JP2008523254A5 - - Google Patents

Claims (90)

1. ナノファイバーを含む糸を製造する方法であって、
   （ａ）実質的に平行なナノファイバーの配列を含む予備的主要アセンブリを与えるステップと、
   （ｂ）周りで撚りが発生できる整列軸を有するナノファイバーの主要アセンブリを与えるために予備的主要アセンブリから引き出すステップであって、前記主要アセンブリが、（ｉ）整列した配列、および（ｉｉ）前記整列軸の周りでの整列に向かって集束する配列とからなるグループより選択される主要アセンブリである、ステップと、
   （ｃ）撚り糸を製造するために前記主要アセンブリの整列軸の周りで撚糸するステップとを含む方法。
2. 前記ナノファイバーが、実質的に平行なナノファイバーの配列を形成するよう化学的に合成される、請求項１の方法。
3. 前記予備的主要アセンブリがナノファイバー糸ではない、請求項１の方法。
4. 前記予備的主要アセンブリの配向方向が、前記主要アセンブリの配向方向とは異なる、請求項１の方法。
5. 前記予備主要アセンブリを与える工程が、機械的引き出し方法により前記予備的主要アセンブリを形成することを含まない、請求項１の方法。
6. 前記ナノファイバーの重要な構成要素のナノファイバー軸と直交する最大厚さが最大約１００ｎｍである、請求項１〜５のいずれか１項の方法。
7. 前記ナノファイバーの重要な構成要素のナノファイバー軸と直交する最大厚さが最大約３０ｎｍである、請求項１〜６のいずれか１項の方法。
8. ナノファイバーの最も薄い横厚さ方向において、長さ対厚さの最小比が少なくとも約１０００である、請求項１〜７のいずれか１項の方法。
9. 撚り糸中のナノファイバーが、撚り糸円周に対するナノファイバー長さの少なくとも約１０の最小比を有する、請求項１〜８のいずれか１項の方法。
10. 予備的主要アセンブリがナノファイバー・フォレストである、請求項１〜９のいずれか１項の方法。
11. 予備的主要アセンブリがカーボンナノチューブ・フォレストである、請求項１〜９のいずれか１項の方法。
12. カーボンナノチューブが約１０ｎｍの直径を有する多層カーボンナノチューブである、請求項１１の方法。
13. フォレストの基部におけるフォレスト密度が少なくとも２００億ナノチューブ／ｃｍ^２ または０．０５ｇ／ｃｍ ^３ のいずれかである、請求項１１または１２の方法。
14. カーボンナノチューブで占有されるフォレストの基部の面積の百分率が約４％より高く、かつ約４０％未満である、請求項１３の方法。
15. フォレストの基部で測定された場合で、（ｉ）フォレストにおける単位面積当たりのカーボンナノチューブの数と、（ｉｉ）カーボンナノチューブ直径との積が、０．１６と１．６との間の範囲である、請求項１１の方法。
16. フォレストの基部領域で開始されたカーボンナノチューブの少なくとも約２０％が本質的にフォレストの上部まで延長する、請求項１１の方法。
17. フォレストの高さが少なくとも約５０ミクロンである、請求項１１〜１６のいずれか１項の方法。
18. 前記フォレストは第一面および第二面を有する基板上にあり、カーボンナノチューブ・フォレストは基板の第一面および第二面上に成長する、請求項１１〜１７のいずれか１項の方法。
19. 主要アセンブリが端部を有し、撚り糸を製造するために主要アセンブリが前記端部を中心に直接的に撚糸される、請求項１の方法。
20. （ａ）前記ナノファイバーは多層カーボンナノチューブを含み、
    （ｂ）前記撚り糸は多層カーボンナノチューブ糸である、請求項１の方法。
21. 多層カーボンナノチューブ・フォレストを支持する平面基板は回転ホルダに収容され、前記回転ホルダは撚り糸の軸に実質的に沿って整列した軸を有する、請求項２０の方法。
22. 撚り糸の巻き取りによって前記撚り糸を収集するステップをさらに含み、モータが撚糸および巻き取りを同時に実行するために利用される、請求項１の方法。
23. マルチストランド糸を製造するために複数の撚り糸を製造し、複数の撚り糸を一緒に紡糸することをさらに含む、請求項１の方法。
24. 引き出しおよび撚糸が約−２０℃と約５００℃との間の温度で実行される、請求項１〜２３のいずれか１項の方法。
25. 引き出しおよび撚糸の少なくとも１つが、
    （ａ）撚り糸に沿って電流を流すことによるナノファイバーの抵抗加熱、
    （ｂ）可視光線、紫外線、赤外線、無線周波数、マイクロ波周波数およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される領域からの電磁波照射のナノファイバーによる吸収、および
    （ｃ）それらの組み合わせ、
    からなるグループより選択される加熱手段を使用した昇温状態で実行される、請求項１〜２４のいずれか１項の方法。
26. 予備的主要アセンブリがナノファイバー・フォレストであり、前記ナノファイバー・フォレストは非平面状基板の上に支持され、そして前記非平面状基板上のナノファイバー・フォレストの占有領域に対する最小曲率半径はナノファイバー・フォレストの最大高さの少なくとも約１０倍である、請求項１の方法。
27. 前記基板はローラーの上で加工されるのに十分な可撓性がある、請求項２６の方法。
28. カーボンナノチューブ・フォレストにおいてカーボンナノチューブは少なくとも部分的に束で配列されており、個々のカーボンナノチューブは少なくとも時折１個より多くの束に含まれる、請求項１１〜１８のいずれか１項の方法。
29. さらに糸強化剤を適用することを含み、
    （ａ）前記糸強化剤が、摩擦助剤、電解質、結合剤、糸の熱伝導性を高める種、糸の電気伝導性を高める種、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される添加剤を含み、
    （ｂ）前記糸強化剤が、予備的主要アセンブリ、主要アセンブリ、および撚り糸のうちの少なくとも１つに適用される、
    請求項１〜２８のいずれか１項の方法。
30. 前記糸強化剤が、ガス状態からの適用、液体状態からの適用、ガスプラズマによる方法、溶液からの電気化学的な方法、粒子浸潤による方法、ファイバー浸潤による方法、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される方法で適用される、請求項２９の方法。
31. 撚り糸を製造するために引き出しおよび撚糸が同時に実行される、請求項１の方法。
32. 撚糸がナノファイバーリボン楔を撚り糸に変換する、請求項１の方法。
33. 主要アセンブリは、少なくとも１ｍｍ幅を有する実質的に長方形のナノファイバーリボンである整列したナノファイバー配列を含む、請求項１の方法。
34. （ａ）撚り糸をナノファイバー成長のための触媒で浸潤すること、
    （ｂ）化学蒸着を使用して撚り糸内部でナノファイバーを成長させること、をさらに含む、請求項１〜３３のいずれか１項の方法。
35. 前記引き出しが約９０°と約６０°の間の引き出し角度においてであり、引き出し角度は引き出し方向とフォレスト中のナノファイバーの方向の間の角度である、請求項１〜１８のいずれか１項の方法。
36. 前記予備的主要アセンブリは、ナノファイバー・フォレストを含み、前記ナノファイバー・フォレストは、フォレスト用の成長した基板から剥ぎ取られ、前記成長基板に付着されずに撚り糸に製造される、請求項１の方法。
37. １個より多くのナノファイバー・フォレストが、ナノファイバー・フォレスト用の成長した基板から剥ぎ取られ、撚り糸が製造されるナノファイバー・フォレスト層の配列をもたらすために互いを積み重ねられる、請求項１０〜１９および３６の方法。
38. 前記ナノファイバーが、基板の上に炉の成長領域の中でフォレストとして合成され、前記基板が、炉の成長領域からフォレスト中のナノファイバーが引き出しおよび撚糸される領域に連続的に移動する、請求項１の方法。
39. 前記予備的主要アセンブリまたは前記主要アセンブリがパターン化されたナノファイバーアセンブリを含む、請求項１の方法。
40. 前記パターン化アセンブリはナノファイバー・フォレストを含み、かつ前記パターン化されたナノファイバーアセンブリは、ナノファイバー・フォレスト成長のために使用される基板上へのパターン化された触媒の堆積、ナノファイバー・フォレストにパターンをカットすること、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される方法によって提供される、請求項３９の方法。
41. ナノファイバーの前記パターン化アセンブリは、移動する基板の上にあり、かつパターン化されたアセンブリのパターニングが基板の動きの方向に沿って配向される平行なナノファイバー細長片を提供する、請求項３９の方法。
42. 前記平行なナノファイバー細長片は、片撚り糸である前記撚り糸を別々に製造するために使用される、請求項４１の方法。
43. 前記主要アセンブリが、前記ナノファイバーを含むシートまたはリボンを含み、前記シートまたはリボンにおいて、前記ナノファイバーは、主として一方向に配向し；前記引き出すステップは、前記シートからなのファイバーの長手アセンブリを引き出すステップ、および前記長手アセンブリを撚糸して前記撚り糸を形成するステップを含む、請求項１の方法。
44. 前記撚り糸の電気伝導性は、撚り糸に電気伝導性材料を取り込むことにより増加され、かつ前記電気伝導性材料は導電性ポリマー、金属、合金、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される、請求項１〜４３のいずれか１項の方法。
45. 前記主要アセンブリが、
    （ａ）揮発性成分を含む液体を吸収すること、および
    （ｂ）その後液体中の揮発成分を蒸発させること
    によって高密度化される、請求項１〜４４のいずれか１項の方法。
46. （ａ）予備的主要アセンブリは、ナノファイバーが主としてリボンの面内でかつリボンの方向に対して直交して配向されるナノファイバーリボンを含み、そして
    （ｂ）ナノファイバーが、撚糸前または撚糸の間のどちらかで主要アセンブリを形成するためにナノファイバーリボンの端部から引き出される、
    請求項１の方法。
47. （ａ）予備的主要アセンブリは、ナノファイバーがナノファイバーシートに対して主として垂直に配向されるナノファイバーシートまたはリボンを含み、そして
    （ｂ）ナノファイバーが、撚糸された主要アセンブリを形成するためにナノファイバーシートまたはリボンの側部から引き出される、
    請求項１の方法。
48. ナノファイバーを含む糸を製造するための装置であって、
    （ａ）実質的に平行なナノファイバーの配列を含む予備的主要アセンブリのための受け台と、
    （ｂ）周りで撚りが発生できる整列軸を有するナノファイバーの主要アセンブリを与えるために予備的主要アセンブリから引き出すよう作動可能である、引き出し機構と、
    （ｃ）撚糸機構であって、撚り糸を製造するために前記主要アセンブリの整列軸の周りで撚糸するよう作動可能である撚糸機構とを含む装置。
49. 前記受け台は第一面および第二面を有する基板であり、前記ナノファイバーのフォレストは基板の第一面および第二面上に成長し得る、請求項４８の装置。
50. 前記受け台が多層カーボンナノチューブを支持する複数の基板を保持するための平面基板であり、前記基板が回転ホルダに収容され、前記回転ホルダは撚り糸の軸に実質的に沿って整列した軸を有する、請求項４８または４９の装置。
51. 前記撚糸機構が、撚り糸の撚糸および巻き取りを実行するためのモータを含む、請求項４８、４９または５０の装置。
52. 前記装置が、前記引き出しおよび前記撚糸のうちの少なくとも一方を高温で行うために、
    （ａ）前記予備的主要アセンブリ、前記主要アセンブリ、および撚り糸のうちの１つに沿って電流を流すことによるナノファイバーの抵抗加熱のための手段、
    （ｂ）可視光線、紫外線、赤外線、無線周波数、マイクロ波周波数およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される領域からの電磁波照射のナノファイバーによる吸収のための源、ならびに
    （ｃ）それらの組み合わせ、
    からなるグループより選択される加熱手段をさらに含む、請求項４８〜５１のいずれか１項の装置。
53. 前記受け台が、前記ナノファイバー・フォレストのための非平面状基板であり、そして前記非平面状基板上のナノファイバー・フォレストの占有領域に対する最小曲率半径はナノファイバー・フォレストの最大高さの少なくとも約１０倍である、請求項４８の装置。
54. 前記基板はローラーの上で加工されるのに十分な可撓性がある、請求項５３の装置。
55. 撚り糸を製造するために、前記引き出し機構および撚糸機構が同時に実行されるように配置されている、請求項４８の装置。
56. 前記撚糸機構がナノファイバーリボン楔を撚り糸に変換する、請求項４８の装置。
57. （ａ）揮発性成分を含む液体を吸収すること、および
    （ｂ）その後液体中の揮発成分を蒸発させること
    によって高密度化するための手段をさらに含む、請求項４８〜５６のいずれか１項の装置。
58. ナノファイバー単糸の１平方ミクロンの断面積中に少なくとも約１万のナノファイバーを含むナノファイバーの単糸であって、
    （ａ）前記ナノファイバー単糸は少なくとも約１メートルの長さであり、
    （ｂ）前記ナノファイバー単糸は約１０ミクロンより少ない直径を有し、そして
    （ｃ）前記ナノファイバー単糸は、未重ね合わせ、重ね合わせ、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される形態である、
    ナノファイバー単糸。
59. 少なくとも約１０万のナノファイバーがナノファイバー単糸の１平方ミクロン断面積を通過する、請求項５８のナノファイバー単糸。
60. 有機ポリマーを含み、ナノファイバー相互間の結合をもたらす薬剤を組み込む、請求項５８または５９のナノファイバー単糸。
61. 前記ナノファイバー単糸の引っ張り強度が、前記ナノファイバー単糸における一つ結びの結果、平均で最大約２０％減少する、請求項５８、５９または６０のナノファイバー単糸。
62. 前記ナノファイバーがカーボンナノチューブである、請求項５８〜６１のいずれかのナノファイバー単糸。
63. 前記ナノファイバー単糸が少なくとも約１０Ｊ／ｇの靭性を有する、請求項５８〜６２のいずれか１項のナノファイバー単糸。
64. 請求項６３のナノファイバー単糸を含む防護性衣料。
65. バクテリアに対する低透過性、高無線波吸収、高マイクロ波吸収、高熱伝導性、高静電気放電能力、機械的侵入を妨げる高い性能、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される特性の結果として防護性をもたらす請求項６３のナノファイバー単糸を含む防護性織物。
66. 請求項５８〜６３のいずれか１項の電気伝導性のナノファイバー単糸が、アンテナ、センサー、強誘電元素を含む音響アレイのパーツとして織物中に組み込まれている、織物。
67. 対向する表面を接触させる圧力の付与により織物の対向する表面の間で相互接続を形成するために少なくとも部分的に組み込まれる請求項６６のナノファイバー単糸を含む織物。
68. 化学的センサーに組み込まれており、化学的センサーの応答が、糸の電気伝導性、熱電力、電気化学的静電容量、およびこれらの組み合わせからなるグループより選択される特性の変化によってもたらされる、請求項６５、６６および６７のいずれか１項の織物。
69. ナノファイバー単糸が製品において使用されるよう構成され、前記製品は、電気化学的デバイス、組織増殖のための足場、電気ヒータ、可視光および赤外光領域の白熱ランプ光源、電子電界放出源、電子熱放出源、電子織物の構成要素、サーモクロミック要素、燃料電池、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択される、請求項５８のナノファイバー単糸を含む製品。
70. 前記ナノファイバー単糸が組織増殖用足場として使用される、請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む組織増殖用足場。
71. 前記足場が機能性ニューロンの増殖をもたらす、請求項７０の足場。
72. 前記足場がニューロンに接続する、請求項７０の足場。
73. 電界放出源が、フラットパネルディスプレイ、ランプ、サージ保護を与えるガス放電管、ｘ線発生器、マイクロ波発生器、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択されるデバイスのパーツである、請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む電界放出源。
74. 光放出を与えるための蛍光体をさらに含む、請求項７３の電界放出源。
75. 電界放出源は、最大約１０ミクロン直径のナノファイバー単糸の先端からの電子放出を使用する、請求項７３の電界放出源。
76. 前記ナノファイバー単糸は電界放出源デバイス中で軸方向に構成され、前記電界放出源デバイスは円柱状形状であり、前記ナノファイバー単糸は電界放出源の中に組み込まれ、そこでは電界放出は主としてナノファイバー単糸の側面から起こる、請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む電界放出源デバイス。
77. 請求項７３、７４または７５の電界放出源であって、前記ナノファイバー単糸は、電界放出の増強をもたらすために、ナノファイバー単糸の表面から延びるナノチューブファイバーを供給する、電界放出源。
78. 請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む電気化学的デバイスであって、
    （ａ）前記電気化学的デバイスは、バッテリ、超コンデンサ、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するための電子機械的アクチュエータ、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するための電子機械アクチェータ、燃料電池、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択され、
    （ｂ）前記デバイスはデバイス電極としてナノファイバー単糸を利用し、そして
    （ｃ）電解質がナノファイバー単糸の電極の中に存在し対向電極にイオン的導電性経路を与える、電気化学的デバイス。
79. ナノファイバー単糸は電解質を充填したカーボンナノファイバーの片撚り糸を含む、請求項７８の電気化学的デバイス。
80. 別の電解質充填カーボンナノチューブの撚り糸を含む第二のデバイス電極をさらに含む請求項７９の電気化学的デバイスであって、両方の電解質充填のカーボンナノチューブ撚り糸は共に重ね合わされる、電気化学的デバイス。
81. 請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む電気伝導性ワイヤ。
82. 請求項８１の電気伝導性のワイヤであって、糸表面を絶縁され、電気伝導性ナノファイバー単糸を含み、糸表面の絶縁は、糸表面のナノファイバーの化学的変換、絶縁性ポリマーのコーティング、糸表面上にねじられた絶縁性ナノファイバーのシース、およびそれらの組み合わせの存在からなるグループより選択される条件に起因する伝導性ワイヤ。
83. 請求項８１の電気伝導性のワイヤであって、電気伝導性のナノファイバー単糸中にナノ粒子を含み、前記ナノ粒子はＰｔおよびその合金からなるグループより選択される、電気伝導性のワイヤ。
84. 請求項５８〜６３のいずれか１項の電気伝導性ナノファイバー糸を含む燃料電池であって、電気伝導性のナノファイバー糸は燃料電池の電極を形成し、前記電気伝導性のナノファイバー単糸は触媒および電解質を含む、燃料電池。
85. ナノファイバー単糸が撚糸され、ナノファイバー単糸は白熱電気光源の白熱要素を含む、請求項５８〜６３のいずれか１項のナノファイバー単糸を含む白熱電気光源。
86. ナノファイバー単糸が重ね合わされている、請求項８５の白熱電気光源。
87. 請求項１０〜１８のいずれか１項の方法であって、引き出し方向とフォレストにおけるナノファイバーの整列方向の間の角度は約９０°と約５°との間にある方法。
88. ナノファイバー・フォレストからのナノファイバーが引き出しステップの間連続的に連結されているか、引き出しステップの間連結を維持していたか、またはそれらの組み合わせである、請求項１０〜１８および８７のいずれか１項の方法。
89. 引き出しステップの間に引き出されたナノファイバーはナノファイバー・フォレストとナノファイバー集束ゾーンとの間でほぼ平面的な楔を形成する、請求項１０〜１８、８７および８８のいずれか１項の方法。
90. 前記楔はナノファイバー・フォレストから最大約５ｍｍで糸になる、請求項８９の方法。