JP2021519256A - 機能性グラフェン及びcntシート光吸収体並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
アメリカ合衆国政府は、政府契約No.11−C−0042(制限事項)に従って、本発明に関する権利を有する。
不織CNTシートに対するラスター化レーザー処理の効果が30mm試片サンプルのレーザー処理前後に撮影した図3に示す写真で比較され、目視で実証される。例えば、650nmのラインポインタレーザーで照射された場合、ビームは、右側のレーザー処理されたサンプルでは殆ど見えず、反射率特性が減少したことを示す。
その反射率特性を低下させるために、CNTシート材料をレーザーで機能化し、テクスチャ加工することは、幾つかの装置因子および環境条件に依存する。これらのレーザー因子および環境条件は共に、CNTシートの表面官能化反応を支援する表面温度にいかに迅速に到達するか、およびこれらの反応が所望の深さまで官能化およびテクスチャー加工されるかを制御するために、熱放射、伝導および対流プロセスによっていかに迅速にクエンチされ得るかを決定する。CNTシート表面をテクスチャ加工して、その光の捕捉及び吸収特性を更に高めるには、レーザービームを変調して、処理に使用されるレーザーの波長の2から1,000倍を超える範囲の深さのピット及び谷を生成することができる。
レーザーのタイプは例えば、連続出力またはパルス、ガスタイプまたは固体状態であってもよい。
レーザー出力は例えば、約1〜15ワット毎平方センチメートルである。
レーザー波長は例えば、100nm〜11,000nmである。
レーザービームの焦点/サイズは、例えば、1マイクロメートル〜10,000マイクロメートルである。
レーザービーム形状は、例えば、円形スポット、スター、バー又は生成されたラインタイプ。
レーザー掃引およびステップ率は、例えば、50〜2,400ドット/インチ(DPI)の間のステップ分解能、および12〜360インチ/秒の間のラスタ率。
さらなる環境パラメータには、シートの機械的張力および物理的取り付けまたは真空保持が含まれる。周囲空気環境中でCNTシートを機能化し、テクスチャ加工するためには、プロセスを開始するために400℃〜500℃のシート表面温度が必要であり、レーザーパラメータ及び他の条件を調整して、これらの温度及び場合によってはより高い温度を達成して処理を加速することができるようにする必要がある。他の気体雰囲気下での処理のためには、より高いまたはより低い表面温度が必要とされ得る。例えば、この方法は、窒素環境中で行うことができる。
本発明の例示的な実施態様を本明細書に示し、詳細に説明したが、本発明の精神から逸脱することなく、様々な修正、追加、置換などを行うことができ、したがって、これらは以下の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲内にあると考えられることが、当業者には明らかであろう。
Claims (14)
- 水平配向カーボンナノチューブ(CNT)のランダムに組織化された不織シートをレーザーで処理して、CNTと周囲環境ガスとの間の化学反応を開始及び誘発する高温まで表面を局所的に加熱することによって、前記不織シートの表面を化学的に官能化する処理工程を含む、光吸収体の製造方法。
- 前記処理の工程が、
CNTのシートの表面を約400〜500度の温度に到達させるように、
動作パワー、ラスター速度、ステップ分解能、およびレーザーの焦点を選択する工程を更に含む、請求項1に記載の製造方法。 - レーザーの動作パワーが平方センチメートル当たり約1ワットである請求項2に記載の製造方法。
- レーザーの出力を約50マイクロ秒ごとに約10ワット増加させて、CNTのシートの表面をテクスチャ加工する工程をさらに含む、請求項3に記載の製造方法。
- 前記CNTのシートの表面は、空間的にランダムな方法で、前記テクスチャ加工のレーザーの波長の2倍から1,000倍までの間のランダムな深さにテクスチャ加工される、請求項4に記載の製造方法。
- CNT上のシートの表面が、規則的な幾何学的パターンで、テクスチャ加工レーザーの波長の2〜1,000倍の深さにテクスチャ加工される、請求項4に記載の製造方法。
- 前記レーザーは、気体型または固体レーザーである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記レーザーの波長は、前記レーザーの波長の約2〜1,000倍の深さで前記CNTのシートによって放射線が吸収されるように選択される、請求項7に記載の製造方法。
- 前記レーザーは、50〜2,400DPIのステップ分解能と、12〜360インチ/秒のラスタ率とを有する、請求項1に記載の製造方法。
- 前記製造方法が、周囲温度および圧力条件で実施される、請求項1に記載の製造方法。
- 表面が、有機アルデヒド、ケトン、カルボキシレート、エポキシド、過酸化物およびヒドロキシル化合物のいずれかを含む官能基中に酸素および水素原子を含有するように化学的に改変または官能化される、請求項10に記載の製造方法。
- 前記製造方法は窒素環境中で実施され、前記CNTの不織シートの表面は窒素種によって官能化される、請求項1に記載の製造方法。
- 請求項1に記載の製造方法によって処理された不織カーボンナノチューブシート材料を含む光吸収体。
- 請求項4に記載の製造方法によって処理された不織カーボンナノチューブシート材料を含む光吸収体。
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