KR102451233B1 - 나노섬유 직물 - Google Patents

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KR102451233B1
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Abstract

접착제를 포함하는 나노섬유 직물이 기재되어 있다. 나노섬유는 직물로 형성되기 전에 연사(twist)되거나 또는 연사되어 코일링될 수 있다. 접착제는 나노섬유 직물을 포함하는 나노섬유의 일부에 선택적으로 처리되거나 침투 될 수 있다. 접착제는 하부 기판이 3차원 토포그래피를 가지는 경우에서도 나노섬유 직물을 하부 기판에 연결할 수 있게 하며, 이러한 직물 상의 접착제의 선택적 위치는 접착제와 나노섬유 직물의 나노섬유 사이의 접촉 영역을 제한한다. 이러한 제한된 접촉 영역은 제한되지 않으면 접착제의 존재에 의해 분해될 수 있는 나노섬유의 유익한 특성 (예컨대, 열 전도도, 전기 전도도, 적외선 (IR) 복사 투과성)을 보존하는데 도움이 될 수 있다.

Description

나노섬유 직물
본 발명은 일반적으로 나노섬유에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 나노섬유 원사로 제조된 나노섬유 직물에 관한 것이다.
단일 벽 및 다중 벽 나노 튜브로 구성된 나노섬유 숲은 나노섬유 리본 또는 시트로 인발(draw) 될 수 있다. 그 인발-전 상태에서, 나노섬유 숲은 서로 평행하고 성장 기판의 표면에 수직인 나노섬유 층 (또는 여러 적층된 층)을 포함한다. 나노섬유 시트로 인발될 때, 나노섬유의 배향은 성장 기판의 표면에 대해 수직에서 평행으로 변경된다. 인발된 나노섬유 시트의 나노 튜브는 단부-대-단부 구조로 서로 연결되어 나노섬유의 세로 축이 시트의 평면에 평행한 (즉, 나노섬유 시트의 첫 번째 및 두 번째 주요 표면 모두에 평행) 연속 시트를 형성한다. 개별 나노섬유 시트는 두께가 수 마이크론 내지 수십 나노미터 일 수 있다. 이후 나노섬유 시트는 나노섬유 원사로 방적될 수 있다.
요약
실시예 1은 다음을 포함하는 나노섬유 직물이다: 제 1 방향으로 배향된 제 1 복수의 나노섬유; 상기 제 1 방향과 다른 단면 방향으로 배향된 제 2 복수의 나노섬유, 상기 제 2 복수의 나노섬유들은 복수의 접합부에서 상기 제 1 복수의 나노섬유들과 접촉하고; 및 복수의 접합부 중 적어도 일부 상의 접착제 축적부.
실시예 2는 상기 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도가 45° 내지 135°인 실시예 1의 발명을 포함한다.
실시예 3은 상기 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도가 60° 내지 120°인 실시예 1 또는 실시예 2의 발명을 포함한다.
실시예 4는 나노섬유 직물이 IR 방사선에 투과성인, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 5는 상기 제 1 방향으로 배향된 나노섬유와 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 사이의 나노섬유 직물에서 형성된 갭이 횡으로 1μm 내지 10mm인 실시예 4의 발명을 포함한다.
실시예 6은 나노섬유 직물이 전자파 간섭에 대한 장벽으로 기능하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 7은 상기 제 1 복수 및 제 2 복수 중 적어도 하나의 나노섬유가, 연사된 나노섬유 원사를 포함하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 8은 연사된 나노섬유 원사가 가연 (false twisted) 나노섬유 원사를 포함하는, 실시예 7의 발명을 포함한다.
실시예 9는 상기 제 1 복수 및 제 2 복수 중 적어도 하나의 나노섬유가 코일된 나노섬유 원사를 포함하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 10은 상기 코일된 나노섬유 원사의 코일들이 3차원 토포그래피를 가지는 기판과 접촉되어 배치될 때 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유의 적어도 일부가 적어도 부분적인 언코일링에 의해 서로에 대해 그 배향 및 위치를 유지하게 할 수 있는, 실시예 9의 발명을 포함한다.
실시예 11은, 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유의 적어도 일부의 말단 단부들이 배치되는 프레임을 추가로 포함하고; 이 때 접착제 축적부는 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유의 적어도 일부의 말단 단부들 상에 존재하며, 이러한 말단 단부들은 프레임 상에 배치되는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 12는, 적어도 일부의 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유 중 적어도 일부가 접착제로 침투된, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 13은, 제 2 복수의 나노섬유의 상응하는 나노섬유와 접촉되는 제 1 복수의 나노섬유의 나노섬유 상에 제 1 복수의 접착 필렛을 추가로 포함하는, 실시예 12의 발명을 포함한다.
실시예 14는, 제 2 복수의 나노섬유의 나노섬유와 접촉되는 기판; 및 제 2 복수의 나노섬유의 나노섬유 및 기판 모두와 접촉되는 제 2 복수의 접착 필렛을 추가로 포함하는 실시예 13의 발명을 포함한다.
실시예 15는, 40 다인/cm 미만의 접착 에너지를 가지는 이형 라이너를 추가로 포함하고, 이러한 이형 라이너는 나노섬유 직물의 적어도 한 면에 존재하는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 16은, 3차원 토포그래피를 가지는 기판에 합치되게 변형되도록 구성된 변형가능한 시트를 포함하는, 실시예 15의 발명을 포함한다.
실시예 17은 접착제 축적부가 졸 겔 전구체를 포함하는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 18은, 졸 겔 전구체가 이산화 규소 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 17의 발명을 포함한다.
실시예 19는 제 1 복수의 나노섬유가 제 2 복수의 나노섬유와 직조되어, 나노섬유 직물을 형성하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 20은 제 1 복수의 나노섬유가 제 2 복수의 나노섬유의 한 면에 배치되어, 나노섬유 직물을 형성하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 21은 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유가 탄소 나노튜브를 포함하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 22는 상기 탄소 나노튜브가 다중벽 탄소 나노튜브를 포함하는, 실시예 21의 발명을 포함한다.
실시예 23은 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유가 10 nm 내지1 μm 직경을 포함하는, 전술한 실시예 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 24는 백킹 재료 (backing material) 및 제 1 접착 강도를 가지는 제 1 접착제를 포함하는 이형 라이너; 상기 이형 라이너의 제 1 접착제 상에 배치된 복수의 나노섬유 원사, 이 때 나노섬유 원사는 연사 및 코일된 나노섬유이고; 및 제 1 접착 강도 보다 큰 제 2 접착 강도를 가지며 복수의 나노섬유 원사의 적어도 하나의 표면 상에 또는 연사되고 코일된 나노섬유들 사이의 나노섬유 원사들의 내부에 배치된 제 2 접착제를 포함하는 나노섬유 직물이다.
실시예 25는, 복수의 나노섬유가 제 1 방향으로 배향된 제 1 복수의 평행 나노섬유 및 제 2 방향으로 배향된 제 2 복수의 평행 나노섬유를 포함하는, 실시예 24의 발명을 포함한다.
실시예 26은 상기 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도가 45° 내지 135°인 실시예 24의 발명을 포함한다.
실시예 27은 상기 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도가 60° 내지 120°인 실시예 25의 발명을 포함한다.
실시예 28는 나노섬유 직물이 IR 방사선에 투과성인, 실시예 24-27 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 29는 상기 나노섬유 직물이 전자파 간섭에 대한 장벽으로 기능하는, 실시예 24-28 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 30은 나노섬유 원사들의 연사 및 코일들이 복수의 나노섬유 원사들을 3차원 토포그래피를 가지는 기판과 접촉되어 배치될 때 적어도 부분적인 언코일링에 의해 서로에 대해 그 배향 및 위치를 유지하게 할 수 있는, 실시예 24-29 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 31은 제 1 접착제가 40 다인/cm 미만의 접착 에너지를 가지고, 이형 라이너는 나노섬유 직물의 적어도 한 면에 존재하는, 실시예 24-30 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 32는, 3차원 토포그래피를 가지는 기판에 합치되게 변형되도록 구성된 변형가능한 시트를 포함하는, 실시예 31의 발명을 포함한다.
실시예 33은 접착제가 졸 겔 전구체를 포함하는, 실시예 24-32 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 34는, 졸 겔 전구체가 이산화 규소 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 33의 발명을 포함한다.
실시예 35는, 졸 겔 전구체가 산화 알루미늄 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 33의 발명을 포함한다.
실시예 36은, 졸 겔 전구체가 산화 이트륨 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 33의 발명을 포함한다.
실시예 37은, 졸 겔 전구체가 황화 아연 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 33의 발명을 포함한다.
실시예 38은, 제 1 방향으로 배향된 제 1 복수의 나노섬유를 제 1 방향과 다른 제 2 방향의 제 2 복수의 나노섬유 상에 배치하는 단계, 이 때 상기 제 1 복수 및 제 2 복수는 복수의 접합부들에서 접촉되어 나노섬유 직물을 형성하고; 상기 복수의 접합부들 중 적어도 일부에 접착제를 처리하는 단계; 및 상기 나노섬유 직물을 이형 라이너와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법이다.
실시예 39는, 나노섬유 직물 및 이형 라이너를 3차원 표면에 합치시키는 단계를 추가로 포함하고, 이 때 이형 라이너 및 나노섬유 직물은 3차원 표면에 합치되는, 실시예 38의 발명을 포함한다.
실시예 40은 나노섬유 직물이 3차원 표면 상에서 크기가 적어도 10 μm인 특징에 합치하는, 실시예 39의 발명을 포함한다.
실시예 41은 이형 라이너를 제거하면서 3차원 표면에 나노섬유 직물을 남기는 단계를 추가로 포함하는, 실시예 39의 발명을 포함한다.
실시예 42는, 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유가 3차원 표면에 합치될 때 서로에 대해 그 배향을 유지하는, 실시예 39의 발명을 포함한다.
실시예 43은, 3차원 표면 상의 2개의 전기적으로 절연된 전기 전도체들 사이에 나노섬유 직물을 사용하여 구축된 전기적 접촉을 추가로 포함하는, 실시예 39의 발명을 포함한다.
실시예 44는 제 1 복수 또는 제 2 복수의 나노섬유 중 적어도 일부가 연사 및 코일된 나노섬유 원사인, 실시예 38-43 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 45는, 접착제를 처리하는 단계가 나노섬유 직물에 접착제의 에어로졸을 제공하는 것을 추가로 포함하고, 이러한 에어로졸은 복수의 접합부 중 적어도 일부의 접합부에 축적되는, 실시예 38-43 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 46은 접착제를 처리하는 단계가 다음을 추가로 포함하는, 실시예 38-43 중 어느 하나의 발명을 포함한다: 제 1 복수의 나노섬유 및 제 2 복수의 나노섬유를 접착제로 침투시키는 단계; 및 상기 복수의 접합부들 중 적어도 일부 상에 접착제 필렛을 형성하는 단계.
실시예 47은 접착제가 졸 겔 전구체를 포함하는, 실시예 46의 발명을 포함한다.
실시예 48은, 졸 겔 전구체가 산화 알루미늄 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 47의 발명을 포함한다.
실시예 49는, 졸 겔 전구체가 산화 이트륨 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 47의 발명을 포함한다.
실시예 50은, 졸 겔 전구체가 황화 아연 전구체 및 용매를 포함하는, 실시예 47의 발명을 포함한다.
실시예 51은, 제 1 방향으로 배향된 제 1 복수의 나노섬유를 제 1 방향과 다른 제 2 방향의 제 2 복수의 나노섬유 상에 배치하는 단계가, 제 1 복수의 나노섬유를 제 2 복수의 나노섬유와 직조하여 나노섬유 직물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 실시예 38-50 중 어느 하나의 발명을 포함한다.
실시예 52는 기판, 기판 위에 배치되는 나노섬유; 및 중앙 부분, 중앙 부분의 반대쪽 측면 상의 제 1 측면 부분 및 제 2 측면 부분, 제 1 측면 부분에 연결된 제 1 단부 부분 및 제 2 측면 부분에 연결된 제 2 단부 부분을 보유하는 그래핀 시트를 포함하는 나노섬유 어셈블리로서, 이 때 그래핀 시트의 중앙 부분은 기판 반대쪽에서 나노섬유 측면과 접촉되고, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들은 기판과 접촉된다.
실시예 53은 다음 단계를 포함하는, 기판에 대한 나노섬유 부착 방법이다: 기판에 나노섬유를 배치하는 단계; 용매에 그래핀 시트들을 현탁시켜, 그래핀 현탁액을 형성하는 단계; 및 이러한 그래핀 현탁액을 기판 상의 나노섬유에 처리하여, 현탁액 중의 그래핀 시트들 중 적어도 하나가 나노섬유를 기판에 부착시키는 단계.
도 1은, 나노섬유가 캡슐화되어 있고, 접착 필름 및 나노섬유가 한쪽 면에서 기판에 부착되고 반대쪽 면에서 폴리머 시트에 부착되어 있는 접착 필름을 도시한다.
도 2는 한 구체예에서 기판 상의 예시적 나노섬유 숲을 도시한다.
도 3은 한 구체예에서, 나노섬유를 성장시키기 위한 반응기의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 4A는 한 구체예에서, 시트의 상대적 크기를 표시하는 나노섬유 시트의 한 예시로서, 시트 표면에 평행인 평면에서 단부-대-단부로 정렬된 시트 내부의 나노섬유를 개략적으로 도시한다.
도 4B는, 나노섬유 숲으로부터 측면으로 인발된 나노섬유 시트의 이미지로서, 이러한 나노섬유는 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 단부-대-단부로 정렬된다.
도 5A는 한 구체예에서, 함께 연사된 나노섬유들을 포함하는 나노섬유 원사의 주사 전자 현미경 (SEM) 확대도로서, 나노섬유 원사는 또한 코일도 포함한다.
도 5B는 제 1 방향으로 배향되고 제 1 방향에 대하여 각도 Θ의 제 2 방향으로 배향된 제 2 복수의 나노섬유 원사에 결합되어 나노섬유 직물을 형성하는, 제 1 복수의 나노섬유 원사를 도시한다.
도 5C는 한 구체예에서 3차원 (3D) 토포그래피를 가지는 표면 상의 도 5B의 나노섬유 직물을 도시하며, 이 때 나노섬유 직물의 나노섬유들은 3차원 표면에 배치될 때에도 서로에 대해 그 배향 및 위치를 유지한다.
도 6A 및 6B는, 각각 한 구체예에서, 프레임에 부착된 독립형 나노섬유 직물의, 독립형 나노섬유 직물의 둘레에서의 평면도 및 단면도를 도시한다.
도 6C는, 한 구체예에서, 프레임으로부터 제거되고 기판 위에 배치된 도 6A 및 6B의 나노섬유 직물의 단면도를 도시한다.
도 7A 및 7B는 각각 한 구체예에서 프레임에 부착된 독립형 나노섬유 직물의 평면도 및 단면도를 도시하는데, 이 때 복수의 접착성 축적부들은 나노섬유들 사이의 접합부에 배치된다.
도 7C는, 한 구체예에서, 프레임으로부터 제거되고 기판 위에 배치된 도 7A 및 7B의 나노섬유 직물의 단면도를 도시한다.
도 8A 및 8B는, 각각 한 구체예에서, 프레임에 부착된 독립형 나노섬유 직물의 평면도 및 단면도를 도시하는데, 이 때 나노섬유 직물의 나노섬유들에 접착제가 침투되어 있다.
도 8C는, 한 구체예에서, 프레임으로부터 제거되고 기판 위에 배치된 도 8 A 및 8B의 나노섬유 직물의 단면도를 도시한다.
도 9A는 한 구체예에서, 그래핀 시트에 의해 기판에 연결된 나노섬유의 개략적 단면도이다.
도 9B 및 9C는 한 구체예에서 기판에 나노섬유를 연결시키는 그래핀 시트의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.
상기 도면들은 오직 설명을 목적으로 본 출원의 다양한 구체예들을 도시한다. 수많은 변형들, 배치들 그리고 기타 구체예들은 하기 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 또한, 이해되는 바와 같이, 도면은 반드시 특정 스케일로 도시되어 있지는 않으며 또는 설명된 구체예들을 도시된 특정 구성들로 제한하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 일부 도면은 일반적으로 직선, 직각 및 매끄러운 표면을 표시하지만, 제조 공정의 실제 한계를 감안할 때, 개시된 기술의 실제 구현예는 완전한 직선이 아니거나 직각보다 작을 수 있으며, 일부 특징은 표면 토포그래피를 가질 수 있거나 그렇지 않으면 매끄럽지 않을 수 있다. 요컨대, 도면들은 단시 예시적 구조들을 보여주기 위하여 제공된다.
상세한 설명
개요
본 발명의 구체예들은 접착제를 추가로 포함하는 나노섬유 (및/또는 나노섬유 원사)의 직물을 포함한다. 일부 구체예들에서, 나노섬유는, 나노섬유 및/또는 나노섬유 원사를 직물로 형성하기에 앞서 나노섬유는 나노섬유 원사로 연사되거나 또는 연사 및 코일될 수 있다. 이들 구체예들에서, 연사 및/또는 코일링은 나노섬유가 서로에 대한 그 본래 (즉, 기판 표면에 배치 및 이에 대해 합치되기 전) 위치 및 배향을 유지할 수 있게 하면서 나노섬유 직물의 연신을 용이하게 하여 하부 기판 표면의 토포그래피에 합치되게 할 수 있다. 또한, 일부 구체예들에서, 접착제 (또는 비-접착성 부착 기술, 가령, 그래핀 시트)는 나노섬유 직물의 나노섬유 일부 상에 또는 일부 내부에 선택적으로 위치될 수 있다. 접착제 (또는 다른 비-접착성 부착)는 나노섬유 직물의 하부 기판에 대한 부착을 가능하게 하면서도 상기 직물 상에서의 접착제의 선택적 위치는 나노섬유 직물의 나노섬유와 접착제 사이의 접촉 영역을 제한한다. 이러한 제한된 접착제의 사용은 그렇지 않은 경우 접착제의 보다 광범위한 존재에 의해 분해될 수 있는 나노섬유의 유익한 특성 (예컨대, 열 전도도, 전기 전도도, 적외선 (IR) 복사 투과성)을 보존하는데 도움이 될 수 있다. 본 명세서에 기재된 일부 구체예들은 하나 이상의 이형 라이너에 부착되어 본 발명의 나노섬유 직물의 저장, 취급 및 기판에 대한 처리에 있어서의 편의성을 개선 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 구체예들은 폴리머 내부에 나노섬유 원사를 내장시키거나 접착제로 나노섬유 원사를 완전히 코팅하는 기존의 많은 나노섬유 원사들의 구성과 대조적이다. 이는 접착층 내부에 그리고 폴리머 시트 상에 내장된 나노섬유를 보여주는 도 1에 도시되어 있다. 이러한 구성은 나노섬유 원사의 이용을 용이하게 하지만, 접착층 (및 일부 경우에서 폴리머 시트)은 탄소 나노섬유의 유익한 성질들을 억제하거나 다른 방식으로 이를 손상시킬 수 있다. 예를 들면, 접착층 내부에 나노섬유를 내장시키면 나노섬유와 하부 기판 사이의 접착을 (부분적으로 또는 전체적으로) 방지한다. 물리적 접촉이 좋지 않으면 나노섬유 원사의 비정상적으로 높은 전기 전도도와 열 전도도가 접착층 내에서 절연되므로 이러한 특성의 이점을 기판 (또는 전체 어셈블리)에 제공할 가능성이 적다. 또한, 접착제 및/또는 폴리머 시트를 나노섬유와 공존하게 하면, 결합된 폴리머 시트와 나노섬유의 투과성을 일부 방사선 파장 (예컨대, IR 방사선)까지 종종 감소시킨다.
본 발명의 나노섬유 직물을 설명하기에 앞서, 나노섬유 숲 및 시트에 관한 설명은 다음과 같다.
나노섬유 숲
본원에서 사용되는 용어 "나노섬유”는 직경이 1 μm 미만인 섬유를 의미한다. 본 출원의 구체예들에는 주로 탄소 나노튜브들로부터 제작되는 것으로 설명되어 있으나, 그래핀, 마이크론 또는 나노-규모의 그래파이트 섬유 및/또는 평판(plates)인 기타 탄소 동소체, 그리고 심지어 기타 나노-규모의 섬유 조성물들, 가령, 질화 붕소도 하기 설명되어 있는 기술들을 이용하여 치밀화될 수 있음이 이해될 것이다. 본 출원에서 사용되는 용어 “나노섬유” 및 “탄소 나노튜브”는 탄소 원자들이 함께 연결되어 원통형 구조를 형성하고 있는 단일벽 탄소 나노튜브 및/또는 다중-벽 탄소 나노튜브 모두를 포괄한다. 일부 구체예들에서, 본 출원에서 언급되는 탄소 나노튜브는 4 내지 10개 벽들을 가진다. 본 출원에서 사용되는, “나노섬유 시트” 또는 간단히 “시트”는 인발 공정 (PCT 국제 공개 특허출원 제 WO 2007/015710에 기재, 이는 본 출원에 참고문헌으로 온전히 포함됨)을 통해, 시트의 나노섬유의 세로축이 시트의 주 표면에 수직으로(즉, 증착된 시트 형태에서, 종종 “숲”으로 지칭됨)가 아니라, 시트의 주 표면에 평행하도록 정렬되어 있는 나노섬유들의 시트를 의미한다. 이는 각각 도 3 및 4에 도시되고 제시된다.
탄소 나노튜브들의 크기들은 사용되는 제조 방법들에 따라 상당히 달라질 수 있다. 예를 들어, 탄소 나노튜브의 직경은 0.4nm 내지 100nm 일 수 있고 길이는 10 μm내지 55.5 cm 이상일 수 있다. 탄소 나노튜브들은 또한 매우 높은 종횡비 (직경 대 길이의 비율)를 가질 수 있으며 일부는 132,000,000:1 또는 그 이상만큼 높다. 광범위한 크기가 가능함을 고려할 때, 탄소 나노튜브들의 성질은 상당히 조절가능하거나 조정가능하다. 탄소 나노튜브들의 많은 흥미로운 성질들이 확인된 바 있으나, 실제 응용에서 탄소 나노튜브들의 성질을 활용하는 것은 탄소 나노튜브의 특징들을 유지 또는 향상시킬 수 있는 확장가능하고 제어가능한 제조방법들을 필요로 한다.
그 독특한 구조로 인해, 탄소 나노튜브는 특정 응용에 매우-적합하게 하는 특정한 기계적, 전기적, 화학적, 열적 및 광학적 성질들을 보유한다. 특히, 탄소 나노튜브는 보다 우수한 보다 우수한 전기 전도성, 높은 기계적 강도, 우수한 열적 안정성을 나타내며 또한 소수성을 띤다. 이러한 성질들 이외에도, 탄소 나노튜브는 또한 유용한 광학적 성질들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 탄소 나노튜브는 좁게 선택된 파장에서 광을 방출 또는 검출하는 발광 다이오드 (LED) 및 광-검출장치에서 사용될 수 있다. 탄소 나노튜브는 또한 광자 운반 및/또는 포논(phonon) 운반에 유용함이 입증될 수 있다.
본 출원의 다양한 구체예들에 따르면, 나노섬유들 (탄소 나노튜브를 포함하나 이에 제한되지 않음)은 본 출원에서 “숲”으로 언급되는 구조를 비롯한 다양한 구조들로 배열될 수 있다. 본 출원에서 사용되는, 나노섬유들 또는 탄소 나노튜브들의 "숲"은 기판 상에서 서로에 대해 실질적으로 평행으로 배열되는 대략 균등한 크기를 가지는 나노섬유들의 배열을 의미한다. 도 2는 기판 상의 나노섬유 숲의 한 예를 보여준다. 기판은 임의의 형상일 수 있으나 일부 구체예들에서 기판은 평면 표면을 가지며 그 위에 나노섬유 숲이 조립된다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 숲의 나노섬유들은 높이 및/또는 직경에 있어 대략 동일할 수 있다. 일부 경우, 상기 숲은 "증착" 될 수 있는데, 이는 나노튜브가 기판 상에서 형성되었음을 의미하며, 또는 다른 경우에서는 성장 기판로부터 2차 기판로 이동되었을 수 있다.
본 출원에 개시된 나노섬유 숲은 비교적 치밀할 수 있다. 구체적으로, 본원에 개시된 나노섬유 숲은 적어도 1 백만개 나노섬유/cm2의 밀도를 가질 수 있다. 일부 특정 구체예들에서, 본원에 기재된 나노섬유 숲은 100억 개/cm2 내지 300억 개/cm2의 밀도를 가질 수 있다. 다른 예들에서, 본원에 기재된 나노섬유 숲은 900억개 나노섬유/cm2범위의 밀도를 가질 수 있다. 이러한 나노섬유 숲은 고밀도 또는 저밀도인 영역들을 포함할 수 있으며 특정 영역들은 나노섬유들이 없을 수 있다. 숲 내부의 나노섬유는 또한 섬유간 연결성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 나노섬유 숲 내부에서 이웃하는 나노섬유들은 반데르발스 힘에 의해 서로에 끌릴 수 있다. 그럼에도 불구하고, 숲 내부에서 나노섬유의 밀도는 본원에 설명된 기술을 적용하여 증가 될 수 있다.
나노섬유 숲의 제작 방법은, 예를 들면, PCT 제 WO2007/015710에 기재되어 있으며, 이 문헌은 본원에 그 전문이 참고문헌으로 포함된다.
나노섬유 전구체 숲을 제조하기 위하여 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 도 3에 개략적으로 도시된 한 예시적 방법은 고온 로에서의 나노섬유 성장을 포함한다. 일부 구체예들에서, 반응기 안에 놓아둔 기판 상에 촉매가 침착될 수 있고, 그 후 반응기에 공급되는 연료 화합물에 노출될 수 있다. 기판들은 800°C 이상의 온도 또는 1000°C 조차도 견딜 수 있으며 불활성 재료일 수 있다. 기판은 하부 실리콘 (Si) 웨이퍼 위에 배치된 스테인레스 강 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 기타 세라믹 기판들이 Si 웨이퍼 대신에 사용될 수 있다(예컨대, 알루미나, 지르코니아, SiO2, 유리 세라믹). 전구체 숲의 나노섬유가 탄소 나노튜브인 예에서, 아세틸렌과 같은 탄소계 화합물이 연료 화합물로 사용될 수 있다. 반응기에 도입된 후, 연료 화합물(들)은 이후 촉매 위에 축적되어 기판로부터 위쪽을 향해 성장함으로써 조립하여 나노섬유들의 숲을 형성할 수 있다. 반응기는 또한 연료 화합물(들) 및 운반체 기체들을 반응기에 공급할 수 있는 기체 유입구 그리고 팽창된 연료 화합물 및 운반체 기체들을 반응기로부터 방출시킬 수 있는 기체 배출구를 포함할 수 있다. 운반체 기체들의 예들에는 수소, 아르곤 및 헬륨이 포함된다. 이러한 기체, 특히 수소는 또한 나노섬유 숲의 성장을 촉진하기 위해 반응기에 도입 될 수 있다. 추가적으로, 나노섬유들에 혼입되는 도펀트들은 기체 흐름에 추가될 수 있다.
다중층 나노섬유 숲을 제작하기 위해 사용되는 공정에서, 하나의 나노섬유 숲이 기판 상에 형성되고, 이어서 제 2 나노섬유 숲이 제 1 나노섬유 숲과 접촉되어 성장한다. 다중층 나노섬유 숲은 기판 상에 제 1 나노섬유 숲을 형성하고, 제 1 나노섬유 숲에 촉매를 증착시킨 다음, 반응기에 추가 연료 화합물을 도입하여 제 1 나노섬유 숲에 위치한 촉매로부터 제 2 나노섬유 숲의 성장을 촉진하는 것과 같은 다양한 적절한 방법에 의해 형성 될 수 있다. 적용되는 성장 방법, 촉매 종류, 및 촉매 위치에 따라, 제 2 나노섬유 층은 제 1 나노섬유층의 상부 위에서 성장하거나, 또는, 촉매를, 예를 들어, 수소 기체로 리프레쉬 처리한 후 기판 상에서 직접 성장하여, 제 1 나노섬유층 아래에서 성장 할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제 2 나노섬유 숲은 제 1 나노섬유 숲의 나노섬유와 대략 단부-대-단부로 정렬될 수 있으나, 제 1 및 제 2 숲 사이에 용이하게 검출가능한 경계면이 존재한다. 다중층 나노섬유 숲은 임의의 수의 숲을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다중층 전구체 숲은 2, 3, 4, 5개, 또는 그 이상의 숲들을 포함할 수 있다.
나노섬유 시트
숲 구조로의 배열 이외에도, 본 출원의 나노섬유들은 또한 시트 구조로 배열될 수 있다. 본 출원에서 사용되는 용어 “나노섬유 시트,” “나노튜브 시트,” 또는 간단히 “시트”는 나노섬유들이 한 평면에서 단부 대 단부로 정렬되어 있는 나노섬유들의 배열을 의미한다. 나노섬유 시트의 한 예가 크기 라벨과 함께 도 4A에 도시되어 있다. 일부 구체예에서, 시트는 시트의 두께보다 100배 더 큰 길이 및/또는 폭을 갖는다. 일부 구체예에서, 길이, 폭 또는 둘 모두는 시트의 평균 두께보다 103, 106 또는 109배 더 크다. 나노섬유 시트는, 예를 들면, 대략 5nm 내지 30μm의 두께 및 의도한 용도에 적합한 임의의 길이 및 폭을 가질 수 있다. 일부 구체예들에서, 나노섬유 시트는 1 cm 내지 10 미터의 길이 및 1 cm 내지 1 미터의 폭을 가질 수 있다. 이들 길이는 단지 설명을 위해 제공된다. 나노섬유 시트의 길이와 폭은 나노튜브, 숲 또는 나노섬유 시트의 물리적 또는 화학적 특성이 아니라 제조 장비의 구성에 의해 제한된다. 예를 들어, 연속 공정은 모든 길이의 시트를 생산할 수 있다. 이 시트는 생산 될 때 롤에 감길 수 있다.
도 4A에서 볼 수 있는 바와 같이, 나노섬유들이 단부-대-단부로 정렬되어 있는 축을 나노섬유 정렬 방향이라 지칭한다. 일부 구체예들에서, 나노섬유 정렬 방향은 전체 나노섬유 시트에 걸쳐 연속적일 수 있다. 나노섬유는 서로 완벽하게 평행할 필요는 없으며 나노섬유 정렬 방향은 나노섬유 정렬 방향의 평균 또는 일반적인 척도인 것으로 이해된다.
나노섬유 시트는 시트를 제조할 수 있는 임의의 적합한 유형의 공정을 이용하여 조립될 수 있다. 일부 예시적인 구체예들에서, 나노섬유 시트는 나노섬유 숲으로부터 인발될 수 있다. 나노섬유 숲으로부터 인발된 나노섬유 시트의 한 예가 도 4B에 도시되어 있다.
도 4B에서 볼 수 있는 바와 같이, 나노섬유들은 측면으로 인발된 다음, 단부-대-단부로 정렬되어 나노섬유 시트를 형성할 수 있다. 나노섬유 시트가 나노섬유 숲으로부터 인발되는 구체예들에서, 숲의 크기는 특정 크기를 가지는 나노섬유 시트를 형성하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 나노섬유 시트의 폭은 시트를 인발시킨 나노섬유 숲의 폭과 대략 동일할 수 있다. 추가적으로, 시트의 길이는, 예를 들면, 원하는 시트 길이가 구현되었을 때 인발 공정을 종결시킴으로써 제어될 수 있다.
나노섬유 시트는 다양한 용도로 이용될 수 있는 많은 성질들을 가진다. 예를 들면, 나노섬유 시트는 조정가능한 혼탁도, 높은 기계적 강도 및 가요성, 열 및 전기 전도성을 가질 수 있으며, 소수성 또한 나타낼 수 있다. 시트 내에서 나노섬유들이 고도로 정렬되는 경우, 나노섬유 시트는 극히 얇을 수 있다. 일부 예에서, 나노섬유 시트는 대략 10nm 두께 (정상 측정 공차 내에서 측정)이므로 거의 2 차원이 된다. 다른 예에서, 나노섬유 시트의 두께는 200 nm 또는 300 nm 만큼 높을 수 있다. 이와 같이 나노섬유 시트는 한 구성요소에 최소한의 추가 두께를 추가 할 수 있다.
나노섬유 숲에서와 같이, 나노섬유 시트의 나노섬유는 시트의 나노섬유 표면에 나노섬유 단독과는 다른 화학적 활성을 제공하는 화학적 작용기 또는 원소를 첨가하여 처리제에 의해 기능화 될 수 있다. 나노섬유 시트의 기능화는 이전에 기능화된 나노섬유에서 수행되거나 이전에 기능화되지 않은 나노섬유에서 수행 될 수 있다. 기능화는 CVD 및 다양한 도핑 기술을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 임의의 기술을 사용하여 수행 될 수 있다.
나노섬유 숲으로부터 인발된 나노섬유 시트는 또한 높은 순도를 가질 수 있는데, 이 때 일부 경우에서, 나노섬유 시트 중량 백분율의 90% 초과, 95% 초과 또는 99% 초과가 나노섬유들로 인한 것이다. 유사하게, 나노섬유 시트는 중량으로 90% 초과, 95% 초과, 99% 초과 또는 99.9% 초과의 탄소를 포함할 수 있다.
접착제가 선택적으로 위치한 나노섬유 직물
전술한 바와 같이, 본원의 구체예들은 나노섬유 직물을 포함한다. 이러한 직물의 나노섬유들은 연사되거나, 코일되거나, 가합되거나 이들의 조합에 의하여, 나노섬유 원사를 형성할 수 있다. 본원에 기재된 나노섬유 직물의 예들은 3차원 토포그래피를 가지는 하부 표면 (일반적으로 "기판"로 지칭됨) 상에서 직물의 연신을 가능하게 하면서 또한 직물의 나노섬유들의 배향 및 위치가 서로에 대해 보존될 수 있도록 구성된다. 본원에 기재된 구체예들 중 일부는 나노섬유 원사를 지칭하지만, 비연사 및/또는 비코일된 나노섬유, 리본, 시트, 또는 번들을 대안적으로 사용하여 본원에 기재된 나노섬유 직물을 형성할 수 있으며 나노섬유 원사의 지칭은 단지 설명의 편의를 위한 것임을 이해할 것이다. 또한, 본원에 기재된 나노섬유 직물은 (예컨대, 날실 및 씨실을 가지는) 나노섬유를 함께 직조하여 형성될 수 있으며 또는 제 2 방향으로 배향된 제 2 복수의 나노섬유의 한 측면에서만 제 1 방향으로 배향된 하나의 복수 나노섬유들을 배치함으로써 형성될 수 있다.
직물의 나노섬유는 직물의 나노섬유 상에 및/또는 내부에 선택적으로 배치되는 접착제를 추가로 포함한다. 직물의 나노섬유에 접착제를 선택적으로 배치하면 나노섬유 상의 보다 균일한 접착제 처리에 의해 손상될 나노섬유 성질을 보존하는데 도움을 준다.
도 5A는 본 발명의 직물에서 사용되는 나노섬유의 한 예를 도시하는데, 여기서 나노섬유는 연사되고 코일된 나노섬유 원사로 구성된다. 이 SEM 현미경사진에서 알 수 있듯이, 나노섬유를 함께 연사하면 개개의 나노섬유들을 원사로 결합시킬 수 있다. 코일은, 예를 들면, 기술들 중에서도, 원사를 “과도하게 연사”함으로써 또는 연사된 원사를 맨드렐 주위에 감음으로써 형성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 나노섬유 원사 내 꼬임과 코일들은 본질적으로 원사의 길이를 치밀한 형태로 저장한다. 즉, 제 1 길이를 가지는 연사 및 코일된 원사는 원사를 언코일링 및/또는 언트위스팅시킴으로써 제 1 길이보다 긴 제 2 길이로 연장될 수 있다. 도 5A에 도시된 것과 같은 나노섬유 원사는 도 5B의 개략도에 도시된 바와 같이 직물로 직조될 수 있다. 이 도면에서 보는 바와 같이, 제 1 방향으로 배향된 나노섬유 원사 (씨실)는 제 1 방향에 대해 Θ도인 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 원사 (날실)와 함께 직조된다. 이는 본원에서 나노섬유 직물로도 지칭되는 나노섬유 원사의 2차원 배열을 생성한다. 도 5B에 도시된 예에서, 각도 Θ는 대략 90°이다 (+/- 5° 또는 일반적인 제조 편차 이내). 각도 Θ는 직물의 유형 및 직조에 따라 90 °보다 크거나 작을 수 있으며, 도시된 것은 예시 편의를 위한 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, 각도 Θ는 다음 범위들 중 어느 하나에 속할 수 있다: 30° 내지 165°; 45° 내지 135°; 60° 내지 95°; 및 60° 내지 165°. 다양한 예에서, 제 1 방향으로 배향된 나노섬유 원사와 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 원사 사이에 형성된 갭은 다음 범위 중 어느 하나 일 수 있다: 1 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 100 μm; 100 μm 내지 500 μm; 500 μm 내지 2 mm; 1 mm 내지 10 mm; 10 mm 이상.
도 5C에 도시된 바와 같이, 도 5B에 도시된 나노섬유 원사 직물은 3차원 토포그래피를 가지는 기판 위에서 연신될 수 있다. 본 실시예에서 보는 바와 같이, 도 5B의 나노섬유 원사 직물은 도 5C의 곡면 위에서 연신되었다. 또한 도 5C에 개략적으로 도시된 바와 같이, 나노섬유 직물의 나노섬유 원사의 배향 및 위치는 도 5B에 도시된 연신되지 않은 나노섬유 직물에 비해 변화되지 않은 상태이다. 즉, 각도 Θ는 동일하거나 대략 동일하고 (즉, Θ +/- 5°, 예컨대, 90° +/- 5°) 씨실의 인접 원사 및 날실의 인접 원사 사이의 공간은 도 5B에 도시된 연신되지 않은 상태와 비교하여 대략 변화되지 않는다 (+/- 5°). 이는, 전술한 바와 같이, 나노섬유 원사가 서로에 대해 원사들의 배향 및 위치를 변화시키지 않고 하부 토포그래피를 수용하도록 연신될 때 언코일 및/또는 언트위스트 될 수 있기 때문이다. 일부 예들에서, 나노섬유 원사 직물은 해당 표면의 주변 영역 위 또는 아래 10 마이크론만큼 작은 표면 토포그래피 (평면 또는 곡면이든 관계없이)로 순응되어 합치된다.
본 발명의 나노섬유 원사 직물은 외부 부분이든 내부 부분이든 간에 나노섬유 원사의 부분들 (또는 대안적으로, 단순히 나노섬유)에 선택적으로 처리된 접착제를 가지는 추가적인 이점을 가진다. 전술한 바와 같이, 이러한 선택적 처리는 그렇지 않을 경우 접착제의 존재에 의해 손상될 나노섬유의 많은 성질들을 보존하기 때문에 유익하다. 예를 들면, 나노섬유 원사 및 또는 나노섬유 직물의 일부 부분들 (전부는 아님)에 접착제를 선택적으로 처리함으로써, 나노섬유 직물은 중간 폴리머 및/또는 접착층 없이 하부 기판과 물리적, 전기적 및 열적 접촉을 구축할 수 있다. 이러한 방식으로, 나노섬유 직물의 유익한 성질들은 접착제에 의한 손상없이 하부 기판에 부여될 수 있다. 또 다른 예에서, 나노섬유 원사 및/또는 나노섬유 직물의 상당 부분 (예컨대, 나노섬유, 나노섬유 원사, 및/또는 직물의 표면적의 50% 초과)에서의 접착제 부재는 나노섬유 직물이 IR 방사선 투과성을 보존하면서 하부 기판에 접착될 수 있게 한다.
하기 설명 및 상응하는 도면은 나노섬유 원사 직물 상의 접착제의 선택적 배치에 관한 다양한 예시적 구체예들을 도시한다. 도 6A, 6B, 및 6C는 제 1 예시 나노섬유 직물 (600)에 관한 다양한 도면을 도시한다.
먼저 도 6A를 그리고 동시에 도 6B (도 6A에서 표시된 위치에서 도 6A의 단면도)를 보면, 나노섬유 원사 (604), 프레임 (608), 및 프레임 (608) 상의 접착층 (612)을 포함하는 나노섬유 직물 (600)이 도시되어 있다.
이 예에서, 나노섬유 직물 (600)은, 도 5B에 도시된 나노섬유 직물과 유사한, 수평 및 수직 나노섬유 원사 (604)를 포함한다. 도 5B의 나노섬유 직물에서와 같이, 나노섬유 원사 (604)는 나노섬유 직물 (600)을 형성하도록 서로 임의의 각도 및/또는 임의의 배향으로 그리고 뿐만 아니라 도 5B 또는 도 6A에 도시된 직교 패턴으로 존재할 수 있음이 이해될 것이다. 도 6A에 도시된 (그리고 하기 실시예들에 도시된) 나노섬유 원사 (604)의 수직 및 수평 배향은 단지 예시의 편의를 위한 것이다.
나노섬유 직물 (600)은 접착층 (612)을 통해 프레임 (608)에 연결된다. 접착층 (612)은 프레임의 표면에만 배치되므로, 접착층 (612)은 (612)와 중첩되는 나노섬유 직물의 주변 위치들에서 나노섬유 직물 (600) 상에 선택적으로 배치된다. 이는 도 6B에 도시되어 있는데, 이 도면은 제 2 방향으로 (도 6A의 평면도에 수직으로) 배향된 나노섬유 원사 (604A- 604E)와 접촉되어 제 1 방향으로 (도 6A의 평면도에 수평으로) 배향된 나노섬유 원사 (604F)를 도시한다. 나노섬유 원사 (604F)는 직물 (600)의 주변 에지에서 나노섬유 원사 (604A) 및 (604E)와 교차하고 프레임 (608)과 중첩된다. 접착층 (612)은 프레임 (608) 상에 배치되기 때문에, 접착층은 이들 직물 (600) 및 프레임 (608)의 위치에 존재하고 접착층은 나노섬유 직물 (600) 상에 선택적으로 배치된다. 일부 경우, 제 1 방향과 제 2 방향의 원사들 사이의 접합부가 아니라 단지 원사들의 단부인 나노섬유 원사 (604)의 말단 단부가 프레임 (608)과 중첩될 수 있음이 이해될 것이다. 이들 말단 단부들은 접착층 (612)과의 접촉에 의해 선택적으로 처리된 접착층 (612)과 접촉된다. 나노섬유 직물 (600)의 주변 에지 (프레임 (608) 상의 접착층 (612)과의 접촉에 의해 정의됨) 내에는 접착제가 없는 나노섬유 직물 (600)의 내부가 존재한다. 접착층 (612)의 크기는 다음 크기들 중 어느 하나에 속할 수 있다: 1 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 100 μm, 100 μm 내지 500 μm, 500 μm 내지 2 mm; 1 mm 내지 10 mm; 10 mm 이상.
나노섬유 직물 (600)의 내부에 접착제의 부재는 전술한 바와 같이, 나노섬유 직물 (600)과 하부 기판 사이에 직접적인 물리적, 전기적 및 열적 접촉이 구축 될 수 있음을 의미한다. 이는 도 6C에 도시된다. 도시된 바와 같이, 프레임 (608)이 제거되었다. 나노섬유 직물 (600)은 나노섬유 직물 (600)의 주변 에지상의 접착제 (612)를 통해 기판 (616)에 처리되어 어셈블리 (614)를 형성하였으므로, 기판 (616) 상의 나노섬유 직물 (600)의 내부에는 접착제 또는 폴리머가 없다. 전술한 바와 같이, 접착제 또는 폴리머의 존재에 의해 손상 될 수 있는 나노섬유 직물 (600)의 성질, 가령, 열 및 전기 전도성 및 IR 투과성)은 저해되지 않는다. 나노섬유 원사 (604)의 직경에 해당하는 높이를 가지는, 기판 (616)과 나노섬유 원사 (604F) 사이의 갭 (620) 또한 도 6C에 도시되어 있다.
도 7A, 7B, 및 7C는 접착제가 다른 위치들에 선택적으로 처리된 것을 제외하고 도 6A, 6B, 및 6C와 유사한 실시예를 도시한다.
먼저 도 7A 그리고 동시에 도 7B (표시된 위치에서 도 7A의 단면도)를 보면, 나노섬유 직물 (700)은 나노섬유 원사 (704), 프레임 (708), 및 선택적으로 처리된 접착제의 축적부 (712)을 포함한다. 나노섬유 직물 (700)은 나노섬유 직물 (600)의 경우에서와 같이, 도 5B와 관련하여 전술한 직물과 유사하다.
나노섬유 직물 (600)과 달리, 나노섬유 직물 (700)은 제 1 방향으로 배치된 나노섬유 원사와 제 2 방향으로 배치된 나노섬유 원사 사이의 접합부에 배치된 접착제 축적부 (712)을 가진다. 이러한 축적부는 도 7A에서 수평 및 수직 원사들 사이의 교차점에 원으로 표시되어 있으며 도 7B에서 (712A), (712B), (712C), (712D), 및 (712E)로도 표시된다. 도 7C에 도시된 바와 같이, 나노섬유 직물 (700) 상의 이러한 접착제의 선택적 배치는 접착 표면적의 양 및 나노섬유 직물 (700)과 하부 기판 (716) 사이의 접착 접촉점의 수를 증가시킨다. 접착제 축적부 (712)의 수와 접착 표면적이 증가되었음에도 불구하고, 도면을 보았을 때 명백히 나타나는 바와 같이, 나노섬유 원사의 표면적 대부분 (예컨대, 나노섬유/나노섬유 원사 표면적의 50% 이상) 및 나노섬유 원사들 (704) 사이의 공간은 접착제가 없다. 이는 나노섬유 직물 (600)과 관련하여 전술한 바와 동일한 많은 이점을 제공한다.
일부 예들에서, 축적부 (712(의 두께는 0.1 μm 내지 1 mm 두께 일 수 있다. 일부 실시예들에서, 축적부 (712)의 두께는 접합부에 해당하지 않는 나노섬유 원사의 일부 상에서의 접착층의 두께보다 1% 내지 1000% 더 클 수 있다. 일부 예들에서, 크기 (즉, 나노섬유 원사 표면으로부터 주변 대기에 노출된 축적부 (712)의 표면까지 측정된 접착제의 두께)는 다음 범위들 중 어느 하나에 속할 수 있다: 1 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 100 μm, 100 μm 내지 500 μm, 500 μm 내지 2 mm; 1 mm 내지 10 mm; 10 mm 이상.
나노섬유 직물 (700)에 접착제를 처리하는 한 가지 방법은 접착제를 용매에 용해시키는 것으로 시작된다. 그 다음 접착 용매 용액은 나노섬유 직물 (700)에 에어로졸로서 분무 될 수 있다. 제 1 방향과 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 원사들 사이의 접합부에서 접착제 축적부의 크기, 그리고 나노섬유 원사 표면들 상에 접착제가 배치되는 정도는 다양한 에어로졸 요인들에 따라 달라진다. 이러한 요인들에는 용매 내 접착 분자 농도, 용매 자체의 휘발성 및 용액 처리에 사용되는 운반 기체의 압력 등이 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 이러한 요인에 관계없이, 본 명세서에 기재된 조건하에서 접착제 에어로졸은 도 7A 및 7B에 표시된 접합부에 축적될 수 있다. 또 다른 예에서, 나노섬유 직물 (700)의 일부는 접착제 침착을 방지하기 위해 마스킹될 수 있다.
도 8A, 8B, 및 8C는 나노섬유 직물 상에 선택적으로 증착하는 접착제에 관한 또 다른 예를 도시한다. 상기 제시된 다른 예들과 유사하게, 도 8A는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 원사 (804)를 보유한 나노섬유 직물 (800)을 포함한다. 이러한 예는 프레임 (808) 상에 배치된 나노섬유 직물을 보여준다. 그러나 상기 제시된 예들과 달리, 나노섬유 직물 (800)의 접착제는 단순히 나노섬유 사이 및/또는 나노섬유와 프레임 사이의 접합부에만 배치되는 것은 아니다. 오히려, 나노섬유 직물 (800)의 나노섬유 원사 (804)에는 도 8B 및 8C에서 나노섬유의 패턴화 (804), (806)로 나타내어진 바와 같이 접착제 (802)가 침투되어 있다. 접착제 (802)와 같은 유기 분자를 포함하는 물질의 침투는 접착제를 용매에 용해시키고 용액을 나노섬유에 처리함으로써 발생할 수 있다. 용매는 접착제 (또는 다른 물질)를 나노섬유 원사 내부로 운반한다. 노섬유 및/또는 나노섬유 원사의 내부는 구성요소 나노섬유들 사이의 갭 및 기타 간극들을 포함한다. 그 후 용매는 (가열, 진공, 증발 또는 이들의 조합에 의해) 제거되어 접착제 (802) (또는 다른 분자, 입자 또는 물질)을 나노섬유 원사 내부에 일부 경우에는 그 위에 배치시킨다.
일부 실시예들에서, 나노섬유 원사 (804)의 표면에 배치된 접착제 (또는 폴리머)는 음압 (즉, 진공) 및/또는 집중된 고압 가스 흐름 (예컨대, 질소, 아르곤, 공기 또는 기타 압축 가스 또는 가스 혼합물)을 사용하여 제거될 수 있다. 이러한 기술은 미국 출원 번호 16/051,586에 더 상세히 설명되어 있으며, 이는 그 전문이 본원에 참고문헌으로 포함되고 부록 1에 포함된다. 따라서, 원사 (804) 표면으로부터 접착제 (또는 폴리머)를 제거하면 접착제가 없는 원사 표면이 제공되고 전술한 바와 같이 나노섬유 직물 (800)과 하부 기판 사이에 직접 접촉이 구축 될 수 있다.
접착제는 유동가능한 액체 상태로 섬유를 통해 또는 섬유를 따라 흐를 수 있다. 이는 운반 용매를 제거하기 전 또는 후에, 가령, 접착제 (또는 폴리머) 분자의 유리 전이 온도 이상으로 가열함으로써, 또는 원심력을 적용함으로써, 가령, 회전시킴으로써, 후속하여 용매를 처리함에 의해 이루어질 수 있다. 나노섬유 원사 (804) 내부에 접착제가 흐르게 하면, 일부 예들에서, 서로 접촉하는 인접한 나노섬유 원사들 (804) 사이에 접착 필렛 (806)이 형성될 수 있다. 이들은 도 8B 및 8C에 필렛 (806A), (806B), (806C), (806D), 및 (806E)로서 도시되어 있다. 두께 (원사 (804F) 및 (804A-804E), (806A-806E), (810A-810E)의 대면 표면들 사이의 가장 큰 거리)는 다음 범위 중 어느 하나에 속할 수 있다: 10 nm 내지 100 nm; 10 nm 내지 500 nm; 50 nm 내지 200 nm; 100 nm 내지 500 nm; 1μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 1 mm; 10 μm 내지 100 μm; 100 μm 내지 500 μm; 500 μm 내지 2 mm, 1 mm 내지 10 mm, 10 mm 이상.
이후 나노섬유 직물 (800)은 프레임 (808) 및 하부 기판 (816)으로부터 이동 될 수 있다. 용매, 열 또는 다른 메커니즘의 후속 적용에 의해 유발되는지 여부에 따라, 나노섬유 (804) 내부에 배치된 접착제의 일부는 나노섬유들로부터 유동하여 기판 (816)과 접촉될 수 있다. 이후 이는 필렛 (810A), (810B), (810C), (810D), 및 (810E)을 형성한다. 일단 기판 (816)에 부착되면, 나노섬유 직물 (800), 접착제 (802) 및 필렛 (806 및 810)은 어셈블리 (818)로 지칭 될 수 있다.
전술한 임의의 구체예에서 접착제는, 특히, 아크릴 접착제, 감압 접착제, 열 활성화 접착제, 열가소성 폴리머, 에폭사이드 또는 네트워크 경화 폴리머, 탄성 폴리머, 이들의 조합을 포함 할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구체예에서, 졸-겔 전구체 물질은 전통적인 유기 접착제 대신에 사용 될 수 있다. 이러한 전구체 물질은 화학적으로 불활성이고 종래의 접착제 (예컨대, 세라믹, 유리 또는 유리 세라믹 기판)에 잘 부착되지 않을 수 있는 기판에서도 현장에서 반응하여 기판과 결합을 형성 할 수 있다. 졸-겔 전구체를 포함하는 구체예는 아래에 더 상세하게 설명되어 있다.
전술한 많은 구체예들은 제 2 복수의 나노섬유에 대해 일정한 각도로 배치된 제 1 복수의 나노섬유 원사를 포함하지만, 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 일 구체예에서, 나노섬유 직물은 도 6A에 예시된 구체예와 유사한, 보조 프레임과 중첩되는 말단 단부에 접착제를 포함하는 평행 나노섬유 원사들의 어레이를 포함한다. 한 구체예에서, 나노섬유 직물은 도 8A에 도시된 구체예와 유사한, 접착제가 침투되어 있는 평행한 나노섬유 원사 어레이를 포함한다.
졸-겔 접착제 구체예
전술한 구체예들 중 어느 하나는, (예컨대, 도 6A에 도시된 바와 같이) 프레임과 중첩되는 나노섬유 원사의 말단 단부들에, (예컨대, 도 7A에 도시된 바와 같이) 제 1 방향으로 배향된 나노섬유 원사와 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 원사 사이의 접합부에 선택적으로 배치된, 및/또는 (예컨대, 도 8A에 도시된 바와 같이) 나노섬유 원사들의 일부 또는 전부 내부에 침투된 "접착제" 물질로서 졸 겔 전구체를 사용할 수 있다. 한 실시예에서, 졸 겔 전구체는 기판에 처리하기 전에 전술한 구성들 중 어느 하나로 (상기 설명된 바와 같은) 나노섬유 직물에 처리된다. 나노섬유 직물은 운반 또는 보관을 위해 이형 라이너 상에 선택적으로 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 졸 겔 반응 생성물이 부착될 수 있는 기판에 나노섬유 직물이 처리될 때 졸 겔 반응이 시작된다. 예들에서, 전구체는, 그 중에서도, 반응시 이산화 규소 (SiO2), 산화 알루미늄 (Al2O3), 산화 이트륨 및 황화 아연을 형성하는 전구체를 포함한다.
이러한 방식으로 사용되는 세라믹 접착제는 나노섬유 원사들 사이 및 나노섬유 직물과 기판 사이에 보다 내구성있는 연결을 제공하여, 주위 온도 또는 용매 또는 산화제의 존재와 무관하게 원사들의 서로에 대한 그리고 직물의 기판에 대한 배향 및 위치를 유지시킨다. 이는 폴리머 접착제가 유리 전이 온도에 가까운 온도에서 또는 폴리머가 용매화되거나 분해되는 환경에서 유동할 수 있는 고온 응용에 유용 할 수 있다.
(폴리머 또는 올리고머 기반 접착제가 아닌) 부착물로서 졸 겔을 사용하는 한 가지 예시적인 방법은 졸 겔 전구체(들)을 용매, 예를 들어, 에탄올 또는 부탄올과 같은 알코올에 용해시키는 것으로 시작된다. 졸 겔 전구체와 용매의 용액은 나노섬유(들) 및/또는 나노섬유 원사(들)에 처리된다. 전술 한 바와 같이, 졸 겔 전구체 및 용매는 일부 경우에 나노섬유 (및 나노섬유 원사)의 접합부에서 불균형하게 축적 될 수 있고 및/또는 나노섬유 원사 (또는 나노섬유들의 집합체)의 개별 나노섬유에 의해 정의된 섬유간 갭으로 침투 할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 결합된 졸 겔 전구체, 용매 및 나노섬유 (원사) 어셈블리를 기판에 처리하고 기판에서 어셈블리를 건조하여 용매를 증발시키고 전구체를 반응시킴으로써 상기 방법을 계속하였다. 반응시 전구체는 상기 설명한 바와 같이 나노섬유 원사와 기판 사이에 기계적 연결을 형성한다. 반응 된 졸 겔 전구체의 크기는 상기 설명한 범위들 중 어느 하나에 속할 수 있다.
또 다른 예에서, 나노섬유 (원사) 어셈블리는 전기적으로 절연성일 수 있다. 이것은 세라믹 졸 겔 전구체(들)를 기판의 일부 또는 전부에 적용하고 (예를 들어, 나노섬유 직물이 기판과 접촉할 부분에서), 전구체를 경화시켜 세라믹을 형성한 다음, 직물을 기판에 처리함으로써 달성 될 수 있다.
그래핀 부착 구체예
도 9A, 9B, 및 9C는 그래핀 시트를 사용하여 나노섬유 원사를 하부 기판에 연결하는 일부 예들을 도시한다. 이러한 예에서, 그래핀 시트는 그래핀 시트의 중앙 부분이 나노섬유 원사의 외부 표면의 일부와 합치하고 그래핀 시트의 반대쪽 단부 부분들이 나노섬유 원사의 반대쪽 측면들에서 하부 기판에 연결되도록 나노섬유 원사에 처리될 수 있다. 이어서 반데르발스 힘은 그래핀 시트와 하부 기판 사이에 인력을 유발하여 접착제가 없을 수있는 나노섬유 원사에 대해 물리적 제약으로 작용할 수 있다.
도 9A는 기판 (904), 나노섬유 (908) 및 그래핀 시트 (912)를 포함하는 이러한 시나리오의 한 예의 개략적인 단면도 (나노섬유의 길이에 수직으로 취함)이다. 도시된 바와 같이, 나노섬유 (908)는 기판 (904)의 표면 상에 배치된다. 그래핀 시트 (912)는 다음과 같은 3개의 섹션을 갖는 것으로 도시된다: (1) 중앙 부분 (912A); (2) 제 1 및 제 2 측면 부분 (912B 및 912B'); 및 (3) 제 1 및 제 2 단부 부분 (912C 및 912C'). 도시된 바와 같이, 중앙 부분 (912A)은 나노섬유 (908)의 표면 상에 배치된다. 제 1 및 제 2 단부 부분 (912C 및 912C')은 기판 (904)과 접촉된다. 제 1 및 제 2 측면 부분 (912B 및 912B')은 중앙 부분 (912A)를 대응하는 제 1 및 제 2 단부 (912C 및 912C')와 연결한다. 이러한 방식으로, 전술한 바와 같이, 나노섬유 (908)는 상기 설명한 접착제 또는 졸-겔 시스템을 사용하지 않고 기판 (904)에 연결될 수 있다.
도 9B 및 9C (이들 중 후자는 도 9B의 일부분의 확대도임)는 도 9A에 제시된 예시의 실험예에 관한 이미지를 제공한다. 이들 이미지에서, 나노섬유 원사 (920)이 기판 (916)의 표면에 배치된 것으로 도시되어 있다. 그래핀 시트의 중앙 부분 (924)은 도 9A에 도시된 중앙 부분 (912A)과 유사하게 나노섬유 원사 (920) 상에 배치된다. 그래핀 시트들의 극도의 얇음으로 인해 (이 경우에서, 하나 또는 두 개의 탄소 원자들 원자층에 해당), 이 예에서 그래핀 시트(들)의 중앙 부분 (924)은 나노섬유의 표면 토포그래피에 합치되어, 서로 거의 구별하기 어려움이 이해될 것이다. 그래핀 시트(들)의 중앙 부분 (924)과 나노섬유 사이의 물리적 경계는 도 9B에서 보다 도 9C에서 더 쉽게 식별 할 수 있다. 동일한 이유로, 그래핀 시트의 다른 부분에 대한 "앵커"로서 작용하는, 기판 (916)과 접촉되는 그래핀 시트의 단부 부분 (932)은 주로 도 9B 및 9C의 이미지에서 표면 불규칙성의 집합으로서 식별 될 수 있다. 측면 부분 (928)은 중앙 부분 (924)을 단부 부분 (932)에 연결하여, 그래핀 시트가 접착제 또는 졸-겔 전구체를 사용하지 않고 기판 (916)에 나노섬유 (920)를 고정 (pin), 연결, 또는 다른 방식으로 고정 (fix) 할 수 있게 한다.
일부 예들에서, 그래핀을 사용하여 기판에 나노섬유 (및/또는 나노섬유 원사)를 부착하는 방법은 그래핀 입자 (일반적으로 하나의 탄소 두께 원자층이지만, 일부 경우에 최대 5 또는 10 원자층 두께 일 수 있음) 용매에 현탁시키는 것으로 시작된다. 특히, 용매의 예로는 물, 에탄올 및 부탄올 등이 포함된다. 이 방법은 그래핀 시트와 용매의 현탁액을 에어로졸을 통해 나노섬유에 분사함으로써 계속된다. 이론에 제한시키고자 하는 것은 아니지만, 모세관 힘이 나노섬유 원사의 표면 위에 그래핀 시트를 끌어당기고 (상기 예시하고 도시한 바와 같이) 그래핀 시트를 기판에 연결하는 것으로 생각된다. 그래핀 시트는 나노섬유 시트의 표면의 적어도 일부와 일치하고 하부 기판에 연결될 수 있다. 이것은 나노섬유 (또는 나노섬유 원사)를 기판에 고정, 부착 또는 다른 방식으로 연결하는 효과가 있다.
응용
전술한 예시 구체예들 중 어느 하나를 다음과 같은 응용에 사용할 수 있다. 한 응용에서, 본 발명의 나노섬유 직물은 케이스의 내부 또는 외부에 부착되어, 해당 케이스 내부에 배치된 구성에 전자파 간섭 (EMI) 차폐를 제공할 수 있다. 어떤 경우에는 나노섬유 직물이 기가헤르츠 범위의 EMI에 대하여 그리고 편광된 그리고 편광되지 않은 EMI에 대한 장벽 역할을 한다. 또 다른 예에서, 이형 라이너를 사용하여 편리하게 처리되는 것들을 포함한, 본 발명의 구체예들을 사용하여 전기적 접촉을 개방 회로로 구축 또는 재구축할 수 있다. 예를 들어, 상이한 방향으로 배향된 나노섬유 원사를 포함하는 본 발명의 나노섬유 직물의 일부는 회로를 개방하는 대향 측면들 상의 전도체에 접착 될 수 있다. 전도성 나노섬유 원사의 2차원 네트워크는 중간 절연 접착제에 의해 방해받지 않는 전도체와 물리적 및 전기적 접촉을 할 수 있기 때문에 회로를 폐쇄할 수 있다. 이러한 방식에서, 본원의 구체예들은 회로에 대한 전도성 "패치"로서 사용될 수 있다. 일부 예에서, 본원 구체예들은 전기적 내성 커패시티로 사용될 수 있으며, 따라서 가열 요소로서 기능한다.
본원에 기재된 임의의 구체예들은 저장 및 기판에 대한 후속 처리를 용이하게 하기 위해 초기에는 이형 층 (또는 이형 층들) 위에, 또는 그 사이에 배치될 수 있다.
일부 예에서, 이형 라이너는, 접착제와 본 발명의 나노섬유 직물 사이에 표면 에너지가 낮은 재료를 가지는 접착제 또는 약한 접착제를 포함하는 얇고 (즉, 0.5mm 미만), 가요성 및/또는 탄성 또는 소성 변형가능한 기판 (예컨대, 폴리에틸렌, 소성 변형가능한 폴리디메틸실록산 (PDMS), 금속 호일, 열가소성 폴리머 필름 등) 일 수 있다. 일 예에서, 열가소성 필름은 가열되어 연화될 수 있고 나노섬유 원사 및/또는 나노섬유 직물은 부분적으로 내장될 수 있어서 (예컨대, 원사 및/또는 직물 두께의 절반 미만 또는 4분의 1 미만), 원사 및/또는 직물은 냉각시 열가소성 필름 내부에 일시적으로 고정되지만, 나노섬유 직물의 반대쪽 표면을 기판에 부착시킨 후 여전히 용이하게 제거된다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 기재된 구체예들은 직조되어 이형 라이너 층들 사이에 무기한으로 저장될 수 있다. 필요시, 이형 라이너의 한 층을 제거하여 나노섬유 직물위에 선택적으로 배치된 접착제를 노출시킬 수 있다. 이후 나노섬유 직물 및 잔부의 변형가능한 이형층은, 전술한 바와 같이, 서로에 대한 나노섬유 원사의 배향 및/또는 위치를 방해하지 않고, 기판에, 3차원 토포그래피를 가지는 기판이라 하더라도 이에 합치될 수 있다.
이형 라이너를 사용하는 하나의 편리한 양상은 긴 길이의 나노섬유 직물 (예컨대, 50 센티미터 이상)이 스풀 주위에 감길 수 있다는 것이다. 이형 라이너가 나노섬유 직물의 인접 층들과 해당 접착제를 서로에 대해 분리하기 때문에 나노섬유 직물은 접착제 축적을 방해하지 않고 물리적으로 치밀한 형태로 (즉, 수 미터의 나노섬유 직물 및 이형 라이너가 센티미터 단위의 직경을 갖는 스풀 주위에 감겨있음) 저장, 운반 및 사용할 수 있다.
본원에 기재된 임의의 구체예들은 또한 접착제 축적부 내부 또는 그 위에 재료의 입자 또는 플레이크를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 은 나노입자, 그래핀 플레이크, 탄소 나노입자 (예컨대, 풀러렌), 무기 충전제 (예컨대, 실리카 또는 탄소의 마이크론 크기 입자)는 또한 본원에 기재된 접착제 축적부 및/또는 접착제 충전된 나노섬유 원사들과 혼합, 이에 첨가 또는 위에 배치될 수 있다. 이들 입자들은, 다른 이점들 중에서도, 나노섬유 직물과 기판 사이의 접착을 개선하고, 나노섬유 직물과 기판 사이의 접착성 연결의 기계적 특성을 개선하고, 나노섬유 직물의 나노섬유 원사들 사이의 기계적 특성 (예컨대, 접착 강도)을 개선하고, 나노섬유 직물과 기판 사이의 전기적, 물리적 및/또는 열적 접촉을 개선할 수 있다.
또 다른 예에서, 단일-벽 나노튜브의 필름을 사용하여 나노섬유 직물을 기판에 접착시킬 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브는 단일벽 나노튜브 필름의 반대쪽 면과 접촉되는 표면들 사이의 접착을 유발하거나 촉진 할 수 있는 강한 반 데르 발스 힘을 가진다. 1 nm 내지 3 nm 두께 범위의 복수의 단일-벽 나노튜브는 계면활성제와 물의 용액에 현탁 될 수 있다. 이후 이러한 현탁액을 여과 (또는 물/계면활성제 용액을 제거)하여 나노튜브 필름을 생성 할 수 있다. 그 후 나노튜브 필름을 나노섬유 직물에 처리할 수 있다. 나노섬유 직물을 기판 위에 놓고 나노섬유 직물과 기판 사이에 나노섬유 필름을 끼운다. 따라서 단일-벽 나노튜브 필름은 나노섬유 직물과 기판 사이의 접착을 촉진시키게 된다.
추가 고려사항
본원의 구체예들에 관한 전술한 설명은 설명을 위하여 제공되었으며; 이는 개시된 정확한 형태들이 빠짐없이 철저한 것이라거나 청구범위를 이러한 정확한 형태들로 한정하고자 하는 것이 아니다. 관련 기술 분야의 숙련된 기술자들은 상기 설명에 비추어 많은 변형들 및 변화들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
본원에서 사용되는 용어는 가독성 및 지시를 목적으로 주로 선택되었으며, 본 발명의 주제를 상세히 기술하거나 제한하기 위해 선택된 것은 아닐 수 있다. 그러므로 본 출원의 범위는 본 상세한 설명에 의해 제한되지 않으며, 그보다는 본 상세한 설명에 기초하여 출원시 공개되는 청구범위에 의하여 제한된다. 따라서, 상기 구체예들에 관한 개시내용은 설명을 위한 것이며, 하기 청구범위에 제시된 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

Claims (53)

  1. 제 1 방향으로 배향된 제 1 나노섬유 원사의 배열;
    제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 배향된 제 2 나노섬유 원사의 배열로서, 복수의 접합부에서 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열과 접촉하는 제 2 나노섬유 원사의 배열; 및
    복수의 접합부 중 적어도 일부 상의 접착제 축적부를 포함하고,
    3차원 토포그래피에 합치될 때, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열 중 하나가 다른 나노섬유 원사의 배열과 그 배향을 유지하는, 나노섬유 직물.
  2. 청구항 1에 있어서, 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도는 45° 내지 135°인, 나노섬유 직물.
  3. 청구항 1에 있어서, 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도는 60° 내지 120°인, 나노섬유 직물.
  4. 청구항 1에 있어서, 나노섬유 직물은 IR 방사선에 투과성인, 나노섬유 직물.
  5. 청구항 4에 있어서, 제 1 방향으로 배향된 나노섬유와 제 2 방향으로 배향된 나노섬유 사이의 나노섬유 직물에서 형성된 갭은 횡으로 1 μm 내지 10mm인, 나노섬유 직물.
  6. 청구항 1에 있어서, 나노섬유 직물은 전자파 간섭에 대한 장벽으로 기능하는, 나노섬유 직물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열 중 적어도 하나는 연사된 나노섬유 원사를 포함하는, 나노섬유 직물.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 연사된 나노섬유 원사는 가연 (false twisted) 나노섬유 원사를 포함하는, 나노섬유 직물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열 중 적어도 하나는 코일된 나노섬유 원사를 포함하는, 나노섬유 직물.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 코일된 나노섬유 원사의 코일들은 3차원 토포그래피를 가지는 기판과 접촉되어 배치될 때 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 적어도 일부가 적어도 부분적인 언코일링에 의해 서로에 대해 그 배향 및 위치를 유지하게 할 수 있는, 나노섬유 직물.
  11. 청구항 1에 있어서, 다음을 추가로 포함하는 나노섬유 직물:
    상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 적어도 일부의 말단 단부들이 배치되는 프레임; 그리고
    이 때 접착제 축적부는 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 적어도 일부의 말단 단부들 상에 존재하며, 이러한 말단 단부들은 프레임 상에 배치됨.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 적어도 일부가 접착제로 침투되어 있는, 나노섬유 직물.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 상응하는 나노섬유와 접촉되는 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열의 나노섬유 상에 제 1 복수의 접착 필렛을 추가로 포함하는, 나노섬유 직물.
  14. 청구항 13에 있어서, 다음을 추가로 포함하는, 나노섬유 직물:
    상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 나노섬유와 접촉되는 기판; 및
    상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 나노섬유 및 상기 기판 모두와 접촉되는 제 2 복수의 접착 필렛.
  15. 청구항 1에 있어서, 40 다인/cm 미만의 접착 에너지를 가지는 이형 라이너를 추가로 포함하고, 이러한 이형 라이너는 나노섬유 직물의 적어도 한 면에 존재하는, 나노섬유 직물.
  16. 청구항 15에 있어서, 3차원 토포그래피를 가지는 기판에 합치되게 변형되도록 구성된 변형가능한 시트를 포함하는, 나노섬유 직물.
  17. 청구항 1에 있어서, 접착제 축적부는 졸 겔 전구체를 포함하는, 나노섬유 직물.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 이산화 규소 전구체 및 용매를 포함하는, 나노섬유 직물.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열은 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열과 직조되어, 나노섬유 직물을 형성하는, 나노섬유 직물.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열은 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 한 면에 배치되어, 나노섬유 직물을 형성하는, 나노섬유 직물.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열은 탄소 나노튜브를 포함하는, 나노섬유 직물.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 탄소 나노튜브는 다중벽 탄소 나노튜브를 포함하는, 나노섬유 직물.
  23. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열은, 10nm 내지 1μm 직경을 포함하는, 나노섬유 직물.
  24. 백킹 재료 및 제 1 접착 강도를 가지는 제 1 접착제를 포함하는 이형 라이너;
    이형 라이너의 제 1 접착제 상에 배치된 나노섬유 원사의 배열로서, 상기 나노섬유 원사는 연사 및 코일된 나노섬유인 나노섬유 원사의 배열; 및
    제 1 접착 강도 보다 큰 제 2 접착 강도를 가지며, 상기 나노섬유 원사의 배열의 적어도 하나의 표면 상에, 또는 연사되고 코일된 나노섬유들 사이의 나노섬유 원사들의 내부에 배치된 제 2 접착제를 포함하고,
    상기 이형 라이너는 3차원 토포그래피를 가지는 기판에 합치되게 변형되도록 구성된 변형가능한 시트를 포함하는, 나노섬유 직물.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 나노섬유 원사의 배열은 제 1 방향으로 배향된 제 1 복수의 평행 나노섬유 및 제 2 방향으로 배향된 제 2 복수의 평행 나노섬유를 포함하는, 나노섬유 직물.
  26. 청구항 25에 있어서, 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도는 45° 내지 135°인, 나노섬유 직물.
  27. 청구항 25에 있어서, 제 1 방향과 제 2 방향 사이의 각도는 60° 내지 120°인, 나노섬유 직물.
  28. 청구항 24에 있어서, 나노섬유 직물은 IR 방사선에 투과성인, 나노섬유 직물.
  29. 청구항 24에 있어서, 나노섬유 직물은 전자파 간섭에 대한 장벽으로 기능하는, 나노섬유 직물.
  30. 청구항 24에 있어서, 나노섬유 원사들의 연사 및 코일들은 3차원 토포그래피를 가지는 기판과 접촉되어 배치될 때 상기 나노섬유 원사의 배열을 적어도 부분적인 언코일링에 의해 서로에 대해 그 배향 및 위치를 유지하게 할 수 있는, 나노섬유 직물.
  31. 청구항 24에 있어서, 제 1 접착제는 40 다인/cm 미만의 접착 에너지를 가지고, 이형 라이너는 나노섬유 직물의 적어도 한 면에 존재하는, 나노섬유 직물.
  32. 삭제
  33. 청구항 24에 있어서, 제 1 접착제 및 제 2 접착제 중 하나 이상이 졸 겔 전구체를 포함하는, 나노섬유 직물.
  34. 청구항 33에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 이산화 규소 전구체 및 용매를 포함하는, 나노섬유 직물.
  35. 청구항 33에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 산화 알루미늄 전구체 및 용매를 포함하는, 나노섬유 직물.
  36. 청구항 33에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 산화 이트륨 전구체 및 용매를 포함하는, 나노섬유 직물.
  37. 청구항 33에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 황화 아연 전구체 및 용매를 포함하는, 나노섬유 직물.
  38. 제 1 방향으로 배향된 제 1 나노섬유 원사의 배열을 제 1 방향과 다른 제 2 방향의 제 2 나노섬유 원사의 배열 상에 배치하는 단계로서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열은 복수의 접합부들에서 접촉되어 나노섬유 직물을 형성하는 단계;
    복수의 접합부 중 적어도 일부에 접착제를 처리하는 단계; 및
    나노섬유 직물을 이형 라이너와 접촉시키는 단계를 포함하고,
    3차원 토포그래피에 합치될 때, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열 중 하나가 다른 나노섬유 원사의 배열과 그 배향을 유지하는, 방법.
  39. 청구항 38에 있어서, 나노섬유 직물 및 이형 라이너를 3차원 표면에 합치시키는 단계를 추가로 포함하고, 이 때 이형 라이너 및 나노섬유 직물은 3차원 표면에 합치되는, 방법.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 나노섬유 직물은 3차원 표면 상에서 크기가 적어도 10 μm인 특징에 합치하는, 방법.
  41. 청구항 39에 있어서, 이형 라이너를 제거하면서 3차원 표면에 나노섬유 직물을 남기는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  42. 삭제
  43. 청구항 39에 있어서, 다음을 추가로 포함하는 방법:
    3차원 표면 상의 2개의 전기적으로 절연된 전기 전도체들 사이에 나노섬유 직물을 사용하여 구축된 전기적 접촉.
  44. 청구항 38에 있어서, 상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 또는 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열은 연사 및 코일된 나노섬유 원사를 포함하는, 방법.
  45. 청구항 38에 있어서, 접착제를 처리하는 단계는 나노섬유 직물에 접착제의 에어로졸을 제공하는 것을 추가로 포함하고, 이러한 에어로졸은 복수의 접합부 중 적어도 일부의 접합부에 축적되는, 방법.
  46. 청구항 38에 있어서, 접착제를 처리하는 단계는 다음 단계를 추가로 포함하는, 방법:
    상기 제 1 나노섬유 원사의 배열 및 상기 제 2 나노섬유 원사의 배열의 나노섬유들에 접착제를 침투시키는 단계; 및
    복수의 접합부들 중 적어도 일부에 접착 필렛을 형성하는 단계.
  47. 청구항 46에 있어서, 상기 접착제는 졸 겔 전구체를 포함하는, 방법.
  48. 청구항 47에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 산화 알루미늄 전구체 및 용매를 포함하는, 방법.
  49. 청구항 47에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 산화 이트륨 전구체 및 용매를 포함하는, 방법.
  50. 청구항 47에 있어서, 상기 졸 겔 전구체는 황화 아연 전구체 및 용매를 포함하는, 방법.
  51. 청구항 38에 있어서, 상기 제 1 방향으로 배향된 제 1 나노섬유 원사의 배열을 제 1 방향과 다른 제 2 방향의 제 2 나노섬유 원사의 배열 상에 배치하는 단계는, 제 1 나노섬유 원사의 배열을 제 2 나노섬유 원사의 배열과 직조하여 나노섬유 직물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  52. 기판;
    기판 위에 배치된 나노섬유; 및
    중앙 부분, 중앙 부분의 반대쪽 상의 제 1 측면 부분 및 제 2 측면 부분, 제 1 측면 부분에 연결된 제 1 단부 부분 및 제 2 측면 부분에 연결된 제 2 단부 부분을 보유하는 그래핀 시트로서, 당해 그래핀 시트의 중앙 부분은 기판 반대쪽에서 나노섬유 측면과 접촉되고, 상기 제 1 및 제 2 단부 부분들은 기판과 접촉되는 그래핀 시트를 포함하고,
    상기 중앙 부분은 상기 나노섬유의 표면 토포그래피에 합치되는, 나노섬유 어셈블리.
  53. 기판에 나노섬유를 배치하는 단계;
    용매에 그래핀 시트들을 현탁시켜, 그래핀 현탁액을 형성하는 단계; 및
    상기 그래핀 현탁액을 기판 상의 나노섬유에 처리하여, 현탁액 중의 그래핀 시트들 중 적어도 하나가 나노섬유를 기판에 부착시키는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀 시트들 중 적어도 하나가 상기 나노섬유의 표면의 적어도 일부와 일치하고 상기 기판에 연결되는, 나노섬유를 기판에 부착하는 방법.
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