤维片可以具有1厘米至10米之间的长度和1厘米至1米之间的宽度。提供这些长度仅仅是为了说明。纳米纤维片的长度和宽度受制造装备的配置的限制，而不受任何纳米管、丛或纳米纤维片的物理或化学性质的限制。例如，连续工艺可以生产任何长度的片。这些片可以在其生产时被卷绕在一个辊上。
从图3可看出，纳米纤维沿着端对端对准的轴线被称为纳米纤维对准方向。在一些实施方案中，纳米纤维对准方向可以在整个纳米纤维片上是连续的。纳米纤维不一定彼此完全平行，并且应理解，纳米纤维对准方向是纳米纤维对准方向的平均或总体度量。
可以使用能够生产片的任何类型的合适工艺来组装纳米纤维片。在一些实例实施方案中，可以从纳米纤维丛拉伸出纳米纤维片。从纳米纤维丛拉伸出的纳米纤维片的实例显示于图4中。
从图4可看出，纳米纤维可从丛横向拉伸，然后端对端对准(与纳米纤维重叠)以形成纳米纤维片。在从纳米纤维丛拉伸出纳米纤维片的实施方案中，可以控制丛的尺寸以形成具有特定尺寸的纳米纤维片。例如，纳米纤维片的宽度可以大致等于从其拉伸出片的纳米纤维丛的宽度。另外，例如，当达到所需的片长度时，可以通过结束拉伸工艺来控制片的长度。
纳米纤维片具有许多可用于各种应用的性质。例如，纳米纤维片可以具有可调的不透明度、高的机械强度和柔韧性、导热性和导电性，并且还可以表现出疏水性。假定片内的纳米纤维具有高对准度，则纳米纤维片可能是极薄的。在一些实例中，纳米纤维片约为10nm厚(在正常测量公差内测量)，从而使其接近二维。在其他实例中，纳米纤维片的厚度可高达200nm或300nm。因此，纳米纤维片可以对部件增加极小的额外厚度。
在一些实例中，纳米纤维片可暴露于溶剂(例如甲苯、异丙醇、四氢呋喃、丙酮、甲醇、水、质子溶剂、非质子溶剂、极性溶剂、非极性溶剂)，该溶剂随后被移除。暴露和随后移除可导致纳米纤维片内的组成纳米纤维更紧密地拉伸在一起。这种“致密化”可导致纳米纤维片的厚度(包括上面指示的任何值)减少10倍(对于厚度小于100nm厚的纳米纤维片)至1000倍(对于厚度大于100nm厚的纳米纤维片)。
如同纳米纤维丛一样，纳米纤维片中的纳米纤维可以通过处理剂将化学基团或元素添加到片的纳米纤维表面而被官能化，并且提供与单独的纳米纤维不同的化学活性。纳米纤维片的官能化可以在先前官能化的纳米纤维上进行或可以在先前未官能化的纳米纤维上进行。官能化可以使用本文描述的任何技术(包括但不限于CVD和各种掺杂技术)来进行。
从纳米纤维丛拉伸出的纳米纤维片也可以具有高纯度，其中在一些情况下，纳米纤维片的重量百分比的90％以上、95％以上或99％以上可属于纳米纤维。类似地，纳米纤维片可以包含大于90％、大于95％、大于99％或大于99.9％(重量)的碳。
示例方法
一种用于增加纳米纤维片的透明度的示例方法500显示于图5中。与方法500的各种元件相关联的一些对应的结构示出于图6A至图6F中。图5与图6A至图6F之间的同时参考将有助于解释。
方法500开始于从纳米纤维丛(图6A至图6C中的601)中拉伸出504纳米纤维片(图6A至图6C中的604)，如上文在图3和图4的上下文中所描述。
应变元件可附接508到从纳米纤维丛拉伸出的纳米纤维片上。这在图6A中显示为应变元件608附接到从纳米纤维丛601拉伸出的纳米纤维片604的自由端602。纳米纤维片604的“固定端”610附接到纳米纤维丛601并与其成一体。该连接的侧视图显微照片显示于图4中。
应变元件608可以附接508到纳米纤维片604的自由端602，使得应变元件608的应变方向不平行于纳米纤维片内的纳米纤维对准方向。该纳米纤维对准方向在图6A中以箭头指出，这也对应于纳米纤维片从纳米纤维丛拉伸的方向。在一些实例中，应变元件608可以垂直于纳米纤维片604内的单个纳米纤维的端对端对准方向而附接508。此实例显示于图6A中。在一些实例中，应变元件608可以相对于片内的纳米纤维对准方向以45°至135°的角度附接508。这显示于图6F中。
应变元件608可以使用例如胶带、固化粘合剂(无论是通过空气、辐射还是温度)、压缩配件(例如将纳米纤维片固持在应变元件608上的夹具或适当构造的套筒)或纳米纤维片604与应变元件608之间的物理连接来附接508至纳米纤维片604的自由端602。然而，无论采用何种方法，附接应足以保持所施加的应力(如下所描述)，而不会断裂或松弛。在一些实例中，附接是可释放的。
应变元件608的实例包括弹性材料或具有低弹性模量的其他材料的带、杆或片。可用于应变元件608的材料的实例包括但不限于弹性橡胶(例如，丁二烯橡胶；弹性模量小于1Mpa、小于0.5Mpa、小于0.1Mpa、小于50kPa的弹性体)、具有低弹性模量的塑性可变形聚合物(例如小于1GPa或小于2GPa，例如聚乙烯)、或者甚至是被构造用于伸长的刚性材料如钢的结构(例如伸缩式钢杆)。
然后，可通过在应变方向上伸长应变元件608而将应变施加512到纳米纤维片604的自由端602。这种施加应变示出于图6B中。虽然应变元件608在图6A所显示的未应变状态与图6B所显示的应变状态之间是相同的，但是后一个图中的应变元件表示为608′，以指示其形状相对于其初始状态已经改变(即，通过施加应变而增加)。伸长方向由应变元件608′内的双箭头指示。如上所指示，应变元件从608到608′的伸长可由塑性应变或弹性应变引起。
所施加的应变产生图6B中所显示的结构，其中初拉伸纳米纤维片604的第一宽度W1(即，在固定端610处)增加到承受应变的(自由)端602处的宽度W2，其中W2大于W1。W2可以在以下W1倍数的任意范围内：1.1倍(X)到3X W1；从1.5X到3X W1；从2X到3X W1；从1.5X到2.5X W1。在一些实例中，2.5X也被表示为“150％”，并且3X被表示为“200％”。
承受应变的端(也对应于图6B至图6E中的自由端602)然后可附接516到非弹性支撑件612，以便在自由端602处保持由应变元件608′施加到纳米纤维片604上的应变。这显示于图6C中。非弹性支撑件612与具有宽度W2的纳米纤维片604之间的附接可以使用上述任何技术，或者可替代地可以使用永久性粘合剂。一旦附接516到支撑件612，在支撑件612已经放置在应变元件608与片604的固定端610之间的情况下，应变元件608′可以通过反转前述连接或者简单地切断支撑件612与应变元件608之间的纳米纤维片来移除520。
非弹性支撑件612的实例可以包括杆、销、棒、箍或具有弹性模量的其他结构，所述弹性模量可以抵抗日常操作期间的弹性变形。非弹性支撑件612还可以包括框架，所述框架能够固定自由端602、固定端610以及(可选地)相对中间侧，同时使纳米纤维片的中心部分不受支撑。可用于形成非弹性支撑件612的实例材料包括但不限于聚合物(例如聚碳酸酯、聚乙烯、聚四氟乙烯)、金属(钢、铜、铝)、玻璃(二氧化硅玻璃、硼硅酸盐玻璃)、硅等。
然后可以用纳米纤维片604的固定端610重复524方法500的前述要素。元件512、元件516到纳米纤维片604的固定端610的重复显示于图6D和图6E中。初拉伸纳米纤维片的初始宽度W1(在施加应变之前)示出于图6E中。与端610相关联的应变元件被显示为处于其应变状态(如其中的由双箭头所示)，并且标记为应变元件616′。在端610处保持应变的非弹性支撑件在非弹性支撑件618处表示。
通过从纳米纤维丛601中拉伸出第二纳米纤维片来产生第二牵伸纳米纤维片，可以重复528方法500。在一些实例中，方法500可任选地通过在第一纳米纤维片上堆叠532第二纳米纤维片来继续。堆叠的片之间的纳米纤维对准方向可以是相对于彼此从5°至185°。通常，两者之间的对准不是0°(即，它们没有堆叠以便具有平行的纳米纤维对准)。在下面描述的实验实例中，将两个片堆叠以具有垂直的纳米纤维对准。可以用任何数量的纳米纤维片和上面指出的任何取向重复堆叠。
如下所描述，所述方法的性能可引起纳米纤维片对辐射的透明度增加。在一些情况下，已经观察到透明度的增加是由承受应变的纳米纤维片内形成的间隙所致。在一些实例中，多个应变纳米纤维片可以彼此堆叠。在一些情况下，相对于单个纳米纤维片，堆叠多个承受应变的片可以提高堆叠件的机械稳定性和韧性。虽然下面描述的实验实例表明对片进行堆叠使得两个片之间的纳米纤维对准方向彼此垂直(+/-5°)，但应当理解，堆叠的片可以相对于彼此以任何取向定向。
性质
方法500的性能可以将初拉伸纳米纤维片的宽度从第一宽度(W1)增加到第二宽度(在施加应变之后，W2)，增加到高达3倍。换句话说，牵伸片的宽度增加3倍(或“3X”)。同样，这可以表示为W2＝3*(W1)。在其他实例中，方法500的性能可在以下任何范围内产生大于初拉伸纳米纤维的第一宽度(W1)的第二宽度W2：从1.1X到2X；从1.1X到2.5X；从1.5X到2X；从2.5X到3X；从1.75X到3X。
在一些实例中，对于单个纳米纤维片，可见辐射光谱(例如，具有从380nm到740nm、从400nm到700nm、从450nm米到550nm的波长)中的透明度可以增加10％到15％。换句话说，单个碳纳米纤维片604在牵伸之前(例如，在宽度W1处)可具有约80％的可见光谱中的透明度，并且在牵伸之后(例如，达到宽度W2)可具有至少95％的透明度。
在一些实例中，在牵伸时可在片内形成间隙。这些间隙的形成可以部分地取决于被拉伸出纳米米纤维片的纳米纤维丛的高度和密度。对于矮丛(例如，高度小于150μm)或较不致密的丛(例如，45-50mg/cm3)，片中的间隙将具有均匀的尺寸和分布，直到宽度增加到初始片宽度的1.5X。来自高丛(例如，在300μm到500μm)或致密丛(例如，大于60mg/cm3)的片可具有尺寸和分布均匀的间隙，直至初始片宽度的约1.65X。
透明度相对于牵伸程度的实验结果如下表1所示。实验结果1-3描述了两个纳米纤维片的可见光谱辐射的透明度百分比(％)，这两个纳米纤维片被牵伸了指示量并且以片中纳米纤维取向彼此成90°进行堆叠。实验结果4包括彼此以90°堆叠从而充当根据上述技术处理的实验结果1至3的参考点的未牵伸片。按照图7至图12，应当理解下面表1中给出的间隙宽度尺寸对应于(近似矩形的)间隙的边的长度，而不是间隙的对角线。
Figure BDA0003027262560000141
表1
图7显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片初始宽度的三倍并且经堆叠以使得各个纳米纤维取向彼此成90°。图8显示在本公开的实例中图7所显示的样品在20X放大下的图像。这些图像对应于表1中的样品编号1。
图9显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片初始宽度的2.5倍并且经堆叠以使得各个纳米纤维取向彼此成90°。图10显示在本公开的实例中图9所显示的样品在20X放大下的图像。这些图像对应于表1中的样品编号2。
图11显示实验结果，所述实验结果描绘在本公开的实例中两个纳米纤维片的1X和20X图像，每个纳米纤维片被牵伸至初拉伸片初始宽度的两倍并且经堆叠以使得各个纳米纤维取向彼此成90°。图12显示在本公开的实例中图11所显示的样品在20X放大下的图像。这些图像对应于表1中的样品编号3。
使用共聚焦显微镜捕获图7至图11中的图像。一些图像使用亮视野显微镜术捕获，而一些图像使用暗视野显微镜术捕获。
其他考虑因素
已经出于说明的目的呈现了对本公开的实施方案以上描述；该描述并非穷举性的，也不是要将权利要求限制为所公开的精确形式。本领域技术人员可以理解，根据上述公开内容，许多修改和变型是可能的。
在说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择，并且它可能不是为了描绘或限制本发明的主题而选择。因此，本公开的范围不是由该详细描述限制，而是由基于本文的申请所提出的任何权利要求限制。因此，实施例的公开内容旨在说明而非限制本发明的范围，本发明的范围在所附权利要求中阐述。

Claims (18)

1.一种方法，其包括：
从纳米纤维丛拉伸出第一纳米纤维片，所述第一纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的固定端和与所述固定端相对的自由端，其中所述第一纳米纤维片的多根纳米纤维与所述纳米纤维片的拉伸方向对准；
将应变元件附接到所述自由端；
通过在与所述纳米纤维的对准不平行的方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述自由端；
将所述纳米纤维片的承受应变的自由端附接到支撑件，所述支撑件将所施加的应变保持在所述第一纳米纤维片中；
从所述纳米纤维丛中移除所述第一纳米纤维片；以及
将第二纳米纤维片堆叠在所述第一纳米纤维片上。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
从所述纳米纤维丛拉伸出所述第二纳米纤维片，所述第二纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的第二固定端和与所述第二固定端相对的第二自由端，其中所述第二纳米纤维片的多根纳米纤维与所述第二纳米纤维片的拉伸方向对准；
将所述应变元件附接到所述第二自由端；
通过在与所述纳米纤维的取向不平行的第二方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述第二自由端；
将所述第二纳米纤维片的第二承受应变的自由端附接到第二支撑件，所述第二支撑件将所施加的应变保持在所述第二纳米纤维片中；以及
从所述纳米纤维丛中移除所述第二纳米纤维片。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其还包括响应于施加所述应变而在所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片中的一者或两者中形成多个间隙。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述间隙的平均间隙大小是从一侧的8微米到一侧的45微米。
5.如权利要求3所述的方法，其中：
将所述应变施加到所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片包括对每个片施加3倍的应变；并且
堆叠的所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片对可见光谱中的辐射的透明度为90％。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片的堆叠件对具有550nm的波长的辐射的透明度为72％至88％。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述第一纳米纤维片和所述第二纳米纤维片以使其对应的纳米纤维对准方向彼此不平行的方式堆叠。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一纳米纤维片的纳米纤维对准方向与所述第二纳米纤维片的纳米纤维对准方向之间的角度为45°至135°，不包括0°。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第二纳米纤维片处于初拉伸状态。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括通过将所述第二纳米纤维片暴露于溶剂中并在所述堆叠之前移除所述溶剂来使所述第二纳米纤维片致密化。
11.一种方法，其包括：
从纳米纤维丛拉伸出纳米纤维片，所述纳米纤维片具有与所述纳米纤维丛成一体的固定端和与所述固定端相对的自由端，其中所述纳米纤维片的多根纳米纤维在与所述纳米纤维片的拉伸方向平行的方向上对准；
将应变元件附接到所述自由端；
通过在与所述纳米纤维的对准不平行的方向上伸长所述应变元件来将应变施加到所述自由端；以及
将所述纳米纤维片的承受应变的自由端附接到支撑件，所述支撑件将所施加的应变保持在所述纳米纤维片中。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括从所述承受应变的自由端移除所述应变元件。
13.如权利要求11所述的方法，其还包括将如权利要求11所述的方法应用于所述纳米纤维片的所述固定端。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括在将所述应变施加到所述固定端之后，从所述纳米纤维丛切断所述固定端。
15.如权利要求11所述的方法，其中相对于所述纳米纤维片内的所述纳米纤维的对准方向，在45°至135°的方向上施加所述应变。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其中所述纳米纤维片在施加应变之前具有第一宽度，并且在施加应变之后具有第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第二宽度是所述第一宽度的2.5倍至3倍。
18.如权利要求16所述的方法，其中对具有550nm的波长的辐射的透明度为至少80％。
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