JP7269789B2 - ナノファイバーシートディスペンサー - Google Patents
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Description
ナノファイバーフォレスト、ナノファイバーシート、及びナノファイバーヤーンは多くの技術的有望性を有しているものの、これらの材料を製品の中へ組み込むことを普及させるには実用上の障害が残っている。そのような実用上の障害の1つは、ナノファイバーシートの物理的及び機械的な脆弱性である。ナノファイバーシートは、しわが寄ったり、裂けたり、それ自体または他のシートに付着したりする可能性があり、あるいはその他機械的損傷を受ける可能性がある。これらの材料は軽量であるため、低速の空気の流れ(空調システムまたはオフィスのドアの開きからのものなど)であっても、ナノファイバーシートに折れを生じさせ、その結果それ自体に付着して多くの用途に使用できないナノファイバーシートの部分を与える可能性がある。
本明細書において、用語「ナノファイバー」とは、直径が1μm未満の繊維を意味する。本明細書の実施形態では、主にカーボンナノチューブから製造されたものとして記載するが、グラフェン、ミクロンまたはナノスケールグラファイト繊維及び/またはプレートなどの他の炭素同素体、さらに窒化ホウ素のようなナノスケール繊維の他の組成物も、以下に記載の技術を利用して緻密化できることが理解されるであろう。本明細書において、用語「ナノファイバー」及び「カーボンナノチューブ」は、炭素原子同士が結合して円筒構造を形成してい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では、本明細書で参照するカーボンナノチューブは、層数が4~10である。本明細書で使用する「ナノファイバーシート」または単に「シート」は、引き出しプロセス(国際公開第2007/015710号に記載されており、その全体は、ここに引用することにより本明細書の記載の一部をなすものとする)によって、シートのナノファイバーの長手方向軸が、シートの主表面に垂直ではなくシートの主表面に平行となるように配列したナノファイバーのシート(すなわち、堆積したシート形であり、しばしば「フォレスト」と呼ばれる)を指す。これはそれぞれ図3及び4で説明され示されている。
フォレスト構造の配置に加えて、本出願のナノファイバーは、シート形状に配置してもよい。本明細書において、「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」という用語は、ナノファイバーが平面内で端から端まで配列しているナノファイバーの配置を指す。図3に、例示的なナノファイバーシートの図が寸法の表示と共に示されている。いくつかの実施形態では、上記シートは、長さ及び/または幅がシートの厚さの100倍を超える。いくつかの実施形態では、長さ、幅またはその両方が、上記シートの平均厚さの103、106、または109倍を超える。上記ナノファイバーシートは、例えば厚さが約5nm~30μmであり、対象用途に適した任意の長さ及び幅を有することができる。いくつかの実施形態では、上記ナノファイバーシートは、長さが1cm~10m、幅が1cm~1mとなり得る。なお、これらの長さは単に例示のために示すものである。ナノファイバーシートの長さ及び幅は、上記ナノチューブ、フォレスト、また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ではなく、製造設備の構成によって制約される。例えば、連続プロセスによって、任意の長さのシートを作製することができる。このようなシートは、製造時にロールに巻き取ることができる。
図5A、5B、及び5Cは、以下に詳しく説明する本開示の実施形態によって提供される、有益な幾何学的制約がない場合にナノファイバーシートを基材(成長基材または別の基材のいずれか)上のナノファイバーフォレストから引き出すことができる様々な角度を図示している。図5A、5B、及び5Cは、ナノファイバーシートが引き出される角度を制御する機構がない状態でナノファイバーフォレストからナノファイバーシートを引き出す場合に生じ得る問題を説明するために提示されている。これらの例は、図6A~図8と関係して下で説明される実施形態に関連するいくつかの利点を説明するための前後関係を提供する。
前述した本開示の実施形態の説明は例示を目的とした説明であり、網羅的であることを意図するものではなく、また、特許請求の範囲を開示した正確な形態に限定することを意図するものではない。当業者であれば、上記の開示に照らして多くの変更及び変形が実行可能であることを理解することができる。
Claims (18)
- 内部を画定するハウジングであって、前記ハウジングの中に開口部も画定する、ハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置されている基材及び前記基材上のナノファイバーフォレストと、
少なくとも2つのブレードであって、前記少なくとも2つのブレードのうちの第1のブレードが第1のエッジ面を有し、前記少なくとも2つのブレードのうちの第2のブレードが第2のエッジ面を有し、前記第1のブレード及び前記第2のブレードが共に前記ハウジングに連結されており、前記第1のエッジ面及び第2のエッジ面が、前記ハウジングの前記開口部に近接して、共に互いに向かい合ってナノファイバーシート出口間隙を画定する、少なくとも2つのブレードと
を備えるナノファイバーシートディスペンサー。 - 前記ナノファイバーフォレストと一体化したナノファイバーシートを更に備え、前記ナノファイバーシートの第1の部分が、前記第1のエッジ面と前記第2のエッジ面との間に配置されており且つ前記第1のエッジ面及び前記第2のエッジ面のうちの少なくとも一方と接触している、請求項1に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記ナノファイバーシートの第2の部分が、前記ナノファイバーフォレストと前記ナノファイバーシート出口間隙との間において、前記基材と前記ナノファイバーフォレストとの間の界面に対して3°~15°の角度を成す、請求項2に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記少なくとも2つのブレードが、ナノファイバーシート出口間隙の周囲に連続的なエッジ面を有する1つのブレードを構成する、請求項1に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記ナノファイバーシート出口間隙の前記ナノファイバーフォレストとは反対側に、前記ナノファイバーシートの第3の部分を更に含み、前記第3の部分が、前記基材と前記ナノファイバーフォレストとの間の界面に対して0°~30°の角度を成す、請求項4に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記ハウジングの内部であって前記ハウジングによって画定された前記開口部と前記基材との間に配置された第3のエッジ面を有する第3のブレードを更に含み、前記ナノファイバーシートが前記第3のエッジ面と接触する、請求項1に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記ナノファイバーフォレストと前記第3のエッジ面との間において、前記ナノファイバーシートの第4の部分が、前記基材と前記ナノファイバーフォレストとの間の界面に対して2°~15°の角度を成し、
前記第3のエッジ面と前記ナノファイバーシート出口間隙との間において、前記ナノファイバーフォレストの第5の部分が、前記基材と前記ナノファイバーフォレストとの間の界面に対して0°~12°の角度を成す、請求項6に記載のナノファイバーシートディスペンサー。 - 前記ハウジングの内部であって前記第3のブレードと前記ナノファイバーシート出口間隙との間に配置された第4のエッジ面を有する第4のブレードを更に含み、前記ナノファイバーシートが前記第4のエッジ面と接触する、請求項6に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記第1のブレード、前記第2のブレード、前記第3のブレード、及び前記第4のブレードのうちの少なくとも1つが、アーチ形のエッジ面を有する、請求項8に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記第1のブレード、前記第2のブレード、前記第3のブレード、及び前記第4のブレードのうちの少なくとも1つが、劈開したシリコンウェハの破断面を含む、請求項8に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- 前記第1のブレード、前記第2のブレード、前記第3のブレード、及び前記第4のブレードのうちの少なくとも1つが、低表面エネルギーコーティングを含む、請求項8に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- ナノファイバーヤーンの紡糸機を更に備える、請求項1に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- ナノファイバーヤーンが、前記ナノファイバーシート及び前記ナノファイバーフォレストと連続している、請求項12に記載のナノファイバーシートディスペンサー。
- ハウジングの内部の基材上にナノファイバーフォレストを配置するステップであって、前記ハウジングが、ナノファイバーシート出口間隙を画定し、前記ナノファイバーシート出口間隙の周囲に連続的なエッジ面を有する、ステップと、
前記ナノファイバーシート出口間隙を通して且つ前記エッジ面と接触させた状態で、前記ナノファイバーフォレストからナノファイバーシートを引き出すステップと、
前記エッジ面と接触した状態での前記引き出しに応答して、前記ナノファイバーシートを緻密化させるステップと
を含む方法。 - 前記ハウジングの内部であって前記基材上のナノファイバーフォレストと前記ナノファイバーシート出口間隙との間に、追加的なエッジ面を有する追加的なブレードを配置するステップと、
前記ナノファイバーシート出口間隙を通して前記ナノファイバーシートを引き出す前に、前記追加的なエッジ面と接触させた状態で前記ナノファイバーシートを引き出すステップと
を更に含む、請求項14に記載の方法。 - 前記ナノファイバーフォレストと前記基材との間の界面に平行な基準軸と、前記ナノファイバーフォレストと前記追加的なブレードとの間における前記ナノファイバーシートの一部分との間の角度が2°~15°である、請求項15に記載の方法。
- 前記ナノファイバーシート出口間隙を通して前記ナノファイバーシートを引き出すステップが、前記ナノファイバーフォレストと前記基材との間の界面に平行な基準軸に対して45°未満の角度を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記エッジ面が、アーチ形のエッジ面である、請求項14に記載の方法。
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