NO20131051A1

NO20131051A1 - Nanobelegg for artikler

Info

Publication number: NO20131051A1
Application number: NO20131051A
Authority: NO
Inventors: John C Welch; Soma Chakraborty
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2013-09-06
Also published as: BR112013020040A2; WO2012109205A2; GB201314125D0; US20120202047A1; CA2826259A1; AU2012214628A1; GB2505565A; WO2012109205A3

Abstract

Et nanobelegg omfatter flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negative ladning, og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen, der nanobelegget er anbrakt på overflaten til et substrat. En artikkel omfattende nanobelegget og en framgangsmåte for å danne nanobelegget, beskrives.

Description

NANOBELEGG FOR ARTIKLER

KRYSSHENVISNING TIL TILKNYTTEDE SØKNADER

Denne patentsøknaden krever nytten av U.S. Patentsøknad nr. 13/022047, inngitt den 7. februar 2011, som er innlemmet heri i sin helhet.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

[0001] Et borehullsmiljø slik som for eksempel en olje- eller gassbrønn i et oljefelts- eller undervannsmiljø, en gass-sekvestrasjonsbrønn, et geotermisk borehull, eller annet slikt miljø, kan utsette utstyr brukt i borehullet, slik som pakkere, utblåsingssikringer, boremotor, borekrone og liknende, for forhold som kan påvirke elementets og verktøyenes integritet eller ytelse.

[0002] Der hvor artikkelen er et element som har gummi- eller plastdel eller belegg, kan borehullsforhold forårsake, for eksempel, forøkning ved opptak av hydrokarbonolje, vann eller saltoppløsning, eller andre materialer funnet i slike miljøer, og som dermed kan svekke elementets strukturelle integritet eller forårsake at elementet har dårlig dimensjonen stabilitet som fører til vanskeligheter med å plassere, aktivere eller fjerne elementet. Likeledes, der hvor elementet omfatter metallkomponenter, kan disse komponentene utsettes for sterke, korrosive forhold grunnet tilstedeværelse av materialer slik som hydrogensulfid og saltoppløsning, som kan bli funnet i enkelte borehullsmiljøer.

[0003] Det er derfor ønskelig å ha beskyttelsesbelegg på slike borehullselementer, spesielt belegg som har forbedrede barriereegenskaper for å motstå eksponering for en mengde forskjellige miljøbetingelser og materialer funnet i borehullsmiljøene.

SAMMENDRAG

[0004] Ovenstående og andre mangler innen kjent teknikk overvinnes med, i en utførelsesform, et nanobelegg som omfatter flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning, og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen, der nanobelegget er anbrakt på overflaten til et substrat.

[0005] I en annen utførelsesform, omfatter et nanobelegg for en artikkel flere vekslende lag av et lag som omfatter positivt ladede grafenpartikler som har et lengde/breddeforhold større enn eller lik 10, og et lag som omfatter negativt ladede grafenpartikler som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10, der nanobelegget er anbrakt på en overflate av artikkelen.

[0006] I en annen utførelsesform, omfatter en framgangsmåte for å danne et nanobelegg på en artikkel å anbringe flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning; og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen, på en overflate til det første laget på substratet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] FIG. 1 A er et tverrsnitt av en negativt ladet nanopartikkel, og FIG. 1B er et tverrsnitt av en negativt ladet nanopartikkel;

[0008] FIG. 2A til 2E er en serie med tverrsnittstrukturer som viser dannelse av et eksempelvis flerlags nanopartikkellag;

[0009] FIG. 3 er et tverrsnitt av en eksempelvis utførelsesform av et substrat med et flerlags nanobelegg og et overflatelag.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0010] Det beskrives her et nytt nanobelegg bestående av flere vekslende lag av nanopartikler med motsatt ladning. Nanobelegget omfatter en nanopartikkel med høyt lengde/breddeforhold (>10) og som er tilknyttet et område med stor overflate. I utførelsesformer, kan nanobelegget omfatte flere lag av en nanopartikkel, der nanopartiklene i hvert lag har en positiv eller negativ ladning eller er avledet for å omfatte en funksjonell gruppe som har en positiv eller negativ ladning, som veksler fra ett lag til det neste. Mer enn én nanopartikkel kan brukes. Nanobelegget omfatter minst 20 slike vekslende lag med nanopartikler med positiv ladning og nanopartikler med negativ ladning.

[0011] Nanobelegget omfatter en nanopartikkel med høyt lengde/breddeforhold og et område med stor overflate. Nanopartikler kan omfatte, foreksempel, na noska la parti kler fra materialer slik som nanografitt, grafener inkludert nanografen, grafenoksid, fullerener slik som C6o>C7o, C76, og liknende, nanorør inkludert enkelt- og flerveggede karbonnanorør, dopede nanorør, metallnanorør, og funksjonaliserte avledninger av disse; nanodiamanter; nanoleire; polyorganosilsesvioksan (POSS) -avlendinger som har definerte nære lukkede eller åpent bur struktur; og lignende. Kombinasjoner som omfatter minst én av de følgende kan brukes. Foretrukne nanopartikler omfatter grafener.

[0012] I en utførelsesform, kan nanopartikkelen bli belagt med et metallbelegg slik som Ni, Pd, Fe, Pt, og liknende, eller en legering som omfatter minst én av de ovennevnte.

[0013] Nanopartiklene kan også blandes med andre, mer vanlige tilsatspartikler slik som sot, glimmer, leire som f.eks., montmorillonitt-leirer, silikater, og liknende, og kombinasjoner av disse.

[0014] Nanopartiklene kan ha en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (største gjennomsnittsdimensjon) på f.eks. mindre enn 1 mikrometer (um), og mer spesifikt en største gjennomsnittsdimensjon som er mindre enn eller lik 500 nanometer (nm), og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 250 nm, hvor partikkelstørrelser på over 250 nm til under 1 um også kan henvises til innen teknikken som "submikronstørrelses-partikler." I andre utførelsesformer, kan den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen være større enn eller lik 1 um, spesielt 1-25 um. Slik det brukes her, kan "gjennomsnittlig partikkelstørrelse" og "gjennomsnittlig største dimensjon" brukes om hverandre, og henvise til målinger av partikkelstørrelse på grunnlag av partikkelstrørrelsesmålinger med tallgjennomsnitt, som kan oppnås rutinemessig ved laserlyssprednings-metoder slik som statisk eller dynamisk lysspredning (SLS eller DLS, respektivt).

[0015] Nanopartiklene kan ha forskjellige former og dimensjoner, hovedsakelig med et todimensjonalt lengde/breddeforhold (dvs., lengde til bredde-forhold, ved en antatt tykkelse; diameter/tykkelse; eller overflateområde/tverrsnittareal, for en plateliknende nanopartikkel slik som en nanografen eller nanoleire) som er større enn eller lik 10, spesifikt større enn eller lik 100, mer spesifikt større enn eller lik 200, og enda mer spesifikt større enn eller lik 500. Likeledes er det todimensjonale lengde/breddeforholdet mindre enn eller lik 10000, spesifikt mindre enn eller lik 5000, og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 1000. Når bredde/lengdeforholdet er større for den platelignende nanopartikkelen, ble barriereegenskapene funnet å forbedre der hvor det antas at høyere lengde/breddeforhold fremmer en større grad av innretting og overlapping av den plateliknende nanopartikkelen.

[0016] I en utførelsesform, er nanopartikkelen grafen, enkelte ganger henvist til her som nanografen hvor den gjennomsnittlige største dimensjonen er mindre enn 1 um. Med mindre noe annet er oppgitt, inkluderer "grafener" både en grafen som har en gjennomsnittlig største dimensjon på større enn eller lik 1 pm, og nanografen som har en gjennomsnittlig største dimensjon på mindre enn 1 um. Grafener, inkludert nanografen, er effektivt todimensjonelle partikler med nominell tykkelse, som har en etasjestruktur med ett eller flere lag av sammensmeltede sekskantede ringer med et utvidet delokalisert TT-elektronsystem, lagdelt og svakt bundet til hverandre gjennom tt -Trstablingsinteraksjon. Grafener inkludert nanografen, kan være et enkelt grafitt blad som har en nanoskaladimensjon, og kan i tilfellet nanografen ha en gjennomsnittlig partikkelstørrelse (største gjennomsnittsdimensjon) på f.eks., mindre enn 1 pm, og mer spesifikt en største gjennomsnittsdimensjon mindre enn eller lik 500 nm, og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 250 nm. I andre utførelsesformer, kan den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen til grafenen være større enn eller lik 1 pm, spesifikt 1 til 25 pm, mer spesifikt 1 til 20um, enda mer spesifikt 1 til 10 pm. I en utførelsesform, er gjennomsnittsdiameteren (gjennomsnittlig partikkelstørrelse) til en grafen 0,5 til 5 pm, spesifikt 1 til 4pm. Grafen har en nominell tykkelse på ett eller flere karbonatomers tykkelse, basert på antall lag, hvor et enkelt lag (dvs., blad) med grafen teoretisk kan ha en tykkelse basert på den tilnærmelsesvise van der Waals radius til karbonatomet (f.eks., ca 1,6 til 1,7 Ångstrøms-enheter). I andre utførelsesformer, har grafener en gjennomsnittlig minste partikkelstørrelse (minste gjennomsnittsdimensjon, dvs., tykkelse) i nanoskaladimensjonen på mindre enn eller lik 50 nm, mer spesifikt mindre enn eller lik 25 nm, og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 10 nm. I en utførelsesform, kan et enkeltblad med avledet grafen ha en tykkelse på mindre enn eller lik 5 nm.

[0017] Grafen, inkludert nanografen, kan dannes av eksfoliasjon fra en grafittkilde. I en utførelsesform, dannes nanografenen ved ekfoliasjon av grafitt, interkalert grafitt og nanografitt. Eksempelvise eksfoliasjonsmetoder omfatter men er ikke begrenset til, de som utøves innen teknikken slik som fluorering, syreinterkalering, syreinterkalering fulgt av varmesjokkbehandling, og liknende. Eksfoliasjon av grafitt eller nanografitt tilveiebringer en grafen eller nanografen som har færre lag enn ikke-eksfoliert grafitt eller nanografitt. Grafitt, inkludert nanografitt, kan ha mye større tykkelse enn grafen. For eksempel, kan nanografitt ha en tykkelsesdimensjon som er større enn 50 nm og mindre enn eller lik 1 pm, spesifikt mindre enn eller lik 500 nm, og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 300 nm. Det vil bli forstått at eksfoliasjon av grafitt eller nanografitt kan tilveiebringe grafenen eller nanografenen som et enkeltblad som bare har én molekyl-tykkelse, eller som en lagvis stabel med relativt få blad (dvs., to eller mer). I en utførelsesform, har eksfoliert grafen (inkludert nanografen) mindre enn 50 enkeltbladlag, spesifikt mindre enn 20 enkeltbladlag, spesifikt mindre enn 10 enkeltbladlag, og mer spesifikt mindre enn eller lik 5 enkeltbladlag.

[0018] Nanopartikler, inkludert grafen eller nanografen etter eksfoliasjon, kan avledes for å innføre kjemisk funksjonalitet på overflaten og/eller kanter av grafenbladet, for å øke dispergeringsevnen i og interaksjon med forskjellige matriser inkludert polymerharpiks-matrise. Grafener kan derivatiseres til å omfatte funksjonelle grupper slik som for eksempel karboksy (f.eks. karboksylsyre-grupper), epoksy, eter, ester, keton, amin, hydroksy, alkyl, aryl, aralkyl inkludert benzyl, lakton, andre monomere eller polymere grupper inkludert funksjonaliserte polymere eller oligomere grupper, og liknende, og kombinasjoner som omfatter minst én av de ovennevnte gruppene. I en utførelsesform, derivatiseres grafenen med grupper med positiv ladning og bærer en netto positiv ladning. For eksempel kan grafenen utsettes for en amineringsreaksjon for å inkludere amingrupper som har positiv ladning (ved reaksjon med syre). I en annen utførelsesform, kan grafenene derivatiseres med grupper med negativ ladning for å bære en netto negativ ladning. For eksempel, kan grafenen utsettes for en oksidativ derivatiseringsframgangsmåte for å produsere funksjonelle grupper med karboksylsyre som har negativ ladning (ved reaksjon med en base). I en annen utførelsesform, kan grafenene ytterligere derivatiseres ved å pode visse polymerkjeder som kan bære enten en negativ eller positiv ladning ved å tilpasse pH-verdien til deres vannoppløsning. For eksempel, kan polymerkjeder slik som akrylkjeder som har karboksylsyre funksjonelle grupper, hydroksy funksjonell grupper, og/eller amin funksjonelle grupper; polyaminer slik som polyetylenamin eller polyetylenimin; og poly(alkylenglykoler) slik som poly(etylenglykol) og poly(propylenglykol), inkluderes.

[0019] På denne måten kan en første nanopartikkel ha eller derivatiseres for å ha for eksempel en positiv ladning og en andre nanopartikkel kan ha eller derivatiseres for å ha for eksempel en negativ ladning. Det vil forstås at den første og andre nanopartikkelen som har enten en positiv eller negativ ladning (eller inkludert enten en positivt eller negativt ladet funksjonell gruppe), har motsatte ladninger. Den første og andre nanopartikkelen bindes da ved å anbringe, ved trinnvise vekslende lag, første og andre nanopartikler på en overflate til et substrat. Fortrinnsvis, er den første (f.eks., positivt ladet) og andre (f.eks., negativt ladet) nanopartikkelen positivt og negativt ladede derivatiserte grafener, respektivt. Minst én funksjonell gruppe av den første derivatiserte nanopartikkelen er ikke identisk med en funksjonell gruppe av den andre derivatiserte nanopartikkelen. Flere lag av den første og den andre derivatiserte nanopartikkelen kan inkluderes. De funksjonelle gruppene til den første og andre derivatiserte nanopartikkelen er valgt for å tilpasse nanobelegget slik at det blir totalt positivt ladet, negativt ladet, nøytralt ladet, hydrofilt hydrofobt, oleofilt, eller oleofobt.

[0020] Følgelig, i en utførelsesform, omfatter nanobelegget flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har en positiv eller negativ ladning, og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen. Hver av de første og andre nanopartiklene har, i en utførelsesform, et lengde/breddeforhold som er større enn eller lik 10, og spesifikt større enn eller lik 100. Nanobelegget inkludert de flere vekslende lag av første og andre nanopartikler er anbrakt på en overflate av substratet. I en utførelsesform, består nanobelegget vesentlig av lag av de første og andre nanopartikler, og kan følgelig omfatte mindre enn 1 % i vekt av additiver, basert på nanobeleggets totalvekt. I en mer spesifikk utførelsesform, består nanobelegget av vekslende lag av de første og andre nanopartiklene. Første og andre nanopartikler er derivatisert fra en identisk eller ikke-identisk nanopartikkel.

[0021] Nanopartiklene kan påføres som en løsning eller spredning i et flytende medium slik som olje, vann eller en olje/vannblanding eller emulsjon, for å danne nanobelegget. I en utførelsesform, er første og andre nanopartikler (slik som for eksempel derivatiserte grafener med positiv ladning og negativ ladning) suspendert i vann som atskilte løsninger, og påført ved sekvensielt å påføre vekslende lag av negativt og positivt (eller positivt og negativt) ladede nanopartikler. Selv om det ikke er ønskelig å være bundet av teori, er det antatt at funksjonaliteten til nanopartikler med negativ ladning, slik som en derivatisert nanopartikkel med negativ ladning (f.eks., karboksylsyregrupper på en grafen), samvirker med komplementær funksjonalitet på en nanopartikkel med positiv ladning, slik som en derivatisert nanopartikkel med positiv ladning (f.eks., amingrupper på grafen), for å danne et ioneparet addukt. På denne måten kan de første og andre nanopartiklene bindes sammen ved en elektrostatisk kraft. Det vil også forstås at der hvor det er angitt at funksjonelle grupper har motsatt ladning (positiv eller negativ), kan dette bety at funksjonaliteten kan bære en full eller delvis positiv eller full eller delvis negativ ladning. Derfor, alternativt eller i tillegg til interaksjon ved elektrostatisk kraft som mellom grupper som bærer en full ionisk ladning (positiv eller negativ), kan den motsatt ladede funksjonaliteten til derivatiserte grupper også tiltrekkes hverandre ved dipol-dipol interaksjoner, eller ved hydrogenbindingsinteraksjoner som mellom, for eksempel, karboksylsyregrupper, amidgrupper, eller liknende. Følgelig, i en utførelsesform, kan nanopartiklene bli bundet sammen ved elektrostatisk kraft, dipol-dipol interaksjoner, hydrogenbinding, eller en kombinasjon av disse interaksjonene med funksjonelle grupper.

[0022] For eksempel, kan en første grafen derivatisert med karboksylsyregrupper (eller polymere eller oligomere grupper som har karboksylsyregrupper) og derfor negativt ladet ved en pH som er større enn 7, spres på overflaten av substratet. Den første derivatiserte grafanen kan ha en intrinsisk ladning motsatt den til overflaten av substratet (slik som der hvor substratets sammensetning er for eksempel polymer og omfatter amingrupper), eller substratet kan funksjonaliseres ved en overflatebehandling (f.eks., ved korona eller plasmabehandling, eller behandling med et bindemiddel) eller ved påføring av et primerlag (f.eks., et metall-, keramikk-eller polymert belegg) som har en ladning motsatt den første derivatiserte grafennanopartikkelen. Den første derivatiserte grafenen ordnes på substratoverflaten for å spre nettoladningen av den første derivatiserte grafenen over et størst mulig overflateareal på substratet, og danner slik vesentlig et monolag. En andre grafen derivatisert med amingrupper (eller polymere eller oligomere grupper som har amin- og/eller imin funksjonelle grupper) og positivt ladet ved en pH på under 7, settes i kontakt med en overflate til den første derivatiserte grafenen anbrakt på substratet.

[0023] Nanobelegget kan omfatte vekslende lag av motsatt ladede nanopartikler alene, eller en blanding av nanopartikler med samme nettoladning innen hvert lag sammen med et additive(r). I en utførelsesform, suspenderes nanopartikkelen eller spres i vann for å danne en beleggformulering. Nanopartiklenes nanobelegg, kan etter vasking, tørking og etterbehandling slik som herding, tverrbinding, temperering, eller liknende, omfatte nanopartikkelen som enten hele eller en dominerende del av de totale faste stoffene i nanobelegget.

[0024] Nanobelegget dannes dermed ved å påføre en beleggformulering av nanopartiklene til substratet som skal belegges, som danner trinnvise lag. Beleggformuleringer kan omfatte en spredning eller løsning av den derivatiserte nanopartikkelen i f.eks., vann, olje, eller et organisk løsemiddel hvor de samlede faste stoffene av derivatisert nanopartikkel og et additiv, kan være fra 0,1 til 16 wt%, spesifikt 0,2 til 15 wt%, mer spesifikt 0,5 til 12 wt%, og enda merspesifkt 1,0 til 10 wt%, basert på beleggformuleringens samlede vekt.

[0025] Eksempelvise løsemidler for spredning av de derivatiserte nanopartiklene omfatter vann inkludert bufret eller pH-justert vann; alkoholer, slik som metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, t-butanol, oktanol, sykloheksanol, etylenglykol, etylenglykol metyleter, etylenglykol etyleter, etylenglykol butyleter, propylenglykol, propylenglykol metyleter, propylenglykol etyleter, sykloheksanol, og liknende; polaraprotiske løsemidler slik som dimetylsulfoksid, N,N-dimetylformamid, N-metylpyrrolidon, gamma butyro lakton, og liknende; og kombinasjoner av disse. Beleggformuleringen kan også omfatte tilleggskomponenter slik som vanlige tilsatspartikler og/eller andre nanopartikler, og/eller andre additiver slik som dispergeringsmidler slik som ioniske og/eller ikke ioniske overflateaktive midler, bindemidler slik som silan-bindemidler, eller liknende. I en annen utførelsesform, er nanopartikkelen suspendert i et løsemiddel uten noe additiv.

[0026] I en foretrukket utførelsesform (hvor nanopartikkelen er en derivatisert nanopartikkel som har en gruppe med negativ ladning), er løsemiddelet vann som har en pH på over 7, spesifikt større enn eller lik 8, mer spesifikt større enn eller lik 9, og enda mer spesifikt større enn eller lik 10.1 en annen foretrukket utførelsesform (hvor nanopartikkelen er en derivatisert nanopartikkel som har en gruppe med positiv ladning), er løsemiddelet vann som har en pH på under 7, spesifikt mindre enn eller lik 6, mer spesifikt mindre enn eller lik 5, og enda mer spesifikt mindre enn eller lik 4. pH-en kan justeres ved inklusjon av en syre eller base slik som, respektivt, hydroklorsyre eller et alkalimetallhydroksid slik som natrium eller kaliumhydroksid, ammoniumhydroksid eller alkylammoniumhydroksider slik som tetrametylammoniumhydroksid, trimetylbenzylammoniumhydroksid, eller liknende.

[0027] Nanopartikkelens nanobelegg kan bli belagt på en substratoverflate ved en egnet framgangsmåte slik som, men ikke begrenset til, dypping, sprøytebelegg, valsebelegg, spinnstøping, og liknende. Nanobelegget tørkes deretter i omgivelsesemperaturer, eller i en ovn som fungerer med høye temperaturer på over romtemperaturen, spesifikt høyere enn eller lik 80 °C, mer spesifikt høyere enn eller lik 90 °C, og enda mer spesifkt høyere enn eller lik 100 °C. Nanobelegget kan videre herdes for å styrke og tilveiebringe en beskyttende, oppløsende og abrasivresistent matrise, hvor herding kan være en varmeherding, stråling ved bruk av ioniserende og ikke-ioniserende stråling inkludert synlig eller ultrafiolett lys, elektronstråle, røntgenstråle, eller liknende; kjemisk herding som ved f.eks., eksponering for et aktivt herdemiddel slik som en syre eller base; eller liknende; eller en kombinasjon av disse herdemetodene.

[0028] Flere belegg med samme eller forskjellig sammensetning kan anbringes ved bruk av trinnvise, sekvensielle anbringelser av lag med positivt eller negativt ladede nanopartikler i nanobelegget. Det flerlags nanobelegget omfatter dermed flere, trinnvise påførte (dvs. vekslende) lag med nanopartikler som har motsatt ladning (ved å ha for eksempel funksjonelle grupper med motsatt ladning). I en eksempelvis utførelsesform, er nanobelegget et flerlags belegg som omfatter vekslende lag med motsatt ladede derivatiserte grafener.

[0029] Det vil bli forstått at individuelle lag med nanopartikler kan dannes for hver iterasjon av en belegningsprosess, f.eks., hvor én iterasjon omfatter en dypping i en løsning for en første nanopartikkel, deretter en dypping i en andre, motsatt ladet

nanopartikkel, fulgt av vasking, tørking og/eller herding.

[0030] Fortrinnsvis, i en utførelsesform, er nanopartikkelen i hvert tilstøtende lag en derivatisert grafen. I en annen utføreiseform, er nanopartiklene i de tilstøtende lagene forskjellige. I en ytterligere utførelsesform, hvor nanopartiklene er forskjellige, inneholder minst hvert andre lag en derivatisert grafen (med enten positiv eller negativ ladning). Det vil bli forstått at alle antall av forskjellige permuteringer av disse lagdelte strukturene er mulige, og at det ovennevnte er utelukkende illustrerende for konseptet og ikke skal anses for å være

uttømmende for de mulige utførelsesformene.

[0031] I en spesifikk utførelsesform, omfatter flerlagsbelegget mer enn eller lik 20 nanopartikkellag, spesifikt mer enn eller lik 40 nanopartikkellag, mer spesifikt mer enn eller lik 60 nanopartikkellag, og enda mer spesifikt mer enn eller lik 80 nanopartikkellag.

[0032] Nanobelegget kan ha en tykkelse på under eller lik 500 pm. I en utførelsesform, har nanobelegget en tykkelse på 0,01 til 500 pm, spesifikt 0,05 til 200 pm, mer spesifikt 0,1 til 100 pm, og enda mer spesifikt 0,1 til 50 pm. I en mer spesifikk utførelsesform, kan hver av nanopartiklene ha en tykkelse på 0,1 til 100 nm, spesifikt 0,5 til 50 nm, mer spesifikt 1 til 10 nm. Der hvor nanobelegget overgår cirka 500 pm, kan nanobeleggets fleksibilitet og adhesjon til det underliggende substratet påvirkes, og kan føre til revneutbredelse og til sist adhesjonssvikt, som vil kunne kompromittere nanobeleggets barriereegenskaper. Likeledes, der hvor nanobelegget har en tykkelse på under 0,1 pm, kan barriereegenskapene være utilstrekkelige. Av årsaker lik disse, er det ønskelig å holde nanobelegget så tynt som mulig samtidig som effektiviteten som en barriere mot spredning og permeasjon opprettholdes.

[0033] Alternativt kan nanobelegget tverrbindes for å forbedre mekanisk ytelse, ved å inkludere et tverrbindemiddel i beleggformuleringene påført for å danne nanobelegget. Nyttige bindemiddel kan for eksempel omfatte syrekataliserte tverrbindemidler slik som de som har metoksymetylengrupper og som omfatter glykoluriler, melaminer, amider, og ueraer; epoksy tverrbindemidler som kan reagere med aminer og karboksylsyrer slik som bisfenol A diglysidyleter, epoksy-substituert novo gummilakker, poly(glysidyl (met)akrylat) polymerer og kopolymerer, poly(2,3-epoksysykloheksyletyl)(met)akrylat-holdige polymerer og kopolymerer, og liknende; og radikalt initierte tverrbindemidler slik som etylen di(met)akrylat, butylenedi(met)akrylat, trimetylolpropan tri(met)akrylat, dipentaerytritol penta (met)a kry lat; bismaleimider; og liknende, og kombinasjoner av disse kan brukes. Egnede initiatorer kan inkluderes om nødvendig, der hvor nyttige initiatorer kan velges av fagkyndige innen området. Andre tverrbindemidler kan omfatte bifunksjonelle (eller tri-, eller tetra- funksjonelle, mv.) sammensetninger som kan reagere med de funksjonelle gruppene på de derivatiserte nanopartiklene, inkludert silaner funksjonalisert med karboksylsyregrupper, amingrupper eller epoksygrupper.

[0034] Nanobelegget er anbrakt på et substrat. Eksempelvise substrater omfatter de som omfatter polymerer og harpikser slik som fenolharpikser inkludert de tilvirket fra fenol, resorcinol, o-, m- og p-xylenol, o-, m-, eller p-kresol, og liknende, og aldehyder slik som formaldehyd, acetaldehyd, propionaldehyd, butyraldehyd, heksanal, oktanal, dodekanal, benzaldehyd, salisylaldehyd, hvor eksempelvise fenolharpikser omfatter fenol- formaldehydharpikser; epoksygharpikser slik som de som er tilvirket fra bisfenol A diepoksid, polyetereter ketoner (PEEK), bismaleimider (BMI), nyloner slik som nylon-6 og nylon 6,6, polykarbonater slik som bisfenol A polykarbonat, polyuretaner, nitril-butylgummi (NBR), herdet nitril-butylgummi (FiNBR), høy fluorinholdige elastomergummier slik som de i FKM-gruppen og markedsført under handelsnavnet VITON(R) (tilgjengelig hos FKM-lndustries) og perfluoroelastomerer slik som FFKM (også tilgjengelig hos FKM-lndustries) og ogs markedsført under handelsnavnet KALREZ(R) perfluoroelastomerer (tilgjengelig hos DuPont), og VECTOR(R) adhesiver (tilgjengelig hos Dexco LP), organopolysilokaner slik som funksjonaliserte eller ufunksjonaliserte polydimetylsiloksaner (PDMS), tetrafluoroetylen-propylen elastomeriske kopolymerer slik som de som markedsføres under handelsnavnet AFLAS(R) og markedsføres av Asahi Glass Co., etylen-propylen-dien monomer (EPDM) -gummier, polyetylen, polyvinylalkohol (PVA), og liknende. Dessuten kan substratet være et metall- eller metall-kladd substrat, hvor metallet er jern, stål, krom legeringer, hastelloy, titanium, molybdenum, og liknende, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte.

[0035] Substratet kan las være ubehandlet, eller kan overflatebehandles før anbringelse av belegget som omfatter nanopartikkelen, eller før anbringelse av et bindemiddellag eller primerlag, fulgt av nanopartikkellaget. Overflatebehandling av substratet kan utføres ved hjelp av en kjent framgangsmåte som for eksempel koronabehandling, plasmabehandling, kjemisk damp-behandling, våtetsing, askning, primerbehandling som omfatter polymerbasert primerbehandling eller organosilanbehandling, eller liknende. I en eksempelvis utførelsesform, behandles overflaten av substratet ved koronabehandling før anbringelse av nanobelegget.

[0036] Et primerlag som omfatter et monomert eller polymert materiale kan påføres et substrat for å bli belagt for å tilveiebringe en overflate med tilstrekkelig polaritet for feste av nanopartiklene. Per definisjon tilveiebringer et primerlag kun at en overflate har ønsket ladning, mens et bindemiddellag også ytterligere kan danne en adhesiv, kovalent binding med og mellom hver av nanopartiklene og det underliggende substratet. Primeren eller bindemiddelet kan omfatte et ionisk molekyl, et oligomer eller polymer, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovenstående. En eksempelvis primer omfatter de som er fabrikkert av Lord Adhesives og markedsført under handelsnavnet CHEMLOK(R). I en annen utførelseform, kan substratets overflate penetreres ved å dyppe substratet i en organosilanprimer for å danne primerlaget før anbringelse av nanobelegget.

[0037] Følgelig kan nanobelegget omfatte et primerlag påført substratet før belegning av nanopartikkellagene, hvor primerlagets ladning er motsatt den for det første påførte nanopartikkellaget. I en annen utførelsesform, omfatter et andre nanopartikkellag en forskjellig nanopartikkel slik som et derivatisert eller ikke-derivatisert karbonnanorør og/eller en kombinasjon av nanopartikler.

[0038] Nanobelegget som er slik tilvirket har en enestående kombinasjon av liten gjennomsnittlig nanopartikkelstørrelse (f.eks., en gjennomsnittsdiameter på under 5000 nm hvor grafen brukes) og spesifikke fysiske egenskaper slik som impermeabilitet, miljøstabilitet, og termale og elektroniske egenskaper. På mange vis likner nanografen på polymerkjeder brukt som komposittmatriser, der begge har kovalent bundede strukturer, liknende dimensjoner og mekanisk fleksibilitet. For eksempel, kan grafener ha unike barriereegenskaper og kan lede varme og elektrisitet ned grafenens lange akse med en effektivitet tilnærmelsesvis den for metaller slik som kopper og aluminum. En derivatisert grafens lagdelte struktur antas å opptre som en effektiv fluidbarriere for et borehullelement samtidig som den tillater funksjon av elementet ved en mye høyere temperatur. Et slikt nanobelegg er også ansett for å tildele barriereegenskaper som hemmer spredning og permeasjon av væsker slik som hydrokarbonolje, vann som omfatter både friskt vann og saltoppløsning, gasser slik som lavmolekylvekts hydrokarboner (f.eks., metan, etan, propan, butaner, og liknende), hydrogensulfid, vanndamp, og kombinasjoner av disse væskene og/eller gassene.

[0039] Nanopartiklene med høyt (>10) lengde/breddeforhold inkludert grafen viser en fysisk ordning i nanobelegget ved å danne en sperrebarriere dannet av overlappende, overflateinnrettede plateliknende nanopartikler, som tilveiebringer en innviklet spredningsvei for gjennomtrengende sammensetninger, og tilveiebringer ytterligere en kjemisk hindring for spredning av molekyler som er tenkelig umulig å oppnå med andre tradisjonelle tilsatspartikler slik som leire, mika, sot, silikat, og liknende grunnet enten manglende overlappende plateliknende morfologi slik som sot, eller grunnet den mer hydrofile sammensetningen og strukturene til inorganiske materialer. I spesifikke forhold, kan ytelsen av nanobelegg og især de som inneholder derivatisert grafen, ytterligere forsterkes ved for eksempel å belegge den derivatiserte grafenen med et mettall eller metalloksidbelegg. For eksempel, der hvor et metallbelegg påføres en derivatisert grafen brukt i nanobelegget, kan spredningen av oppløste salter slik som natriumklorid i vann (saltoppløsning) begrenses, der hvor saltene ikke krystalliseres ved grensesnittet mellom nanobelegget og substratet, men kan fanges på det store overflatearealet på de metallbelagte derivatiserte grafenpartiklene. Slik kan de derivatiserte nanopartiklene (dvs. inkludert derivatisert grafen) ytterligere justeres eller forsterkes for å tilveiebringe ekstra, ønskelige egenskaper inkludert barriereegenskaper for ioniske løsninger, og kan også øke de andre egenskapene slik som elektrisk konduktivitet.

[0040] En framgangsmåte for å danne nanobelegget omfatter å anbringe et nanobelegglag som omfatter en nanopartikkel (f.eks., grafen) på et substrat. Substratet kan videre være overflatebehandlet, for eksempel med koronabehandling eller ved å anbringe et adhesjonslag, for å øke adhesjon og/eller spredning av nanopartikkelen på substratets overflate. Nanobelegget kan omfatte en derivatisert eller ikke-derivatisert nanopartikkel alene eller i kombinasjon, og kan bli herdet for å tverrbindes ved direkte binding dannet mellom nanopartiklene. Binderen og nanopartikkellagene kan etterbehandles med tverrbindingsmidler og/eller med en høytemperatur etterherding, for å ytterligere tverrbinde og herde nanobelegget. I en utførelsesform, omfatter framgangsmåten å anbringe flere vekslende lag med positivt ladede nanopartikler og negativt ladede nanopartikler. Den vekslende strukturen kan gjentas inntil et lag har ønsket tykkelse og fysiske egenskaper (barriereegenskap, abrasjonsresistens, mv.) er dannet.

[0041] I en utførelsesform, overflatebehandles substratet før anbringelse av den første nanopartikkelen. I en annen utførelsesform, kan hvert nanopartikkellag omfatte mer enn én nanopartikkel, f.eks., hvor mer enn én type nanopartikler brukes, for eksempel en derivatisert grafen og en forskjellig nanopartikkel slik som en derivatisert grafen derivatisert til å ha forskjellige funksjonelle grupper, et derivatisert karbonnanorør, en nanoleire, eller liknende, mv., og/eller hvor nanopartiklene i et gitt lag har forskjellige former og/eller størrelser; gitt at hver derivatiserte nanopartikkel har funksjonelle grupper som har den samme nettoladningen (positiv eller negativ) innen hvert lag av det flerlags nanobelegget. Dessuten kan et ytterligere nanopartikkellag som har forskjellige fysiske egenskaper påføres som et overflatelag. Ett eller flere slike overflatelag kan omfattes, hvor overflatelagene kan omfatte forskjellige nanopartikler og/eller kan være funksjonalisert til å ha, i tillegg til den positivt eller negativt ladede funksjonelle gruppen, en ekstra funksjonell gruppe som tildeler en annen overflateegenskap enn en ladning, slik som for eksempel, en fluoralkylgruppe for å tilveiebringe en hydrofob overflate til overflatelaget.

[0042] Nanobeleggene kan påføres delvis eller fullstendig på artikler, og især forskjellige borehullselementer. Forskjellige elementer som kan belegges med nanobelegget omfatter, for eksempel et pakkerelement, et utblåsningselement, en torsjonsfjær på en undervanns sikkerhetsventil, en beskyttelsespose for nedsenkbar pumpemotor, et utblåsningselement, en sensorbeskytter, en stempelstang, en O-ring, en T-ring, en pakning, en pumpeakselforsegling, en rørforsegling, en ventilforsegling, en forsegling for en elektrisk komponent, en isolalator for en komponent, en forsegling for en boremotor, eller en forsegling for en borekrone.

[0043] Artikkelen er fullstendig eller delvis belagt med nanobelegget. Når de er belagt med nanobelegget, kan disse artiklene og elementene ha forbedret motstand mot permeasjon i sammenlikning med ubelagte elementer, eller med elementer som er belagt med polymer og/eller standard tilsatspartikkelholdige belegg som ikke omfatter nanopartikler slik som grafen. De nanobelagte artiklene kan brukes under utfordrende forhold slik som de som forventes i undervanns eller underjordiske anvendelser.

[0044] Et eksempel på en anvendelse i underjordisk miljø er der hvor et element brukt i borehullanvendelsen utsettes for harde forhold grunnet tilstedeværelse av korrosive gasser slik som hydrogensulfid og andre gasser og kjemikalier. Der hvor elementet, slik som for eksempel et pakkerelement, har et nanobelegg som beskrevet her, kan nanobelegget fremvise permeasjonsselektivitet, dvs. kan fortrinnsvis hemme vannspredning over spredning av olje (hydrokarbon) -komponenter. Nanobelegget kan slik også bidra med filtrering og kan være nyttig i membran- eller filterseparasjonsanvendelse Permeasjons-, barriere- eller spredningsegenskapene kan velges for valg av nanopartikkeltypen og egenskapene, dens blandingskomponenter og anbringelsesteknikker. En annen fordel ved en artikkel eller et element som har et belegg basert på nanopartikler, er dens virkningsfullhet i miljøer med høy temperatur (f.eks., over 100 °C) og/eller høyt trykk (over 1 bar), grunnet nanopartiklenes robusthet (f.eks., grafen), under disse forholdene.

[0045] Nanobeleggene beskrives ytterligere med henvisning til de følgende eksempelvise utførelsesformene vist i figurene.

[0046] FIG. 1 viser et skjematisk tverrsnitt av en negativt ladet nanopartikkel 110 hvor nanopartikkelen 100 har negative ladninger 101. Likeledes, i FIG. 1B, illustreres en positivt ladet nanopartikkel 120, der nanopartikkelen 100 har positive ladninger 102.1 en eksempelvis utførelsesform, er nanopartikkelen en derivatisert grafen med funksjonelle grupper som har positive eller negative ladninger.

[0047] FIGURENE 2Atil 2E viser en eksempelvis lag-for- lag prosess for å fabrikkere nanobelegget. FIG. 2A viser et substrat 200 hvor substratet 200 er sammensatt av et substratmateriale 201 som har, i en eksempelvis utførelsesform, en positiv eller delvis positiv overflateladning 202.1 andre utførelsesformer, som ikke er vist i den hensikt å understreke prosessens mangesidighet, kan ladningen være en negativ eller delvis negativ ladning. Overflateladningen kan være til stede på substratet ved den intrinsiske sammensetningen av substratmaterialet 201, hvor for eksempel substratmaterialet 201 omfatter negativt ladede grupper slik som karboksylsyrer, eller hvor substratmaterialet omfatter positivt ladede grupper slik som amingrupper. I andre utførelsesformer, behandles substratoverflaten med en overflatebehandling slik som en silan, et polymermasselag, eller kan behandles ved koronabehandling eller ved annen ioniseringsstråling.

[0048] FIG. 2B viser ordningen av negativt ladede (212) nanopartikler 211 i et lag 210 anbrakt på overflaten av substrat 200. De negative ladningene 212 av negativt ladede nanopartikler 211 er orientert mot de positive ladningene 202 på overflaten av det positivt ladede substratmaterialet 201. "Orientert", "som er orientert" og "orienterer", slik det brukes her, henviser til selvoppstilling av nanopartiklene på den underliggende motsatt ladede overflaten (substrat, derivatisert nanopartikkellag, osv.) for å maksimere kontaktflatene slik at den største gjennomsnittsdimensjonen (f.eks., x-y plan, lengde og bredde, av en derivatisert grafen) til nanopartikkelen er koplanar med den underliggende overflaten, og slik at nettoladningen av den ladede nanopartikkelen spres over et så stort areal på den underliggende motsatte ladede overflaten (substrat, nanopartikkellag, osv.) som mulig, og følgelig maksimerer de elektrostatiske interaksjonene (og følgelig binding) mellom nanopartikkelen og den underliggende overflaten. Her kan de negativt ladede nanopartiklene 211 påføres ved dypping av positivt ladet substrat 200 i en løsning med negativt ladede nanopartikler 211. Løsningen kan være vannoppløselig eller ikke vannoppløselig. I en utførelsesform, er nanopartiklene (positivt eller negativt ladet) suspendert i organisk løsemiddel, eller i en pH-bufret vannholdig løsning.

[0049] FIG. 2C viser ordningen av positivt ladede (222) nanopartikler 211 i et lag 220 anbrakt på overflaten av laget 210 med negativt ladet nanopartikkel 211. De positive ladningene

(222) i nanopartiklene 221 er fortrinnsvis orientert mot de negative ladningene 212 på overflaten av de negativt ladede nanopartiklene 211 hvor for eksempel, nanopartiklene er derivatisert til å ha ladede funksjonelle grupper med lokalisert ladning.

[0050] FIG. 2D viser ordningen av negativt ladede (232) nanopartikler 231 i et lag 230 anbrakt på en overflate av laget 220 med positivt ladede nanopartikler 221. De negative ladningene 232 av nanopartikler 231 er fortrinnsvis orientert mot de positive ladningene 212 på overflaten av det positivt ladede substratmaterialet 221.

[0051] FIG. 2E viser ordningen av positivt ladede (242) nanopartikler 241 i et lag 240 anbrakt på en overflate av laget 230 med negativt ladet nanopartikkel 231. De positive ladningene (242) av nanopartiklene 241 er fortrinnsvis orientert mot de negative ladningene 232 på overflaten av de negativt ladede nanopartiklene 231.

[0052] I FIGURENE 2B til 2E, kan de negativt ladede nanopartiklene (211, 231) påføres ved dypping av det positivt ladede substratet 200 (eller i et etterfølgende beleggtrinn i FIG. 2C, substratet 200 belagt med negativt ladet lag 210 og positivt ladet lag 220) i en løsning med negativt ladede nanopartikler (211, 231). Ordning av nanopartiklene i et lag kan være, slik det illustreres i de ovenstående utførelsesformene, en suksesjon av enkeltlag (f.eks., hvor hvert av lagene 210, 220, 230, 240, osv. i FIGURENE 2B til 2E omfatter en enkelt nanopartikkeltykkelse). I en ikke vist utførelsesform, kan ytterligere vekslende lag med negativt ladede nanopartikler (f.eks., 211, 231) og positivt ladede nanopartikler (f.eks., 221, 241) tilføyes til strukturen for å oppnå en ønsket tykkelse og/eller antall lag med nanopartikler. I en utførelsesform, er det samlede kombinerte antall lag med negativt og positivt ladede nanopartikler minst 20.1 en utførelsesform, kan kombinasjoner av nanopartikler brukes, slik som kombinasjoner av derivatiserte grafener og derivatiserte nanorør. I andre utførelsesformer, er negativt ladede nanopartikler (f.eks., 211, 231) og positivt ladede nanopartikler (f.eks., 221, 241) ikke identiske, dvs. at nanopartikkelen som begge settene med nanopartikler (positivt og negativt ladet) tilvirkes fra, ikke er de samme. I andre utførelsesformer, kan to eller flere positivt ladede nanopartikler og/eller to eller flere negativt ladede nanopartikler brukes, hvor nanopartiklene påføres i lag som danner et gjentakende vekslende mønster for hvert lag, for hvert andre lag, hvert tredje lag, osv. Det vil bli forstått at det finnes mange mulige kombinasjoner og at de ikke er noen spesiell begrensning for mønsteret med påførte lag; for eksempel, hvor A er et første lag som omfatter en ladet nanopartikkel, og B er et andre lag som omfatter en motsatt ladet nanopartikkel, kan lagene påføres i rekkefølgen A, B, A, B, osv. slik som i FIGURENE 2A tIL 2E; eller hvor A' dessuten er et tredje lag som har samme ladningen som nanopartikkelen i lag A men er basert på en forskjellig nanopartikkel eller kombinasjon av nanopartikler, og/eller B' er et fjerde lag som har den samme ladningen som nanopartikkelen i lag B men er basert på en forskjellig nanopartikkel eller kombinasjon av nanopartikler, der lagene kan påføres A, B, A', B, A, B, A' ...osv.; eller A, B, A', B', A, B, A', B', osv; eller A, B, A, B,...A', B', A', B', osv. Enhver eller alle slike permutasjoner av kombinasjoner av lag og nanopartikler overveies her.

[0053] Dessuten i en utførelsesform, vist i FIG. 3, omfatter et belagt substrat 300 som omfatter nanobelegget 301 et ekstra lag eller flere ekstra lag 330 med nanopartikler 331 derivatisert til å ha andre egenskaper, slik som, etter ønske, lav overflateenergi, høy overflateenergi, varme- og/eller abrasjonsmotstand (som for eksempel ved påføring av ett eller flere lag av derivatisert nanodiamant), osv., som et hovedlag (f.eks., endelig eller finish). Finishlaget 330 påføres en overflate med flerlags belegg 320 som omfatter flere lag (minst 20; ikke vist) av motsatt ladede nanopartikler, anbrakt på en overflate av substrat 310.

[0054] Dessuten som angitt i FIG. 2B til 2E, er ikke de individuelle negativt ladede nanopartiklene (211, 231) innrettet i perfekte stabler med nanopartiklene over og under i flerlagsstrukturen, men snarere innrettet langs x-y-planet (dvs., hovedsakelig langs overflateplanet til substratet) samtidig som de overlapper langs z (tykkelse) -aksen. Slik dekker trinnvise lag av især platelignende nanopartikler, slik som derivatiserte partikler av grafen og nanografen, eksfolierte nanoleier, osv., tilfeldig åpninger mellom nanopartikler i underliggende lag, slik at det kun finnes en indirekte vei mellom nanopartiklene. En flerlags nanobelegg-struktur, dannet på denne måten, tilveiebringer følgelig fortrinnsvis en innviklet, indirekte spredningsvei langs z (tykkelse)-aksen til nanobelegget, og har følgelig lav permeabilitet for spredbare komponenter.

[0055] Et nanobelegg med nanopartikler enten alene eller med minimalt additiv, slik det illustreres over, antas å ha en større termal dekomposisjons- og dimensjonsstabilitet enn en sammenlignbar flerlagsstruktur som omfatter en kombinasjon av nanopartikler bundet gjennom for eksempel bindemiddellag innfelt med nanopartikkellagene.

[0056] Denne skrevne beskrivelsen bruker eksempler for å legge fram oppfinnelsen, inkludert den beste metode, og også for å gjøre fagkyndige på området i stand til å utføre og bruke oppfinnelsen. Oppfinnelsens patenterbare omfang defineres av patentkravene, og kan inkludere andre eksempler som er tydelige for fagkyndige innen området. Slike andre eksempler er ment å være innen patentkravenes omfang hvis de har stukturelle elementer som ikke avviker fra det ordrette språket i patentkravene, eller hvis de omfatter ekvivalente strukturelle elementer med uvesentlige forskjeller fra patentkravenes ordrette språk.

[0057] Alle verdiområder beskrevet her inkluderer endepunkter, og endepnktene kan kombineres uavhengig med hverandre. Suffikset "(er)" slik det brukes her er ment å omfatte både entall og flertall av ordlyden den modifiserer, og inkluderer dermed minst én av den ordlyden (f.eks., fargestoffet(ene) inkluderer minst ett fargestoff). "Alternativ" eller "alternativt" betyr at den etterfølgende beskrevne hendelsen eller omstendigheten kan eller ikke kan oppstå, og at beskrivelsen omfatter eksempler hvor hendelsen oppstår og eksempler hvor den ikke oppstår. Slik det brukes her, iberegner "kombinasjon" blandinger, miksturer, legeringer, reaksjonsprodukter, og liknende. Alle henvisninger er innlemmet heri ved henvisning.

[0058] Bruk av ordlyden "en" og "ett" og "de" og liknende referenter i sammenhengen med å beskrive oppfinnelsen (spesielt sammenhengen til de følgende patentkravene) skal fortolkes til å dekke både entall og flertall, med mindre noe annet er angitt her eller klart motsagt av sammenhengen. Videre skal det legges merke til at ordlydene "første," "andre," og liknende heri angir ingen rekkefølge, kvantitet eller betydning, men brukes snarere til å skille ett element fra et annet. Endringsordet "cirka" brukt i forbindelse med en mengde er iberegnet den nevnte verdien og har den betydning som tilsies av sammenhengen (f.eks., omfatter det feilnivået som er forbundet med målingen av den spesielle mengden).

Claims

1. Nanobelegg som omfatter: flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har et sideforhold som er større eller lik 10 og som har en positiv eller negative ladning, og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har et sideforhold som er større eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen, der nanobelegget er anbrakt på en overflate av et substrat.

2. Nanobelegg i henhold til krav 1, der første og andre nanopartikkel er bundet sammen ved elektrostatiske dipol-dipol-bindinger, hydrogenbindinger, eller en kombinasjon av disse.

3. Nanobelegg i henhold til krav 1, der sideforholdet til den første nanopartikkelen, andre nanopartikkelen, eller både den første og andre nanopartikkelen, er større eller lik 100.

4. Nanobelegg i henhold til krav 1, der en gjennomsnittlig partikkelstørrelse for hver av den første og andre nanopartikkelen er 0,5 til 5 mikrometer.

5. Nanobelegg i henhold til krav 1, der tykkelsen på nanobelegget er 0,01 til 50 mikrometer.

6. Nanobelegg i henhold til krav 1, der første og andre nanopartikkel hver er avledet fra en identisk eller ikke-identisk nanopartikkel.

7. Nanobelegg i henhold til krav 1, der den første og andre nanopartikkelen hver er uavhengig avledet fra nanografitt, grafener, grafenoksid, fullerener, nanorør, nanodiamanter, nanoleire, polysilseskvioksaner, eller kombinasjoner som omfatter minst én av de ovennevnte.

8. Nanobelegg i henhold til krav 1, der den første nanopartikkelen er avledet fra nanografitt, grafener, grafenoksid, fullerener, nanorør, nanodiamanter, nanoleire, polysilseskvioksaner, eller kombinasjoner som omfatter minst én av de ovennevnte.

9. Nanobelegg i henhold til krav 1, der den andre nanopartikkelen er avledet fra nanografitt, grafener, grafenoksid, fullerener, nanorør, nanodiamanter, nanoleire, polysilseskvioksaner, eller kombinasjoner som omfatter minst én av de ovennevnte.

10. Nanobelegg i henhold til krav 1, der den første og andre nanopartikkelen hver er avledet slik at de har funksjonelle grupper som omfatter karboksy, epoksy, eter, ester, keton, amin, hydroksy, alkoksy, alkyl, aryl, aralkyl, lakton, funksjonaliserte polymere eller oligomere grupper, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte funksjonelle gruppene, og minst én funksjonell gruppe av den første avledede nanopartikkelen ikke er identisk med en funksjonell gruppe av den andre avledede nanopartikkelen.

11. Nanobelegg i henhold til krav 10, der de funksjonelle gruppene til den første og andre avledede nanopartikkelen er valgt for å tilpasse nanobelegget slik at det blir positivt ladet, negativt ladet, nøytralt ladet, hydrofilt eller hydrofobt, oleofilt, eller oleofobt.

12. Nanobelegg i henhold til krav 1, der substratet omfatter fluoroelastomerer, perfluoroelastomerer, herdet nitrilbutylgummi, etylen-propylen-dien-monomer-gummi (EPDM), silikoner, epoksy, polyetereterketon, bismalimid, polyetylen, polyvinylalkohol, fenolharpikser, nyloner, polykarbonater, polyuretaner, tetrafiuoroetylen-propylen-elastomere kopolymerer, jern, stål, kromlegeringer, hastelloy, titan, molybden, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte.

13. Nanobelegg i henhold til krav 1, der nanobelegget ytterligere omfatter et overflatelag som omfatter en tredje nanopartikkel som ikke er identisk med den første og andre nanopartikkelen.

14. Nanobelegg i henhold til krav 1, der substratet er ubehandlet, eller er behandlet med koronabehandling, organosilanbehandling, polymer-basert primerbehandling, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte behandlingene.

15. Belagt artikkel som omfatter nanobelegget i henhold til krav 1.

16. Artikkel i henhold til krav 15, der artikkelen er et borehullelement.

17. Nanobelegg for en artikkel, som omfatter: flere vekslende lag av et lag som omfatter positivt ladede grafenpartikler som har et sideforhold større eller lik 10, og et lag som omfatter negativt ladede grafenpartikler som har et sideforhold som er større eller lik 10, der nanobelegget er anbrakt på en overflate av artikkelen.

18. Framgangsmåte for å danne et nanobelegg på en artikkel, som omfatter: å anbringe flere vekslende lag av et første lag som omfatter en første nanopartikkel som har et sideforhold som er større eller lik 10 og som har en positiv eller negative ladning; og et andre lag som omfatter en andre nanopartikkel som har et sideforhold som er større eller lik 10 og som har en positiv eller negativ ladning motsatt den for den første nanopartikkelen, på en overflate til det første laget motsatt for substratet.

19. Framgangsmåte i henhold til krav 17, der anbringelsen omfatter filmstøping, spin-belegg, dypping, sprøytebelegg, lag-på-lag-belegg, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte.

20. Framgangsmåte i henhold til krav 17, der nanopartikkelen er avledet slik at den omfatter en funksjonell gruppe som omfatter karboksy, epoksy, eter, ester, keton, amin, hydroksyl, alkoksy, alkyl, aryl, aralkyl, laktoner, funksjonaliserte polymere eller oligomere grupper, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte funksjonelle gruppene, og minst én funksjonell gruppe av den første avledede nanopartikkelen ikke er identisk med en funksjonell gruppe av den andre avledede nanopartikkelen.

21. Framgangsmåte i henhold til krav 17, der nanopartikkelen er en grafen eksfoliert fra en grafitt ved fluorering, syreinterkalering fulgt av varmesjokkbehandling, eller en kombinasjon som omfatter minst én av de ovennevnte.

22. Artikkel i henhold til krav 17, der artikkelen er et borehullelement.

23. Framgangsmåte i henhold til krav 17, der artikkelen er fullstendig eller delvis belagt med nanobelegget.