JP7354153B2 - ナノファイバー布帛 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (36)
- 第1の方向に配向した第1のナノファイバー糸のアレイと、
前記第1の方向とは異なる第2の方向に配向した第2の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の複数のナノファイバー糸のアレイと接触している前記第2のナノファイバー糸のアレイと、
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のナノファイバー糸のアレイおよび前記第2のナノファイバー糸のアレイの一方は、他方に対する配向を維持する、ナノファイバー布帛。 - 前記第1の方向と前記第2の方向との間の角度が45°~135°である、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1の方向と前記第2の方向との間の角度が60°~120°である、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 赤外線に対して透明である、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記ナノファイバー布帛中の、前記第1の方向に配向したナノファイバーと前記第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、請求項4に記載のナノファイバー布帛。
- 電磁干渉に対する障壁として機能する、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイ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、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記ナノファイバー撚糸がナノファイバー仮撚糸を含む、請求項7に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイの少なくとも一方がコイル状ナノファイバー糸を構成する、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前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、前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイ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、請求項9に記載のナノファイバー布帛。
- 枠であって、前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイの端部の少なくとも一部がその上に配置されている前記枠を備え、
前記接着剤堆積物が、前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイの端部の少なくとも一部の上に存在し、前記端部が前記枠上に配置されている、請求項1に記載のナノファイバー布帛。 - 前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイの少なくとも一部に接着剤が浸透している、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第2のナノファイバー糸のアレイの対応するナノファイバーと接触している、前記第1のナノファイバー糸のアレイ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、請求項12に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第2のナノファイバー糸のアレイのナノファイバーと接触している基材と、
前記第2のナノファイバー糸のアレイのナノファイバー及び前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、請求項13に記載のナノファイバー布帛。 - 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、前記剥離ライナーが前記ナノファイバー布帛の少なくとも片面上に存在する、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記剥離ライナーが、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、請求項15に記載のナノファイバー布帛。
- 前記接着剤堆積物がゾルゲル前駆体を含む、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前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、請求項17に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイが前記第2のナノファイバー糸のアレイと互いに製織されて、前記ナノファイバー布帛を形成する、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイが前記第2のナノファイバー糸のアレイの片面上に配置されて、前記ナノファイバー布帛を形成する、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイがカーボンナノチューブを含む、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 前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、請求項21に記載のナノファイバー布帛。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイの径が10nm~1μmである、請求項1に記載のナノファイバー布帛。
- 第1の方向に配向した第1のナノファイバー糸のアレイを、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配向した第2のナノファイバー糸のアレイの上に配置し、但し前記第1のナノファイバー糸のアレイと前記第2のナノファイバー糸のアレイ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
を含み、
三次元トポグラフィーに追従する場合、前記第1のナノファイバー糸のアレイおよび前記第2のナノファイバー糸のアレイの一方は、他方に対する配向を維持する、方法。 - 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24に記載の方法。
- 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25に記載の方法。
- 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25に記載の方法。
- 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25に記載の方法。
- 前記第1のナノファイバー糸のアレイまたは前記第2のナノファイバー糸のアレイは、撚りがかかりコイル状のナノファイバー糸を備える、請求項24に記載の方法。
- 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接合部上に蓄積する、請求項24に記載の方法。
- 前記接着剤を塗布することが、
前記第1のナノファイバー糸のアレイ及び前記第2のナノファイバー糸のアレイのナノファイバー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24に記載の方法。 - 前記接着剤がゾルゲル前駆体を含む、請求項31に記載の方法。
- 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32に記載の方法。
- 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32に記載の方法。
- 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32に記載の方法。
- 前記第1の方向に配向した前記第1のナノファイバー糸のアレイを、前記第1の方向とは異なる前記第2の方向の前記第2のナノファイバー糸のアレイの上に配置することが、前記第1のナノファイバー糸のアレイを前記第2のナノファイバー糸のアレイと互いに製織して、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24に記載の方法。
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