TW201925083A - 經絕緣化之奈米纖維紗 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種經絕緣化之奈米纖維，其具有沿著縱軸延伸且具有外側表面和內側部分的連續奈米纖維集合體。第一材料滲入該內側部分，其中該奈米纖維集合體之該外側表面實質上不含該第一材料。電絕緣之第二材料塗覆該奈米纖維集合體之該外側表面。也揭示一種製造經絕緣化之奈米纖維集合體之方法。

Description

經絕緣化之奈米纖維紗
本揭示內容通常係關於傳導奈米纖維紗且更特別地經絕緣化傳導的奈米纖維紗。
碳奈米纖維叢(carbon nanofiber forest)不管是由單壁型奈米管、多壁型奈米管或二者構成，皆可被拉伸且紡絲成高傳導的碳奈米管(CNT)纖維。在其經預先拉伸的狀態中，CNT叢具有由成長基材之表面垂直延伸之單層平行纖維。當被拉伸成奈米纖維片時，每一奈米纖維之定向改變以與該成長基材之表面平行延伸，其中在該經拉伸之奈米纖維片中的該奈米管呈端對端(end-to-end)配置彼此連接以形成連續片。經對齊之奈米纖維可被紡絲成CNT傳導用纖維。
CNT傳導用纖維包括由高傳導碳奈米管製成之線、紗和繩。由於其獨特的物理性質(高強度、低密度和高導電性)，CNT傳導用纖維已顯示在電配線應用中有希望作為傳統之銅和鋁電線的替代候選物。
實例1是一種製造經絕緣化之奈米纖維導體的方法，其包含：提供沿著紗軸延伸且具有外側表面和內側部分的奈米纖維集合體；施加第一材料至該奈米纖維紗；令該第一材料滲入該奈米纖維集合體之內側部分；及由該奈米纖維集合體之該外側表面移除該第一材料，從而製得具有滲入該內側部分之該第一材料且在該奈米纖維集合體之該外側表面上沒有該第一材料的經滲入之奈米纖維集合體。
實例2包括實例1之主題，其進一步包含以組成異於該第一材料之第二材料塗覆該經滲入之奈米纖維集合體。
實例3包括實例1或實例2之主題，其中該第一材料係呈熔化聚合物或聚合物-溶劑溶液被施加。
實例4包括實例1或實例2之主題，其中移除該第一材料包括施加真空。
實例5包括實例1-4中任一主題，其中由該外側表面移除該第一材料包含使該外側表面曝於移動的流體。
實例6包括實例1-4中任一主題，其中該外側表面受制於經加壓器體或溶劑流之一。
實例7包括實例1-6中任一主題，其中提供該奈米纖維集合體包括選擇呈具有小於50 μm之直徑的奈米纖維紗之奈米纖維集合體。
實例8包括實例1-7中任一主題，其中該奈米纖維集合體是導電的且具有低於1x10-3 Ω-m之電阻率。
實例9包括實例1-8中任一主題，其進一步包含由下列組成之群組中選擇該第一材料和該第二材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈、纖維素乙酸酯、PA 6聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺摻合物、聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯/聚對酞酸乙二酯、聚乙烯、聚對酞酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚丙烯、聚伸苯醚、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、熱塑性彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯、及液態聚矽氧橡膠，且其中該第一材料和該第二材料具有低於105 Pa之相對於彼此的黏合值。
實例9A包括實例1-9中任一主題，其中該第二材料相對該第一材料是化學惰性的。
實例10包括實例1-9A中任一主題，其中選擇該第一材料和該第二材料，以使在該第一材料上之該第二材料的接觸角是至少90˚。
實例10A包括實例1-9B中任一主題，其中選擇該第一材料和該第二材料，以使在該第一材料上之該第二材料的接觸角是至少135˚。
實例11包括實例1-10A中任一主題，其中該第一材料是導電的。
實例12包括實例1-11中任一主題，其中該第一材料含有導電粒子。
實例13包括實例1-12中任一主題，其中該第二材料具有至少1x1012 Ω-m之電阻率。
實例14是一種經絕緣化之奈米纖維導體，其包含：沿著縱軸延伸且具有外側表面和內側部分的連續奈米纖維集合體；第一材料滲入該內側部分，其中該奈米纖維集合體之該外側表面實質上不含該第一材料；及塗覆該奈米纖維集合體之該外側表面的第二材料，其中該第二材料是電絕緣用。
實例15包括實例14之主題，其中該奈米纖維集合體是導電的。
實例16包括實例14或15中任一主題，其中該奈米纖維集合體是碳奈米纖維紗。
實例17包括實例14-16中任一主題，其中該奈米纖維集合體具有小於50 μm之直徑。
實例18包括實例14-17中任一主題，其中該第二材料在組成上異於該第一材料。
實例19包括實例14-18中任一主題，其中該第一材料和該第二材料之一或二者包含選自由下列組成之群組中的聚合物：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈、纖維素乙酸酯、PA 6聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺摻合物、聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯/聚對酞酸乙二酯、聚乙烯、聚對酞酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚丙烯、聚伸苯醚、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、熱塑性彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯、或液態聚矽氧橡膠。
實例20包括實例14-19中任一主題，其中該第一材料和該第二材料具有低於105 Pa之相對於彼此的黏合值。
實例21包括實例14-20中任一主題，其中該第二材料在設置於該第一材料上時，具有至少90˚之接觸角。
實例22包括實例14-21中任一主題，其中該第一材料是導電的。
實例23包括實例14-22中任一主題，其進一步包含設置在介於該第一材料與該第二材料之間的外側表面上的中間層，其中該中間層包含異於該第二材料之材料。在實例中，該中間層是聚合物、揮發性潤滑劑或粉末。
實例24包括實例14-23中任一主題，其中在第一端部分和第二端部分之至少一者省略該第二材料。
概述
當拉成片，集合成經對準之奈米纖維股或扭轉成紗時，碳奈米纖維具有很多有利的電學、光學、化學和機械性質而使其本身能應用於多種技術領域。在片、股及/或紗內之個別奈米纖維界定其間之間隙。其他材料，包括但不限於聚合物、傳導奈米粒子、傳導微粒子及其組合可被”滲入”這些間隙而形成具有比那些藉由碳奈米纖維本身所展現者甚至更大範圍之性質的複合材料。
然而，在一些情況中，聚合物滲入奈米纖維”集合體”(經對準的奈米纖維群諸如片、股或紗)之中(或之上)能降低該奈米纖維集合體之導電性。這能按照二機轉之一或二者進行。首先，該聚合物可使鄰近的奈米纖維彼此絕緣，從而中斷集合體間之電路徑。
其次，該聚合物能塗覆該奈米纖維集合體之外部表面，從而提高在該奈米纖維集合體與經連接之電接點之間的電阻(降低或消除傳導性)。換言之，當該奈米纖維本身是導電的(例如碳奈米纖維)時，在該經滲入之奈米纖維紗之外部上的電阻塗層能阻礙該奈米纖維紗在需要與系統之其他元件有電連接之應用中的使用。因為聚合物之外層與滲入奈米纖維紗內部的該聚合物黏合且整合，故難以僅移除該外層。經固化之外層對該奈米纖維表面也可具有強的親和力。藉由熱方法或化學方法移除該外表面層能破壞該經滲入之奈米纖維紗之其他部分，包括該奈米纖維本身。反之，這些事件能使該奈米纖維紗之電性及/或機械性質變差。因這些理由，設置在該奈米纖維紗之外表面上的絕緣外層使得對該經滲入之奈米纖維紗難以建立低電阻連接(例如電阻相當於或低於電焊劑之電阻的接點)。如本文使用的，若奈米纖維集合體在該集合體內展現低於1x10-3 Ω-m之電阻率，則奈米纖維集合體是內部傳導的。若在奈米纖維集合體與外部電接點之間的界面展現低於1x10-6 Ω-m之電阻率，則謂該界面是導電的。
對絕緣用奈米纖維的另一研究途徑是要使用表面塗覆製程(不管是對奈米纖維之經滲入或非經滲入的集合體)，其類似於那些用以製造經絕緣化之金屬(例如鋁或銅)導線的方法。例如，奈米纖維紗可被浸入或拉伸經過液態或熔化的聚合物，該聚合物稍後被冷卻至低於其玻璃轉換溫度或者藉由移除溶劑而固化。然而，因為一些聚合物容易滲入該多孔奈米纖維紗結構以形成複合物而形成非不同的絕緣層，此研究途徑也有問題。如上述，這能使紗(或其他集合體)內之奈米纖維彼此絕緣。為避免滲入，在一些情況下，可以使用具有大於90度之潤濕角(在奈米纖維片上的)的聚合物以提供絕緣用表面或近表面塗層在奈米纖維導線上而不降低該紗之內部傳導性。此技術之缺點是：只可以使用特定塗覆材料。因為奈米纖維(包括碳奈米纖維)之集合體能被廣範圍之不同聚合物所滲入，此技術可排除很多聚合物與碳奈米纖維集合體一同使用。
因此，根據本揭示內容之具體例，描述用於製造經絕緣化之奈米纖維集合體的經改良技術。在一些情況下，“奈米纖維紗”一詞將可與奈米纖維集合體交換使用。“紗”一詞之使用將理解是為方便之故且無意限於本文所考慮之奈米纖維集合體之可能配置範圍。在一具體例中，該方法包括第一材料滲入奈米纖維集合體，由該集合體表面移除過量之該第一材料以使該奈米纖維集合體之外表面沒有該第一材料。可將絕緣用第二材料的外層放置在該經滲入之奈米纖維集合體上以形成經絕緣化且經滲入的奈米纖維集合體。本揭示內容之具體例的優點是能由該經絕緣化之奈米纖維集合體剝除聚合物材料之該絕緣用外層且留下經暴露之傳導奈米纖維之纖維表面以供製作電連接。電連接可例如藉由下述方式建立：直接地機械連接電極或其他電接點(例如傳導夾具或配件)與該奈米纖維集合體之該經暴露表面或熔接導電體(例如銅或鋁導線)至該奈米纖維集合體之該經暴露表面。剝除絕緣用聚合物材料之該外層的部分以揭開傳導奈米纖維集合體之外部表面的能力提高可使用奈米纖維於其中之電和配線應用的數目。在本揭示內容中所討論之具體例的另一優點是能使用更多種類之材料於外部絕緣用層。除了作為電連接體的用途之外，本揭示內容之可剝除之集合體的另一用途是供用於生物環境中之具有可剝除之防護層的無菌奈米纖維集合體。可移除該外層以暴露無菌奈米纖維紗(或其他奈米纖維集合體，例如奈米纖維片、奈米纖維股)。
奈米纖維叢和用於奈米纖維紗之製造技術的說明在用於製造經絕緣化之奈米纖維紗的技術說明之前。

奈米纖維叢
如本文使用的，“奈米纖維”一詞意指直徑小於1 μm的纖維。在一些具體例中，奈米纖維之直徑小於500 nm或小於100 nm。雖然在此之具體例初步描述為由碳奈米管製造，本揭示內容之具體例會被理解為可適用於其他的碳同素異形體，不管是石墨烯、微米級或奈米級石墨纖維及/或板，且甚至可使用下述技術緻密化奈米級纖維之其他組成物諸如氮化硼。
如本文使用的，“奈米纖維”和“碳奈米管纖維”等詞涵蓋單壁型碳奈米管及/或多壁型碳奈米管，其中碳原子連接在一起以形成圓柱狀結構。在一些具體例中，如本文引用之碳奈米管具有在四與十之間的壁。如本文使用的，“奈米纖維片”或簡稱“片”是指奈米纖維的片，其經由拉伸製程(如在PCT公開公告案WO 2007/015710中說明的，且其整體藉由引用被併入本文中)對準以使該片之奈米纖維的縱軸平行於該片之主要表面而非垂直於該片之該主要表面(亦即呈該片之沉積型，常被稱為“叢”)。這分別在圖3和4中說明且顯示。
碳奈米管之維度可根據所用之製造方法大幅地改變。例如，碳奈米管之直徑可以是0.4 nm至100 nm且其長度可在10 μm至大於55.5 cm的範圍中。碳奈米管也能具有極高之縱橫比(長度對直徑之比)，而一些縱橫比高達132,000,000：1或更高。假定有廣範圍之維度可能性，碳奈米管之性質是高度可調節的或“可調諧的”。雖然已經確認碳奈米管之很多奇妙性質，在實際應用中利用碳奈米管之該等性質需要可擴充且可控制之製造方法而令該碳奈米管之該等特性能被維持或加強。
由於彼等獨特的結構，碳奈米管擁有特別的機械、電、化學、熱和光學性質而使彼等極適合某些應用。尤其，碳奈米管展現優越導電性、高機械強度、良好熱穩定性且也是疏水的。除了這些性質之外，碳奈米管也可展現有用的光學性質。例如，碳奈米管可被用在發光二極體(LED)和光檢測器中以發射或檢測在窄選波長的光。也可證實碳奈米管對光子輸送及/或聲子輸送是有用的。
根據本揭示內容之多種具體例，可將奈米纖維(包括但不限於碳奈米管)布置成多種配置，包括布置成一種在本文中被稱為“叢”之配置。如本文使用的，奈米纖維或碳奈米管之叢係指具有約相等維度而實質互相平行地布置在基材上之奈米纖維的陣列。圖1顯示在基材上之奈米纖維的實例叢。該基材可以有任何形狀，但在一些具體例中該基材具有平的表面，在其上組合該叢。如在圖1中可見的，在該叢中之該奈米纖維在高度及/或直徑方面約相等。
奈米纖維叢之一些具體例包括具有二個呈其經沉積形式之二部分的奈米纖維。例如，一部分是“直部分”，其終結於與成長基材連接且被設置接近成長基材的“開放端”。另一部分是“弧狀部分”(有時也被稱為“糾纏端”)，其被設置在該奈米纖維層之經暴露表面且彎曲離開該直部分的縱軸。
如本文揭示之奈米纖維叢可以是相對緻密的。特別地，所揭示之奈米纖維叢可具有至少10億奈米纖維/cm2 的密度。在一些特定具體例中，如本文描述之奈米纖維叢可具有在100億/cm2 與300億/cm2 之間的密度。在其他實例中，如本文描述之奈米纖維叢可具有在900億奈米纖維/cm2 之範圍中的密度。該叢可包括高密度區或低密度區且特定區可以沒有奈米纖維。在一叢內之奈米纖維也可展現纖維間之連接性。例如，在一奈米纖維叢內之接鄰的奈米纖維可藉由凡得瓦爾力互相吸引。無論如何，在一叢內之奈米纖維的密度可藉由應用本文描述之技術提高。
製造奈米纖維叢之方法係在例如PCT No. WO2007/015710中描述，其整體藉由引用被併入本文中。
可以使用多種方法以製造奈米纖維前趨物叢。例如，在一些具體例中，可使奈米纖維在圖2中概略描繪之高溫爐中成長。在一些具體例中，觸媒可被沉積在基材上，放置在反應器中，然後暴露於被供應至該反應器之燃料化合物。基材可耐受高於800℃或甚至1000℃之溫度且可以是惰性材料。該基材可包含設置在下方之矽(Si)晶圓上的不銹鋼或鋁，雖然可以使用其他陶瓷基材(例如鋁氧、鋯氧、SiO2 、玻璃陶瓷)以代替該Si晶圓。在該前趨物叢之該奈米纖維係碳奈米管的實例中，可以使用碳基化合物諸如乙炔作為燃料化合物。在被導至該反應器後，該燃料化合物可開始累積在該觸媒上且可藉由從該基材向上成長而組合以形成奈米纖維叢。該反應器也可包括氣體入口(其中可將燃料化合物和載劑氣體供應至該反應器)和氣體出口(其中用過的燃料化合物和載劑氣體可從該反應器釋出)。載劑氣體之實例包括氫、氬和氦。這些氣體(尤其是氫)也可被導至該反應器以促進該奈米纖維叢之成長。另外，可將待併於該奈米纖維中之摻雜劑添加至該氣流。
可更改在奈米纖維成長期間的反應條件以調節所得之奈米纖維前趨物叢的性質。例如，可視需要調節該觸媒之粒度、反應溫度、氣體流速及/或反應時間以製造具有所需規格之奈米纖維叢。在一些具體例中，控制觸媒在該基材上之位置以形成具有所需圖案化之奈米纖維叢。例如，在一些具體例中，將觸媒呈一圖案沉積在該基材上且由該圖案化之觸媒所成長之叢同樣地被圖案化。實例觸媒包括鐵與氧化矽(SiO2 )或氧化鋁(Al2 O3 )之緩衝層。尤其可使用化學蒸氣沉積(CVD)、壓力輔助之化學蒸氣沉積(PCVD)、電子束(eBeam)沉積、濺鍍、原子層沉積(ALD)、電漿強化之化學蒸氣沉積(PECVD)將這些沉積在該基材上。
在一些特別具體例中，多個奈米纖維前趨物叢可連續地在該基材上成長以形成多層奈米纖維叢，或被稱為“堆疊體”。
在用以製造多層奈米纖維叢之製程中，將一奈米纖維叢形成在基材上，接著使與該第一奈米纖維叢接觸之第二奈米纖維叢成長。多層奈米纖維叢可藉由很多合適方法被形成，諸如藉由形成第一奈米纖維叢在該基材上，沉積觸媒在該第一奈米纖維叢上，然後將額外燃料化合物導至該反應器以促進第二奈米纖維叢由經定位在該第一奈米纖維叢上的該觸媒成長。根據所應用之成長方法、觸媒的類型和該觸媒的位置，該第二奈米纖維層可在該第一奈米纖維層之上方成長或者在例如以氫氣再生該觸媒後直接在該基材上成長而因此在該第一奈米纖維層下方成長。無論如何，該第二奈米纖維叢可約端對端地與該第一奈米纖維叢對齊，雖然在該第一與第二叢之間有容易檢測之界面。多層奈米纖維叢可包括任何數目之叢。例如，多層前趨物叢可包括二、三、四、五或更多叢。

奈米纖維片
除了布置成叢配置之外，本申請案之奈米纖維也可被布置成片配置。如本文使用的，“奈米纖維片”、“奈米管片”或簡稱“片”等詞是指奈米纖維之布置，其中奈米纖維在一平面中端對端地被對齊。實例奈米纖維片之說明係在具有維度標示之圖3中顯示。在一些具體例中，該片具有比該片之厚度大超過100倍之長度及/或寬度。在一些具體例中，該長度、寬度或二者比該片之平均厚度大超過103 、106 或109 倍。奈米纖維片能具有例如在約5 nm與30 μm之間的厚度及適合所企求之應用的任何長度和寬度。在一些具體例中，奈米纖維片可具有在1 cm與10公尺之間的長度和在1 cm與1公尺之間的寬度。這些長度僅供說明。奈米纖維片之長度和寬度受限於製造設備之配置且不限於該奈米管、叢或奈米纖維片之任一者的該物理或化學性質。例如，連續製程可製造具有任何長度之片。這些片可隨著製造彼等被捲繞在滾筒上。
如在圖3中可見的，其中該奈米纖維被端對端地對齊的軸被稱為奈米纖維對齊的方向。在一些具體例中，奈米纖維對齊之方向可以連續通過整個奈米纖維片。奈米纖維無需彼此完美平行且奈米纖維對齊之方向據了解是該奈米纖維之對齊方向的平均或共同量度。
奈米纖維片可使用能製造該片之任何類型的合適製程來組合。在一些實例具體例中，奈米纖維片可由奈米纖維叢拉伸。由奈米纖維叢所拉伸之奈米纖維片之實例係在圖4中顯示。
如在圖4中可見的，該奈米纖維可由該叢側向地拉伸，然後端對端地被對齊以形成奈米纖維片。在奈米纖維片係由奈米纖維叢拉伸之具體例中，可控制該叢之維度以形成具有特別維度之奈米纖維片。例如，該奈米纖維片之寬度可約等於該奈米纖維叢之寬度，該片係從該叢拉伸。另外，該片之長度係在所欲片長度已獲得時，例如藉由結束該拉伸製程而得以控制。
奈米纖維片具有很多可針對多種應用開發之性質。例如，奈米纖維片可具有可調諧之不透明性、高機械強度和可撓性、導熱和導電性，且也可展現疏水性。假定在片內之該奈米纖維有高度對齊，奈米纖維片可以是極薄的。在一些實例中，奈米纖維片是在約10 nm厚度之程度上(如在常態測量容許度內所測量的)，而使其接近二維。在其他實例中，奈米纖維片之該厚度可高達200 nm或300 nm。因此，奈米纖維片可使組件增加最小的額外厚度。
和奈米纖維叢一樣地，在奈米纖維片中之該奈米纖維可藉由添加化學基團或元素至該片之該奈米纖維的表面被處理劑官能化且提供與該奈米纖維本身不同之化學活性。奈米纖維片之官能化係可對預先官能化之奈米纖維實施或可對未預先官能化之奈米纖維實施。可以使用本文描述之技術(包括但不限於CVD)和多種摻雜技術的任一者實施。
當由奈米纖維叢拉伸時，奈米纖維片也可具有高純度，其中在一些例子中該奈米纖維片之重量百分率中奈米纖維是佔90%以上、95%以上或99%以上。同樣地，該奈米纖維片可包含高於90重量%、高於95重量%、高於99重量%或高於99.9重量%的碳。

奈米纖維集合體
本文討論之實例係關於奈米纖維紗。然而，本揭示內容中所討論之具體例被認為通常適用至奈米纖維集合體，包括片、未扭轉之股、線、帶狀物、紗、導線、繩、纜線、疊布層、編織之三維物件及其他奈米纖維結構。奈米纖維紗可使用固態拉伸及紡絲製程，從奈米纖維叢製得。例如，可以使用普通的合成纖維紡絲方法諸如熔化紡絲、電紡絲、乾式紡絲、濕式紡絲或其他在此技藝中已知之技術以由奈米纖維叢製造奈米纖維集合體。紡絲技術和製造奈米纖維集合體之方法係在美國專利申請案15/844,756中討論，其整體藉由引用被併入本文中。
與以上討論之奈米纖維片類似地，奈米纖維可由該叢側向地拉伸，使該奈米纖維端對端地對齊且形成連續奈米纖維紗。在其中奈米纖維紗係由奈米纖維叢拉伸的具體例中，可控制該叢之維度以形成具有特定維度之連續奈米纖維紗。在一實例中，奈米纖維紗在沿著該紗之該縱軸/長度的單軸方向上被拉伸且伸展。拉伸處理使纖維直徑減小且改良纖維均一性及該奈米管在該紗內之對齊。在一些具體例中，該奈米纖維紗在熱的乾空氣環境中且在不對該奈米纖維紗添加任何添加劑下被拉伸。在其他具體例中，拉伸係在液態或蒸氣環境中進行且添加劑被添加至前趨物纖維以改良該拉伸效能。可以使用在此技藝中已知之其他拉伸及/或紡絲技術以製造該奈米纖維紗或其他奈米纖維集合體。
雖然本揭示內容之具體例係關於傳導奈米纖維紗諸如碳奈米纖維紗，該奈米纖維紗能包含任何合適材料。在一些具體例中，該連續奈米纖維紗能包含聚合物、共聚物、石油瀝青、木質素，石墨烯、纖維素、得自無機材料之溶膠或這些材料之組合。該奈米纖維紗隨意地可包括添加劑諸如有機/無機鹽、界面活性劑、有機化合物、巨分子、共聚物、奈米粒子、奈米管/纖維、奈米小片、奈米導線和量子點。奈米纖維紗隨意地能受到進一步處理以形成碳奈米纖維紗。在其他具體例中，該連續奈米纖維紗可包含碳化矽、碳、無機氧化物、碳複合物、金屬/碳複合物或無機氧化物/碳複合材料之一或多種前趨物奈米纖維。
適合製備金屬/碳複合奈米纖維紗之金屬的實例包括鉑、銀、金、銅和鈦。適合製備無機氧化物/碳複合奈米纖維紗之無機氧化物奈米材料的實例包括矽石、氧化鐵、氧化鋁、二氧化鈦、氧化錳、氧化鋅、氧化鈷、氧化鎳、氧化釩、氧化鉻、氧化鈮、二氧化鋯、氧化銣、氧化銠及其混合物。
與奈米纖維叢一樣地，在奈米纖維紗中之奈米纖維可藉由添加化學基團或元素至該紗之該奈米纖維的表面而官能化。該化學基團可提供與該奈米纖維本身不同的化學活性。奈米纖維紗之官能化能對預先官能化之奈米纖維實施或能對未預先官能化之奈米纖維實施。使用本文描述之技術(包括但不限於CVD)和多種摻雜技術之任一者能進行官能化。
由奈米纖維叢拉伸之奈米纖維紗可具有高純度，其中該奈米纖維紗之重量百分比中奈米纖維佔90%以上、95%以上或99%以上。同樣地，該奈米纖維紗可包含高於90重量%、高於95重量%、高於99重量%或高於99.9重量%的碳。該紗實質上不含碳以外的元素。若一元素是不存在的或僅因雜質或污染而有可檢測的量，則紗實質上不含該元素。
奈米纖維紗可展現成扭轉物、假扭轉物、編帶、編織物或折疊物。供本揭示內容之目的，假扭轉物意指在一方向之扭轉物，接著在相反方向之約相等扭轉物，獲得約0之淨扭轉物。

經絕緣化奈米纖維集合體
為方便說明，下列實例初步專注於奈米纖維紗。奈米纖維之具體例，不管是紗、紗束、股紗、叢、未扭轉之股、經扭轉的、經假扭轉的、緻密化的或未緻密化的，通常將被通稱為奈米纖維之“集合體”或“結構體”。其他奈米纖維集合體將理解是可被使用以代替下述之奈米纖維紗。
圖5描繪一顯示根據本揭示內容之經絕緣化之導體100的實例的橫截面作圖。該經絕緣化之導體100包括具有內部部分112及外側表面116(由涵蓋該集合體110之圓圈所指明的)之奈米纖維集合體110、第一材料120和第二材料140。在圖5中說明之物體的尺寸及層的厚度會理解是被誇大以方便說明。經絕緣化之導體100包括沿著縱軸(在圖8之上下文中描述)延伸之奈米纖維集合體110。將第一材料120在無塗覆奈米纖維集合體110之外側表面116下，設置在奈米纖維集合體110之內側部分112中，因此使外側表面116被曝露以供製造電連接。設置第二材料140以作為覆蓋奈米纖維集合體110之外側表面116和第一材料120的塗層。
在一些具體例中，奈米纖維集合體110可以是以上討論之奈米纖維紗或奈米纖維114之其他組合件。在一些具體例中，奈米纖維集合體110是導電的，諸如碳奈米纖維紗(在一些實例中被滲入傳導奈米粒子或微粒子)。在實例中，奈米纖維集合體110之電阻率ρ不大於1x10-3 Ω-m、不大於1x10-5 Ω-m或不大於1x10-6 Ω-m。作為多孔奈米管纖維之集合體，奈米纖維集合體110通常具有多孔結構及多孔外側表面116。在一些具體例中，奈米纖維集合體110能夠具有低於50 μm、低於40 μm、低於30 μm、低於20 μm或低於10 μm之直徑。在一實例中，奈米纖維集合體110是沿著其長度具有假扭轉及具有10 μm至20 μm、20 μm至30 μm、30 μm至40 μm或40 μm至50 μm的直徑的奈米纖維紗。在一特定實例中，奈米纖維集合體110是具有約28 μm之直徑(在+/-5μm天然製程變化量度誤差內)的碳奈米纖維紗。其他更大或更小直徑/厚度是可接受的。紗也可以是未經扭轉的或展現為真實扭轉物，如在美國專利申請案15/844,756中描述的。
將第一材料120設置在或滲入奈米纖維集合體110之奈米纖維114之間的孔洞中或在個別奈米纖維112內之孔洞中。在一些具體例中，外側表面116實質上不含第一材料120以能直接電連接至奈米纖維集合體110。當外側表面116缺乏第一材料120之連續塗層且不含第一材料120至能製造與奈米纖維集合體110之直接電接點且具有與電銲料相當或低的電阻的程度上，外側表面116實質上不含第一材料120。因此，在一些情況中，第一材料120之相對小的隔離區可存在於外側表面116上。
在一些具體例中，第一材料120是聚合物。在其他具體例中，第一材料120是金屬。在另外之其他具體例中，第一材料120是導電聚合物或含金屬或其他導電粒子之聚合物。如在以下更詳細討論的，第一材料120可呈液態(例如熔化之聚合物或聚合物-溶劑之溶液)滲入奈米纖維集合體110中，然後可被固化成或能假設成固態或凝膠態(例如藉由冷卻至低於該玻璃轉換溫度或蒸發溶劑)。
可將第二材料140設置在或設置遍布在奈米纖維集合體110之外側表面116上以作為電絕緣用塗層。例如，第二材料140可被施加呈液態塗層(例如熔化之聚合物或聚合物-溶劑溶液)，然後熟化或使之固化且形成固態卻可撓之絕緣用外層。在另一實例中，可將收縮配管(shrink tubing)之長度減小以與奈米纖維集合體110一致。在其他實例中，可裝設其他絕緣用材料在奈米纖維集合體110上。在實例中，選擇第二材料140以具有至少1x1012 Ω-m、至少1x1013 Ω-m、至少1x1014 Ω-m或1x1015 Ω-m之電阻率。在實例中，第二材料140具有足以提供至少1x107 Ω、至少1x109 Ω或1x1012 Ω之電阻的厚度。圖5顯示第二材料140為具有與奈米纖維集合體110相當之明顯厚度。在此實例中，圖5將被理解是不按比例被繪製且一些維度已經誇大以利說明。在實例中，第二材料140能夠具有幾乎不影響奈米纖維集合體110之該直徑或厚度的厚度。在一些具體例中，第二材料140具有10 μm至1 mm，包括20 μm、50 μm、100 μm、200 μm、500 μm、750 μm及這些值之間的數值的厚度。在其他具體例中，第二材料具有大於1 mm或小於10 μm之厚度。
在一些具體例中，第二材料140含有促進由第一材料120釋出或分開的粒子。例如，第二材料140是含有矽石、玻璃珠及/或聚四氟乙烯(PTFE)的粒子的聚合物。可以進一步地選擇第二材料140以具有與第一材料120之熱膨脹係數不同之熱膨脹係數。因此，可以利用加熱或冷卻以促進第二材料140由被滲入之奈米纖維集合體110釋出。
在一些具體例中，配置經絕緣化之導體100，使得與用於剝除經絕緣化之銅導線類似地，第二材料140之部分被剝掉。在一些具體例中，選擇第一材料120和第二材料140，使得第一材料120不與第二材料140化學反應或鍵結。另外，可以選擇第一材料120及第二材料140以展現不比一般黏合好的黏合或差的黏合(諸如具有低於105 Pa之相對於彼此的黏合值)。例如，第一材料120具有比第二材料140之第二表面自由能γ2 低的第一表面自由能γ1 。在一些具體例中，表面自由能γ之值等於或低於20 mJ/m2 ，如與差的黏合一致的。在其他具體例中，表面自由能γ之值低於40 mJ/m2 之閾值、低於35 mJ/m2 、低於30 mJ/m2 、低於25 mJ/m2 或低於20 mJ/m2 。關於待使用於該第一材料120和該第二材料140之聚合物的實例，該二聚合物會具有低的互容性(基於分子量和弗洛里交互作用參數χ)。因為二材料間之黏合係根據很多因素諸如潤濕角θ(在碳奈米纖維片上所測量的)、摩擦係數、表面粗糙度、不互容性和機械力)相關，當選擇第一材料120和第二材料140時可考慮多於一個因素。通常，隨著潤濕角度θ增大，黏合性降低。因此，對於在呈固態之第一材料120上之呈液態的第二材料140或對於在呈固態之中間層160上之呈液態的第二材料140，當潤濕角或接觸角θ大於90˚時，在一些具體例中獲得一般的黏合或差的黏合。在其他具體例中，該接觸角θ大於120˚、大於135˚或大於150˚。在一具體例中，該接觸角θ是大於137˚。對於接觸角θ，其他值是可接受的。
第一材料120和第二材料140也可以或替代地可以基於彼此之間的靜摩擦係數μ選擇。在一些具體例中，靜摩擦係數μ不大於0.5、不大於0.1或不大於0.05。對於靜摩擦係數μ，其他值是可接受的。在其他具體例中，第一材料120與第二材料140之間的黏合低於105 Pa。
現在引用圖6，格子顯示第一材料120和第二材料140之實例組合之間的黏合。當呈固態彼此接觸時，第一材料120和第二材料140之較佳組合展現一般或差的黏合。以“+”標示之格子位置展現一般黏合且代表較佳組合之實例；以“++”標示之格子位置展現差的黏合且代表還更佳組合之實例。在格子中空白位置展現良好或更好之黏合性且因此僅在該二材料之間需有良好黏合的具體例中是較佳的。以“0”標示之格子位置不能獲得黏合數據且保持第一材料與第二材料之潛在可接受的組合。以“X”標示之格子位置代表當第一材料120與第二材料140相同時之黏合性，此通常是不良的組合，因為相同材料之層之間的黏合典型地是優越的。
圖6包括下列關於在括號中之材料的俗名的簡稱：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、ASA(丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈)、CA(纖維素乙酸酯)、PA 6(聚醯胺6，又名耐綸6)、PA 6,6(聚醯胺6,6，又名耐綸66)、PA摻合物(聚醯胺摻合物)、PBT(聚對酞酸丁二酯)、PC(聚碳酸酯)、PC/ABS(聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物)、PC/PBT(聚碳酸酯/聚對酞酸丁二酯混合物)、PC/PET(聚碳酸酯/聚對酞酸乙二酯混合物)、PE(聚乙烯)、PET(聚對酞酸乙二酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、POM(聚甲醛)、PP(聚丙烯)、PPO(聚伸苯醚)、PS(聚苯乙烯)、SAN(苯乙烯丙烯腈共聚物)、TPE(熱塑性彈性體)、TPU(熱塑性聚胺甲酸酯)、及LSR(液態聚矽氧橡膠)。第一材料120和第二材料140不限於這些材料。
除了選擇具有一般或差的黏合之第一材料120和第二材料140之外或作為該選擇之代替，藉由提供具有特定粗糙度或摩擦係數或剝離強度之外側表面116或藉由選擇該第一材料120和該第二材料140使彼此不互容，能配置奈米纖維集合體110之一些具體例以促進第二材料140之剝除。
用於獲得與第二材料140之所需黏合或獲得被滲入之奈米纖維集合體100之所需表面特性之技術是要施加中間層160至該被滲入之奈米纖維集合體100，以使該中間層是在該第一材料120與該第二材料140之間。這在圖7中被顯示，該圖是另一經絕緣化之奈米纖維集合體102之橫截面視圖。
如顯示的，外側表面116包括奈米纖維114且也可包括第一材料120之外表面。中間層160可能是聚合物、金屬、或一些其他的傳導或非傳導材料或這些材料之組合。例如，中間層160可能是具有低表面粗糙度及/或對第二材料140之一般或差的黏合以促進第二材料140之移除的聚合物塗層。在一具體例中，中間層160是第三材料，其對第二材料140有差的或一般的黏合及對第一材料120有良好或優越的黏合。在一些具體例中，中間層160由於該材料性質、施加技術或二者展現自動勻平效果(self-leveling effect)。例如，中間層160可能在奈米纖維集合體110之外側表面116上滿是凹處和不均勻部位且可能提供比奈米纖維集合體110更均勻之中間層的外表面162(亦即小於10 μm之表面粗糙度)。因此，將第二材料140設置在中間層之外側表面162上。在一些具體例中，該中間層在組成上與該第二材料不同或與該第一材料和該第二材料皆不同。

實例系統和方法
現在引用圖8和9，圖8概略地說明用於製造如上述之經絕緣化之奈米纖維集合體的系統300。圖9是方法流程圖，其說明根據本揭示內容之經絕緣化之奈米纖維集合體(例如經絕緣化之導體)的製造方法400。
圖8說明用於絕緣化奈米纖維紗305或其他奈米纖維集合體110之該系統300。奈米纖維紗305沿著與該奈米纖維紗305共線且與圖8中指明之行進方向平行的縱軸延伸。在不同加工階段之該奈米纖維紗305係在圖8中顯示。用於將奈米纖維紡成奈米纖維紗305、隨意地緻密化奈米纖維紗，引導該奈米纖維紗穿過該系統300且纏繞該經加工之奈米纖維紗的其他元件，諸如在美國專利申請案15/ 844,756中描述的，為清楚說明之故被省略。
在一些具體例中，系統300之全部或部分係在連續或半連續基礎上操作。例如，使用系統300以製造具有包裝長度在傳統之經絕緣化銅導線之程度上(例如100公尺)的經絕緣化導體100。在一些具體例中，方法400係以連續或半連續操作方式、分批方式、或連續及分批之組合方式實施。
系統300包括第一材料施加器325、真空站340、熟化站350和第二材料施加器360。可以加上與本文描述之技術一致之額外的材料施加器、熟化站和其他設備(未顯示的)。例如，在熟化站350後加上額外之材料施加器以施加隨意之中間層160或其他表面處理物。
該方法400藉由對該系統300提供405奈米纖維集合體諸如奈米纖維紗305。在一實例中，可藉由從奈米纖維叢拉伸奈米纖維且將該奈米纖維紡絲成奈米纖維紗305提供405奈米纖維集合體。將理解可將其他類型之奈米纖維集合體供應至該系統300。奈米纖維紗305之第一段310是該奈米纖維紗305之未經處理或“原始”部分。第一段310包括經暴露於在該加工環境的大氣中的外側表面116。在一些具體例中，奈米纖維集合體110在室溫下具有不高於1x10-3 Ω-m或不高於1x10-6 Ω-m的電阻率ρ。
第一材料120被選擇407。該第一材料120之實例包括那些能滲入該奈米纖維集合體305之該未經處理的第一段310者。“滲入材料”之實例包括熔化之聚合物諸如熱塑塑膠(例如聚乙烯、聚丙烯)、呈預先熟化之黏彈狀態的環氧化物、聚合物/溶劑溶液(例如在甲苯中之聚乙烯)、包括聚合物、膠態粒子及/或奈米粒子之至少一者於懸浮液中的溶劑溶液(例如具有銀奈米粒子之在甲苯中的聚乙烯)。在一些實例中，第一材料120不僅滲入在設置於該奈米纖維紗305之內側部分112內的個別奈米纖維114之間(且受其界定)的間隙，也能使該個別奈米纖維114更緊密地拉在一起。此“緻密化”能改良該奈米纖維紗305之不同性質，尤其是包括提高抗張力及導電性。在一具體例中，第一材料120係基於在圖6之表中所顯示之較佳聚合物組合來選擇，其中“+”或“++”指明一般或差的黏合。
該奈米纖維紗305及更特別是該奈米纖維紗305之部分310通過第一材料施加器325附近，其中第一材料120被施加410至奈米纖維紗305。在系統300之一具體例中，該第一材料施加器325包括儲存槽327和通道329。隨著該奈米纖維紗305被拉伸過一個被界定在該通道329之一端中的分配開口331，第一材料120流經通道329至該奈米纖維紗305上。在一具體例中，隨著從第一材料施加器325分配第一材料120，奈米纖維紗305被拉動經過呈液態之第一材料120。用於第一材料120之其他施加方法是可接受的，包括蒸氣沉積、噴霧塗覆及浸漬塗覆。
在一些實例中，第一材料施加器325包括控制器(未顯示的)，其控制第一材料120被施加至該奈米纖維紗305的速率及/或第一材料120之施加量。控制器之特定實例尤其包括質量流動控制器、蠕動泵、定時閥。配合該奈米纖維紗305通過該通道329之該分配開口331旁的速度和待形成在該奈米纖維紗305之該經暴露表面上的該第一材料120的所需厚度，可選擇施加速率及/或施加量。在其他實例中，該通道329包括打開及關閉以控制第一材料120之量、週期性及/或分配速率的閥。
一旦被分配，第一材料120滲入415奈米纖維紗305之內側部分112中。在沉積第一材料120之後，該奈米纖維紗305之第二段315具有被滲入該奈米纖維紗305之內側部分112中及在形成奈米纖維紗305之奈米纖維114之間(在圖5及7中顯示)的第一材料120。
多餘的第一材料120由奈米纖維紗305之外側表面116移除420。在一具體例中，移除420係藉由透過真空站340在奈米纖維紗305附近施加真空抽吸而實施，同時第一材料120是呈液體狀態或可流動狀態。例如，真空站340包括真空來源342和導管344，其係在熟化或固化該第一材料120之前，被使用以施加該真空至第一材料120之液體表面塗層附近的位置。移除多餘第一材料120之結果是：外側表面116實質上不含該第一材料120，從而與經絕緣化之導體100能有直接電接點，該導體100具有與如上述之焊料連接物之電阻相當或更小的電阻。
其他機轉將理解是可被使用以移除具有過多之第一材料120之該表面塗層。例如，可以使用衝擊(impingement)機轉以刮除該表面塗層(例如刮板)。在另一實例中，可以使用流體之流或流體之經集中脈衝(例如經壓縮空氣、溶劑)以移除第一材料120之該液態表面塗層。在另一實例中，在外側表面116上之第一材料120藉由加熱被蒸發或移除。在另一不同實例中，第一材料120藉由雷射摘除作用，從外側表面116移除。其他類型之移除方法鑑於本揭示內容會被理解。
該經施加之真空移除420在該奈米纖維紗305之該外側表面116上的該第一材料120的一部分，同時也留下經設置在該奈米纖維紗305之內側部分112中的奈米纖維114之間的間隙內的第一材料120的至少一部分。為完成移除所施加之真空壓力部分取決於負壓之規模及/或藉由該真空來源342所產生之每單位時間的真空體積、藉由鄰近該奈米纖維紗305之該導管344所界定之真空開口346的尺寸以及該奈米纖維紗305與真空開口356的距離348。此外，該真空壓力可根據第一材料120之黏度來變化。若第一材料120具有高黏度，則可施加更為真空之壓力。較高真空之壓力的施加狀況的實例包括接近其玻璃轉換溫度之熔化的聚合物，其中該溶劑含量足以將該聚合物膨脹但不將該聚合物溶合之聚合物/溶劑溶液以及其中該環氧化物之反應相對該表面塗層之形成已早進行的環氧樹脂。
隨意地，熱可藉由熟化站350施加425以在沉積該第二材料140之前熟化第一材料120(或加速溶劑之蒸發)。藉由該熟化站350所施加425之溫度和該經施加425之熱的持續時間至少部分取決於針對第一材料120所選擇之材料。在一些具體例中，該經施加425之熱使第一材料120流入內側部分112(在圖5和7中顯示的)，從而暴露該外側表面116之至少一部分，以致可以製造電接點。在一些具體例中，熱可藉由輻射熱(例如在該熟化站350中之加熱元件)，透過經施加之電磁場(藉由該熟化站350所發射)的感應加熱或藉由直接施加電流至該奈米纖維紗所致之焦耳加熱被施加。
可以選擇427第二材料140。在一些具體例中，第二材料140在組成上異於第一材料120(例如由與該第一材料中使用者不同的化學組群、不同的元件或化學組群和元素之不同的結構布置來調配)。第二材料140之實例包括熔化的聚合物諸如熱塑塑膠(例如聚乙烯、聚丙烯)、呈預先熟化之黏彈狀態的環氧化物、聚合物/溶劑溶液(例如在甲苯中之聚乙烯)、包括膠態粒子及/或奈米粒子於懸浮液中的聚合物/溶劑溶液(例如具有銀奈米粒子之在甲苯中的聚乙烯)。在一些實例中，選擇第二材料以在整個奈米纖維紗305上提供電絕緣用外塗層。例如，選擇第二材料140以具有至少1x1016 Ω-m的電阻率。在一具體例中，第二材料係基於在圖6中顯示之較佳聚合物組合來選擇，在該圖6中“+”或“++”分別指明一般或差的黏合。
第二材料140之外塗層被施加430至或沉積在已被第一材料120滲入415之奈米纖維紗305上。該第二材料140之施加430係藉由使被第一材料120滲入之該奈米纖維紗305通過第二材料施加器360 (其中第二材料140被施加)附近而發生。在系統300之一具體例中，第二材料施加器360包括儲存槽362和通道364。隨著該奈米纖維紗305被拉伸過被該通道364之一端所界定之第二分配開口366，第二材料140流經通道364至該被滲入之奈米纖維紗305上。在一具體例中，隨著第二材料由第二材料施加器360被分配，奈米纖維紗305被拉動經過呈液體狀態之第二材料140。對第二材料140之其他施加方法是可接受的，包括蒸氣沉積、噴霧塗覆和浸漬塗覆。
在施加430該第二材料140之後，圖8描繪被該第一材料120滲入且用該第二材料140塗覆之奈米纖維紗305之第三段320。第二材料140被施加至奈米纖維紗305以在整個外側表面116上提供絕緣用塗層。與第一材料120之施加同樣地，第二材料140可藉由拉動奈米纖維紗305經過呈液體狀態之第二材料140而施加。奈米纖維紗305之塗覆也能藉由噴霧塗覆、靜電噴霧塗覆、蒸氣沉積、浸漬塗覆、施加經收縮之配管或在此技藝中已知之施加方法完成。
該第二材料140能被熟化435或固化(例如藉由移除溶劑、冷卻至玻璃轉換溫度)。
隨意地，中間層160能被選擇440且施加445(藉由與325和360類似但未顯示之分配器)至該奈米纖維紗305。在第一材料120被熟化後，選擇440該中間層材料160，其中在一些情況下，該中間材料異於第二材料140。在一些具體例中，該中間層材料160與第一材料120相同。無論如何，中間層材料不可強烈地黏附或化學鍵結至第二材料140。在一些具體例中，中間層160是促使第二材料140與第一材料120分開的固體、凝膠、液體或粉末。例如，中間層160是揮發性潤滑劑，其促使第二材料140移除且在移除第二材料140之後蒸發以留下經暴露之奈米纖維紗305。該中間層160然後可隨意地被熟化450或者固化。
根據本揭示內容之具體例將奈米纖維紗或其他奈米纖維集合體之益處以及使用傳統方法剝除該絕緣用外層(第二材料140)之能力提供給經絕緣化之導電體。
該揭示內容之該具體例的先前描述已經呈現以供說明之用；其無意鉅細靡遺或無意限制該申請專利範圍於所揭示之精確型。在相關技藝中之技術人員能理解：很多改良型和變化型鑑於以上揭示內容是可能的。
在本申請案中使用之用語原則上已被選擇以供閱讀和指導目的，且彼未曾被選擇以描寫或定義本發明之主題。因此本揭示內容之範圍無意受此詳細描述所限制，而是受任何對基於該揭示內容之申請案所發布之申請專利範圍所限制。因此，該具體例之揭示內容意圖說明而非限制在下列申請專利範圍中所陳述之本發明的範圍。
100‧‧‧絕緣化之導體
102‧‧‧絕緣化之奈米纖維集合體
110‧‧‧奈米纖維集合體
112‧‧‧內部部分
114‧‧‧奈米纖維
116‧‧‧外側表面
120‧‧‧第一材料
140‧‧‧第二材料
160‧‧‧中間層
162‧‧‧中間層之外表面
300‧‧‧用於製造絕緣化之奈米纖維集合體的系統
305‧‧‧奈米纖維紗
310‧‧‧第一段
315‧‧‧第二段
325‧‧‧第一材料施加器
327‧‧‧儲存槽
329‧‧‧通道
331‧‧‧分配開口
340‧‧‧真空站
342‧‧‧真空來源
344‧‧‧導管
346‧‧‧真空開口
348‧‧‧該奈米纖維紗與真空開口的距離
350‧‧‧熟化站
360‧‧‧第二材料施加器
362‧‧‧儲存槽
364‧‧‧通道
366‧‧‧第二分配開口
400‧‧‧製造絕緣化之奈米纖維集合體之方法
405‧‧‧提供奈米纖維集合體
407‧‧‧選擇第一材料
410‧‧‧施加第一材料至該奈米纖維集合體
415‧‧‧令第一材料滲入奈米纖維集合體之內側部分
425‧‧‧施加熱
427‧‧‧選擇與該第一材料不同之第二材料
430‧‧‧施加該第二材料至該被滲入之奈米纖維集合體
435‧‧‧熟化該第二材料
440‧‧‧選擇與該第二材料不同之中間層材料
445‧‧‧施加該中間層材料至該被滲入之奈米纖維集合體
450‧‧‧熟化該中間層材料
圖1說明在一具體例中之在基材上的奈米纖維的實例叢。
圖2是在一具體例中用於成長奈米纖維之反應器的概略圖。
圖3是在一具體例中之奈米纖維片的圖示，其確認該片之相對維度且概略說明在該片內的奈米纖維，其在平行於該片表面之平面中被端對端地對齊。
圖4是由奈米纖維叢被側向拉伸之奈米纖維片的圖片，該奈米纖維如圖3中概略顯示地係端對端地對齊。
圖5說明經絕緣化之奈米纖維集合體之橫截面視圖，其顯示經設置在該奈米纖維集合體之一部分內的第一材料和塗覆根據本揭示內容之具體例之奈米纖維集合體的第二材料。
圖6是顯示在根據本揭示內容之經絕緣化之奈米纖維集合體之具體例中使用之實例聚合物材料之間的黏合的圖表。
圖7說明經絕緣化之集合體之另一具體例的橫截面視圖，其顯示滲入奈米纖維集合體之一部分的第一材料、設置在該經滲入之奈米纖維集合體之外側表面上的中間層及設置在該中間層上之第二材料。
圖8是顯示用於製造根據本揭示內容之具體例的經絕緣化之奈米纖維集合體的系統的概略圖。
圖9是說明在製造根據本揭示內容之具體例的經絕緣化之奈米纖維集合體的方法中的例示步驟的流程圖。
該圖僅供說明目的地描繪本揭示內容之多種具體例。由下列詳細討論來顯明很多變化型、配置和其他具體例。

Claims (24)

  1. 一種經絕緣化之奈米纖維導體，其包含： 沿著縱軸延伸且具有外側表面和內側部分的連續奈米纖維集合體； 滲入該內側部分之第一材料，其中該奈米纖維集合體之該外側表面實質上不含該第一材料；及 塗覆該奈米纖維集合體之該外側表面的第二材料，其中該第二材料是電絕緣用。
  2. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該奈米纖維集合體是導電的且具有低於1x10-3 Ω-m之電阻率。
  3. 如申請專利範圍第2項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該奈米纖維集合體是碳奈米纖維紗。
  4. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該奈米纖維集合體具有小於50 μm之直徑。
  5. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該第二材料在組成上異於該第一材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該第一材料和該第二材料之一或二者包含選自由下列組成之群組中的聚合物：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈、纖維素乙酸酯、PA 6聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺摻合物、聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯/聚對酞酸乙二酯、聚乙烯、聚對酞酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚丙烯、聚伸苯醚、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、熱塑性彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯、及液態聚矽氧橡膠。
  7. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該第一材料和該第二材料具有低於105 Pa之相對於彼此的黏合值。
  8. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該第二材料在設置於該第一材料上時，具有至少90˚之接觸角。
  9. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中該第一材料是導電的。
  10. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其進一步包含： 設置在介於該第一材料與該第二材料之間的外側表面上的中間層，其中該中間層包含在組成上異於該第二材料之材料。
  11. 如申請專利範圍第1項之經絕緣化之奈米纖維導體，其中在第一端部分和第二端部分之至少一者省略該第二材料。
  12. 一種製造經絕緣化之奈米纖維導體之方法，其包含： 提供沿著集合體之軸延伸且具有外側表面和內側部分之奈米纖維集合體； 施加第一材料至該奈米纖維集合體； 令該第一材料滲入該奈米纖維集合體之內側部分；及 由該奈米纖維集合體之該外側表面移除該第一材料，從而製得具有滲入該內側部分之該第一材料且在該奈米纖維集合體之該外側表面上沒有該第一材料的經滲入之奈米纖維集合體。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含以在組成上異於該第一材料之第二材料塗覆該經滲入之奈米纖維集合體。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其進一步包含選擇該第一材料和該第二材料，其中在該第一材料上該第二材料之接觸角是至少90˚。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該第二材料具有至少1x1012 Ω-m之電阻率。
  16. 如申請專利範圍第13項之方法，其進一步包含： 由下列組成之群組選擇該第一材料和該第二材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈、纖維素乙酸酯、PA 6聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺摻合物、聚對酞酸丁二酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯之混合物、聚碳酸酯和聚對酞酸丁二酯之混合物、聚碳酸酯和聚對酞酸乙二酯之混合物、聚乙烯、聚對酞酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚丙烯、聚伸苯醚、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、熱塑性彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯、及液態聚矽氧橡膠， 其中該第一材料和該第二材料具有低於105 Pa之相對於彼此的黏合值。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中施加該第一材料包含施加熔化的聚合物或聚合物-溶劑溶液。
  18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中移除該第一材料包含施加真空。
  19. 如申請專利範圍第12項之方法，其中由該外側表面移除該第一材料包含使該外側表面曝於移動的流體。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該移動的流體是經加壓之氣體或溶劑流之一。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，其中提供該奈米纖維集合體包括選擇呈具有小於50 μm之直徑的奈米纖維紗之奈米纖維集合體。
  22. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該奈米纖維集合體是導電的且具有低於1x10-3 Ω-m之電阻率。
  23. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第一材料是導電的。
  24. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該第一材料含有導電粒子。
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