KR20190077398A - 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치 - Google Patents
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Abstract
롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 장치는 나노재료를 유체 투과성 필터의 일 영역 내에서 유체 투과성 필터 위에 응집시키기 위한 흡입 압력 및 반대편 압력 영역 또는 나노재료가 응집된 매트를 분리시키고 트랜스퍼 롤러로 이동시키기 위한 영역을 포함한다. 트랜스퍼 롤러는 트랜스퍼 롤러 내에 흡입 압력을 구비하여 필터로부터 매트를 롤러로 이송하는 것을 보조할 수 있다. 유입 포트는 예를 들어 열 및 존 유입구를 사용하여 나노재료를 분산시킨다.
Description
상호 관련 출원
본 출원은 2016년 10월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/408,434호의 의 이익을 주장한다. 상기 출원은 그 전체가 참고로 본 출원에 통합된다.
본 발명은 제지 분야에 관한 것으로, 특히 나노튜브 또는 다른 나노재료와 같은 나노구조로 제작된 "버키 페이퍼"(bucky paper)에 관한 것이다.
미국 특허 제7,459,121호는 나노튜브 매트를 연속적으로 생산하기 위한 종래 방법을 개시하고 있다. 그러나 개시되어 있는 장치 및 방법은 매트를 손상시키지 않고서 예컨대 매트를 찢거나 좌굴시키지 않고서는 드럼에서 매트를 제거하기가 어렵다. 미국 특허공개공보 제2011/0111279호는 카본 나노튜브 같은 나노튜브를 사용하는 바인더-프리 나노 복합재료를 개시하고 있다. 이 문헌은 초음파 분해 및 계면활성제를 사용하여 나노튜브를 분산시키는 방법 또는 다른 방법들을 개시하고 있다. 특히 추가의 입자들이 첨가되어 안정적이거나 준안정적인 서스펜션을 생성시키는 유동 셀 초음파 공정이 개시되어 있다. 이 문헌은 마이크로기공 막을 통해 현탁액을 필터링하여 제작되는 매트를 개시하고 있다. 이 문헌은 복수의 현탁액을 사용하여 층상 복합 구조를 제공하는 것을 개시하고 있다. 그러나 이 문헌은 연속된 매트를 제작할 수 있는 공정이나 다른 방식으로 매트의 구성성분을 변경시킬 수 있는 공정을 개시하고 있지 않다. 그 보다는, 이 공정은 시트를 형성하기 위한 배치 공정이다.
미국 특허공개공보 제2013/0270180호는 나노와이어를 포함하는 연속된 멤브레인을 제조하는 공정을 개시하고 있다. 이 공정은 탈수라고 불리는 셀룰로스 섬유로 종이를 제조하는 공정에서 사용하는 것과 유사한 벨트 및 롤러를 사용한다. 그러나 이 문헌은 다공성 기판 표면 위에 분산물을 분사시키기 위해 (코팅막을 도포하는 데에 사용되는 것과 같은)"나이프"(knife)를 개시하고 있고, 또는 대안적으로, 이 문헌은 다음 공정 즉 압축, 슬롯 코팅, 커튼 코팅 또는 이 문헌에 따르면 당 업계에 공지되어 있는 그라비어 코팅을 언급하고 있지만 이에 대해 설명하고 있지는 않다. 이 문헌은 종래의 바인더 및 착화제 그리고 반은 결합재 같은 컨디셔너를 개시하고 있다. 이 문헌은 무기질 폴리머-유사 가교를 제작하기 위해 특유의 화학성 특성을 이용하여 다공성 세라믹 멤브레인을 제작하는 데에 있어서 바인더의 중요성을 기재하고 있다. 이 문헌은 시트를 연속적으로 제조하게 교정할 수 있는 공정을 개시하고 있지만, 연속적인 매트의 구성성분을 국부적으로 변화시키기 위해 현탁액 및/또는 첨가제를 지향시킬 수 있는 어떠한 로터리 드럼 또는 유입구를 개시하고 않고 있다. 그 보다는, 한 번에 나이프(또는 다른 디스펜서)로 세라믹 두께 전체가 제공된다.
본 발명의 목적은 나노튜브 또는 다른 나노재료와 같은 나노구조로 제작된 버키 페이퍼 재조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
응집이 허용되는 경우에는 응집을 조절하면서 서스펜션에 걸쳐 박리된 그래핀, 그래핀 산화물 혈소판, 단일-벽 및 다중-벽 나노튜브, 나노섬유, 마이크로-섬유 셀룰로스, 나노-섬유 셀룰로스, 나노결정 셀룰로스, 금속 입자, 컨텀닷, 세라믹 입자, 생체재료 입자, 키토산 같은 키틴, 실리콘 같은 나노와이어, 탄소, 게르마늄 및 다른 나노와이어, 몬모릴로나이트 같은 나노클레이, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트 및 할로이사이트, 단백질, 효소, 항체, 세포 재료, 헤모글로민, DNA, RNA, 리포좀, 리보좀, 바이러스, 박테리아, 마킹 및 태깅 에이전트 또는 이들의 임의의 조합 같은 나노재료들이 분산된, 나노재료의 유체 서스펜션이 형성된다. 선택되는 나노재료들의 조합 및 교체는 각 특정 분야 및 소망되는 "버키 페이퍼"의 종류에 따라 달라진다. 일 실시예에서, 나노재료는 주로 나노튜브 및 나노튜브를 액체 서스펜션 내에 분산시키고, 나노튜브가 매트로 통합된 후에 나노튜브를 바인딩 하기 위한 재료를 포함한다. 예를 들면, 계면활성제, 용매, 모노머 및 폴리머가 첨가되어 나노재료들이 응집되는 것을 막을 수 있다. 일 실시예에서, 나노튜브는 카본 나노튜브이지만 카본, 보론, 몰리브덴 및 단독으로 또는 붕화물, 질화물, 탄화물 등으로 나노튜브를 형성할 수 있는 다른 원소같이 다른 종류의 나노튜브도 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 배치 공정은 나노튜브의 액체 서스펜션을 로터리 필터를 포함하는 장치 내로 도입한다. 또는, 연속 공정이 로터리 필터의 면 위에 나노튜브를 적층함에 따라, 추가의 나노튜브를 구비하는 추가의 액체 서스펜션을 도입한다. 로터리 필터 내의 구멍(pore)은, 액체 내에 부유되어 있는 나노튜브 중 적어도 일부가 로터리 필터 면 위에 포집되면서, 유체가 서스펜션으로부터 구멍을 통과할 수 있게 한다. 로터리 필터 위에 매트 층이 형성되면, 모든 나노재료가 로터리 필터 위에 적층되는 것이 바람직하다.
로터리 필터의 면이 서스펜션을 통해 회전하는 동안, 로터리 필터의 면 위에 나노튜브 매트가 형성된다. 압력 차이에 의해 구멍을 통해 유체가 흡입된다. 유체 서스펜션 내에 위치하는 로터리 필터의 부분을 통해 유체를 흡입하는 펌프에 의해 압력 차이가 형성된다. 로터리 필터를 통해 유체가 흡입됨에 따라, 필터가 계속해서 회전하는 중에 나노튜브 매트가 필터 면 위에 형성된다. 필터 부분이 회전함에 따라, 나노튜브 매트의 두께가 증가한다.
나노튜브 매트를 구비하는 필터 부분이 블록이 있는 곳에 도달하면, 블록이 펌프에 의해 생성되는 흡입으로부터 로터리 필터의 일부분을 차단하여, 압력 차이가 줄어들고 블록에 의해 차단된 필터 부분을 통해 유체가 흡입되지 않거나, 약간의 압력 차이가 있어 여전히 약간의 유체를 매트 및 로터리 필터를 통해 흡입하더라도 유체 이동 속도는 상당히 감소된다.
일 실시예에서, 블록은 압력 차이가 역전되어 유체가 반경방향 안쪽으로 유동하기 보다는 로터리 필터를 통해 바깥으로 역류하게 하는 역류 섹션(backwash section)을 포함한다. 이 역류는 로터리 필터 면으로부터 나노튜브 매트를 분리시키는 힘을 제공한다. 일 실시예에서, 필링 롤러가 제공된다. 필링 롤러는 필링 롤러의 아치형 면을 따라 압력 차이를 제공하고, 이는 필링 롤러 위로 나노튜브 매트를 흡인하는 흡인 압력을 제공한다. 일 실시예에서, 필링 롤러는 압력 차이가 역전되고, 필링 롤러 면에서 나노튜브 매트가 분리되는, 다른 아치형 영역을 구비한다. 일 실시예에서, 매트가 필링 롤러와 접촉하고 있을 때, 트랜스퍼 롤러가 배치되어 트랜스퍼 필름을 나노튜브 매트의 노출된 면 위에 부착시킨다. 그런 다음, 나노튜브 매트와 매트의 한 쪽 위에 있는 트랜스퍼 필름은 릴을 향하고, 릴 상에 권취되어 예를 들면 운송되거나 추가 가공된다.
일 실시예에서, 나노튜브의 유체 서스펜션을 통과하는 로터리 필터 면의 일부분과 유체 연통하는 포트를 통해 펌프에 의해 유체가 흡입된다. 예를 들면, 블록에 의해 차단된 원통형의 로터리 필터의 일부분이 더 낮은 압력 차이, 압력 차이가 없거나 압력 차이가 역전되게 노출될 수 있다. 역전된 압력 차이는 예를 들면 나노튜브가 로터리 필터의 면에서 분리되게 하는 데에 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 나노튜브 매트를 필링 롤러 위로 흡입하는 압력 차이를 구비하는 필링 롤러에 의해 분리가 보조된다.
또는, 필링 롤러는 한 쌍의 롤러 및 벨트를 포함할 수 있다. 벨트는 테프론이나 나노튜브 매트 면과 접촉하는 다른 종류의 달라붙지 않는 메시 같은 다공성 재료로 제작되어, 이 메시를 통한 흡입(suction)이 나노튜브 매시를 로터리 필터로부터 박리되는 것을 보조할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 롤러에서 나노튜브 매트의 노출된 사이드에 트랜스퍼 필름이 부착된다. 예를 들면, 제2 롤러는 역전된 압력 차이를 구비하여, 트랜스퍼 필름과 나노튜브 매트가 벨트로부터 분리되는 것을 도울 수 있고, 매트와 트랜스퍼 필름은 운송 및/또는 추가 가공을 위해 릴을 향할 수 있다.
다른 실시예에서, 나노튜브 매트를 트랜스퍼 필름과 릴을 향하게 하지 않고, 나노튜브 매트가 로터리 필터로부터 분리되어 제2 유체 서스펜션 내의 제2 로터리 필터를 향하게 된다. 일 실시예에서, 후속 서스펜션 또는 공정으로 이러한 공정이 반복될 수 있다. 이러한 방식으로, 나노튜브 매트가 더 두꺼워지고, 응집되며, 기능이 부여되거나 추가로 처리될 수 있다. 각 후속 로터리 필터 또는 드럼은 흡입 압력 차이를 사용하여 매트를 롤러, 로터리 필터 또는 드럼에 부착시킬 수 있고 및/또는 역전된 압력 차이를 사용하여 매트를 롤러, 로터리 필터 또는 드럼에서 박리시킬 수 있다. 그런 다음, 트랜스퍼 필름과 트랜스퍼 롤러가 사용되어 처리된 매트를 운송하거나 추가로 가공하기 위해 릴로 운송할 수 있다.
아래의 도면들은 설명을 위한 예시에 불과하며, 궁극적으로 주장될 수 있는 청구항들을 추가로 한정하지 않는다.
도 1은 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 일 예시의 분해도이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 예시의 정면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 예시의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시되어 있는 예시의 배면도이다.
도 5는 도 4에 도시되어 있는 예시의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시되어 있는 예시의 일부분의 상세도이다.
도 7은 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 일 예시의 개략도이다.
도 8은 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 다른 예시의 개략도이다.
도 9는 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 또 다른 예시의 개략도이다.
도 10은 복수의 소스(주재료)를 소싱하는 로터리 필터 장치의 일 예시의 개략도이다.
도 11은 컴퓨터로 밸브들/스플리터(허브)를 제어하는 다른 예시의 개략도이다.
도 12는 컴퓨터 제어(온-오프만)되는 단일 라인 인 그리고 단일 라인 아웃을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 2개의 라인 인 및 하나의 라인 아웃을 구비하는 온-오프 및 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 3개의 라인 인 및 하나의 라인 아웃을 구비하는 온-오프 및 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15는 라인과 포트 사이의 커플링의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 한 쌍의 유입 포트(논-프로그래머블 스플리터)에 체결된 단일 라인을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 17은 매트의 단순화된 부분을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 도 17의 매트와 관련된 유입 포트 존을 도시하는 도면이다.
도 19는 매트의 단순화된 부분을 도시하는 도면이다.
도 20은 3개의 다른 소스들에 연결되어 있는 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 21은 부분적으로 절개된 도면을 사용하여 각각이 유입구의 일부분인 복수의 오목한 유입구 열을 도시하고, 각각이 복수의 유입구를 구비하는 존인 복수의 존들 중 하나의 존을 도시하며, 존들 각각은 다른 존들과 디바이더에 의해 분할되어 있으며, 존들은 로터리 필터 장치의 배리어 내로 통합될 수 있는, 일 예시를 도시하고 있다.
동일한 참조 부호들은 도면들에 도시되어 있는 예시들에서 유사한 부분을 가리킨다.
도 1은 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 일 예시의 분해도이다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 예시의 정면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 예시의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시되어 있는 예시의 배면도이다.
도 5는 도 4에 도시되어 있는 예시의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시되어 있는 예시의 일부분의 상세도이다.
도 7은 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 일 예시의 개략도이다.
도 8은 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 다른 예시의 개략도이다.
도 9는 명료함을 위해 로터리 드럼 장치의 상세부를 생략한, 롤-투-롤 나노재료 분산 제지용 로터리 필터 장치의 또 다른 예시의 개략도이다.
도 10은 복수의 소스(주재료)를 소싱하는 로터리 필터 장치의 일 예시의 개략도이다.
도 11은 컴퓨터로 밸브들/스플리터(허브)를 제어하는 다른 예시의 개략도이다.
도 12는 컴퓨터 제어(온-오프만)되는 단일 라인 인 그리고 단일 라인 아웃을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 2개의 라인 인 및 하나의 라인 아웃을 구비하는 온-오프 및 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 3개의 라인 인 및 하나의 라인 아웃을 구비하는 온-오프 및 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15는 라인과 포트 사이의 커플링의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 한 쌍의 유입 포트(논-프로그래머블 스플리터)에 체결된 단일 라인을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 17은 매트의 단순화된 부분을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 도 17의 매트와 관련된 유입 포트 존을 도시하는 도면이다.
도 19는 매트의 단순화된 부분을 도시하는 도면이다.
도 20은 3개의 다른 소스들에 연결되어 있는 혼합 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 21은 부분적으로 절개된 도면을 사용하여 각각이 유입구의 일부분인 복수의 오목한 유입구 열을 도시하고, 각각이 복수의 유입구를 구비하는 존인 복수의 존들 중 하나의 존을 도시하며, 존들 각각은 다른 존들과 디바이더에 의해 분할되어 있으며, 존들은 로터리 필터 장치의 배리어 내로 통합될 수 있는, 일 예시를 도시하고 있다.
동일한 참조 부호들은 도면들에 도시되어 있는 예시들에서 유사한 부분을 가리킨다.
도 1의 예시적인 장치(10)는 아치형 영역을 따라 흡입 압력 차이를 제공하는 펌프(30)에 유체 연통하게 체결된 유체 포트(23)를 구비하는 하우징(16) 내에서 로터리 밀봉부(12)가 로터리 필터(14)에 체결되는 방식을 보여주고 있다. 아치형 영역은 유체 내에 부유되어 있는 나노재료가 방해받지 않고 통과할 수 있는 복수의 포트(28)를 구비하는 배리어(18)에 포함될 수 있다. 로터리 필터(14)는 다공성 면(24)을 구비하는 재료에 포함된다. 다공성 면(24)은 용매와 같은 현탁 유체는 통과할 수 있지만 나노재료 중 적어도 일부는 다공성 면(24)을 통과하지 못한다. 예를 들면, 다공성 면은 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리머, 나일론 폴리머 또는 이들의 조합과 같은 다공성 폴리머 멤브레인에 포함될 수 있다. 예를 들면, 다공성 면은 메시에 의해 지지되는 다공성 폴리머 멤브레인을 구비하는 구조적인 메시에 포함될 수 있다. 구조적인 메시는 예컨대 금속 메시일 수 있다. 로터리 밀봉부는 필터 측면을 밀봉하여, 유체가 바람직하게는 필터 면(24) 주위는 통과하지 못하고 필터 면을 통과하게 한다. 로터리 필터를 회전시키는 기구는 기계적 또는 유체적 구동장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1은 예컨대 로터리 필터(14) 둘레에서 기어 톱니(34)들과 맞물리는 구동 기어(118)를 도시하고 있다. 이는 로터리 필터를 회전시키는 기구를 단순화시켜, 구동 기어(118)가 현탁 유체 바깥에 배치되게 할 수 있다. 예를 들면, 간단한 웜 기어가 사용되어 로터리 필터를 추가로 밀봉하지 않으면서도 로터리 필터를 회전하게 할 수 있다. 블록(11)은 하우징(16) 내에서 유체 수위 위에서 연장하는 아치형의 상부 면(21)과 하우징(16) 내에서 유체 수위 아래에서 연장하는 평탄한 하부 면(27)을 구비한다. 아치형의 상부 면(21)은 원통형 절개부(15)에 의해 끊어져 있다. 원통형 절개부는 예를 들어 펌프(30)로부터 역류 유입구(13)를 통해 유입되는 유체에 의해 제공되는 역압 차이(reverse pressure differential) 존을 제공한다. 이와는 다르게, 절개부가 슬롯, 쐐기 등과 같이 원통형이 아닌 다른 형상일 수도 있다. 절개부(15)는 로터리 밀봉부(12)에 의해 밀봉되며, 로터리 필터(14)의 면(24)으로부터 나노재료 매트를 필링(peeling)하는 공정에서 필링 롤러(17)를 보조하는 정(positive)의, 분리 압력을 제공한다. 도 2는 구동 기어(18)가 로터리 필터(14)의 톱니(34)들과 맞물리는 방식의 일 예시를 도시하고 있다. 도 3의 사시도는 필링 롤러(17)가 예를 들어 로터리 필터(14)의 면(24) 위에서 매트와 맞물리는 방식을 도시하고 있다. 도 4는 유체 포트(23)와 역류 포트(13)의 위치를 보여주는 하우징(16)의 배면(26)을 도시하고 있다. 필링 롤러(17) 샤프트를 위한 홀(43)도 도시되어 있다. 라인 A-A는 도 5에 도시되어 있는 장치(10)의 단면을 가리킨다. 도 5의 단면도의 일부에 대한 상세도가 도 6에 도시되어 있으며, 이는 도 5에서 원으로 둘러싸여 있는 부분을 나타낸다. 도 6에서, 예를 들면 로터리 필터(14)의 단면이 도시되어 있고, 로터리 밀봉부(12)가 상대적으로 고압부로부터 장치(10)의 저압부를 밀봉하는 방식을 상세하게 보여주고 있다. 고압부는, 펌프(32)를 사용하여 공기를 예를 들면 고압 유입구(31)를 통해 고압부로 펌핑하여 액체 용적부 위로 질소나 공기 같은 가압된 가스를 도입함에 따라 1기압을 상회할 수 있다. 또는, 고압부는 표준 대기압일 수 있고, 유체 자체에 의해 도입되는 압력일 수 있으며, 예를 들어 유체 흡인 펌프(30)를 사용하여 로터리 필터를 통해 액체를 빨아들이는 저압부는 1기압 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 서스펜션 펌프(35)를 사용하여 새로운 현탁 유체를 장치의 유체 용적부 내로 도입하는 데에 서스펜션 유입 포트(33)가 사용된다. 서스펜션 펌프는 조합된 유체 헤드 압력과 고압 펌프(32)에 의해 도입되는 모든 가스 압력보다 높은 압력에서 현탁 유체를 액체 용적부로 펌핑한다.
포트(33)에 부가하여 또는 포트(33) 대신에, 포트(28)들이 유체를 배리어(18)를 직접 통과하게 할 수 있다. 이 실시예에서, 예를 들어 포트(28)들이 유체 내에 부유되어 있는 나노재료 유동이 로터리 필터(14)의 면(24)에 도달하는 것을 방해하지 않도록 포트(28)들이 선택될 수 있다. 본 실시예에서, 밀봉부는 유체를 배리어(18) 내에 유지시키고, 포트(28)들은 튜브나 라인에 의해 스플리터 같은 분배 허브에 연결될 수 있다. 분배 허브는 특정 양의 서스펜션이 각 포트(28)를 향하게 한다. 펌프는 유체 및 나노재료가 튜브나 라인을 통과하여 포트(28)들로부터 배출되게 한다. 일 실시예에서, 두 종류 이상의 서스펜션 저장고 또는 공급원에 체결되어 있는 복수의 포트들이 존재할 수 있다. 이 복수의 포트들은 나노재료 및 첨가제가 면(24) 위에 조작 적층되게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 조작된 "버키 페이퍼"가 매트를 형성하는 적층 공정 시에 매트 내에 제작되는 채널들과 비아들을 구비할 수 있다. 예를 들면, 2개의 다른 나노재료 서스펜션이 2개의 다른 펌프에 의해 2개의 다른 소니케이터(sonicator)를 통해 펌핑될 수 있다. 분배 허브는 로터리 필터(14)의 다공성 면(24) 위에 나노재료가 적층되는 위치에 따라, 2개의 다른 나노재료 서스펜션을 복수의 다른 포트(28)들을 향하게 할 수 있다.
예를 들면, 도 11은 각각이 별개의 저장고(147, 148, 149)에 담겨 있는 3개의 다른 나노재료를 구비하는 시스템의 개략적인 실례를 보여준다. 각 저장고는 나노재료 서스펜션 각각 하나씩을 초음파 혼합기(127, 128, 129)로 각각 펌핑하는 펌프(137, 138, 139)에 유체 연통식으로 체결되어 있다. 초음파 혼합기는 그 혼합기 내에서 이루어지는 응집(agglomeration) 및 분리(deagglomeration)되는 양을 관리하게 프로그램될 수 있다. 또한, 추가적인 첨가제들이 저장고 및/또는 혼합기에 첨가되어 예를 들어 응집/분리를 제어할 수 있다. 각 혼합기는 분배 허브 또는 스플리터(117, 118, 119)에 유통 소통되게 체결되어 있으며, 분배 허브는 제1 스플리터(117)의 예시에서 하나의 입력 채널이 3개의 출력 채널로 분할되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 스플리터(117, 118, 119)는 단일 허브이거나 나노재료 서스펜션을 장치(10) 내에서 개별 포트(28)들로 공급하는 복수의 라인으로 분할하는 일련의 스플리터들일 수 있다. 로터리 필터(14)를 통과하는 폐수(effluent)는 장치(10)로부터 폐수 펌프에 의해 예를 들어 하나 또는 그 이상의 폐수 컨테이너(115)로 흡입될 수 있다.
일 실시예에서, 도 12에 개략적으로 도시되어 있듯이, 단일 라인이 하나 또는 그 이상의 포트(28)들을 향할 수 있다. 또는, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 서로 다른 나노재료 서스펜션을 저장할 수 있는 2개의 라인들이 혼합 허브나 밸브를 통해 하나 또는 그 이상의 유입 포트(28)들 내로 조합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 3개의 다른 나노재료 서스펜션 같이 3개의 다른 재료를 포함할 수 있는 3개의 라인들이 혼합 허브(들) 및/또는 밸브(들)를 통해 하나 또는 그 이상의 포트(28)들 내로 조합될 수 있다. 스플리터들 및 혼합 밸브들의 임의의 조합은 서스펜션이 하나 또는 그 이상의 포트(28)들을 향하게 조합될 수 있다. 일 실시예에서, 스플리터들 및 혼합 밸브들은 예컨대 스위치에 의해 온 및 오프되게 제어되거나, 하나 또는 그 이상의 포트(28)들로 공급하는 라인들을 통해 다양한 서스펜션 유동을 제어하기 위해 특정 포트, 스플리터, 혼합 밸브 등을 절환할 수 있다. 예를 들면, 조절가능한 밸브들이 도면에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 컴퓨터 인터페이스 등에 의해 작동될 수 있다. 도 15의 실시예에서, 예를 들면 라인(100)이 유입 포트(28)에 유체 연통되게 연결되어서 라인(100)을 통과하는 서스펜션이 유입 포트(28)에서 배리어(18)를 통해 로터리 필터의 다공성 면(24)으로 운반된다. 각 유입 포트(28)는 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 임의의 통상적인 커넥터에 의해 각 라인(100)에 연결되거나, 장치(10) 내에 배치되어 있는 유입 허브나 스플리터에 의해 복수의 유입 포트(28)들에 연결될 수 있다. 예를 들면, 단순한 스플리터가 도 16에 개략적으로 도시되어 있다. 스플리터 또는 허브는 도 11에 개략적으로 도시되어 있는 것보다도 배리어(180)에 더 가까이 배치될 수 있다. 실제, 배리어는 하나 또는 그 이상의 스플리터 또는 팽창기를 통합할 수 있다. 도 16의 단순화 된 실시예에서, 단일 라인(100)이 배리어(18)에 인접한 두 유입 포트(28)들 사이에서 분할된다. 불가피한 혼동을 줄이기 위해, 도 1, 도 3, 도 5 및 도 6에서 복수의 라인들(100)과 유입 포트(28)들이 원으로 개략적으로 제시되어 있지만, 당 업계에 주지되어 있는 바와 같이, 라인들(100)들과 유입 포트(28)들을 연결하기 위해 임의의 다양한 커플링들이 사용될 수 있다. 그러나 하나 또는 그 이상의 나노재료 서스펜션을 로터리 필터 위에 배치하기 위한 복수의 포트(28)들의 배열은 공지되어 있지 않고 자명한 것도 아니다. 일 실시예에서, 단일 종류의 나노재료 매트를 제조하기 위해 유체 커플링이 특정 장치(10) 내에서 전방에 배치되어 있다. 다른 실시예에서, 나노재료 서스펜션을 하나 또는 그 이상의 포트를 향하게 밸브 및 스위치를 사용하여 나노재료 서스펜션의 분배가 조절될 수 있다. 예를 들면, 분배 허브들의 온/오프 제어 및 밸브 절환을 위해 랩탑 컴퓨터 시스템(101)에 무선으로 연결되어 있는 바와 같이, 분배 허브들(117, 118, 119)이 개략적으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 허브들/혼합 밸브들 또는 혼합 유입ㄱ들 각각은 무선으로 또는 컴퓨터 프로세서 등을 통해 유선 접속되어 제어될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 나노재료 매트를 연속적으로 생산하기 위한 시스템의 예시를 도시하고 있다. 도 7의 실시예에서, 연속적인 나노재료 제지를 위한 장치(10)가 롤-투-롤 시스템에 통합되어 있다. 흡인 압력(즉 휠 중심을 향해 안쪽을 향하는 화살표) 및 배출 압력(즉 휠 둘레를 향해 바깥쪽을 향하는 화살표)의 다양한 존들이 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들면, 흡인 압력 영역(72)은 유체를 유입 포트(28)들(도 1에 가장 잘 도시되어 있음)로부터 로터리 필터(14)를 통해 용적부(71)로 흡입 도입하여 나노재료들을 로터리 필터(14)의 다공성 면(24)에 적층한다. 예를 들면, 로터리 필터는 폴리에틸렌 테라프탈릭 에스테르 멤브레인 또는 폴리카보네이트 트랙 에치 멤브레인을 사용할 수 있다. 이들 멤브레인은 캐리어 유체는 투과할 수 있지만 나노재료들은 그 표면 위에 잔류시킨다. 예를 들어 도 1에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이 블록(11)에 의해 제공될 수 있는 하나 또는 그 이상의 중립 영역(73)은 압력 차이가 없다. 역압 영역(74)은 매트에 배출 압력을 가하여 로터리 필터(14)의 면(24)으로부터 매트를 박리시키는 것을 보조한다. 본 실시예에서, 시계방향(clockwise)으로 회전하는 필링 롤러(17)는 로터리 필터(14)의 면(24)으로부터 매트(75)를 박리하기 위한 흡인 압력 영역(82)과 반시계방향(counter clockwise)으로 회전하는 트랜스퍼 롤러(87)로 매트(75)의 운송을 조장하기 위한 역압 영역(84) 모두를 구비한다. 트랜스퍼 롤러(87)는 흡인 압력 영역(85)을 구비한다. 시계방향으로 회전하는 트랜스퍼 필름 롤러(70)에 의해 필름(78)이 공급되기 때문에, 트랜스퍼 롤러(87)를 위한 역압 영역이 필요하지 않게 된다. 도 7은 예를 들면 운송 또는 후속 공정을 위해 반시계 방향으로 회전하는 릴(80)을 향하는 트랜스퍼 필름(78)과 나노페이퍼(75)를 도시하고 있다.
도 8에 도시되어 있는 바와 같이 다른 실시예에서, 필링 롤러(17)는 단일 흡인 압력 존(82)을 구비한다. 명료함을 위해 도 8과 도9에 매트는 도시되지 않았다. 매트(도시되어 있지 않음)를 단일 역압 영역(85)을 구비하는 트랜스퍼 롤러(87)로 운송하는 데에 다공성 폴리테트라에틸렌 테라팔레이트 벨트 같은 벨트(89)가 사용될 수 있다. 이는 매트(75)를 박리하여 벨트(89)로부터 필름(78)을 운송하는 데에 도움을 준다. 이 트랜스퍼 롤러(87)는 예컨대 도 7에 도시되어 있는 트랜스퍼 롤러(87)와 동일할 수 있지만, 본 실시예에서 트랜스퍼 롤러(87)는 시계방향으로 회전하며, 예를 들어 트랜스퍼 필름(78)의 반대편 위에 배치되어 있다. 시간이 경과함에 따라 벨트(89)가 마모되고 찢어질 수 있는 컴포넌트를 부가하는 중에, 도 8에 도시되어 있는 시스템이 도 7에 도시되어 있는 시스템보다 더 선호될 수 있는데, 이는 단지 하나의 흡인 영역을 구비함에 따라 필링 롤러(17)가 단순해질 수 있기 때문이다.
예를 들어 도 9에 도시되어 있는 바와 같은 다른 실시예에, 멀티-스텝 공정이 도시되어 있다. 제1 장치(10)가 작동하는 중에 제조된 매트(75)는 다른 나노재료 층의 부가, 압밀 및/또는 매트 바인딩 또는 매트에 다른 기능부여와 같은 후속 공정을 위해 제2 장치(90)로 운송된다. 본 실시예에서, 벨트(89)는 제1 필링 롤러(17) 와 트랜스퍼 롤러(91)를 연결하고, 제1 필링 롤러는 단지 하나의 흡인 압력 존(82)만을 구비한다. 트랜스퍼 롤러(91)는 매트(75)를 제2 장치(90)의 제2 로터리 필터로 운송하기 위해 단일 역압 존(92)을 구비한다. 그런 다음, 하나 또는 그 이상의 후속 공정 단계에서 매트(75)를 추가로 처리하기 위해 임의의 종류의 유체나 가스가 매트(75)를 통과할 수 있다. 이러한 구성을 사용하여 둘, 셋 또는 그 이상의 로터리 필터를 변경시켜 복수의 공정 단계들이 조합될 수 있다. 그러나 본 실시예에서, 필링 롤러(97)는 도 7의 실시예에서의 필링 롤러(17) 와 유사한 기능을 하는 것으로 도시되어 있다. 제2 장치(90)의 역압 존(93)과 함께 작용하는 흡인 압력 존(96) 및 트랜스퍼 필름(78)을 매트(75)에 적용하는 제2 트랜스퍼 롤러(87)의 흡입 압력 존(85)과 함께 작용하는 역압 존(95)을 포함하는 이 제2 필링 롤러(97)에 의해 매트(75)가 박리된다. 트랜스퍼 필름(78) 및 매트(75)는 트랜스퍼 롤러(87)에 의해 릴(80)을 향하게 된다. 트랜스퍼 롤러(87)는, 전술한 바와 같이, 흡인 존(85)을 구비할 수도 있고 구비하지 않을 수도 있다. 릴(80)은 예를 들어 운송을 위해 또는 후속 공정을 위해 사용될 수 있다.
도 10에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 배리어(18)를 완전히 관통하는 오리피스를 제공하는 유입 포트(28) 각각은 튜브 및 커플링에 의한 것과 같이 분배 허브(117)로 복수의 펌프들(137) 중 하나의 펌프에 유체 연통되게 연결될 수 있다. 분배 허브는 나노재료를 함유하는 서스펜션이 나노재료 서스펜션을 함유하는 저장고 같은 하나 또는 그 이상의 서스펜션 공급원(147, 148, 149)으로부터 본 명세서에서 "라인"(100)으로 호칭되어 있는 복수의 튜브들에 의해 바로 각 유입 포트(28)를 향하게 한다. 일 실시예에서, 저장고 분배 시스템(147)은 서스펜션 내에서 나노재료를 지출시키고 응집을 제어하기 위한 소니케이터(127)를 포함한다. 예를 들면 라인(100)들이 사용되는 경우, 배리어(18) 외부 용적부는 빈 공간일 수 있다(어떠한 서스펜션도 존재하지 않는 상태 하지만 반드시 진공일 필요는 없다. 즉 빈 공간이 공기 또는 다른 가스 심지어 액체를 포함할 수 있음). 가요성 폴리머 튜브 같은 튜브일 수 있는 라인(100)들이 서스펜션 유체를 각 유입 포트(28)나 선택된 유입 포트들로 운반할 수 있다. 예를 들면, 각 유입 포트(28)에 다른 서스펜션 혼합물이 공급되거나, 도 17에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 다른 나노재료들과 첨가제들을 매트 두께 전반에 공급하기 위해 포트들이 그룹으로 될 수 있다. 도 17은 유입구들(287(경조 파이버(high contrast fiber)), 288(회색), 289(연조 파이버)(low contrast fiber))과 구별되는 층들(297, 298, 299)을 도시하고 있다. 도 18은 존으로 그룹화 된 유입 포트(28)들을 도시하고 있다. 예를 들면, 제1 존(287)은 나노재료 및 이형제를 포함할 수 있고, 제2 존(288)은 위와 동일한 나노재료 또는 다른 나노재료 및 결합제를 포함할 수 있으며, 제3 존(289)은 위와 동일한 나노재료 또는 다른 나노재료 및 착색제 및/또는 끈적거리는 물질이나 접착제 같은 부착제를 포함할 수 있다.
이와는 다르게, 도 19의 점선 음영으로 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 단순히 포트(28)들을 향하는 라인들의 분배를 선택함으로써, 구성성분이 이산 층들로 분할되기 보다는 매트 두께에 걸쳐 점진적으로 변하게 할 수 있다. 도 19에서, 점들은 제1 매트 층(즉 필터 멤브레인에 가장 가까운 층)의 두께(T)에 걸쳐 구배를 갖는 첨가제를 나타낸다. 예를 들면, 매트와 필터 멤브레인 사이의 계면에 농도가 높은 이형제가 존재하여 멤브레인에서 매트를 박리시키는 것을 보조할 수 있다. 또한, 이 농도는, 매트가 초기에 박리된 후 초기에서 후기에서보다 더 클 수 있다. 그러나 이 설명이 이 일 실시예를 한정하는 것은 아니다. 두께에 걸쳐 또는 매트 전장을 따라 한 성분의 농도 구배를 소망하는 데에는 많은 이유가 있다.
일 실시예에서, 도 19에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 공정 초기에 포트들의 일부만을 통해 나노재료와 첨가제를 지향시킴으로써, 연속된 매트의 제1 부분의 성분이 선택된다. 그런 다음, 다른 나노재료와 첨가제를 구비하는 다른 소스로부터 나노재료 및/또는 첨가제를 부가함으로써, 매트의 구성성분이 변경된다. 예를 들면 매트의 제1 부분은 부가된 이형제를 구비할 수 있고, 매트의 후속 부분은 필터를 향하는 서스펜션으로부터 이형제를 줄이거나 제거할 수 있다. 도 18의 제1 존(287) 내에만 이형제를 포함시킴으로써, 이형제 농도가 높은 표면 층이 생성된다. 혼합 밸브 내에서 혼합되는 첨가제 양을 조절함으로써, 첨가제의 특정 농도 구배를 얻을 수 있다.
예를 들면, 도 11의 개략적인 도면은 3개의 다른 소니케이터(127, 128, 129) 및 3개의 다른 펌프(137, 138, 139)로부터 와서 3개의 다른 허브(스플리터 및/또는 혼합 밸브)(117, 118, 119)로 흐르는 3개의 다른 나노재료 서스펜션(147, 148, 149)을 도시하고 있다. 3개의 다른 허브로부터 나노재료를 함유하는 서스펜션을 각 유입 포트(28)로 운반하는 하나 또는 그 이상의 유체 라인들이 도시되어 있다. 예를 들면 매트의 아래 부분(도 19의 단면에서 필터 멤브레인에 가장 가까운)은 나노튜브 및 이형제를 포함할 수 있고, 여기서 이형제는 필터 멤브레인과 접촉하는 면에서 농축되어 있고, 이형제 농도 구배는 매트 면 안쪽으로 짧은 거리에서만 연장한다. 윗부분은 완전히 다른 나노재료 또는 임의의 칼라나 백색으로 채색될 수 있는 셀룰로스 소재와 같은 서스펜션의 조합을 포함할 수 있다. 혼합 밸브들 및 유입 포트(28)들을 활용함으로써, 임의의 수량의 첨가제가 층 내에 첨가되거나 또는 매트 두께에 걸쳐 또는 매트 전장을 따라 또는 매트를 따라 임의의 패턴으로 구배를 줄 수 있다. 예를 들면, 계층화(layering)와 각 포트(28)를 통해 공급되는 재료의 위치를 조절하는 것에 의해 매트는 인쇄회로기판 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 20에 개략적으로 상세하게 도시하고 있는 바와 같이, 각 유입 포트(28)는 다중사용(multiplex) 되거나 및/또는 밸브(366)에 의해 연결될 수 있다. 밸브(366)는 유체 분배 라인(100)에 의해 밸브에 연결되어 있는 유입구(28)를 통해 지향되는 원래(origin)의 재료를 결정하는 혼합 밸브일 수 있다. 따라서, 각 유입구(28)를 통과하는 구성성분이 온 또는 오프될 수 있고, 재료들이 각 포트를 통하게 지향됨에 따라, 시간에 따라 변할 수 있다. 밸브(366)를 조절함으로써, 각 포트(28)가 도 17에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이 3차원 구조의 나노재료 매트를 제작할 수 있게 된다. 도 20은 3개의 라인(361, 365, 363) 및 3개의 소스(360, 362, 364)를 구비하는 혼합 밸브의 일 예시를 제공한다. 밸브 바디(366)는 3개의 소스의 분율을 혼합하거나 소스들 모두 또는 소스들 중 일부를 온 오프하기 위해 유입구(28)를 향하는 유체 배출 라인을 제어할 수 있다. 이렇게 함으로써 하나 또는 그 이상의 유입구(28) 또는 존에서 서스펜션 및 첨가제의 농도를 제어할 수 있게 된다. 혼합 밸브, 온-오프 밸브 및 스플리터를 조합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 혼합 밸브는 배리어/유입구에 인접하여 위치할 수 있는 컴팩트 밸브 바디이다. 도 17은 층들, 열들 그리고 존들로 분할되어 있는 매트의 용적부를 개략적으로 도시한다. 하나의 존과 이웃하는 존 사이에 구배가 있을 수 있기 때문에, 존들 사이의 라인들이 존들을 더욱 명확하게 보여주기 위해 부가되어 있다. 이 구배는 공정 속도 및 조건에 따라 예리한 구배이거나 완만한 구배일 수 있다. 이 단순화된 실시예에서는 단지 두 열(a, b)만이 도시되어 있다. 이와는 다르게, 유입 포트(28)들에 의해 복수의 열들이 제공될 수 있다. 예컨대 도 21에서는 네 개의 열이 도시되어 있다.
도 17의 단순화 된 실시예는 3 층(297, 298, 299), 2 열(a, b) 및 220, 221로부터 224, 225까지 매트의 전달을 따라 3 존을 구비하는 매트의 용적부를 도시하고 있다. 제1 층(297)은 제2 열(b)의 성분과 다른 제1 열(a)을 구비한다. 제2 층(298)은 어두운 색에서부터 밝은 색으로의 구배를 도시하는데, 이는 제2 층(298) 내에서의 농도 구배를 나타낸다. 제3 층(299)은 층 전장을 따라 3개의 다른 존을 구비한다. 마지막 존(224, 225)은 크로스 해칭으로 표시되어 있으며, 다른 두 존들의 성분과는 다르다. 제2 존(222, 223)은 더 구성 요소의 농도가 더 낮음을 나타내는 밝은 대비를 가지는 것으로 도시되어 있다. 반면, 제1 존(220, 221)은 그 구성성분 중 하나의 농도가 높음을 나타내는 파이버의 어두운 부분을 구비한다. 3 층 각각은 다른 변이(variation)를 나타내며, 이 변이들은 밸브들에 연결되어 있는 유입 존들과 밸브들을 제어하여 임의의 층과 혼합되고 매칭될 수 있다. 임의의 수량의 층이 제공될 수 있으며, 존들의 길이는 필요에 따라 조절되어 소망하는 구조를 제공하라 수 있다. 3차원 구조의 매트의 최종 분해능(resolution)은 밸브 속도, 존의 크기 및 유입 포트(28)들에 밸브를 연결하는 라인들(100)의 길이와 체적에 의존한다.
도 21은 복수의 유입구(28)를 구비하는 존의 일 예시를 도시한다. 이 도면은 배리어(18)의 내부 면을 도시하는 것으로, 다른 면들은 잘려져 있다. 각 유입구(28)들의 형상은 서스펜션을 특정 열에 걸쳐 분산시키고 특정 거리만큼 분산시키도록 되어 있다. 청구항 한정을 위한 목적으로 이러한 종류의 분산 구조는 "열 및 존 유입구"(row and zone inlet)로 부르는데, 이는 각 유입구 구조의 형상이 서스펜션이 유입구를 통과하여 로터리 필터(14)의 면(24) 위의 특정 영역으로만 (또는 이전에 적층된 재료 매트 위에) 분산되도록 되어 있기 때문이다. 특정 영역은 배리어(18)와 면(24) 사이의 갭에 국한되게 제한되는 임의의 크기 및 형상의 존 또는 그러한 존의 일부분을 포함할 수 있다. 특정 성분조성의 열은 존만큼 짧거나 연속된 매트만큼 길 수 있으며, 그 길이는 밸브나 밸브들 조작에 의해 제어될 수 있다. 특정 성분조성의 열의 폭은 유입구 또는 유입구들로부터의 서스펜션 분산에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 도 21에 도시되어 있는 열들의 오목한 면은 도시되어 있는 각 유입구로부터의 서스펜션 분산 제한을 조장할 수 있다. 도 21의 사시도에 도시되어 있는 존들의 오목한 면들의 단면이 도 18에 개략적으로 도시되어 있으며, 예를 들면 도 17에 도시되어 있는 종류의 구조로 된 매트를 제작하기 위해, 이들 존들은 예를 들어 허브들(스플리터들 및 밸브들)과 연계하여 필요한 제어를 제공한다.
본 상세한 설명은 통상의 기술자들이 특허청구범위에 기재되어 있는 발명들을 사용하고 실시할 수 있도록 하기 위한 청구항들의 특징과 구성요소들을 포함하는 예시들을 제공한다. 그러나 이들 실시예들이 특허청구범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 그 보다는, 이 실시예들은 이들 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면에 기재되어 있는 특징들과 구성요소들을 제공하고, 이들은 당 업계에 알려져 있는 방식으로 변경되거나 조합될 수 있다.
Claims (23)
- 시트 또는 리본 형태의 재료로 된 매트로,
상기 매트는 복수의 층들을 포함하되, 상기 층들 각각은 상기 복수의 층들 각각 내의 특정 지점에 국부적으로 적층된 나노재료 구성성분으로 형성되어 있고, 나노재료의 구성성분은 특정 지점에 적층된 작동 유체 내에 현탁되어 있는 나노재료의 특정 소스 또는 소스들로부터 선택되어, 특정 지점에 국부적으로 적층된 나노재료의 구성성분이 박리된 그래핀, 그래핀 산화물 혈소판, 단일-벽 및 다중-벽 나노튜브, 나노섬유, 마이크로-섬유 셀룰로스, 나노-섬유 셀룰로스, 나노결정 셀룰로스, 금속 입자, 컨텀닷, 세라믹 입자, 생체재료 입자, 키토산 같은 키틴, 실리콘 같은 나노와이어, 탄소, 게르마늄 및 다른 나노와이어, 몬모릴로나이트 같은 나노클레이, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트 및 할로이사이트, 단백질, 효소, 항체, 세포 재료, 헤모글로민, DNA, RNA, 리포좀, 리보좀, 바이러스, 박테리아, 마킹 및 태깅 에이전트 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고;
작동 유체의 적어도 일부분은 특정 지점에 적층되는 나노재료 구성성분의 적어도 일부분을 구비하는 나노재료의 구성성분과 분리되며;
복수의 층들 각각의 구성성분은 복수의 층들 각각 내의 특정 지점에서 복수의 층들의 다른 층들의 구성성분과 다른 것;
을 특징으로 하는 매트. - 제1항에 있어서,
작동 유체는 바인더, 계면활성제, 용매, 모노머 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트. - 제2항에 있어서,
작동 유체의 일부분이 층들 각각 내의 특정 지점에 국부적으로 적층된 나노재료의 구성성분 내에 잔류하는 것을 특징으로 하는 매트. - 제1항에 있어서,
특정 지점에 국부적으로 적층된 나노재료의 구성성분이 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트. - 제4항에 있어서,
나노튜브들이 탄소, 보론, 몰리브덴, 붕화물, 질화물, 탄화물 또는 탄소, 보론, 몰리브덴, 붕화물, 질화물 또는 탄화물의 조합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 매트. - 제5항에 있어서,
나노튜브가 탄소로 이루어진 것을 특징으로 하는 매트. - 제6항에 있어서,
나노튜브가 단일-벽 탄소 나노튜브인 것을 특징으로 하는 매트. - 제1항의 매트를 제조하기 위한 장치로,
이동 가능하게 장착되어 있는 다공성 기판;
압력 구배 영역으로, 다공성 기판이 압력 구배 영역을 통해 이동하여 다공성 기판의 제1 사이드 위에 제1 압력이 존재하고, 다공성 기판의 제2 사이드 위에 제1 압력보다 작은 제2 압력이 존재하게 되는, 압력 구배 영역;
상기 압력 구배 영역과 관련되어 배치되는 복수의 배출구로, 상기 복수의 배출구 중 하나 또는 그 이상의 배출구로부터 배출된 작동 유체 및 박리된 그래핀, 그래핀 산화물 혈소판, 단일-벽 및 다중-벽 나노튜브, 나노섬유, 마이크로-섬유 셀룰로스, 나노-섬유 셀룰로스, 나노결정 셀룰로스, 금속 입자, 컨텀닷, 세라믹 입자, 생체재료 입자, 키토산 같은 키틴, 실리콘 같은 나노와이어, 탄소, 게르마늄 및 다른 나노와이어, 몬모릴로나이트 같은 나노클레이, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트 및 할로이사이트, 단백질, 효소, 항체, 세포 재료, 헤모글로민, DNA, RNA, 리포좀, 리보좀, 바이러스, 박테리아, 마킹 및 태깅 에이전트 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 나노재료 구성성분을 포함하는 액체 서스펜션이 다공성 기판 위에 적층되고, 작동 유체의 적어도 일부분이 다공성 기판을 통해 흡인되어 나노재료 구성성분으로부터 분리되는, 복수의 배출구;
제어 시스템으로, 상기 제어 시스템은 상기 복수의 배출구에 유체 연통하게 연결되어 있어서, 복수의 배출구 각각에서 나노재료 구성성분이 복수의 배출구 중 하나 또는 그 이상의 배출구로부터 선택적으로 배출되고 작동 유체로부터 분리되어 매트의 복수의 층의 일 층을 형성하며, 각 층은 복수의 배출구에 의해 층 내의 특정 지점에 선택적으로 적층된 나노재료 구성성분을 구비하고, 층 내의 나노재료 구성성분은 매트의 복수의 층의 다른 층의 나노재료 구성성분과는 다르게 되는, 제어 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제8항에 있어서,
다공성 기판의 제1 사이드 위에 제3 압력 및 다공성 기판의 제2 사이드 위에 제4 압력을 포함하는 해제 영역을 추가로 포함하되, 제3 압력이 제4 압력보다 작고, 다공성 기판이 배출 영역을 통해 이동할 때 매트가 다공성 기판으로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제8항에 있어서,
다공성 기판이 로터리 필터인 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제10항에 있어서,
다공성 기판의 제1 사이드 위에 제3 압력 및 다공성 기판의 제2 사이드 위에 제4 압력을 포함하는 해제 영역을 추가로 포함하되, 제3 압력이 제4 압력보다 작고, 다공성 기판이 배출 영역을 통해 이동할 때 매트가 다공성 기판으로부터 해제되는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제11항에 있어서,
실드 영역을 추가로 포함하고, 실드 영역은 압력 구배 영역을 해제 영역으로부터 분리시키며, 실드 영역은 실드 영역 내에서 어떠한 압력 차이도 감소시키는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제12항에 있어서,
필링 롤러를 추가로 포함하고, 필링 롤러는 해제 영역에 이웃하여 배치되고, 필링 롤러는 필링 롤러의 아치형 면을 따라 압력 차이를 제공하고, 이는 다공성 기판의 제1 사이드 반대편에 흡인 압력을 제공하며, 필링 롤러의 아치형 면을 따른 압력 차이는 매트를 필링 롤러 위로 빨아들이게 하도록 필링 롤러가 제공되는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제13항에 있어서,
필링 롤러는 압력 차이가 역전되어 매트를 필링 롤러의 아치형 면으로부터 분리시키는 다른 아치형 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제14항에 있어서,
매트가 필링 롤러와 접촉하고 있을 때 매트의 노출된 면 위로 트랜스퍼 필름을 적용하게 배치된 트랜스퍼 롤러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제14항에 있어서,
다른 다공성 기판을 추가로 포함하고, 매트는 필링 롤러에 의해 다공성 기판으로부터 분리되어 있고 또한 다른 다공성 기판을 향하고 있고, 제2 다공성 기판은 다른 압력 구배 영역에 배치되어 있으며, 다른 다공성 기판은 다른 유체가 매트를 관통하도록 상기 다른 압력 구배 영역을 통해 이동하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제16항에 있어서,
다른 다공성 기판은 다른 복수의 배출구에 의해 적층된 다른 액체 서스펜션을 포함하여, 다른 층이 제8항에 기재되어 있는 바와 같이 특정 지점에 선택적으로 적층되어 있는 층 내 나노재료 구성성분과 다른 나노재료 구성성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제10항에 있어서,
로터리 필터가 다공성 폴리머 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제10항에 있어서,
로터리 필터가 구조성 메시를 포함하되, 다공성 폴리머 멤브레인이 메시에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제19항에 있어서,
상기 메시가 금속 메시인 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제10항에 있어서,
로터리 필터가 중심축선 주위를 회전하여 압력 구배 영역을 지나 이동하고, 로터리 필터의 사이드를 밀봉하는 로터리 밀봉부를 추가로 포함하여 로터리 필터가 압력 구배 영역 내에서 이동할 때 작동 유체가 로터리 필터를 통과하지만 로터리 필터 주위를 통과하지는 못하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제21항에 있어서,
로터리 필터를 회전시켜 로터리 필터가 압력 구배 영역을 통해 이동하도록 배치되어 있는 기계적 구동장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 제조 장치. - 제8항의 장치를 사용하여 복수의 층을 구비하는 시트를 제조하는 방법으로, 상기 방법은,
압력 구배 내에 다공성 기판을 위치시키는 단계;
액체 서스펜션의 구성성분을 제어하여, 액체 서스펜션의 구성성분이 작동 유체 및 박리된 그래핀, 그래핀 산화물 혈소판, 단일-벽 및 다중-벽 나노튜브, 나노섬유, 마이크로-섬유 셀룰로스, 나노-섬유 셀룰로스, 나노결정 셀룰로스, 금속 입자, 컨텀닷, 세라믹 입자, 생체재료 입자, 키토산 같은 키틴, 실리콘 같은 나노와이어, 탄소, 게르마늄 및 다른 나노와이어, 몬모릴로나이트 같은 나노클레이, 벤토나이트, 카올리나이트, 헥토라이트 및 할로이사이트, 단백질, 효소, 항체, 세포 재료, 헤모글로빈, DNA, RNA, 리포좀, 리보좀, 바이러스, 박테리아, 마킹 및 태깅 에이전트 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 나노재료의 구성성분을 포함하게 되는 액체 서스펜션 구성성분 제어 단계;
다공성 기판 위에서 국부적으로 특정 지점에서 다공성 기판 위에 액체 서스펜션을 적층하는 단계;
특정 지점에서 국부적으로 나노재료 구성성분을 적층하는 다공성 기판을 통해 액체 서스펜션을 흡인하는 단계;
다공성 기판 위의 국부적인 복수의 특정 지점에서 제어 단계, 적층 단계 및 흡인 단계를 반복하여, 시트의 복수 층들이 형성되고, 복수의 층 각각은 복수의 층 각각 내의 특정 지점에서 복수의 층 중 다른 층들의 구성성분과는 선택적으로 다른 구성성분을 구비하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 제조 방법.
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