JP2023179518A - ナノファイバー布帛 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤が存在することにより低下する可能性のあるナノファイバーの有益な特性（例えば、熱伝導性、電気伝導性、赤外（ＩＲ）線透過性）を維持する、接着剤を備えるナノファイバーの布帛を提供する。【解決手段】ナノファイバーには、布帛を形成する前に、撚りをかけてもよく、または撚りをかけることとコイル状にすることの両方を行ってもよい。接着剤は、ナノファイバー布帛を構成するナノファイバーの一部分に選択的に塗布するかまたは浸透させてもよい。上記接着剤によって、上記ナノファイバー布帛をその下にある基材に、該下にある基材が三次元トポグラフィーを有する場合であっても結合させることができる一方、布帛上の上記接着剤の選択的な位置によって、該接着剤とナノファイバー布帛のナノファイバーとの間の接触面積が制限される。【選択図】図２

Description

本開示は、概括的にはナノファイバーに関する。詳細には、本開示は、ナノファイバー糸製のナノファイバー布帛に関する。

単層ナノチューブ及び多層ナノチューブの両方から構成されるナノファイバーフォレストを引き出して、ナノファイバーリボンまたはナノファイバーシートにすることができる。ナノファイバーフォレストは、それが引き出される前の状態においては、互いに平行であり成長のための基材の表面に垂直なナノファイバーの層（または数層の積層体）を含む。引き出されてナノファイバーシートになると、ナノファイバーの配向は成長のための基材の表面に対して垂直から平行に変化する。引き出されたナノファイバーシート中のナノチューブは、端部と端部が接する（ｅｎｄ－ｔｏ－ｅｎｄ）構成で互いに連結して、ナノファイバーの縦軸がシートの平面に平行である（すなわち、ナノファイバーシートの第１の及び第２の主表面の両方に平行である）連続シートを形成する。個々のナノファイバーシートの厚さは、数ミクロン～数十ナノメートルであってよい。次いでナノファイバーシートを紡糸してナノファイバー糸にすることができる。

例１は、
第１の方向に配向した第１の複数のナノファイバーと、
第１の方向とは異なる第２の方向に配向した第２の複数のナノファイバーであって、複数の接合部において上記第１の複数のナノファイバーと接触している上記第２の複数のナノファイバーと、
少なくとも一部の上記複数の接合部上の接着剤堆積物と
を備える、ナノファイバー布帛である。

例２は、第１の方向と第２の方向との間の角度が４５°～１３５°である、例１に記載の主題を含む。

例３は、第１の方向と第２の方向との間の角度が６０°～１２０°である、例１または例２に記載の主題を含む。

例４は、上記ナノファイバー布帛が赤外線に対して透明である、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例５は、上記ナノファイバー布帛中の、第１の方向に配向したナノファイバーと第２の方向に配向したナノファイバーとの間に形成された間隙の幅が１μｍ～１０ｍｍである、例４に記載の主題を含む。

例６は、上記ナノファイバー布帛が電磁干渉に対する障壁として機能する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例７は、上記第１の複数及び上記第２の複数の少なくとも一方のナノファイバーがナノファイバー撚糸を構成する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例８は、上記ナノファイバー撚糸がナノファイバー仮撚糸を含む、例７に記載の主題を含む。

例９は、上記第１の複数及び上記第２の複数の少なくとも一方の上記ナノファイバーがコイル状ナノファイバー糸を構成する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例１０は、上記コイル状ナノファイバー糸のコイルが、三次元トポグラフィーを有する基材と接触して配置された場合に、少なくとも部分的に引き延ばされることによって、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーの少なくとも一部が、それらの互いに対する配向及び位置を維持することが可能になる、例９に記載の主題を含む。

例１１は、枠であって、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーの端部の少なくとも一部がその上に配置されている上記枠を備え、
上記接着剤堆積物が、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーの端部の少なくとも一部の上に存在し、上記端部が上記枠上に配置されている、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例１２は、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーの少なくとも一部に接着剤が浸透している、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例１３は、上記第２の複数のナノファイバーの対応するナノファイバーと接触している、上記第１の複数のナノファイバーのナノファイバー上の第１の複数の接着剤フィレットをさらに備える、例１２に記載の主題を含む。

例１４は、上記第２の複数のナノファイバーのナノファイバーと接触している基材と、
上記第２の複数のナノファイバーのナノファイバー及び上記基材の両方と接触している第２の複数の接着剤フィレットと
をさらに備える、例１３に記載の主題を含む。

例１５は、接着エネルギーが４０ダイン／ｃｍ未満である剥離ライナーを備え、上記剥離ライナーが上記ナノファイバー布帛の少なくとも片面上に存在する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例１６は、上記剥離ライナーが、三次元トポグラフィーを有する基材に追従するように変形するような構成の変形可能なシートを備える、例１５に記載の主題を含む。

例１７は、上記接着剤堆積物がゾルゲル前駆体を含む、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例１８は、上記ゾルゲル前駆体が二酸化ケイ素前駆体及び溶媒を含む、例１７に記載の主題を含む。

例１９は、上記第１の複数のナノファイバーが上記第２の複数のナノファイバーと互いに製織されて、上記ナノファイバー布帛を形成する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例２０は、上記第１の複数のナノファイバーが上記第２の複数のナノファイバーの片面上に配置されて、上記ナノファイバー布帛を形成する、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例２１は、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーがカ
ーボンナノチューブを含む、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例２２は、上記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブを含む、例２１に記載の主題を含む。

例２３は、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーの径が１０ｎｍ～１μｍである、先行例のいずれかに記載の主題を含む。

例２４は、
裏打ち材料及び第１の接着力を有する第１の接着剤を備える剥離ライナーと、
上記剥離ライナーの上記第１の接着剤上に配置された複数のナノファイバー糸であって、撚りがかかりコイル状のナノファイバーである上記ナノファイバー糸と、
上記ナノファイバー糸の少なくとも１つの表面上、または上記撚りがかかりコイル状のナノファイバーの間の、上記ナノファイバー糸の内部に配置された、第１の接着強度よりも大きい第２の接着強度を有する第２の接着剤と
を含むナノファイバー布帛である。

例２５は、上記複数のナノファイバーが、第１の方向に配向した第１の複数の平行なナノファイバーと、第２の方向に配向した第２の複数の平行なナノファイバーとを含む、例２４に記載の主題を含む。

例２６は、第１の方向と第２の方向との間の角度が４５°～１３５°である、例２４に記載の主題を含む。

例２７は、第１の方向と第２の方向との間の角度が６０°～１２０°である、例２５に記載の主題を含む。

例２８は、上記ナノファイバー布帛が赤外線に対して透明である、例２４～２７のいずれかに記載の主題を含む。

例２９は、上記ナノファイバー布帛が電磁干渉に対する障壁として機能する、例２４～２８のいずれかに記載の主題を含む。

例３０は、上記ナノファイバー糸の撚り及びコイルが、三次元トポグラフィーを有する基材と接触して配置された場合に、少なくとも部分的に引き延ばされることによって、上記複数のナノファイバー糸が、それらの互いに対する配向及び位置を維持することが可能になる、例２４～２９のいずれかに記載の主題を含む。

例３１は、第１の接着剤の接着エネルギーが４０ダイン／ｃｍ未満であり、上記剥離ライナーが上記ナノファイバー布帛の少なくとも片面上に存在する、例２４～３０のいずれかに記載の主題を含む。

例３２は、上記剥離ライナーが、三次元トポグラフィーを有する基材に追従するように変形するような構成の変形可能なシートを備える、例３１に記載の主題を含む。

例３３は、上記接着剤がゾルゲル前駆体を含む、例２４～３２のいずれかに記載の主題を含む。

例３４は、上記ゾルゲル前駆体が二酸化ケイ素前駆体及び溶媒を含む、例３３に記載の主題を含む。

例３５は、上記ゾルゲル前駆体が酸化アルミニウム前駆体及び溶媒を含む、例３３に記載の主題を含む。

例３６は、上記ゾルゲル前駆体が酸化イットリウム前駆体及び溶媒を含む、例３３に記載の主題を含む。

例３７は、上記ゾルゲル前駆体が硫化亜鉛前駆体及び溶媒を含む、例３３に記載の主題を含む。

例３８は、第１の方向に配向した第１の複数のナノファイバーを、第１の方向とは異なる第２の方向の第２の複数のナノファイバーの上に配置し、但し上記第１の複数と上記第２の複数とは複数の接合部で接触し、ナノファイバー布帛を形成することと、
少なくとも一部の上記複数の接合部に接着剤を塗布することと、
上記ナノファイバー布帛を剥離ライナーと接触させて配置することと
を含む方法である。

例３９は、上記ナノファイバー布帛及び上記剥離ライナーを上記三次元表面に追従させることをさらに含み、上記剥離ライナー及びナノファイバー布帛が上記三次元表面に追従する、例３８に記載の主題を含む。

例４０は、上記ナノファイバー布帛が、上記三次元表面上の大きさが少なくとも１０μｍのフィーチャーに追従する、例３９に記載の主題を含む。

例４１は、上記三次元表面上に上記ナノファイバー布帛を残しながら上記剥離ライナーを除去することをさらに含む、例３９に記載の主題を含む。

例４２は、上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーが、上記三次元表面に追従させた場合に、それらの互いに対する配向を維持する、例３９に記載の主題を含む。

例４３は、上記三次元表面上の２つの電気的に絶縁された導電体間のナノファイバー布帛を使用して確立された電気的接触をさらに含む、例３９に記載の主題を含む。

例４４は、上記第１の複数のナノファイバーまたは上記第２の複数のナノファイバーの少なくとも一部が、撚りがかかりコイル状のナノファイバー糸である、例３８～４３のいずれかに記載の主題を含む。

例４５は、上記接着剤を塗布することが、上記ナノファイバー布帛に接着剤のエアロゾルを加えることをさらに含み、上記エアロゾルは、上記複数の接合部の少なくとも一部の接合部上に蓄積する、例３８～４３のいずれかに記載の主題を含む。

例４６は、上記接着剤を塗布することが、
上記第１の複数のナノファイバー及び上記第２の複数のナノファイバーのナノファイバーに上記接着剤を浸透させることと、
少なくとも一部の上記複数の接合部上に接着剤フィレットを形成することと
をさらに含む、例３８～４３のいずれかに記載の主題を含む。

例４７は、上記接着剤がゾルゲル前駆体を含む、例４６に記載の主題を含む。

例４８は、上記ゾルゲル前駆体が酸化アルミニウム前駆体及び溶媒を含む、例４７に記載の主題を含む。

例４９は、上記ゾルゲル前駆体が酸化イットリウム前駆体及び溶媒を含む、例４７に記載の主題を含む。

例５０は、上記ゾルゲル前駆体が硫化亜鉛前駆体及び溶媒を含む、例４７に記載の主題を含む。

例５１は、上記第１の方向に配向した第１の複数のナノファイバーを、第１の方向とは異なる第２の方向の第２の複数のナノファイバーの上に配置することが、上記第１の複数のナノファイバーを上記第２の複数のナノファイバーと互いに製織して、上記ナノファイバー布帛を形成することをさらに含む、例３８～５０のいずれかに記載の主題を含む。

例５２は、
基材と、
上記基材上に配置されたナノファイバーと、
中央部、中央部の反対側の第１の側部及び第２の側部、第１の側部に結合した第１の端部、ならびに第２の側部に結合した第２の端部を有するグラフェンシートと
を備え、
上記グラフェンシートの上記中央部が、上記基材の反対側の上記ナノファイバーの側面と接触しており、第１及び第２の端部が上記基材と接触しているナノファイバーアセンブリである。

例５３は、ナノファイバーを基材上に配置することと、
グラフェンシートを溶媒中に懸濁させてグラフェン懸濁液を形成することと、
上記グラフェン懸濁液を上記基材上の上記ナノファイバーに塗布して、上記懸濁液中のグラフェンシートの少なくとも１つが上記ナノファイバーを上記基材に取り付けることとを含む、ナノファイバーの基材への取り付け方法である。

中にナノファイバーが封入された接着性フィルムであって、該接着フィルム及びナノファイバーが片側で基材に接着し、反対側でポリマーシートに接着した上記接着性フィルムを示す図である。 一実施形態における、基材上のナノファイバーのフォレストの例を示す画像である。 一実施形態における、ナノファイバーを成長させるための反応器の概略図である。 一実施形態におけるナノファイバーシートの図であって、当該シートの相対的な寸法を明らかにし、該シートの表面に平行な平面に端部と端部を接して配向した、シート内のナノファイバーを概略図として示す、上記ナノファイバーシートの図である。 ナノファイバーフォレストから側方に引き出されたナノファイバーシートであって、ナノファイバーが、図４Ａに概略図として示すように端部と端部を接して配向している、上記ナノファイバーシートの画像である。 一実施形態における、互いに撚りがかかったナノファイバーを含み、コイルも含むナノファイバー糸の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）拡大図である。 一実施形態における、第１の方向に配向し、第１の方向に対して角度θの第２の方向に配向した第２の複数のナノファイバー糸に接合され、そのようにしてナノファイバー布帛を形成する第１の複数のナノファイバー糸を示す図である。 一実施形態における、三次元（３Ｄ）トポグラフィーを有する表面上の図５Ｂのナノファイバー布帛であって、上記三次元表面上に配置された場合であっても、上記ナノファイバー布帛のナノファイバーが、それらの互いに対する配向及び位置を維持する上記ナノファイバー布帛を示す図である。 一実施形態における自立性ナノファイバー布帛であって、該自立性ナノファイバー布帛の周囲の枠に接着された上記自立性ナノファイバー布帛の平面図である。 図６Ａのナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における図６Ａ及び６Ｂのナノファイバー布帛であって、上記枠から取り外され基材上に配置された、上記ナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における、枠に接着された自立性ナノファイバー布帛であって、複数の接着剤堆積物がナノファイバー間接合物に配置された、上記自立性ナノファイバー布帛の平面図である。 図７Ａのナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における図７Ａ及び７Ｂのナノファイバー布帛であって、上記枠から取り外され基材上に配置された、上記ナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における、枠に接着された自立性ナノファイバー布帛であって、該ナノファイバー布帛のナノファイバーに接着剤が浸透している、上記自立性ナノファイバー布帛の平面図である。 図８Ａのナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における図８Ａ及び８Ｂのナノファイバー布帛であって、上記枠から取り外され基材上に配置された、上記ナノファイバー布帛の断面図である。 一実施形態における、グラフェンシートによって基材に結合したナノファイバーの概略的な断面時である。 一実施形態における、ナノファイバーを基材に結合しているグラフェンシートの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。 一実施形態における、ナノファイバーを基材に結合しているグラフェンシートの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。

これらの図は、例示のみを目的として、本開示の様々な実施形態を示している。以下の詳細な議論から、多数の変化形、構成、及び他の実施形態が明らかになろう。さらに、理解されるであろうが、上記の図は必ずしも一定の縮尺で描かれてはおらず、記載した実施形態を示した特定の構成に限定することを意図するものでもない。例えば、いくつかの図は概括的に直線、直角、及び滑らかな表面を示すが、製造プロセスの現実の制限を考慮すれば、開示される技術の実際の実装は完全な直線及び直角に満たない場合があり、一部のフィーチャーは表面トポグラフィーを有するかまたは他の形態でその表面が滑らかでない場合がある。要するに、上記の図は単に例示的な構造を示すために提供される。

概要
本開示の実施形態は、接着剤をさらに備えるナノファイバー（及び／またはナノファイバー糸）の布帛を含む。いくつかの実施形態において、上記ナノファイバーには、該ナノファイバー及び／またはナノファイバー糸から布帛を形成する前に、撚りをかけて、または撚りをかけることとコイル状にすることの両方を行ってナノファイバー糸にしてもよい。これらの実施形態において、上記撚りをかけること及び／またはコイル状にすることによって、上記ナノファイバー布帛を、その下にある基材の表面のトポグラフィーに追従するように伸長させることを容易にすることができると同時に、それらの当初の（すなわち、上記基材の表面上に配置して該表面に追従させる前の）互いに対する位置及び配向を維持することが可能になる。さらに、いくつかの実施形態において、接着剤（またはグラフェンシートなどの接着剤を用いない取り付け技法）を、上記ナノファイバー布帛の一部のナノファイバー上またはそれらの内部に選択的に配置してもよい。上記接着剤（または他の接着剤を用いない取り付け）によって、ナノファイバー布帛をその下にある基材に取り
付けることが可能になる一方で、上記布帛上の接着剤の選択的な位置によって、該接着剤とナノファイバー布帛のナノファイバーとの間の接触面積が制限される。この接触面積を制限する形態で接着剤を使用することによって、接触面積を制限しない場合には、より広範に接着剤が存在することにより低下する可能性のあるナノファイバーの有益な特性（例えば、熱伝導性、電気伝導性、赤外（ＩＲ）線透過性）を、維持するのに役立てることができる。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、１つ以上の剥離ライナーに取り付けて、本開示のナノファイバー布帛の保管、取り扱い、及び基材への取り付けの利便性を改善することができる。

本明細書に記載の実施形態は、多くの既存のナノファイバー糸の構成とは対照的であり、該実施形態においては、ナノファイバー糸がポリマー内に包埋されるか、またはナノファイバー糸が接着剤で完全に被覆される。これは図１に示されており、図１は、接着剤層内かつポリマーシート上に包埋されたナノファイバーを示している。この構成によってナノファイバー糸の取り付けが簡便になる一方で、上記接着剤層（及び場合によっては上記ポリマーシート）により、カーボンナノファイバーの有利な特性が阻害されるか、または他の形態で低下する可能性がある。たとえば、ナノファイバーを接着剤層内に包埋すると、ナノファイバーとその下にある基材との接触が（部分的にまたは全体的にのいずれかで）妨げられる。良好な物理的接触がないと、上記ナノファイバー糸の並外れて高い電気伝導性及び熱伝導性が接着剤層内に隔離され、したがってこれらの特性の利点が基材（またはアセンブリ全体）まで及ぶ可能性がよい低くなる。さらに、ナノファイバーと同一の広がりをもつ接着剤及び／またはポリマーシートを有することにより、多くの場合、この組み合わされたポリマーシート及びナノファイバーの一部の波長の光線（例えば、ＩＲ線）に対する透明性が低下する。

本開示のナノファイバー布帛を説明する前に、ナノファイバーフォレスト及びナノファイバーシートを以下に説明する。

ナノファイバーフォレスト
本明細書では、用語「ナノファイバー」とは、径が１μｍ未満の繊維を意味する。本明細書の実施形態は、主としてカーボンナノチューブから製造されたものとして説明するが、他の炭素同素体、グラフェン、ミクロンスケールもしくはナノスケールのグラファイト繊維及び／またはグラファイトプレートであっても、及び窒化ホウ素などの他の組成のナノスケール繊維でさえも、以下に記載する技法を用いて高密度化することができることが理解されよう。本明細書では、用語「ナノファイバー」及び「カーボンナノチューブ」とは、炭素原子が互いに連結されて円筒形構造を形成する、単層カーボンナノチューブ及び／または多層カーボンナノチューブの両方を包含する。いくつかの実施形態において、本明細書において言及されるカーボンナノチューブは４～１０層である。本明細書では、用語「ナノファイバーシート」または単に「シート」とは、ナノファイバーのシートであって、上記ナノファイバーが延伸プロセス（ＰＣＴ公開第ＷＯ２００７／０１５７１０号に記載され、その全体が本明細書に援用される）によって配向し、その結果、上記シートのナノファイバーの長手方向の軸が、該シートの主表面に対して垂直（すなわち、当該シートの堆積したままの形態であり、多くの場合「フォレスト」と呼ばれる）ではなく、該シートの主表面に平行である上記シートをいう。これらを図３及び図４にそれぞれ図解しかつ示す。

カーボンナノチューブの寸法は、用いる製造方法によって大きく異なる場合がある。例えば、カーボンナノチューブの径は０．４ｎｍ～１００ｎｍになる場合があり、その長さは、１０μｍから５５．５ｃｍを超える範囲になる場合がある。カーボンナノチューブはまた、非常に高いアスペクト比（長さの径に対する比）を持ち、１３２，０００，０００：１以上もの高さになることがある。広範な寸法の可能性を考えると、カーボンナノチュ
ーブの特性は高度に調節可能、つまり「調整可能」である。カーボンナノチューブの多くの興味深い特性が特定されてはいるが、実際の用途においてカーボンナノチューブの特性を利用するには、カーボンナノチューブの特徴を維持するまたは向上させることが可能な、規模拡大可能で制御可能な製造方法が必要である。

カーボンナノチューブは、その独特の構造に起因して、特定の機械的、電気的、化学的、熱的、及び光学的特性を有しており、これらの特性によってカーボンナノチューブは特定の用途に非常に適する。特に、カーボンナノチューブは、優れた導電性、高い機械的強度、良好な熱安定性を示し、また疎水性でもある。カーボンナノチューブは、これらの特性に加えて、有用な光学特性も示す可能性がある。例えば、カーボンナノチューブは、狭い選択幅の波長の光を放出または検出するための発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光検出器に使用することができる。カーボンナノチューブは、光子輸送及び／または音子輸送にも有用であることが証明される可能性がある。

本開示のさまざまな実施形態によれば、ナノファイバー（カーボンナノチューブを含む、但しこれに限定されない）は、本明細書で「フォレスト」と呼ばれる構成を含む、さまざまな構成で配置することができる。本明細書では、ナノファイバーまたはカーボンナノチューブの「フォレスト」とは、基材上に互いに実質的に平行に配置された、ほぼ同等の寸法を有する配向したナノファイバーをいう。図２は、基材上のナノファイバーフォレストの例を示す。上記基材は任意の形状であってよいが、いくつかの実施形態において、上記基材は、その上にフォレストが構築される平面を有する。図２に示すように、フォレスト中のナノファイバーの高さ及び／または径はほぼ等しくすることができる。場合によっては、フォレストは「堆積したまま」であってもよく、これは、ナノチューブが基材上に形成されたか、または他の場合には、成長のための基材から二次基材上に移動させてもよい。

本明細書に開示されるナノファイバーフォレストは、比較的密集することができる。詳細には、開示されるナノファイバーフォレストの密度は、少なくとも１０億ナノファイバー／ｃｍ２であってもよい。いくつかの特定の実施形態において、本明細書に記載のナノファイバーフォレストの密度は、１００億本／ｃｍ２～３００億本／ｃｍ２であってもよい。他の例において、本明細書に記載のナノファイバーフォレストの密度は、９００億ナノファイバー／ｃｍ２の範囲であってもよい。フォレストは高密度または低密度の領域を含む場合があり、特定の領域にはナノファイバーが存在しない場合もある。フォレスト内のナノファイバーはまた、ファイバー間の連結性を示す場合もある。たとえば、ナノファイバーフォレスト内の隣接するナノファイバーは、ファンデルワールス力によって互いに引き付けられる場合がある。いずれにしても、フォレスト内のナノファイバーの密度は、本明細書に記載の技法を適用することによって増加させることができる。

ナノファイバーフォレストの製造方法は、例えば、ＰＣＴ第ＷＯ２００７／０１５７１０号に記載され、該特許文献はその全体が本明細書に援用される。

さまざまな方法を用いて、ナノファイバー前駆体のフォレストを製造することができる。図３に概略図を示す一例としての方法は、高温炉中でナノファイバーを成長させることを含む。いくつかの実施形態において、触媒を基材上に沈着させ、反応器内に載置し、次いで、反応器に供給される燃料化合物に曝露ささせてもよい。基材は８００℃または１０００℃を超える温度に耐えることができ、不活性材料であってよい。上記基材は、下にあるケイ素（Ｓｉ）ウェハー上に配置されたステンレス鋼またはアルミニウムを備えていてもよい。但し、Ｓｉウェハーに代えて他のセラミック基材（例えば、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＯ２、ガラスセラミック）を用いてもよい。前駆体フォレストのナノファイバーがカーボンナノチューブである例において、アセチレンなどの炭素系化合物を燃料化合物
として使用してもよい。上記燃料化合物（複数種可）は、反応器に導入された後、触媒上に堆積し始めてもよく、基材から上向きに成長することによって集まり、ナノファイバーのフォレストを形成してもよい。上記反応器はまた、燃料化合物（複数種可）及びキャリアガスを反応器に供給することができるガス入口と、消費された燃料化合物及びキャリアガスを反応器から放出することができるガス出口とを備えていてもよい。キャリアガスの例としては、水素、アルゴン、ヘリウムが挙げられる。これらのガス、特に水素を、ナノファイバーフォレストの成長を促進するために反応器に導入してもよい。さらに、ナノファイバーに取り込まれるドーパントをガス流に添加してもよい。

多層ナノファイバーフォレストを製造するために使用されるプロセスにおいては、１つのナノファイバーフォレストが基材上に形成され、続いて第１のナノファイバーフォレストと接触する第２のナノファイバーフォレストが成長する。多層ナノファイバーフォレストは、基材上に第１のナノファイバーフォレストを形成し、第１のナノファイバーフォレスト上に触媒を沈着させ、次いで反応器に追加の燃料化合物を導入して、第１のナノファイバーフォレスト上に配置された触媒からの第２のナノファイバーフォレストの成長を促進することによるなどの、さまざまかつ適宜の方法で形成することができる。適用する成長方法、触媒の種類、及び触媒の位置に応じて、第２のナノファイバー層は、第１のナノファイバー層の上に成長するか、または例えば水素ガスで、触媒を再活性化した後に基材上に直接成長する、したがって、第１のナノファイバー層の下に成長するかのいずれかであってもよい。いずれにしても、第２のナノファイバーフォレストは、第１のナノファイバーフォレストのナノファイバーとほぼ端部と端部を接して配向させることができる。但し、第１のフォレストと第２のフォレストの間には容易に検出可能な界面が存在する。多層ナノファイバーフォレストは、任意の数のフォレストを含んでいてもよい。例えば、多層前駆体フォレストは、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれを超えるフォレストを含んでいてもよい。

ナノファイバーシート
対象とする用途のナノファイバーは、フォレスト構成での配置に加えて、シート構成で配置されてもよい。本明細書では、用語「ナノファイバーシート」、「ナノチューブシート」、または単に「シート」とは、ナノファイバーが平面内で端部と端部を接して配向しているナノファイバーの配置をいう。例としてのナノファイバーシートを、寸法の表示と共に図４Ａに図解する。いくつかの実施形態において、上記シートの長さ及び／または幅は、該シートの厚さの１００倍を超える大きさである。いくつかの実施形態において、上記長さ、幅、またはそれらの両方は、該シートの平均厚さの１０３倍、１０６倍、または１０９倍を超える大きさである。ナノファイバーシートの厚さは、例えば、約５ｎｍ～３０μｍであってよく、長さ及び幅は意図する用途に適した任意の長さ及び幅であってよい。いくつかの実施形態において、ナノファイバーシートの長さは１ｃｍ～１０メートル、幅は１ｃｍ～１メートルであってよい。これらの長さは、単に例示のために記載したものである。ナノファイバーシートの長さ及び幅は、製造装置の構成によって制約され、ナノチューブ、フォレスト、もしくはナノファイバーシートのいずれかの物理的または化学的特性によって制約されるものではない。たとえば、連続プロセスにおいては、任意の長さのシートを製造することができる。これらのシートは、製造時にロールに巻き取ってもよい。

図４Ａに示すように、ナノファイバーが端部と端部を接して配向している軸は、ナノファイバー配向の方向と呼ばれる。いくつかの実施形態において、ナノファイバー配向の方向は、ナノファイバーシート全体にわたって連続的であってよい。ナノファイバーは必ずしも互いに完全に平行である必要はなく、ナノファイバー配向の方向は、ナノファイバーの配向の方向の平均的なまたは概括的な尺度であることが理解されよう。

ナノファイバーシートは、当該シートを製造することができる任意の形式の適宜のプロセスを用いて構築することができる。いくつかの例示的な実施形態において、ナノファイバーシートは、ナノファイバーフォレストから引き出してもよい。ナノファイバーフォレストから引き出されているナノファイバーシートの例を図４Ｂに示す。

図４Ｂに示すように、ナノファイバーをフォレストから側方に引き出し、次いで、端部と端部を接して配向させて、ナノファイバーシートを形成することができる。ナノファイバーシートがナノファイバーフォレストから引き出される実施形態において、フォレストの寸法を制御して、特定の寸法を有するナノファイバーシートを形成することができる。例えば、ナノファイバーシートの幅は、シートが引き出されたナノファイバーフォレストの幅にほぼ等しくてもよい。さらに、シートの長さは、例えば、所望のシートの長さに達したときに延伸プロセスを終了することによって制御することができる。

ナノファイバーシートには、さまざまな用途に利用することができる多くの特性がある。例えば、ナノファイバーシートは、調整可能な不透明性、高い機械的強度及び可撓性、熱的及び電気的伝導性を有することができ、かつ疎水性を示すこともできる。シート内のナノファイバーの高い配向度を考えると、ナノファイバーシートは極度に薄くすることができる。いくつかの例において、ナノファイバーシートの厚さは（通常の測定公差内で測定して）約１０ｎｍのオーダーであり、ほぼ二次元になる。他の例において、ナノファイバーシートの厚さを、２００ｎｍまたは３００ｎｍといった大きな厚さにすることができる。よって、ナノファイバーシートは、部品に取り付けてもその厚さの増加を最小限にすることができる。

ナノファイバーフォレストと同様に、ナノファイバーシート中のナノファイバーを、処理剤により、シートのナノファイバーの表面に化学基または元素を付加することによって機能化することができ、これにより当該ナノファイバー単独とは異なる化学的活性が提供される。ナノファイバーシートの機能化は、前もって機能化されたナノファイバーで実施することも、前もって機能化されていないナノファイバーで実施することもできる。機能化は、ＣＶＤ及びさまざまなドーピング技法を含む、但しこれらに限定されない、本明細書に記載の技法のいずれかを用いて実施することができる。

ナノファイバーフォレストから引き出されたナノファイバーシートを高純度とすることもでき、当該ナノファイバーシートの９０重量％超、９５重量％超、または９９重量％超がナノファイバーに帰することができる場合がある。同様に、上記ナノファイバーシートは、９０重量％超、９５重量％超、９９重量％超、または９９．９重量％超の炭素を含むことができる。

選択的に配置された接着剤を備えるナノファイバー布帛
上記に示したように、本開示の実施形態はナノファイバーの布帛を含む。上記布帛のナノファイバーは、撚りがかかっていても、コイル状であっても、仮撚りがかかっていても、またはそれらの任意の組み合わせであってもよく、そのようにしてナノファイバー糸が形成される。本明細書に記載のナノファイバー布帛の例は、当該布帛のナノファイバーの互いに対する配向及び位置の維持もしながら、その下にある三次元トポグラフィーを有する表面（概括的に「基材」と呼ばれる）上で該布帛を伸長させることができるように構成される。本明細書に記載の実施形態のいくつかはナノファイバー糸に言及しているが、撚りをかけていない及び／またはコイル状にしていないナノファイバー、リボン、シート、またはバンドルをナノファイバー糸に代えて使用して、本明細書に記載のナノファイバー布帛を形成してもよいこと、及びナノファイバー糸への言及は単に説明の便宜上に過ぎないことを理解されたい。さらに、本明細書に記載のナノファイバー布帛は、ナノファイバーを互いに製織することによって形成することができ（例えば、経糸と緯糸を有する）、
または第１の方向に配向した１種の複数のナノファイバーを、第２の方向に配向した第２の複数のナノファイバーの片側のみの上に配置することによって形成することができる。

上記布帛のナノファイバーは、該布帛のナノファイバー上及び／またはナノファイバー内に選択的に配置された接着剤をさらに備える。上記布帛のナノファイバーに接着剤を選択的に配置することによって、接着剤を選択的に配置しない場合には、ナノファイバー上に接着剤をより均一に塗布することによって低下することになるナノファイバーの特性を維持するのに役立つ。

図５Ａは、本開示の布帛に使用されるナノファイバーの一例を示しており、ここで上記ナノファイバーは、撚りがかかりかつコイル状のナノファイバー糸として構成されている。このＳＥＭ顕微鏡写真で理解することができようが、ナノファイバーを互いに撚ることによって、個々のナノファイバーを糸条に束ねることができる。コイルは、とりわけ、例えば糸条に「過度に撚りをかける」か、または撚りをかけた糸条をマンドレルの周囲に巻回することによって形成することができる。いずれにしても、ナノファイバー糸内の撚り及びコイルによって本質的に、長い糸条がコンパクトな形で収納される。すなわち、第１の長さを有する撚りがかかりコイル状の糸条は、当該の糸条を引き延ばす及び／または撚りを解くことにより、第１の長さよりも長い第２の長さに伸長させることができる。図５Ａに示すナノファイバー糸のようなナノファイバー糸を、図５Ｂの概略図に示すような布帛に製織することができる。この図に示すように、第１の方向に配向したナノファイバー糸（緯糸）が、第１の方向に対して角度θの第２の方向に配向したナノファイバー糸（経糸）と互いに製織される。これにより、本明細書においてナノファイバー布帛とも呼ばれる、ナノファイバー糸の二次元アレイが生み出される。図５Ｂに示す例において、角度θは約９０°（±５°または通常の製造変動内）である。角度θは、布帛の形式及び製織法に応じて９０°より大きくてもまたは小さくてもよいこと、及び示したものは説明の便宜上に過ぎないことが理解されよう。たとえば、角度θは、以下の範囲、すなわち、３０°～１６５°、４５°～１３５°、６０°～９５°、及び６０°～１６５°のいずれかの範囲内であってよい。さまざまな例において、第１の方向に配向したナノファイバー糸と第２の方向に配向したナノファイバー糸との間に形成された間隙は、以下の範囲、すなわち、１μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１００μｍ、１００μｍ～５００μｍ、５００μｍ～２ｍｍ、１ｍｍ～１０ｍｍ、１０ｍｍ超のいずれかの範囲内であってよい。

図５Ｂに示すナノファイバー糸布帛は、図５Ｃに示すように、三次元トポグラフィーを有する基材上で伸長させてもよい。この例に示すように、図５Ｂのナノファイバー糸布帛が図５Ｃの曲面上で伸長されている。これも図５Ｃの概略図に示すように、上記ナノファイバー布帛のナノファイバー糸の配向及び位置は、図５Ｂに示す伸長させていないナノファイバー布帛に対して変化していない。すなわち、図５Ｂに示す伸長させていない状態に比較して、角度θは同一または略同一（すなわち、θ±５°、例えば、９０°±５°）であり、隣接する緯糸間及び隣接する経糸間の間隔はほぼ不変（±５°）である。これは、上記に示したように、ナノファイバー糸が、その下にあるトポグラフィーに追従するように伸長された場合に、糸条の互いに対する配向及び位置を変化させることなく、引き延ばされる及び／または撚りを解くことができることによる。いくつかの例において、上記ナノファイバー糸布帛は追従性があり、表面トポグラフィーであって、該表面の周囲領域よりもわずかに１０ミクロン高いまたは低い上記表面トポグラフィーに（平坦な表面上であっても曲面上であっても）追従する。

本開示のナノファイバー糸布帛は、ナノファイバー糸（あるいは、単にナノファイバー）の部分であって、外側の部分または内側の部分のいずれかを問わない上記部分に、選択的に塗布された接着剤を有するというさらなる利点を有する。上記に示したように、この
選択的な塗布によって、選択的な塗布でない場合に、接着剤の存在によって低下することになるナノファイバーの特性の多くが維持されることから、上記選択的な塗布は有益である。たとえば、ナノファイバー糸及び／またはナノファイバー布帛のすべてではなく一部に接着剤を選択的に塗布することにより、上記ナノファイバー布帛は、ポリマー及び／または接着剤層を介在させることなく、その下にある基材との物理的、電気的、及び熱的接触を確立することができる。このようにして、上記ナノファイバー布帛の有益な特性を、接着剤によって低下させることなく、その下にある基材に付与することができる。別の例において、ナノファイバー糸及び／またはナノファイバー布帛のかなりの部分（例えば、ナノファイバー、ナノファイバー糸、及び／または布帛の表面積の５０％超）に接着剤が存在しないことにより、ナノファイバー布帛が、ＩＲ線透明性を維持しながらその下にある基材に接着することが可能になる。

以下の説明及び対応する図は、ナノファイバー糸布帛上の接着剤の選択的配置の様々な例示的な実施形態を示している。図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、第１の例のナノファイバー布帛６００の様々な投影図を示している。

初めに図６Ａ及び同時に図６Ｂ（図６Ａに示した位置における図６Ａの断面図である）を見ると、ナノファイバー糸６０４、枠６０８、及び枠６０８上の接着剤層６１２を備えるナノファイバー布帛６００が示される。

この例において、ナノファイバー布帛６００は、図５Ｂに示すナノファイバー布帛に類似した、水平及び垂直のナノファイバー糸６０４を備える。図５Ｂのナノファイバー布帛と同様に、ナノファイバー糸６０４は、ナノファイバー布帛６００を形成するように、図５Ｂまたは図６Ａに示す直交パターンだけでなく、互いに対して任意の角度及び／または任意の配向にあってもよいことが理解されよう。図６Ａに示すナノファイバー糸６０４（及び以下の例に示されるナノファイバー糸）の垂直及び水平の配向は、単に説明の便宜上に過ぎない。

ナノファイバー布帛６００は、接着剤層６１２を介して枠６０８に結合している。接着剤層６１２は、枠の表面にのみ配置され、したがって、接着剤層６１２は、６１２と重なるナノファイバー布帛の周辺位置で、ナノファイバー布帛６００上に選択的に配置される。これは図６Ｂに示され、図６Ｂは第２の方向に配向したナノファイバー糸６０４Ａ～６０４Ｅ（図６Ａの平面図において垂直に）と接触する第１の方向に配向したナノファイバー糸６０４Ｆ（図６Ａの平面図において水平に）を示す。ナノファイバー糸６０４Ｆは、布帛６００の周縁部でナノファイバー糸６０４Ａ及び６０４Ｅと交差し、また、枠６０８と重なる。接着剤層６１２は枠６０８上に配置されるため、上記接着剤層がナノファイバー布帛６００上に選択的に配置されるのは、布帛６００と枠６０８が重なるこれらの位置である。場合によっては、第１の方向の糸条と第２の方向の糸条の間の接合部ではなく、単に糸条の端部であるナノファイバー糸６０４の末端が、枠６０８と重なっていてもよいことが理解されよう。これらの末端は、接着剤層６１２とのこの接触によって、選択的に塗布された接着剤層６１２と接触している。ナノファイバー布帛６００の周縁部内（枠６０８上の接着剤層６１２との接触によって定義される）は、接着剤が存在しないナノファイバー布帛６００の内側部である。接着剤層６１２の寸法は、以下の寸法、すなわち、１μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１００μｍ、１００μｍ～５００μｍ、５００μｍ～２ｍｍ、１ｍｍ～１０ｍｍ、１０ｍｍ超のいずれかの範囲内であってよい。

ナノファイバー布帛６００の内側部に接着剤が存在しないことは、上述のように、ナノファイバー布帛６００とその下にある基材との間に直接的な物理的、電気的、及び熱的接触を確立することができることを意味する。これは図６Ｃに示されている。図６Ｃに示すように、枠６０８は取り外されている。ナノファイバー布帛６００は、ナノファイバー布
帛６００の周縁部上の接着剤６１２を介して基材６１６に取り付けられてアセンブリ６１４を形成し、したがって、基材６１６上のナノファイバー布帛６００の内側部には接着剤またはポリマーが存在しないままの状態になる。上述のように、接着剤またはポリマーが存在する場合に、それらの存在によって損なわれることになるナノファイバー布帛６００の熱伝導性及び電気伝導性、ならびにＩＲ透明性などの特性は阻害されない。基材６１６とナノファイバー糸６０４Ｆとの間の、ナノファイバー糸６０４の径に相当する高さの間隙６２０も図６Ｃに示す。

図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、接着剤が異なる位置に選択的に塗布されること以外は、図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃに類似した例を示す。

初めに図７Ａ及び同時に図７Ｂ（示した位置における図７Ａの断面図である）を見ると、ナノファイバー布帛７００は、ナノファイバー糸７０４、枠７０８、及び選択的に塗布された接着剤の堆積物７１２を備える。ナノファイバー布帛７００は、ナノファイバー布帛６００の場合と同様に、図５Ｂの文脈で上述した布帛に類似している。

ナノファイバー布帛７００は、ナノファイバー布帛６００とは異なり、第１の方向に配置されたナノファイバー糸と第２の方向に配置されたナノファイバー糸との間の接合部に配置された接着剤の堆積物７１２を有する。これらの堆積物は図７Ａにおいて、水平の糸条と垂直の糸条との間の交点の円として識別されており、図７Ｂにおいて７１２Ａ、７１２Ｂ、７１２Ｃ、７１２Ｄ、及び７１２Ｅとして表示されている。ナノファイバー布帛７００上のこの接着剤の選択的な配置によって、接着剤の表面積の量、及び図７Ｃに示す、ナノファイバー布帛７００とその下にある基材７１６との間の接着剤接触点の数が増加する。図を精査すると明らかなように、接着剤堆積物７１２の数及び接着剤の表面積は増加しているにもかかわらず、ナノファイバー糸の表面積の大部分（例えば、ナノファイバー／ナノファイバー糸の表面積の５０％を超える）ならびにナノファイバー糸７０４の間の空間には接着剤が存在しない。これにより、ナノファイバー布帛６００の文脈で上述したものと同一の利点の多くが提供される。

いくつかの例において、堆積物７１２の厚さは０．１μｍ～１ｍｍであってよい。いくつかの例において、堆積物７１２の厚さは、接合部に相当しないナノファイバー糸の部分の上の接着剤層の厚さよりも１％大きい～１０００％大きくてもよい。いくつかの例において、上記寸法（すなわち、ナノファイバー糸の表面から周囲雰囲気に曝露された堆積物７１２の表面までの測定された接着剤の厚さ）は、以下の範囲、すなわち、１μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１００μｍ、１００μｍ～５００μｍ、５００μｍ～２ｍｍ、１ｍｍ～１０ｍｍ、１０ｍｍ超のいずれかの範囲内であってよい。

接着剤をナノファイバー布帛７００に塗布するための１つの方法は、接着剤を溶媒に溶解することから開始される。次いで、この接着剤溶媒溶液をエアロゾルとしてナノファイバー布帛７００の上に噴霧してもよい。第１の方向及び第２の方向に配向したナノファイバー糸の間の接合部の接着剤堆積物の大きさ、及び接着剤がナノファイバー糸の表面上に配置されるに至る範囲は、エアロゾルの種々の因子に依存する。これらの因子としては、とりわけ、溶媒中の接着剤分子の濃度、溶媒自体の揮発性、及び上記溶液を塗布するために使用されるキャリアガスの圧力が挙げられるが、これらに限定はされない。但し、これらの要因にかかわらず、本明細書に記載の条件下では、上記接着剤エアロゾルは、主として、図７Ａ及び７Ｂに示す接合部に堆積することができる。さらに他の例において、接着剤の堆積を防ぐために、ナノファイバー布帛７００の一部をマスキングしてもよい。

図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃは、ナノファイバー布帛上に接着剤を選択的に堆積させるさらに別の例を示している。上記に提示した他の例と同様に、図８Ａは、第１の方向及び第２
の方向に配向したナノファイバー糸８０４を備えるナノファイバー布帛８００を含む。この例は、枠８０８上に配置されたナノファイバー布帛を示している。しかしながら、上記に提示した例とは異なり、ナノファイバー布帛８００中の接着剤は、単にナノファイバー間の接合部及び／またはナノファイバーと枠との間のみに配置されているのではない。そうではなく、ナノファイバー布帛８００のナノファイバー糸８０４には、図８Ｂ及び８Ｃのナノファイバー８０４、８０６の様式によって示されるように、接着剤８０２が浸透している。接着剤８０２などの有機分子を含む材料の浸透は、接着剤を溶媒に溶解し、この溶液をナノファイバーに塗布することによって起こり得る。上記溶媒は接着剤（または他の材料）をナノファイバー糸の内部に搬送する。このナノファイバー及び／またはナノファイバー糸の内部には、構成するナノファイバー間の間隙及び他の隙間が含まれる。次いで溶媒が（加熱、真空、蒸発、またはそれらの組み合わせによって）除去され、接着剤８０２（または他の分子、粒子、もしくは材料）がナノファイバー糸内に、場合によってはナノファイバー糸の上に配置された状態で残る。

いくつかの例において、ナノファイバー糸８０４の表面上に配置された接着剤（またはポリマー）は、負圧（すなわち、真空）及び／または高圧ガス（例えば、窒素、アルゴン、空気、もしくは他の圧縮ガスまたはガスの混合物）の焦点を絞った流れを用いて除去することもできる。これらの技法は、その全体が本明細書に援用され、添付文書１に含まれる米国特許出願第１６／０５１，５８６号にさらに詳細に記載されている。このようにして糸条８０４の表面から接着剤（またはポリマー）を除去すると、接着剤が存在しない糸条表面が生じ、上述のように、ナノファイバー布帛８００とその下にある基材との間に直接的な接触を確立すること可能になる。

次いで、接着剤は、液体の流動可能な状態で繊維を通って、または繊維に沿って流動することができる。これは、その後の溶媒の塗布、接着剤（またはポリマー）分子のガラス転移温度を超える加熱、または回転などによる遠心力の印加などによって、担体溶媒の除去の前または後に行うことができる。ナノファイバー糸８０４内の接着剤を流動させることにより、いくつかの例において、互いに接触して隣接するナノファイバー糸８０４の間に接着剤フィレット８０６を形成することができる。これらを図８Ｂ及び８Ｃにフィレット８０６Ａ、８０６Ｂ、８０６Ｃ、８０６Ｄ、及び８０６Ｅとして示す。厚さ（糸条８０４Ｆと、８０４Ａ～８０４Ｅ、８０６Ａ～８０６Ｅ、８１０Ａ～８１０Ｅとの対面する表面間の最大距離）は、以下の範囲、すなわち、１０ｎｍ～１００ｎｍ、１０ｎｍ～５００ｎｍ、５０ｎｍ～２００ｎｍ、１００ｎｍ～５００ｎｍ、１μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１ｍｍ、１０μｍ～１００μｍ、１００μｍ～５００μｍ、５００μｍ～２ｍｍ、１ｍｍ～１０ｍｍ、１０ｍｍ超のいずれかの範囲内であってよい。

次に、ナノファイバー布帛８００を、枠８０８及びその下にある基材８１６から移動させてもよい。その後の溶媒の塗布、熱、または他の機構のいずれによって生じるかは問わず、ナノファイバー８０４内に配置された接着剤の一部は、基材８１６に接触するように上記ナノファイバーから流動することができる。次いで、この流動した接着剤がフィレット８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄ、及び８１０Ｅを形成する。ナノファイバー布帛８００、接着剤８０２、ならびにフィレット８０６及び８１０は、基材８１６に取り付けられると、アセンブリ８１８と呼んでもよい。

上述の実施形態のいずれかにおける接着剤は、とりわけ、アクリル系接着剤、感圧接着剤、熱活性化接着剤、熱可塑性ポリマー、エポキシドまたはネットワーク硬化ポリマー、弾性ポリマー、それらの組み合わせを含んでいてもよいが、これらに限定はされない。いくつかの実施形態において、従来の有機接着剤に代えてゾルゲル前駆体材料を使用してもよい。したがって、これらの前駆体材料は、化学的に不活性であり、従来の接着剤に十分に接着しない可能性がある基材（例えば、セラミック、ガラス、またはガラスセラミック
基材）に対しても、イン・シチュで反応して、基材との結合を形成することができる。ゾルゲル前駆体を含む実施形態は、以下により詳細に記載する。

上述の実施形態の多くは、第２の複数のナノファイバーに対してある角度で配置された第１の複数のナノファイバー糸を備えるが、そうである必要はない。一実施形態において、ナノファイバー布帛は、図６Ａに示す実施形態に類似した、支持枠と重なる末端部に接着剤を含む平行なナノファイバー糸のアレイを備える。一実施形態において、ナノファイバー布帛は、図８Ａに示す実施形態に類似した、接着剤が浸透している平行なナノファイバー糸のアレイを備える。

ゾルゲル接着剤の実施形態
上述の実施形態のいずれも、（例えば、図６Ａに示すような）枠と重なるナノファイバー糸の端部、及び（例えば、図７Ａに示すような）第１の方向に配向したナノファイバー糸と第２の方向に配向したナノファイバー糸の間の接合部に選択的に配置された、ならびに／または（例えば、図８Ａに示すような）ナノファイバー糸の一部もしくはすべての部分内に浸透した、「接着剤」材料としてゾルゲル前駆体を使用してもよい。一例において、ゾルゲル前駆体は、上述の構成のいずれかにおいて、（上記にも記載したように）ナノファイバー布帛に、これを基材に取り付ける前に塗布される。上記ナノファイバー布帛は、任意選択で、輸送または貯蔵のために剥離ライナー上に配置してもよい。いずれにしても、ゾルゲル反応生成物が接着可能な基材にナノファイバー布帛を取り付ける場合、ゾルゲル反応を開始させる。例において、上記前駆体はとりわけ、反応したときに二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム、及び硫化亜鉛を形成する前駆体を含む。

このように使用されるセラミック接着剤によって、ナノファイバー糸間及びナノファイバー布帛と基材の間により耐久性のある結合が生じ、したがって、周囲温度または溶媒もしくは酸化剤の有無を問わず、糸条の互いに対する配向及び位置が維持される。このことは、ポリマー接着剤がガラス転移温度近傍の温度で、または当該ポリマーが溶媒和するもしくは分解する環境において流動する可能性がある、高温用途に有益である可能性がある。

（ポリマー系またはオリゴマー系の接着剤ではなく）ゾルゲルを接着剤として使用する方法の一例は、ゾルゲル前駆体（複数種可）を溶媒、例えばエタノールまたはブタノールなどのアルコールに溶解することによって開始する。次いで、ゾルゲル前駆体及び溶媒の溶液が、ナノファイバー（複数種可）及び／またはナノファイバー糸（複数種可）に塗布される。上述のように、ゾルゲル前駆体及び溶媒は、場合によって、ナノファイバー（及びナノファイバー糸）の接合部に不均一に堆積し、及び／またはナノファイバー糸の個々のナノファイバー（またはナノファイバーの集合体）によって画定される繊維間の間隙に浸透する場合がある。いずれにしても、この方法では、続いてゾルゲル前駆体、溶媒、及びナノファイバー（糸）アセンブリの組み合わせを基材に取り付けて、基材上の上記アセンブリを乾燥させ、そのようにして溶媒を蒸発させ、前駆体を反応させることが行われる。反応が起こると、上記前駆体は上述のように、ナノファイバー糸と基材との間に機械的な結合を形成する。反応したゾルゲル前駆体の寸法は、上述の範囲のいずれかの範囲内となることができる。

別の例において、ナノファイバー（糸）アセンブリは電気絶縁性となり得る。これは、セラミックゾルゲル前駆体（複数種可）を基材の一部またはすべてに（たとえば、ナノファイバー布帛が当該の基材に接触することになる部分に）塗布し、この前駆体を硬化させてセラミックを形成させ、次いで上記布帛を取り付けることによって実現することができる。

グラフェンによる取り付けの実施形態
図９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃは、グラフェンシートを使用してナノファイバー糸をその下にある基材に結合するいくつかの例を示している。これらの例においては、グラフェンシートをナノファイバー糸に塗布して、その結果、グラフェンシートの中央部がナノファイバー糸の外表面の一部に追従し、グラフェンシートの反対側の端部が下にある基材に、ナノファイバー糸の反対側で結合することができる。次いでファンデルワールス力が、グラフェンシートとその下にある基材の間の引力を生じさせることができ、したがって、接着剤を含まないナノファイバー糸に対する物理的束縛因子として機能することができる。

図９Ａは、このシナリオの一例の（ナノファイバーの長さに垂直な）断面の概略図であり、これは、基材９０４、ナノファイバー９０８、及びグラフェンシート９１２を備える。図に示すように、ナノファイバー９０８は、基材９０４の表面上に配置される。グラフェンシート９１２は、３つの部分、すなわち、（１）中央部９１２Ａ、（２）第１及び第２の側部９１２Ｂ及び９１２Ｂ’、ならびに（３）第１及び第２の端部９１２Ｃ及び９１２Ｃ’を有するものとして示される。図に示すように、中央部９１２Ａはナノファイバー９０８の表面上に配置される。第１及び第２の端部９１２Ｃ及び９１２Ｃ’は基材９０４と接触している。第１及び第２の側部９１２Ｂ及び９１２Ｂ’は、対応する第１及び第２の端部９１２Ｃ及び９１２Ｃ’を伴って中央部９１２Ａに結合する。このようにして、上述のように、接着剤またはゾルゲルシステムを使用することなく、ナノファイバー９０８を基材９０４に結合することができる。

図９Ｂ及び９Ｃ（後者は図９Ｂの一部の拡大図である）は、図９Ａに提示された図の実験例の画像を示す。これらの画像において、ナノファイバー糸９２０は基材９１６の表面上に配置されていることが示されている。グラフェンシートの中央部９２４は、図９Ａに示す中央部９１２Ａと類似して、ナノファイバー糸９２０の上に配置されている。グラフェンシートが極端に薄い（この場合、炭素原子の１層または２層の原子層に相当する）ことにより、この例のグラフェンシート（複数可）の中央部９２４は、ナノファイバーの表面トポグラフィーに追従し、その結果、互いにほとんど区別がつかない。グラフェンシート（複数可）の中央部９２４とナノファイバーの間の物理的境界は、図９Ｂよりも図９Ｃにおいてより容易に識別可能である。同一の理由で、基材９１６と接触し、グラフェンシートの他の部分の「アンカー」として機能するグラフェンシートの端部９３２は、主として、図９Ｂ及び９Ｃの画像における表面の不規則性の集合体として識別可能である。側部９２８は中央部９２４を端部９３２に結合し、したがって、接着剤またはゾルゲル前駆体を使用することなく、グラフェンシートによってナノファイバー９２０が基材９１６にピン留めされる、結合される、または他の方法で固定されることが可能になる。

いくつかの例において、グラフェンを使用してナノファイバー（及び／またはナノファイバー糸）を基材に取り付ける方法は、グラフェン粒子（一般に炭素の１原子層の厚さであるが、場合によっては最大５または１０原子層の厚さまで可能）を溶媒中に懸濁させることによって開始する。溶媒の例としては、とりわけ、水、エタノール、及びブタノールが挙げられる。この方法では、続いてグラフェンシートと溶媒の懸濁液を、エアロゾルを介してナノファイバーに噴霧することが行われる。理論に拘束されることを望むものではないが、毛管力によってナノファイバー糸の表面上にグラフェンシートが吸い上げられ（上記に説明及び図示したように）、したがってグラフェンシートが基材に結合されると考えられる。グラフェンシートは、ナノファイバーシートの表面の少なくとも一部に追従し、その下にある基材に結合することができる。これには、ナノファイバー（またはナノファイバー糸）を基材に固定する、取り付ける、または他の形態で結合する効果がある。

先行の例示的な実施形態のいずれかを以下の用途に使用してもよい。一用途において、
本開示のナノファイバー布帛を筐体の内側または外側に接着して、該筐体内に配置された構成部分を電磁干渉（ＥＭＩ）遮蔽することができる。場合によっては、上記ナノファイバー布帛は、ギガヘルツ範囲のＥＭＩならびに分極した及び分極していないＥＭＩに対する障壁として機能する。別の例において、剥離ライナーを用いて簡便に取り付けられるものを含む、本開示の実施形態を使用して、開回路における電気的接触を確立または再確立することができる。例えば、異なる方向に配向したナノファイバー糸を備える本開示のナノファイバー布帛の一部を、回路の開口部の反対側の導体に接着してもよい。導電性ナノファイバー糸の二次元ネットワークは、介在する絶縁接着剤によって妨げられることなく導体と物理的及び電気的に接触することができるため、回路を閉じることができる。このようにして、本明細書の実施形態は、回路への導電性「パッチ」として使用することができる。いくつかの例において、本明細書の実施形態は、ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｙに使用することができ、したがって発熱体として機能する。

本明細書に記載の実施形態のいずれかを、最初に剥離層（または複数の剥離層）の上、またはその間に配置して、貯蔵及びその後の基材への取り付けを容易にしてもよい。いくつかの例において、上記剥離ライナーは、上記接着剤と本開示のナノファイバー布帛との間に、弱い接着剤または低表面エネルギー材料を含む接着剤を備える、薄く（すなわち、厚さが０．５ｍｍ未満）、可撓性の、及び／または弾性変形もしくは塑性変形可能な基材（とりわけ、例えば、ポリエチレン、塑性変形可能なポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、金属箔、熱可塑性ポリマーフィルム）であってよい。一例において、熱可塑性フィルムを加熱して軟化させてもよく、ナノファイバー糸及び／またはナノファイバー布帛を、当該糸条及び／または布帛が、冷却されると熱可塑性フィルム内に一時的に固定されるが、ナノファイバー布帛の反対側の表面を基材に接着した後でもなお容易に除去されるように、部分的に（例えば、当該糸条及び／または布帛の厚さの１／２未満または４分の１未満を）包埋してもよい。このようにして、本明細書に記載の実施形態を製造して、剥離ライナー層の間で無期限に貯蔵してもよい。必要に応じて、剥離ライナーの１つの層を除去して、ナノファイバー布帛上に選択的に配置された接着剤を露出させてもよい。次いで、ナノファイバー布帛及び残りの変形可能な剥離層は、上記のように、ナノファイバー糸の互いに対する配向及び／または位置を乱すことなく、基材に（三次元トポグラフィーを有する基材にすら）追従させることができる。

剥離ライナーを使用することの１つの便利な側面は、長い長さのナノファイバー布帛（例えば、５０センチメートル以上）をスプールの周りに巻き付けることができることである。上記剥離ライナーは、ナノファイバー布帛及び対応する接着剤の隣接する層を互いに分離することから、ナノファイバー布帛を、接着剤堆積物を乱すことなく、物理的にコンパクトな形態（すなわち、数メートルのナノファイバー布帛及び剥離ライナーが、センチメートルオーダーの径のスプールの周囲に巻回される）で貯蔵、輸送、及び使用することができる。

本明細書に記載の実施形態のいずれかは、上記接着剤堆積物内またはその上にある材料の粒子またはフレークを含んでいてもよい。例えば、銀ナノ粒子、グラフェンフレーク、カーボンナノ粒子（例えば、フラーレン）、無機充填剤（例えば、シリカもしくはカーボンのミクロンサイズの粒子）も、上記接着剤堆積物及び／または本明細書に記載の接着剤が充填されたナノファイバー糸と混合、これらに添加、またはこれらの上に載置してもよい。これらの粒子は、他の利点の中でも、ナノファイバー布帛と基材の間の接着を改善し、ナノファイバー布帛と基材の間の接着剤による結合の機械的特性を改善し、ナノファイバー布帛のナノファイバー糸の間の機械的特性（例えば、接着強度）を改善し、ナノファイバー布帛と基材の間の電気的、物理的、及び／または熱的接触を改善する。

別の例において、単層ナノチューブのフィルムを使用して、ナノファイバー布帛を基材に接着することができる。単層カーボンナノチューブは強いファンデルワールス力を有し、これにより単層ナノチューブのフィルムの反対側と接触している表面間の接着を生じさせるまたは促進ことができる。厚さが１ｎｍ～３ｎｍの範囲の複数の単層ナノチューブを、界面活性剤と水の溶液中に懸濁させてもよい。次いで、この懸濁液をろ過しし（または水／界面活性剤溶液を他の形態で除去し）、ナノチューブのフィルムを作製してもよい。次に、このナノチューブのフィルムをナノファイバー布帛に取り付けてもよい。このナノファイバー布帛を基材上に載置し、上記ナノファイバーフィルムをナノファイバー布帛と基材の間に挟持する。したがって、この単層ナノチューブフィルムは、ナノファイバー布帛と基材との間の接着を促進するように配置されている。

さらなる考慮事項
上述の本開示の実施形態の説明は例示の目的で提示されおり、網羅的であること、または特許請求の範囲を開示されたそのものの形態に限定することを意図するものではない。関連技術分野の当業者であれば、上記の開示に照らして、多くの改変及び変形が可能であることを理解することができる。

本明細書で使用される言語は、主として読みやすさ及び指導目的のために選択されており、本発明の主題を記述または限定するために選択されていない場合がある。したがって、本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に基づく出願時に提出する特許請求の範囲によって制限されることが意図される。したがって、本実施形態の開示は、本発明の範囲を例示することを意図するが、これを限定することは意図せず、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (17)

1. 基材と、
   前記基材上に配置されたナノファイバー糸と、
   中央部、前記中央部の両側の第１の側部及び第２の側部、前記第１の側部に結合した第１の端部、ならびに前記第２の側部に結合した第２の端部を有するグラフェンシートとを備え、
   前記グラフェンシートの前記中央部は、前記基材側とは反対側の前記ナノファイバー糸の側面と接触しており、前記第１及び前記第２の端部は、前記基材と接触しているナノファイバーアセンブリ。
2. 請求項１に記載のナノファイバーアセンブリであって、
   第１の方向に配向した複数の前記ナノファイバー糸の第１アレイと、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向した複数の前記ナノファイバー糸のアレイであって、複数の接合部において前記第１アレイと接触している第２アレイと、
   少なくとも一部の前記複数の接合部上の接着剤堆積物と、を備え、
   三次元トポグラフィーに追従する場合、前記第１アレイおよび前記第２アレイの一方は、他方に対する配向を維持する、ナノファイバーアセンブリ。
3. ナノファイバー糸を基材上に配置することと、
   グラフェンシートを溶媒中に懸濁させてグラフェン懸濁液を形成することと、
   前記グラフェン懸濁液を前記基材上の前記ナノファイバー糸に塗布して、前記懸濁液中の前記グラフェンシートの少なくとも１つが前記ナノファイバー糸を前記基材に取り付けることとを含む、ナノファイバー糸の基材への取り付け方法。
4. 第１の方向に配向した第１の複数のナノファイバー糸を、第１のナノファイバー糸のアレイの形態で、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向して第２のナノファイバー糸のアレイの形態を成す第２の複数のナノファイバー糸の上に配置し、但し前記第１の複数のナノファイバー糸と前記第２の複数のナノファイバー糸とは複数の接合部で接触してナノファイバー布帛を形成することと、
   少なくとも一部の前記複数の接合部に接着剤を塗布することと、
   前記ナノファイバー布帛を剥離ライナーと接触させて配置することと
   を含む方法。
5. 前記ナノファイバー布帛及び前記剥離ライナーを三次元表面に追従させることをさらに含み、前記剥離ライナー及びナノファイバー布帛が前記三次元表面に追従する、請求項４に記載の方法。
6. 前記ナノファイバー布帛が、前記三次元表面上の大きさが少なくとも１０μｍのフィーチャーに追従する、請求項５に記載の方法。
7. 前記三次元表面上に前記ナノファイバー布帛を残しながら前記剥離ライナーを除去することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１の複数のナノファイバー糸及び前記第２の複数のナノファイバー糸が、前記三次元表面に追従させた場合に、それらの互いに対する配向を維持する、請求項５に記載の方法。
9. 前記三次元表面上の２つの電気的に絶縁された導電体間のナノファイバー布帛を使用して確立された電気的接触をさらに含む、請求項５に記載の方法。
10. 前記第１の複数のナノファイバー糸または前記第２の複数のナノファイバー糸の少なくとも一部が、撚りがかかりコイル状のナノファイバー糸である、請求項４に記載の方法。
11. 前記接着剤を塗布することが、前記ナノファイバー布帛に接着剤のエアロゾルを加えることをさらに含み、前記エアロゾルは、前記複数の接合部の少なくとも一部の上に蓄積する、請求項４に記載の方法。
12. 前記接着剤を塗布することが、
    前記第１の複数のナノファイバー糸及び前記第２の複数のナノファイバー糸に前記接着剤を浸透させることと、
    少なくとも一部の前記複数の接合部上に接着剤フィレットを形成することと
    をさらに含む、請求項４に記載の方法。
13. 前記接着剤がゾルゲル前駆体を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ゾルゲル前駆体が酸化アルミニウム前駆体及び溶媒を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ゾルゲル前駆体が酸化イットリウム前駆体及び溶媒を含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ゾルゲル前駆体が硫化亜鉛前駆体及び溶媒を含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記第１の方向に配向した前記第１の複数のナノファイバー糸を、前記第１の方向とは異なる前記第２の方向の前記第２の複数のナノファイバー糸の上に配置することが、前記第１の複数のナノファイバー糸を前記第２の複数のナノファイバー糸と互いに製織して、前記ナノファイバー布帛を形成することをさらに含む、請求項４に記載の方法。