JP2009505825A5 - - Google Patents

Claims (78)

1. 改善された流体輸送用の膜であって、
   垂直整列された複数のカーボンナノチューブのアレイと、
   該カーボンナノチューブ間に配置される基質材料と
   を備え、
   該複数のナノチューブが、約２ｎｍ以下の平均ポアサイズを有する、膜。
2. 前記カーボンナノチューブが単一壁ナノチューブまたは二重壁ナノチューブである、請求項１に記載の膜。
3. 前記ナノチューブが、前記膜の各々の側に開放端部を有する、請求項１に記載の膜。
4. 前記ナノチューブの９０％を超えるナノチューブが、カーボンナノチューブの形成に使用される触媒ナノ粒子を含まない、請求項１に記載の膜。
5. 前記アレイが、少なくとも４×１０^１０ 個／平方センチメートルのチューブ面密度を有する、請求項１に記載の膜。
6. 前記ナノチューブが、約０．１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約１０マイクロメートルおよび約１マイクロメートル〜約５マイクロメートルから選択される高さを有する、請求項１に記載の膜。
7. 前記基質材料がセラミックまたは窒化ケイ素を含む、請求項１に記載の膜。
8. 前記基質材料が低応力窒化ケイ素またはＴＥＯＳ酸化物を含む、請求項１に記載の膜。
9. 前記基質材料がごくわずかな分子透過率を有する、請求項１に記載の膜。
10. 前記基質材料が剛性材料である、請求項１に記載の膜。
11. 前記基質材料が約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルおよび約４００ｎｍ〜約８００ｎｍから選択される厚さを有する、請求項１に記載の膜。
12. 前記基質材料が前記カーボンナノチューブをカプセル化する、請求項１に記載の膜。
13. 前記基質材料が、前記カーボンナノチューブを等角に被覆する、請求項１に記載の膜。
14. 前記基質材料が、前記ナノチューブの外面と前記基質材料との間に隙間を有さない、請求項１に記載の膜。
15. 前記膜が、１気圧の圧力降下でテストしたときに破断しない、請求項１に記載の膜。
16. 前記膜が、１００ｎｍの蛍光標識ポリスチレンビードを通過させないか、または２５ｎｍの蛍光標識ポリスチレンビードを通過させない、請求項１に記載の膜。
17. 前記膜が、２ｎｍ、５ｎｍ、または１０ｎｍの金ナノ粒子を通過させない、請求項１に記載の膜。
18. 前記隙間が、約１，０００長さ／直径以下、または少なくとも約１００長さ／直径の高アスペクト比の隙間である、請求項１に記載の膜。
19. 前記膜が、同サイズのポアに対するクヌーセン輸送予測と比較して改善された気体輸送を提供する、請求項１に記載の膜。
20. 前記膜が、同サイズのポアに対するクヌーセン輸送予測と比較して改善された気体輸送を提供し、該改善が、少なくとも３桁の空気流量の改善、少なくとも１６倍の空気流量の改善および少なくとも５０倍の空気流量の改善の群から選択される、請求項１に記載の膜。
21. 前記膜が、滑りのない流体力学的流れの予測に対して、水流の改善を提供する、請求項１に記載の膜。
22. 前記膜が、滑りのない流体力学的流れに対して、少なくとも１０倍、または少なくとも５００倍の水流の改善を提供する、請求項１に記載の膜。
23. 前記膜が、少なくとも１ｃｃ／ｓ−ｃｍ^２−ａｔｍの空気透過率、および少なくとも１ｍｍ^３／ｓ−ｃｍ^２−ａｔｍの水透過率、または少なくとも２ｃｃ／ｓ−ｃｍ ^２ −ａｔｍの空気透過率、および少なくとも２ｍｍ ^３ ／ｓ−ｃｍ ^２ −ａｔｍの水透過率を提供する、請求項１に記載の膜。
24. 前記膜が、クヌーセンモデルからの気体選択性より高い、ヘリウムに対する気体選択性を提供する、請求項１に記載の膜。
25. 前記ナノチューブが約０．２マイクロメートル〜約５マイクロメートルの高さを有し、前記基質材料がセラミックまたはポリマーを含む、請求項３に記載の膜。
26. 前記ナノチューブが約０．２マイクロメートル〜約５マイクロメートルの高さを有し、前記基質材料がポリマーまたはセラミックを含む、請求項３に記載の膜。
27. 前記膜が、同サイズのポアに対するクヌーセン輸送予測と比較して改善された気体輸送を提供する、請求項２５に記載の膜。
28. 改善された流体輸送用の膜であって、
    垂直整列された複数のカーボンナノチューブのアレイと、
    該カーボンナノチューブ間に配置される基質材料と
    を備え、
    該ナノチューブが約７ｎｍ以下の平均ポアサイズを有し、
    該ナノチューブが、前記膜の各々の側に開放端部を有し、
    該膜が、同サイズのクヌーセン予測された輸送と比較して改善された気体輸送を提供する膜。
29. 前記カーボンナノチューブが、単一壁ナノチューブまたは二重壁ナノチューブである、請求項２８に記載の膜。
30. 前記カーボンナノチューブが多重壁ナノチューブである、請求項２８に記載の膜。
31. 前記ナノチューブが、約０．１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、または約１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの高さを有する、請求項２８に記載の膜。
32. 前記基質材料がセラミックまたはポリマーを含む、請求項２８に記載の膜。
33. 前記基質材料が窒化ケイ素を含む、請求項２８に記載の膜。
34. 前記基質材料が蒸着ポリマーを含む、請求項２８に記載の膜。
35. 前記基質材料がごくわずかな分子透過率を有する、請求項２８に記載の膜。
36. 前記基質材料が剛性材料である、請求項２８に記載の膜。
37. 前記基質材料が前記カーボンナノチューブをカプセル化する、請求項２８に記載の膜。
38. 前記基質材料が、前記カーボンナノチューブを等角に被覆する、請求項２８に記載の膜。
39. 前記基質材料が、前記ナノチューブの外面と前記基質材料との間に隙間を有さない、請求項２８に記載の膜。
40. 前記膜が、１気圧の圧力降下でテストしたときに破断しない、請求項２８に記載の膜。
41. 膜であって、
    基質中にカプセル化されるカーボンナノチューブを含み、該ナノチューブが、約０．５ｎｍ〜約６０ｎｍの平均ポアサイズを有し、
    該膜が、クヌーセン拡散と比べて改善された気体輸送を提供する、膜。
42. 前記平均ポアサイズが約１ｎｍ〜約２０ｎｍである、請求項４１に記載の膜。
43. 前記基質が、セラミックまたはポリマーを含む、請求項４１に記載の膜。
44. 前記膜が、前記改善が少なくとも３桁の空気流量である改善された気体輸送量を提供する、請求項４１に記載の膜。
45. 膜であって、
    基質中にカプセル化されるナノチューブを含み、該ナノチューブが、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの平均ポアサイズを有し、
    該膜が、クヌーセン拡散と比べて改善された気体輸送を提供する膜。
46. 前記ナノチューブが無機ナノチューブまたはカーボンナノチューブである、請求項４５に記載の膜。
47. 膜を構成する方法であって、
    垂直整列された複数のカーボンナノチューブのアレイを製造するステップであって、該アレイが、該カーボンナノチューブ間に隙間を含む、ステップと、
    該カーボンナノチューブ間の隙間をセラミック基質材料で充填するステップと
    を含み、
    該カーボンナノチューブが開放し、該膜を通る流れを提供する、方法。
48. 前記製造ステップが蒸着を含む、請求項４７に記載の方法。
49. 前記充填ステップが蒸着を含む、請求項４８に記載の方法。
50. 前記製造ステップが蒸着を含み、かつ前記充填ステップが蒸着を含む、請求項４８に記載の方法。
51. 前記製造ステップが、蒸着用の金属ナノ粒子触媒を含む基板表面を提供することを含む、請求項４８に記載の方法。
52. 前記充填ステップが化学蒸着を含む、請求項４８に記載の方法。
53. 前記充填ステップが、前記カーボンナノチューブがキャッピングされるときに蒸着を含む、請求項４８に記載の方法。
54. 前記カーボンナノチューブを開放するために、前記膜の両側にエッチングすることをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
55. 前記カーボンナノチューブを除去することをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
56. 改善された流体輸送用の膜を構成する方法であって、
    垂直整列された複数のカーボンナノチューブのアレイを提供するステップであって、該ナノチューブが、約２ｎｍ以下の平均ポアサイズを有する、ステップと、
    該カーボンナノチューブ間に基質材料を配置するステップと
    を含む、方法。
57. ナノ多孔性膜を製造する方法であって、
    垂直整列されたカーボンナノチューブアレイを該ナノチューブ間に高アスペクト比の隙間を含む基板上で成長させるステップと、
    該ナノチューブ間の高アスペクト比の隙間を等角に充填することが可能な等角基質材料で該アレイをコーティングし、該等角基質材料の硬化の際に、該ナノチューブを不動態化させるステップと、
    該ナノチューブの両端部を開放するステップと
    を含む、方法。
58. 前記基質材料の硬化後に、前記ナノチューブを除去することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
59. 前記ナノチューブが酸化により除去される、請求項５７に記載の方法。
60. 前記高アスペクト比の隙間が約１，０００長さ／直径である、請求項５７に記載の方法。
61. 前記垂直整列されたカーボンナノチューブアレイが単一壁アレイまたは多重壁アレイである、請求項５７に記載の方法。
62. エチレン、水素、およびアルゴンが、前記ナノチューブアレイを成長させるためのプロセスガスとして使用される、請求項５７に記載の方法。
63. ケイ素上に堆積された薄い金属多層が、前記成長を触媒するための前記基板として使用される、請求項５７に記載の方法。
64. 前記薄い金属多層がＦｅである、請求項６３に記載の方法。
65. 前記薄い金属多層が約５ｍｎ〜約１０ｎｍの厚さを有する、請求項６４に記載の方法。
66. 前記等角材料が窒化ケイ素である、請求項５７に記載の方法。
67. 前記等角材料がＴＥＯＳ酸化物である、請求項５７に記載の方法。
68. ＣＶＤまたはＡＬＤが前記コーティングプロセスに使用される、請求項６４に記載の方法。
69. 前記ナノチューブが、過剰な基質材料を前記膜から除去することによって開放される、請求項６４に記載の方法。
70. 前記過剰な基質材料が、プラズマエッチングプロセスを使用して前記膜から除去される、請求項６９に記載の方法。
71. 請求項５７により生成されるナノ多孔性膜。
72. 前記垂直整列されたカーボンナノチューブアレイが単一壁アレイであり、前記ナノチューブが、約０．８ｎｍ〜２ｎｍの直径、５ｎｍ未満のチューブ間の間隔、および高さ５マイクロメートル〜１０マイクロメートルを有するか、または該垂直整列されたカーボンナノチューブアレイが多重壁アレイであり、該ナノチューブが、約５ｎｍ〜１０ｎｍの直径、５ｎｍ未満のチューブ間の間隔、および高さ５マイクロメートル〜１０マイクロメートルを有する、請求項７１に記載のナノ多孔性膜。
73. 膜を構成する方法であって、
    垂直整列された複数のカーボンナノチューブのアレイを製造するステップであって、該アレイが、該カーボンナノチューブ間に隙間を含む、ステップと、
    該カーボンナノチューブ間の隙間をポリマー基質材料で充填するステップと
    を含み、
    該カーボンナノチューブが開放し、該膜を通る流れを提供する、方法。
74. 前記ポリマー基質材料がパリレンを含む、請求項７３に記載の方法。
75. 膜を構成する方法であって、
    垂直整列された複数のカーボンナノチューブアレイを製造するステップであって、該アレイが該カーボンナノチューブ間に隙間を含むステップと、
    該カーボンナノチューブ間の隙間をセラミックまたはポリマー基質材料で充填するステップと
    を含み、
    該カーボンナノチューブが開放し、クヌーセン拡散と比較して、該膜を通る改善された気体流を提供する、方法。
76. 複数のカーボンナノチューブ膜を含むチップであって、該カーボンナノチューブ膜は、垂直整列されたカーボンナノチューブのアレイと、該ナノチューブ間に配置された基質材料とを含む、チップ。
77. 検体を含む液体を請求項１〜４６のいずれか１項に記載の膜を通過させることによって、該液体から該検体を分離する方法。
78. 請求項１〜４６のいずれかの膜による膜と、多孔性のポリマー支持材料または繊維質支持材料とを含む、織物。