TWI640470B - 奈米纖維片 - Google Patents

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TWI640470B TW106119334A TW106119334A TWI640470B TW I640470 B TWI640470 B TW I640470B TW 106119334 A TW106119334 A TW 106119334A TW 106119334 A TW106119334 A TW 106119334A TW I640470 B TWI640470 B TW I640470B
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Abstract

本發明描述一種奈米纖維片，其係由一基材和一定向奈米纖維層構成。該片之奈米纖維可被定向於一共同方向。一些定向中，吸光片可吸收入射於該片上之光的強度的超過99.9%，且在一些情況中超過99.95%。本發明也描述一種吸光片之製造方法。

Description

奈米纖維片
本揭示內容大致關於奈米纖維片。尤其，本揭示內容係關於與多種輻射波長交互作用之奈米纖維片。
表面以二機理之一或二者反射入射光。該第一機理“鏡面反射(specular reflection)”描述入射光線從單一種進入(incoming)方向至單一種出去(outgoing)方向的反射。亦即，該入射光線和該反射光線與表面呈相同角度，其中該表面藉由與該反射表面“垂直”的基準或該反射表面之平面所定義。鏡面反射表面之一實例是鏡子。第二機理“漫射反射(diffusive reflection)”描述入射光線從單一種進入方向至多個出去方向的反射。亦即，照射在漫射反射表面上之入射光線被散射成多個出去光線，其相對該表面之法線(或相對該反射表面之表面平面)跨越某一範圍之出去角度。
在一些事例中，設備或裝置由抑制反射或降 低反射光的量而獲益。
本揭示內容之一實例包括一種奈米纖維片，其包含基材；在該基材上之至少一層的奈米纖維，至少一些該奈米纖維具有終結於開放端及與該開放端相對之弧狀端之直的部分，其中：至少一些該奈米纖維之該直的部分被對齊在共同方向上；及至少一些該奈米纖維的該開放端被配置在與該基材相對之層的暴露表面上。
在一具體例中，該弧狀端係配置成緊鄰該基材。在一具體例中，該基材是黏合基材。在一具體例中，該基材之黏合強度是2N/25mm至4N/25mm。在一具體例中，該黏合基材包括具有第一黏合強度之第一部分；具有第二黏合強度之第二部分；其中該共同方向包含：對應於該黏合基材之該第一部分的第一角度；及對應於該黏合基材之該第二部分的第二角度。在一具體例中，該基材是成長基材。在一具體例中，該成長基材包括該成長基材之至少一個表面的圖案及在該成長基材之該表面上的觸媒，其中該圖案化影響奈米纖維之密度和定向之至少一者。在一具體例中，其中在該基材上之該至少一層奈米纖維在該基材上被配置成圖案。在一具體例中，該共同方向與該基材表面呈20°至80°。在一具體例中，該共同方向與該基材表面呈30°至60°。在一具體例中，該共同方向與該基材表面垂直。一具體例另外包括至少96%之輻射發射率，該輻射 在60℃下具有8μm至12μm之波長。在一具體例中，入射在該片上該可見輻射的吸光度是至少99.96%。在先前具體例之一具體例中，其中該入射之可見輻射的波長是650nm。在一具體例中，該實例另外包含光學裝置，該光學裝置包含：光學管；配置在該光學管內之結構元件；及該先前實例之奈米纖維片，其係配置在該光學管之至少一個內部上和該結構元件表面上。
本揭示內容之一實例包含光學管；在該光學管內之結構元件；及配置在該光學管內部和該結構元件之至少一者上的吸光片，該吸光片包含：基材；及配置在該基材上之奈米纖維的吸光層，該奈米纖維具有配置在該吸光層之面對該光學管內部的表面的開放端。在一具體例中，至少一些該奈米纖維具有弧狀端，該弧狀端配置在緊鄰該基材且與曝於該光學管內部之表面相對之該吸光層的另一表面上。在一具體例中，該光學裝置是望遠鏡。在一具體例中，其中該奈米纖維之吸光層吸收至少97%之入射可見光。在一具體例中，其中該奈米纖維之吸光層吸收至少99.96%之入射可見光。在一具體例中，其中該吸光層之奈米纖維被定向於共同方向上。在一具體例中，其中該奈米纖維之共同方向與該結構元件之表面垂直。在一具體例中，其中該奈米纖維之共同方向與該結構元件之表面呈30°至60°。
本揭示內容之實例包括提供至少一層的奈米纖維在基材上，大部分之該奈米纖維被定向於一實質上與 該基材平面垂直的角度上；施加黏合基材至在該基材上之該至少一層的奈米纖維的暴露表面；及將該基材與該黏合基材分離以致該層之奈米纖維的開放端被暴露。在一具體例中，該實例另外包括藉由施加壓縮力至該基材和該黏合基材以壓縮該至少一層的奈米纖維。在一具體例中，該實例另外包括改變該奈米纖維之至少一部分與該基材平面所夾的角度。在一具體例中，其中施加該黏合基材包含：施加黏合劑至該至少一層的奈米纖維之暴露表面；及施加第二基材至該黏合劑。在一具體例中，其中該黏合基材對該基材之黏合強度比率是在4：1至400：1之範圍中。在一具體例中，其中該黏合基材之黏合強度大於該基材之黏合強度。在一具體例中，其中該基材之黏合強度大於該黏合基材之黏合強度。在一具體例中，其中該黏合基材之黏合強度與該基材之黏合強度的差是2N/25mm。
本揭示內容之一實例包括提供一層奈米纖維在基材上；施加第二黏合基材至該奈米纖維層的暴露表面；藉由施加壓縮力至該奈米纖維層以將該層之奈米纖維定向；及將該基材與該第二黏合基材分離，該分離使該層之奈米纖維再定向於共同方向上。
在一具體例中，該基材是成長基材。在一具體例中，其中該基材包括圖案化的表面。在一具體例中，其中該成長基材包括設置在該成長基材之表面上的圖案。在一具體例中，其中該基材是第一黏合基材。在一具體例中，其中該第一黏合基材包括具有第一黏合強度和與該第 一黏合強度不同之第二黏合強度的圖案。在一具體例中，其中該第二黏合強度包括具有第三黏合強度和與該第三黏合強度不同之第四黏合強度的圖案。在一具體例中，另外包含：選擇該第一黏合基材的黏合強度在2N/25mm至4N/25mm範圍中；及選擇該第二黏合基材的黏合強度在0.1N/25mm至0.5N/25mm範圍中。在一具體例中，其中該共同方向垂直於該第二黏合基材之表面。在一具體例中，其中該共同方向與該第二黏合基材之表面呈20°至80°。在一具體例中，另外包含提供第一層的奈米纖維在該基材上，且提供第二層的奈米纖維在該第一層的奈米纖維上；及在該分離後，該第一層係配置在該基材上且該第二層係配置在該第二黏合基材上。在一具體例中，其中在該分離後，再定向於共同方向上之該奈米纖維層具有至少97%之可見光吸光率。在一具體例中，其中在該分離後，再定向於共同方向上之該奈米纖維層具有至少99.96%之可見光吸光率。在一具體例中，其中所吸收之可見光具有650nm之波長。在一具體例中，另外包含：選擇該第一黏合基材的黏合強度在2N/25mm至4N/25mm範圍中；及選擇該第二黏合基材的黏合強度在0.1N/25mm至0.5N/25mm範圍中。在一具體例中，選擇該第一黏合基材之黏合強度對該第二黏合基材之黏合強度的比率在4：1至400：1之範圍中。在一具體例中，其中該第二黏合基材與該基材之黏合強度的差是2N/25mm。
100‧‧‧奈米纖維片
104‧‧‧基材
108‧‧‧奈米纖維
110‧‧‧奈米纖維層
112‧‧‧直的部分
116‧‧‧弧狀部分
400‧‧‧二層型奈米纖維森林
402‧‧‧成長基材
404A,404B‧‧‧奈米纖維層
408‧‧‧第一黏合基材
420,424‧‧‧第二黏合基材
424A‧‧‧第二黏合基材之強黏合部分
424B‧‧‧第二黏合基材之弱黏合部分
432‧‧‧奈米纖維層
436‧‧‧沒有奈米纖維之區域
440‧‧‧圖案化之層
444‧‧‧頂層
700‧‧‧光學裝置
704‧‧‧光學管
708‧‧‧鏡片
712‧‧‧吸光內層
圖1A是在一具體例中具有多個個別奈米管之碳奈米管森林(在本文中也稱為“層”)之掃描電子顯微鏡(SEM)影像的透視圖，該奈米管各包括直的部分和弧狀部分。
圖1A’是在一具體例中碳奈米管森林之纏結部分的平視SEM影像。
圖1B是在一具體例中包括一基材和配置在該基材上的多個奈米纖維的奈米纖維片的概略說明。
圖1C是在一具體例中於圖1B中顯示之一部分的該奈米纖維片的概略放大圖，其中該個別奈米纖維具有直的部分和弧狀部分，且被定向以吸收在該等纖維之間的光。
圖1C’是在一具體例中在圖1B和1C中顯示之奈米纖維片的個別奈米纖維的直的部分的概略說明，其中光被吸收在中空奈米纖維內。
圖1D是在一具體例中包括基材和被設置在該基材上與該基材之表面呈30°與60°之間的角度的多個奈米纖維的奈米纖維片的概略說明。
圖1E是在一具體例中在圖1D中顯示之一部分之該奈米纖維片的概略放大圖，其中該等個別奈米纖維具有直的部分和弧狀部分，且被定向以吸收在該等纖維之間的空間中的光。
圖2A-2G是在一具體例中碳奈米管森林的截面 視圖，其中包含該多種森林之個別奈米管已使用本文中描述之技術與該基材之表面呈傾斜。
圖2H是在一具體例中例示多層的碳奈米管的SEM影像。
圖3是在一具體例中製造本揭示內容之奈米纖維片的方法的方法流程圖。
圖4A至4H概略說明在具體例中不同製造階段的奈米纖維片。
圖4I概略說明在具體例中之奈米纖維片，其中在該片上之奈米纖維層是圖案化的。
圖4J概略說明在一具體例中之奈米纖維片，其上配置印刷的圖案。
圖4K說明在一具體例中印刷在奈米纖維之圖案化之層上的頂層。
圖5A是在一具體例中參考的碳奈米管森林的反射率數據，在該碳奈米管森林中之該個別奈米管是呈其沉積時的形式。
圖5B是在一具體例中根據本揭示內容之具體例所製備的碳奈米管森林的反射率數據，其中該奈米纖維之開放端被放置在該奈米纖維層之暴露表面，如圖1B概略說明的。
圖5C是在一具體例中參考的碳奈米管森林的反射率數據，其中該等奈米管被配置在其成長基材上且被定向成與該基材之表面呈30°。
圖5D是在一具體例中根據本揭示內容之具體例所製備的碳奈米管森林的反射率數據，為此，該奈米纖維之開放端被放置在該森林之暴露表面且被定向成與下方之基材呈約30°。
圖6A是參考碳奈米管森林的發射率數據，且為此，該個別奈米纖維約垂直於下方的成長基材，而開放端藉由人工再定向該森林而置於暴露表面。
圖6B是在一具體例中根據本揭示內容之具體例所製備之碳奈米管森林的發射率數據，為此，奈米纖維之該等開放端被放置在該森林之暴露表面且也約垂直於下方之基材。
圖7概略說明一具體例中之光學儀器，其內部以本揭示內容之具體例襯墊。
圖8是在一具體例中用於製造本揭示內容之奈米纖維片的方法的方法流程圖。
該等圖僅供說明之目的，描繪本揭示內容之多種具體例。很多變化型、組態、和其他具體例將由以下詳細討論來顯明。
概述
如本文中使用的，“奈米纖維”一詞意思是直徑小於1μm之纖維。以碳為底之材料(例如碳纖維)和非以碳為底之材料對本揭示內容之目的而言皆可視為“奈米 纖維”。如本文中使用的，“碳奈米管”涵蓋單壁型(single walled)碳奈米管及/或多壁型(multi-walled)碳奈米管二者，其中碳原子連接在一起以形成圓柱形結構。在一些具體例中，如本文中引用之碳奈米管具有在4與10個之間的壁。碳奈米管之尺寸可視使用之製造方法大幅地變化。例如，碳奈米管之直徑可以是0.4nm至100nm且其長度範圍可以是10μm至比55.5cm更長。碳奈米管也能具有極高的縱橫比(長度對直徑之比)，且有些高達132,000,000：1或更高。假設廣的尺寸可能範圍，則碳奈米管之性質是高度可調節或調控的。雖然碳奈米管之很多令人感興趣的性質已被確認，在實際應用中控制碳奈米管之性質需要使該碳奈米管之特徵得以維持或加強之可縮放且可控制之製造方法。
本文中描述之具體例包括與多種輻射波長交互作用之奈米纖維片。例如，本文中描述之具體例在光譜帶(由約400nm至約800nm)具有意外高之輻射波長的吸光度(及因此意外低之反射性)。在其他實例中，本文中描述之具體例在紅外光譜帶(由約700nm至約1mm)具有意外高之輻射波長的發射率。
本文中描述之一些具體例係由基材和一定向的奈米纖維層構成。在一些具體例中，該奈米纖維實質上互相對齊，但不與該片之平面對齊。例如，該奈米纖維可被定向成與該片之平面呈20與90度之間。雖然本文中之具體例初步被描述為由碳奈米管所製造，將會理解：可以使 用其他碳的同素異形體(不管是石墨烯、微米或奈米級石墨纖維及/或板)、及甚至是奈米級纖維的其他組成物，以使用以下描述之技術製造奈米纖維片。本揭示內容之奈米纖維片可吸收入射光強度之超過99.9%，且在一些事例中超過99.95%。換言之，該奈米纖維片反射入射光之約0.1%或更少(在一些具體例中如0.04%一般低)。製造奈米纖維片之方法也在本文中被揭示。
用以製造奈米纖維片之具體例的奈米纖維(或其他奈米級材料)，如本文中描述的，被配置在基材上且對齊在共同方向上。在一具體例中，該共同方向與下方的基材呈90°。在另一具體例中，該共同方向相對於(或相等地與)下方的基材呈30與60°之間。
在一具體例中，將該奈米纖維對齊在第一共同方向上係藉由壓縮該纖維在基材之間予以進行，以致纖維之長軸與該基材的表面更為對齊(亦即具有定向平行之分量)。這不同於奈米纖維，例如，該等奈米纖維在沉積時或成長時的狀態係通常定向垂直於基材的表面。該等纖維藉由施加張力至該經壓縮的纖維而定向於第二共同方向。此張力係透過配置在該基材上之黏合劑或藉由固有貼著於該奈米纖維之基材(而不是透過不同的黏合劑層所致的黏合性)傳遞至該纖維。該張力與該基材之黏合性合作將該奈米纖維在壓縮時之定向拉至該第二共同方向。在實例中，該第二共同方向，與藉由該奈米纖維之壓縮所獲得之該第一共同方向相比，係較不對齊於(即更垂直於)下 方基材之平面。在一些實例中，該第二共同方向約垂直於基材。在其他實例中，奈米纖維之該對齊的直端的該第二共同方向與其上沉積該奈米纖維的基材呈約20°與約80°之間或約30°與約60°之間(其中“約”是指測量儀器和技術和在個別角度上自然變化的不精確度，總共是測量值的+/- 10%)。
如本文中使用的，奈米纖維與基材所呈之角度是指該基材之主要表面的平面在與奈米纖維接觸之點上與將該奈米纖維之底部(最接近之端)與該纖維之末端連接的直線之間所形成的角度。
所揭示之具體例也包括控制奈米纖維與下方之基材表面所呈之定向角度的方法。這方法因至少下述理由是有益的：奈米纖維定向之角度可被選擇且在一些實例中被圖案化，以最大化黏著該奈米纖維片之各個表面的任一者之輻射(在本文中通稱為“光”)的吸收(及在一些應用中為紅外(IR)發射率)。亦即，不管該下方的基材對該入射輻射的定向為何，該奈米纖維與入射輻射之方向所呈之角度可被配置。這對彎曲或組織化表面特別有幫助。此種分別選擇及/或圖案化一層奈米纖維的定向與下方表面之定向的能力是不平常的，假設一般製造之奈米纖維片包括垂直於成長基材垂直或平行於成長基材的奈米纖維。
本文中揭示之具體例也包括製造該奈米纖片的方法。在一實例中，在奈米纖維之多層(例如至少二層)的堆疊物內的奈米纖維的各層是彼此分離的。此種分 離暴露在該等層之一或二者中被定向於共同方向的奈米管的“開放”端。這些開放端可接收入射輻射。藉由暴露配置有對齊之奈米纖維的該“開放”端的表面，本揭示內容之奈米纖維片擁有不尋常且意外高的吸光度，且對應地具有意外低的反射性。在一些實例中，在一層的奈米纖維內之個別的奈米纖維的定向可部分地取決於用以分開接鄰之奈米纖維層的黏合劑的黏合強度。該黏合劑愈強，則由該基材往上拉扯該奈米纖維的力愈大且該奈米纖維與藉由該基材之表面所定義之平面愈接近垂直。該黏合劑愈弱，則與藉由該基材之該表面所定義之平面所呈之角度愈接近30°。在一些實例中，選擇該第一基材與第二基材之相對黏合強度以決定該奈米纖維在該基材上之定向。
如以上提及的，使用本揭示內容之技術令奈米纖維之角度得以受控制(且被選擇)以與該入射輻射對齊，以致不管該定向對黏著該奈米纖維之下方表面的入射光為何，有最大量之輻射被吸收。相同森林之不同部分可藉由例如使用沿著該基材之長度及/或寬度具有變化的黏合強度的圖案之基材，被定向成不同角度。奈米纖維之圖案(不管是具有不同定向及/或角度之奈米纖維的圖案或具有奈米纖維之區和無奈米纖維之區的圖案)也可藉由將成長基材本身、在成長基材上之觸媒、黏合劑層、及其組合圖案化而產生。
本文所述之具體例的應用是多變的。實例應用包括用於光敏應用之吸光片，諸如用於望遠鏡(不管是 基於地球或基於衛星的)、光學顯微鏡、照相機或其他光學儀器，對於該其他光學儀器而言在該儀器內反射光之消除改良解析度、清晰度和其他操作特徵。類似地，其他實例應用包括干擾計和其他科學設備(其測量光且能從降低該設備內部之反射及/或使用意外高之發射性及/或輻射吸收性的表面而獲益(例如經改良之精確度))。同樣地，由於該高度的吸光度，在一些實例中可以使用具有該材料的部件作為光學設備的校準工具。在其他實例中，由於極高比例的入射光被吸收且由至少97%(及在一些實例中至少99.95%)之入射可見光的吸光度所造成的深黑色，可以使用吸光材料以製造由深黑色外觀得益之產品的視覺引人的元件諸如桌台(desk stands)或藝術品。在其他應用中，奈米纖維片被製造且由於其高的IR發射率被應用。
在片之一層內的奈米纖維的組態
包含本揭示內容之輻射交互作用片(簡稱“奈米纖維片”)之奈米纖維一般在其初始沉積的(as-deposited)形式中具有二部分(在實施下述製造方法以增加被該片所吸收之入射光的分率之前)。引用圖1A和1A’，一部分是“直的部分”(其結束於“開放端”)。該直的部分一般連接至或設置於接近奈米纖維森林之初始成長的(as-growth)狀態的成長基材。奈米纖維的第二部分是“弧狀部分”(有時也稱為“纏結端”)且是在與該開放端相離之奈米纖維層的相反端上。通常，該纏結端被配置在相 對該成長基材之奈米纖維層之暴露表面。該纏結端彎曲離開該直部分的長軸。這些端可由在約300倍之放大率及10kV之加速電壓下所攝得之圖1A的掃描電子顯微鏡(SEM)影像指明。圖1A’是奈米纖維層之頂視圖且顯示該等弧狀部分之纏結本質。
在圖1A和1A’中顯示之初始沉積的形式中，該奈米纖維之弧狀部分部份地阻斷接近在該奈米纖維之間的開放空間且配置該奈米纖維之外壁在該片之暴露表面。結果，奈米纖維之初始沉積的組態對入射光具有相對高的(例如大於1%)的反射率和相對低之吸光率(小於99%)。據信：該初始沉積的組態由於以下至少二理由而具有高的反射率：(1)纖維間的空間，及在一些事例中纖維內之空腔，被該弧狀部分阻塞；(2)在該奈米纖維層之暴露表面的反射性表面(即奈米纖維之外表面)的量被增加。
本揭示內容之一些具體例的特徵是：與初始沉積的奈米纖維層不同地，該奈米纖維層之暴露表面並非纏結而是“開放的”。亦即，奈米纖維層之暴露表面是由以下至少一者構成：(1)該奈米纖維之直的(且在一些事例中是對齊的)部分；和(2)至少部分未封閉(例如藉由奈米纖維之弧狀端、壁或片段、觸媒粒子)的奈米管之端。在一具體例中，配置奈米纖維之開放端在暴露表面係藉由使用黏合基材將在初始沉積的狀態中所發現之奈米纖維的定向“反轉(flipping)”而完成。在其他具體例中， 該組態係藉由除去該弧狀部分(例如藉由雷射、切割、或使用黏合基材拉開弧狀部分)予以完成。無論如何，此組態(及用以達成此組態之製造方法)藉由增加奈米纖維之間的空間暴露於入射光及，對於奈米纖維管之纖維內的空腔的情況，藉由使該纖維內的空腔對入射輻射開放且因此增加所吸收之光的比例，以改良該奈米纖維片之輻射吸光度。也已發現：對於具有在此組態中之奈米纖維之具體例，該IR發射率也意外地高。
圖1B概略說明本揭示內容之奈米纖維片的實例，其中奈米纖維與具有暴露之開放端的下方基材之表面垂直定向(亦即約90°)。這並非是初始成長的組態，而是說明其中該奈米纖維片已轉移至二次(secondary)基材(其並非該成長基材)的具體例。如顯示的，奈米纖維片100包括基材104和配置在該基材104上之奈米纖維層110中的多個個別奈米纖維108。在圖1B和圖1C二者顯示之具體例中，每一個別奈米纖維108包括直的部分112(對應於每一纖維之“長軸”)，其開放端被配置在奈米纖維之開放端(換言之，該直的部分112終結於該奈米纖維的開放端)。一些或全部的該奈米纖維被定位成與該下方的基材104呈α角度(其是約90°)。
該奈米纖維之開放端被配置成緊鄰該層110之暴露表面(亦即在該基材104的對面)。如以上指明的，此定向通常是與初始成長的狀態下之奈米纖維的定向相反，因為該開放端經常緊鄰該基材104，而非在該層110之 該暴露表面。個別奈米纖維108也包括與該直的部分112整合且配置在該奈米纖維108之第二端的弧狀部分116。該弧狀部分116係緊鄰該基材104且與該奈米纖維108之開放端相對立。該弧狀部分116僅供說明具體例，且應會理解的是：根據製造該層100的方法，弧狀部分116可被移除或不存在。在一具體例中，多於50%之該開放端和直的部分在暴露表面互呈30°以內且該共同方向與垂直於該基材表面的向量呈不多於45°，或其組合。
如以上描述且在圖1C中概略顯示的，藉由以此方式將層110之一些或全部的該個別奈米纖維108定向，入射輻射(藉由箭頭說明的)可進入在該個別奈米纖維108之間的空間中(或在一些事例中，進入藉由奈米纖維本身所界定之纖維內的空腔中)。這些在纖維之間的空間和纖維內的空腔可接收入射輻射(例如光學可見光)，因為接近該等空間不受該個別纖維之弧狀部分116、成長之觸媒粒子，或甚至受其他直的部分112所阻斷。與奈米纖維之內徑對應之纖維內的空腔能具有在任何以下範圍內之內徑：1nm至100nm；1nm至10nm；1nm至5nm；10nm至50nm；50nm至100nm；25nm至75nm；75nm至100nm。如圖1C和圖1C’中之虛線和箭頭顯示的，即使是起初從奈米纖維108反射之入射光，在所述之具體例中的奈米纖維108的定向是使得入射光更深地被反射入該纖維間的空間或纖維內的空腔中，直至該光最後被吸收。因此，該奈米纖維片之反射率在一些具體例中被降至低於0.25%， 低於0.15%，低於0.10%或低於0.05%。
圖1C’是在一具體例中被吸收在個別奈米纖維(在此事例中，是中空碳奈米管)內的光的說明。與上述機理類似的，光能進入奈米纖維108之開放端，且因此進入藉由個別奈米纖維之壁所界定的空腔。一旦光已進入奈米纖維之空腔，該光或立即地被吸收或更深地反射入該奈米纖維中直至彼最後被吸收。雖然不希望局限於理論，本文所述之任一吸光機理會被了解是能引起本文所述之某些具體例的意外高的吸光性。
如圖1D和1E中概略顯示的，在具體例中，奈米纖維與基材所呈之角度β可在30°至90°內選擇。圖1D和1E之概略描繪說明在圖2A至2G顯示之實驗例的影像。圖2A至2G是奈米纖維片之橫截面的SEM影像(在10Kv之加速電壓下300倍之放大率)，其各具有60°和90°之奈米纖維的角度。具有奈米纖維定向在30°至90°之角度的片在一些應用中可能是有益的，因為該奈米纖維的定向可被選擇以最大化入射光吸收性，且無關於下方的表面與該入射光所呈之角度。製造呈這些組態之奈米纖維層110的方法係描述於下。
製造奈米纖維片之方法
如圖1A和2A-2G中顯示且在圖1B至1E中概略說明的奈米纖維片係藉由實例方法300製造，該方法之步驟係在圖3之方法流程圖中顯示。該方法300之不同階段的 概略說明顯示於圖4A至4H以利於該方法的說明。
該方法300始於具有至少二個不同的奈米纖維層的碳奈米纖維堆疊物的製造304。單層碳奈米纖維森林的製造304被描述於例如PCT專利申請案公告WO2007/015710中，其整體藉由引用併入本文中。該森林是本文所述之具體例的先質，其可用於製造奈米纖維片，如以下更詳細描述的。如本文中使用的，奈米纖維或碳奈米管之森林(或層)是指具有約相等尺寸而實質彼此平行安排在基材上的奈米纖維陣列，其中至少90%之該奈米纖維的長軸實質上垂直於其上配置該奈米纖維的基材之表面。
在一些具體例中，該森林之奈米纖維可分別定位成與該基材之成長表面具有共同角度，其為大於或小於90°。例如，該森林之奈米纖維與該基材表面的夾角在45°與135°之間。在特別具體例中，該森林之奈米纖維可定位成與該基材之表面呈75°與105°之間，且在選擇的具體例中該奈米纖維可被定向成與該基材呈約90°。
如本文中揭示之奈米纖維森林可以是相當稠密的。特別地，所揭示之奈米纖維森林可具有約100億至300億個奈米纖維/cm2的密度。在一些特別具體例中，如本文所揭示之奈米纖維森林可具有在約150億至250億個奈米纖維/cm2之間的密度。該森林可包括高密度或低密度的區域，且特別的區域可以沒有奈米纖維。這些變化可藉由將在成長基材(其在一些具體例中是不鏽鋼)上之觸媒選 擇性圖案化以選擇在該基材上之森林的密度、高度和其他物理尺寸、以及電性質、機械性質、和光學性質來完成。在森林內之奈米纖維也展現纖維之間的相連性。例如，在奈米纖維森林內之相鄰的奈米纖維可藉由凡德瓦爾力互相吸引。可以使用多種方法以生產根據本揭示內容之奈米纖維森林。例如，在一些具體例中，奈米纖維可在高溫爐中成長。在一些具體例中，觸媒可沉積在基材上，放置於反應器中且接著可曝於供應至該反應器的燃料化合物。基材可耐受高於800℃或甚至1000℃之溫度且可以是惰性材料。該基材可包含配置在下方的矽(Si)晶圓上之不銹鋼或鋁，然而可使用其他陶瓷材料(例如鋁、氧化鋯、SiO2、玻璃陶瓷)以代替該Si晶圓。在該森林之奈米纖維係碳奈米管的實例中，可以使用以碳為底質之化合物諸如乙炔作為燃料化合物。在被引導至該反應器之後，該燃料化合物接著可開始累積在該觸媒上且可藉由從該基材向上成長以形成奈米纖維之森林而組裝。該反應器也可包括氣體入口(在此燃料化合物和載劑氣體可被供應至該反應器)和氣體出口(在此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(特別是氫)也可被引導至該反應器以促進該奈米纖維森林之成長。另外，可將待併入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森林的性質。例如，可視需要調整觸媒 之粒度、反應溫度、氣體流速及/或反應時間以生產具有所要規格的奈米纖維森林。在一些具體例中，控制觸媒在基材上之位置以形成具有所要圖案化之奈米纖維森林。例如，在一些具體例中，將觸媒以一圖案沉積在該基材上，且由該圖案化之觸媒成長所得之森林同樣地被圖案化。實例觸媒包括具有二氧化矽(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)的緩衝層之鐵。尤其，這些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)、電漿強化的化學蒸氣沉積(PECVD)沉積在基材上。
在一些特別具體例中，可以連續地使多個奈米纖維森林(或“層”)成長在該基材上以形成多層的奈米纖維森林，或稱為“堆疊物”。一實例多層奈米纖維森林係顯示於圖2H且在以下更詳細地被描述。在此方法中，一奈米纖維森林形成在該基材上，接著生長與該第一奈米纖維層接觸之第二奈米纖維層。多層奈米纖維森林可藉由很多適合的方法形成，諸如藉由形成第一奈米纖維森林在基材上且使第二森林在該第一森林下方之相同基材上成長，或藉由將觸媒沉積在該第一奈米纖維森林上且接著將另外的燃料化合物引導至該反應器以促進從定位在該第一奈米纖維森林上之該觸媒成長出第二奈米纖維森林。
在形成後，該奈米纖維森林可隨意地改質。例如，在一些具體例中，該奈米纖維森林可曝於處理劑諸如氧化劑或還原劑。在一些具體例中，該森林之該奈米纖 維可隨意地藉由處理劑而化學官能化。處理劑可藉由任何合適方法(包括但不限於化學蒸氣沉積(CVD))被引導至該奈米纖維森林。在一些具體例中，該奈米纖維森林可被改質以形成圖案化之森林。該森林之圖案化可例如藉由從該森林選擇性移除奈米纖維而完成。可透過化學或物理方法達成移除。
此種製造森林之方法304可重複至少一次(其間插入空氣及/或氫還原步驟以還原觸媒)以製造具有至少二層奈米纖維的奈米管堆疊物，其中在各層內之該奈米纖維實質上是對齊的。根據所施加之成長方法、觸媒類型、及該觸媒之位置，該第二奈米纖維層可以在該第一奈米纖維層頂部上成長，或在再生該觸媒(例如藉由將觸媒曝於氫氣)後，直接在該基材上成長，因此是在該第一奈米纖維層下方成長。無論如何，該第二奈米纖維森林大致上可端對端地與該第一奈米纖維森林之奈米纖維對齊，即使在該第一與第二森林之間有容易偵測之界面。多層奈米纖維森林可包括任何數目之森林。例如，多層型森林可包括二、三、四、五或更多個森林。在不同具體例中，在堆疊物之各森林中之奈米纖維可以與該堆疊物之其他森林中的奈米纖維對齊或不對齊。如以上指明的，二層型奈米纖維森林顯示於圖2H中，並示出在該堆疊物之該二奈米纖維層之間之可觀察到的介面。二層型奈米纖維森林400之具體例的說明係在圖4A中顯示。
如圖4A中顯示的，奈米纖維層(或同等地奈 米纖維森林)404A被配置在成長基材402上。奈米纖維層404B被配置在該奈米纖維層404A之奈米纖維的弧狀部分的表面上。如顯示的，該層404A之弧狀部分的此表面係與該成長基材402相對。此組態與先前之在其初始沉積的狀態之該奈米纖維層的說明一致。
若已製造該二層型奈米纖維森林400在該成長基材402上，圖4B說明第一黏合基材408，其在308被施加至該奈米纖維層404B之該暴露表面(包含弧狀部分)。該奈米纖維層404B之該暴露表面與接觸奈米纖維層404A的該層404B的表面相對。在實例中，該第一黏合基材408包括以黏合劑(不管是壓敏性黏合劑或其他類型的黏合劑)塗覆之聚合物膜。如在本文之其他地方描述的，該第一黏合基材408之黏合強度可大於最終用以代替該成長基材402的第二黏合基材的黏合強度，如以下更詳細描述的。在具體例中，正是在該第一黏合基材與該第二黏合基材之間之黏合強度的相對差異影響該奈米纖維相對於該基材之表面之最終定向的共同方向。
在實例中，在使用180°剝離黏合試驗(由俄亥俄州西徹斯特的CHEMINSTRUMENTS所銷售)測量時，在已使該第一黏合基材408仍與該層404B之暴露表面接觸約30分鐘(以促進結合)後，在以5mm/秒之速率拉動時，該第一黏合基材408之黏合強度是在2N/25mm至4N/25mm的範圍中。在其他實例中，黏合強度之範圍是在2N/25mm至3N/25mm、3N/25mm至4N/25mm、或2.5 N/25mm至3.5N/25mm的範圍中。打斷該黏合劑/奈米纖維之鍵結所需之力可能大於打斷在該堆疊物之二個森林之間的鍵結所需之力，或大於打斷在該成長基材與該森林之間的鍵結所需之力。
如圖4C中顯示的，壓縮力在312被施加至該成長基材402和該第一黏合基材408中之一或二者。雖然圖4C說明在312將正交力施加至該成長基材402和該第一黏合基材408，會了解：使用例如一滾筒(或多個滾筒)、板、或將該成長基材402與該第一黏合基材408擠壓在一起的其他機理，可在312施加力。另外，將了解：雖然在圖4C中顯示正交力，所施加之力可包括正交和剪切分量，以致每一該層404A和404B(及在具有三或更多層的奈米纖維森林層中的其他具體例)的個別奈米纖維由初始成長的定向(其中該個別纖維之長軸通常垂直於成長基材之表面)移動成一定向(其中該纖維的長軸與該成長基材402之表面呈銳角或平行)。在此程序之期間，相對之基材402與408之間的距離可減低至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、或至少70%。
不管在312所藉以施加的機制或在312所施加之力的壓縮或剪切分量的相對大小為何，該壓縮力具有在316使二層之奈米纖維對齊於共同方向上的效果。此之實例係概略顯示於圖4C’中，其中在312所施加之壓縮力已將該奈米纖維層404A和404B二者之一些或全部的個別纖維對齊成與該成長基材402之表面的平面呈銳角。配置該層 404A和404B二者之奈米纖維與該成長基材所夾的銳角的精確值是不重要的，惟該銳角必須是比在奈米纖維片成品中之纖維的最終所要的定向低的值(例如具有一更接近0°之分量，或換言之，與該成長基材402之表面平行)。
如在圖4D中說明的，該成長基材402接著在320移除，且將第二黏合基材420在320施加至藉由該成長基材402之移除所暴露之該第一奈米纖維層404A的表面。該第二黏合基材420之黏合強度根據奈米纖維片成品所要的該等奈米纖維的定向來選擇。例如，將黏合強度低於該第一黏合基材408之黏合強度但在0.1N/25mm至0.5N/25mm範圍中的第二黏合基材420黏附至該層404A，以使該層404A和404B之纖維被拉成大致垂直於該黏合基材408和420之表面。其他的黏合強度範圍也會促進此種定向，包括0.1N/25mm至0.4N/25mm、0.1N/25mm至0.2N/25mm、0.2N/25mm至0.3N/25mm、0.2N/25mm至0.4N/25mm、及0.3N/25mm至0.5N/25mm。將會理解：雖然描述0.5N/25mm之上限，亦可以使用具有更高之黏合強度的黏合劑。如以下將更詳細描述的，就是該第一黏合基材之黏合劑與該第二黏合基材之黏合劑之間的相對強度決定在分開該二個黏合基材之後該纖維的定向。
在其他實例中，黏度強度比上述者低一個數量級的第二黏合基材420將有利於該等纖維定向成銳角，而此銳角是大於在該壓縮力被施加後所獲得的角度(如圖4C’中顯示的)但小於在以上剛描述之垂直組態。例如， 在0.01N/25mm至0.05N/25mm範圍中之黏合強度將在該片中產生此種奈米纖維的定向。適合此定向之其他黏合強度範圍包括0.01N/25mm至0.02N/25mm、0.01N/25mm至0.04N/25mm、及0.02N/25mm至0.03N/25mm。
因為就是該黏合劑之相對強度決定該奈米纖維的定向，該第一黏合基材408和該第二黏合基材420之黏合強度可基於其相對強度來選擇。例如，該第一黏合基材408與該第二黏合基材420相比之黏合強度的比率可能大於1：1且特別是在4：1至400：1的範圍中。相對於不同比率之該纖維的定向是基於以上所呈現之描述來了解。
如圖4E中顯示的，該第一黏合基材408及該第二黏合基材420在324被拉開，如圖4E中之箭頭所指明的。在420拉開該第一黏合基材408和該第二黏合基材420，以使該第一奈米纖維層404A和該第二奈米纖維層404B之該奈米纖維的直的部分暴露。經定向以具有由開放端組成之暴露表面(如圖4F之森林404B所顯示)的奈米纖維層具有意外的光學性質，包括入射光的吸光率可為至少97%，且在一些事例中為至少99%、至少99.95%、及/或至少99.96%。如在以上之圖4D的上下文中指明的，當該二層在324被拉開時，該第二黏合基材之黏合強度改變該層之個別奈米纖維之定向角度(相對於對應之下方基材)。
圖4F說明一具體例，其中該第二黏合基材420之黏合強度是在例如0.1N/25mm至0.5N/25mm之範圍中，如以上描述的。如以上指明的，具有在此範圍中之黏合強 度的基材將該奈米纖維層404B與該奈米纖維層404A分開，同時也提供足夠黏合強度以將該個別奈米纖維從“平坦的”定向(如圖4D中顯示的)再定向成其中之該奈米纖維大致垂直於該第一和第二黏合基材408和420之表面的定向。這具有暴露該層404A之個別奈米纖維的直端的效果且因此產生具有意外之光學性質的層，如以上描述的。由個別奈米纖維之弧狀端組成的層404A的表面也被暴露。在此具體例中，每一該基材的黏合強度大於將該二個奈米纖維層結合在一起的黏合強度。
圖4G說明一具體例，其中該層408之黏合強度是在0.01N/25mm至0.05N/25mm之範圍中。如以上指明的，在此範圍中之黏合強度是足以將該奈米纖維層404A和404B二者從該第二黏合基材420移除，且將多重森林之個別奈米纖維從“平坦的”定向(如圖4D顯示的)再定向成與該基材408之表面呈銳角，且該銳角大於在該“平坦的”組態中該奈米纖維與該基材408之表面之間的角度。然而，該第二黏合基材420之黏合強度不足以維持與第一層奈米纖維404A的連接，以致二層之奈米纖維可被拉成在圖4G中顯示之多重森林的組態。
圖4H說明另一具體例，其中第二黏合基材424之黏合強度被圖案化。在此上下文中，將該第二黏合基材424之黏合劑圖案化包括依據該第二黏合基材424之表面上的位置而改變黏合強度。在此實例中，該第二基材424之黏合強度具有強黏合部分424A和弱黏合部分424B。當根 據方法300製備時，將該奈米纖維層404B圖案化成多個對應於該第二黏合基材424之不同部分(424A和424B)的黏合強度的定向。亦即，預先貼合至該強黏合部分424A的奈米纖維是在約垂直於下方的第一黏合基材408的表面的定向上。預先貼合至該第二黏合基材424之弱黏合部分424B的奈米纖維被定向成與該第一黏合基材408的表面呈銳角。該實例說明：一層之奈米纖維的定向、及該層之對應的光學性質可基於該第二黏合基材之具有變化的黏合強度的圖案來選擇。
在其他具體例中，奈米纖維森林之圖案化可藉由使用表面具有圖案的成長基板(例如不同表面能量、反射率、表面粗糙度、化學活性)、在該成長基材上之觸媒的圖案(例如根據位置改變觸媒粒子之密度)、和二者之組合來完成。這些也可以與在本文中描述之任何該黏合基材上的黏合強度的圖案結合。不管該圖案如何被導入或該圖案被配置在何種基材上，可使用如本文中描述之圖案化以控制在基材上之奈米纖維的密度及/或定向的圖案。
將會理解：該第一和第二黏合基材408、420、和424可用很多形式之任一種來舉例說明。黏合基材可以是可撓的或剛性的。如本文中使用的，可撓基材是那些可被滾壓成具有直徑小於10cm之圓筒者。在一些具體例中，在一或多種黏合劑中經塗覆之聚合物膜可被使用以作為該等基材408、420和424之一些具體例。該聚合物膜可根據所要之任何機械性質、電性質、或光學性質(不管 是抗張強度、光學澄清性、斷口粗糙性、彈性、傳導性、或一些其他性質)來選擇。在其他具體例中，剛性聚合物、金屬、陶瓷、或複合物基材可首先以黏合劑(不管是“100%固體”黏合劑或在原位反應以形成黏合劑之預黏合成分)塗覆且接著被使用以將該許多的奈米纖維層之奈米纖維定向，如本文中描述的。在其他具體例中，該基材本身是黏合性的且不需要次要的黏合層。不管所用之實例列舉，本文中描述之黏合劑範圍仍適用。
圖4I說明一具體例，其中奈米纖維層432被配置成一圖案在該基材408上。將奈米纖維層432圖案化使能選擇性使用該奈米纖維層432之多種性質。所顯示之圖案的具體例是其中該奈米纖維層432包括沒有奈米纖維之區域436。上述方法之具體例可被更改以適合藉由調節(1)該基材之一或二者的黏合強度或藉由調節(2)該基材之相對黏合強度的比率來產生此一圖案。例如，可將一基材之黏合性圖案化以致起初被配置在該層436中的奈米纖維從該層436之對應於該區域436的位置上移除。在其他具體例中，將會理解：該黏合強度(不管是絕對值或其比率)可被圖案化以產生一層奈米纖維，其為連續的且具有呈不同定向之奈米纖維的區域436。或者，在圖4I中顯示之圖案可藉由將觸媒在成長基材上圖案化以防止在該基材之某些部分中奈米纖維的成長。在另外實例中，諸如在圖4J中顯示者，圖案可包括呈不同定向之奈米纖維的區436以及沒有奈米纖維的區436。
圖4K說明一具體例，其中頂層444被印刷在奈米纖維之圖案化的層440上。此頂層444是可藉以將圖案加在奈米纖維層上的另一方法，且藉此選擇該奈米纖維層440之不尋常性質的展現程度。可以使用任何印刷技術(尤其是例如噴墨、光蝕刻法)以將該頂層444沉積在該奈米纖維層440上。關於印刷該頂層444之應用包括沉積反射性材料(例如金屬)作為該層444，藉此產生交替之高吸光且高反射的圖案。另一實例應用包括沉積材料作為具有低紅外輻射發射率之該頂層444，藉此產生一圖案，其交替地在該IR譜帶中為高度發射性的(對應於該奈米纖維層440之區域)及在該IR譜帶中為可忽略發射性的(對應於在該頂層444中低發射率材料)。
在還要進一步的具體例中，根據所選之基材，該經定向之層可被纏繞或捲繞以便於製造、運送、或在後續製造方法中的使用。在還有其他之具體例中，該第一黏合基材可包括雙面黏合帶。
經定向之奈米纖維片的鏡面反射的實例
如以上指明的，本揭示內容之具體例的反射率異常地低，而一些具體例反射遠低於入射光之1%、0.5%、或0.1%，且在一些事例中低於入射光之0.05%。圖5A說明關於奈米纖維森林在其上成長該森林之成長基材上呈其初始沉積的形式時之反射數據。圖5C對應於配置在該成長基材(在其上使森林成長)之經定向奈米纖維森林， 惟該森林與根據本揭示內容之具體例之下方的基材已呈30°之角度。該反射率測量係使用650nm波長之光對所有的樣品進行，且如圖5A至5D中分別指明的，跨越某一範圍的入射角度被測量。另外，該光“源”及該“檢測器”與該樣品之相關組態也分別在對應圖中顯示。
圖5A是關於藉由使用在例如PCT專利申請案公告WO2007/015710揭示之技術使奈米纖維森林在成長基材上成長所製備之奈米纖維片的參考反射率數據。不同於對應於圖5B顯示之數據的片，對應於圖5A之數據的森林不從其成長的基材移除。該纖維之長軸與下方成長基材的表面約呈90°。該森林之該奈米纖維的弧狀端如上述是在該森林之暴露表面。該反射率數據對應於650nm波長的光。
如顯示的，反射光之百分率範圍是由0.085%(對於與垂直於該下方基材之軸呈+/-60°的角度範圍的光，如在圖5A之插圖顯示的)至約0.08%之最小值(對於與垂直於下方基材之軸約呈0°的光)。如顯示的，反射之光的百分率愈增加，則在該奈米纖維之長軸與該入射光之間的角度愈大。即使在與該表面呈大角度的情況下，反射之光的百分率仍是低的。
圖5B顯示關於根據本揭示內容之具體例製備之碳奈米纖維森林的反射率數據。特別地，對應於圖5B之數據的碳奈米纖維森林已使用黏合片從其成長基材移除且被定向，以致使用本文中所述方法，該森林之碳奈米纖維 的開放端被配置在奈米纖維層之經暴露表面，且該纖維之長軸與下方成長基材的表面約呈90°。如顯示的，即使圖5B之該奈米纖維層的定向與圖5A之奈米纖維層的定向約相同(亦即該等之長軸約垂直於下方基材表面且約平行於入射光的方向)，藉由對應於圖5B之樣品所反射之光的百分率範圍是從0.053%至0.58%。這些值意外地比圖5A之傳統製備的樣品低接近30%。
也如顯示的，圖5B之實驗結果顯示約0.049%之最小反射率的值，相比於圖5A中之對應的最小值0.08%。換言之，對應於圖5B(且根據本揭示內容之具體例所製備)的樣品的最小反射率的值意外地接近該傳統製備之奈米纖維森林的最小反射率的值之半。因此，吸光度(在此事例中為具有650nm之波長的可見光)是至少99.96%。
換言之，用以製造圖5A和5B之樣品的製造方法的差異對於在圖5B中檢視之樣品產生意外之反射率下降。
圖5C顯示參考碳奈米管森林之反射率數據，其中該奈米管在本揭示內容之一具體例中被配置在其成長基材上且被定向成與該基材表面呈30°。如顯示的，最小反射率在650nm之入射輻射的入射角度下是在0.29%與0.30%之間。並且值得注意的是圖5A中，在入射輻射之入射角度的反射率與在入射角的反射率之對稱本質之關聯性相當低。在不與在該基材上之奈米管的30°角度對齊的入 射角度上，該反射率升至超過0.33%。
圖5D是根據本揭示內容之具體例所製備之另一碳奈米管森林的反射率數據，為此，該奈米纖維之開放端在一具體例中是位於該森林之暴露表面且被定向成與下方基材呈約30°。如顯示的，反射率仍是相當低的，對該光之大部分的入射角度是小於1%。也正如對此樣品為明顯的，對反射性之角度相關性不如在圖5C中所展現之樣品一般強。
圖說明在成長基材上製造且人工地從其初始沉積的形式“反轉”(弧狀端在暴露表面)之參考的碳奈米管森林之紅外(IR)發射率數據。使用鑷子將該森林從該成長基材移除且再定向以將該森林之奈米纖維的開放端放置在暴露表面且該奈米纖維之弧狀端緊鄰該成長基材。為在8μm與10μm之間的波長測量IR發射率，將該參考樣品放置在具有轉動加熱臺且加熱至60℃之表面溫度的熱板上。轉動該樣品和加熱臺，且測量該樣品之發射率與轉動角度之關係。將該發射率檢測器配置成與該樣品表面呈45°之角度，如圖6A顯示的。該發射率檢測器以ε=0.1和ε=0.9之標準品來校準。如顯示的，對此參考樣品之發射率是在0.97與0.975之間。
圖6B說明關於根據本揭示內容之具體例所製備之樣品的發射率數據，為此，該奈米纖維之開放端在具體例中使用方法300而配置在該層之暴露表面，且顯示於圖4A-4G中。對應於圖6B之該樣品的發射率數據係在與對 應於圖6A中顯示之數據的參考樣品相同的條件下測量(溫度60℃，利用以ε=0.1和ε=0.9標準品校準且與該樣品之表面呈45°之角度配置之發射率檢測器測量)。如顯示的，關於此樣品之發射率對一些角度而言高達0.980。通常，關於此根據本揭示內容之具體例所製備之樣品的發射率是與圖6A之參考樣品的發射率相當。將會理解：使用本揭示內容之具體例以製備具有在暴露之表面被定向的該奈米纖維的開放端的奈米纖維森林遠比利用鑷子人工地反轉森林更有效率及生產力，正如在對應於圖6A之樣品的情況。本文所描述之具體例的方便性與同等發射率結果之產生的結合是明顯有利的。
圖7是光學裝置之概略說明，其中在該裝置內反射的外來光的移除改良該光學裝置之運作。該光學裝置700之實例尤其能包括望遠鏡和顯微鏡。在此概略實例中，該光學裝置700包括光學管704、鏡片708、根據本文描述之具體例所製造之吸光內層712。
如顯示的，光進入該光學管704，藉由該鏡片708折射且碰撞該光學管704之內面，該內面被該吸光內層712所覆蓋。在常見之光學裝置中，接觸該光學管704之金屬、塑膠、或複合材料的內面的光會部分地在藉由該光學管704所界定之空腔內被反射。此反射會減少訊號對雜訊的比率，因此使該光學裝置之效能(及/或解析度)變差。然而，因有該吸光內層712，此光被吸收且因此改良該光學裝置700之效能(及/或解析度)。進一步會理解： 在一些實例中使用該吸光內層712以覆蓋在該光學管內之結構元件諸如在光學裝置中普遍被發現之結構之間用於鏡片之夾具、擋板、電子裝置和電子裝置之罩、用於該光學裝置700之元件的平移及/或轉動齒輪及軌條。
另外，因為本揭示內容之具體例可吸收在該可見光譜以外之輻射的頻率(例如IR、UV、無線電頻率、微波)，其他裝置可從包含有與圖7中顯示之該吸收內層712類似的內層而獲益。
圖8是說明用於製造本揭示內容之一些具體例的實例方法800的流程圖。至少一層奈米纖維在804被提供至基材。該至少一層可包括一、二、三、或更多層的奈米纖維。基材之實例包括如上述之成長基材及黏合基材。
提供給該基材之該至少一層奈米纖維之一層然後在808被配置，以致該層之奈米纖維的開放端被配置在該層之暴露表面。此可使用任何上述技術來完成。例如，可將黏合基材放置在該至少一層的頂部且然後與其上配備有該至少一層的基材分離。根據該黏合基材和其上配備該至少一層之基材的黏合強度，弧狀端能從該奈米纖維之直的部分移除，因此暴露該奈米纖維之開放端。或者，對於多層堆疊物，奈米纖維可彼此分離，以暴露在該黏合基材上之奈米纖維層的開放端。
本揭示內容之具體例的先前描述已供說明目的而呈現；該描述無意鉅細靡遺或限制申請專利範圍於所揭示之準確形式。在相關技藝中之技術人員可理解：很多 改良型及變化型鑑於以上揭示內容是可能的。
在說明中使用之用語原則上已針對可讀性和建議目的來選擇，且彼可能已被選擇以描述或定義本發明之主題。因此意圖使本揭示內容之範圍不是受限於此詳細說明，而是受限於任何對本發明之申請案所發布之申請專利範圍。因此，意圖使該等具體例之揭示內容為說明用，而非限制在以下申請專利範圍所列出之本發明的範圍。

Claims (47)

  1. 一種奈米纖維片，其包含：基材；在該基材上之至少一層的奈米纖維，至少一些該奈米纖維具有終結於開放端及與該開放端相對之弧狀端之直的部分，其中：至少一些該奈米纖維之該直的部分被對齊在共同方向上；及至少一些該奈米纖維的該開放端被配置在與該基材相對之層的暴露表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中該弧狀端係配置成緊鄰該基材。
  3. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中該基材是黏合基材。
  4. 如申請專利範圍第3項之奈米纖維片，其中該基材之黏合強度是2N/25mm至4N/25mm。
  5. 如申請專利範圍第3項之奈米纖維片，其中該黏合基材包含：具有第一黏合強度之第一部分；具有第二黏合強度之第二部分；其中該共同方向包含：對應於該黏合基材之該第一部分的第一角度；及對應於該黏合基材之該第二部分的第二角度。
  6. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中該基材是成長基材。
  7. 如申請專利範圍第5項之奈米纖維片，其中該成長基材包括該成長基材之至少一個表面的圖案及在該成長基材之該表面上的觸媒，其中該圖案化影響奈米纖維之密度和定向之至少一者。
  8. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中在該基材上之該至少一層奈米纖維在該基材上被配置成圖案。
  9. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中該共同方向與該基材表面呈20°至80°。
  10. 如申請專利範圍第9項之奈米纖維片，其中該共同方向與該基材表面呈30°至60°。
  11. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其中該共同方向與該基材表面垂直。
  12. 如申請專利範圍第9項之奈米纖維片，其另外包含至少96%之輻射發射率，該輻射在60℃具有8μm至12μm之波長。
  13. 如申請專利範圍第9項之奈米纖維片，其中入射在該片上之可見輻射的吸光度是至少99.96%。
  14. 如申請專利範圍第13項之奈米纖維片，其中該入射之可見輻射的波長是650nm。
  15. 如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其另外包含：光學裝置，該光學裝置包含：光學管；配置在該光學管內之結構元件；及如申請專利範圍第1項之奈米纖維片，其係配置在該光學管之至少一個內部上和該結構元件表面上。
  16. 一種光學裝置，其包含：光學管；在該光學管內之結構元件；及配置在該光學管內部和該結構元件之至少一者上的吸光片，該吸光片包含：基材；及配置在該基材上之奈米纖維的吸光層，該奈米纖維具有配置在該吸光層之面對該光學管內部的表面的開放端。
  17. 如申請專利範圍第16項之光學裝置，其中至少一些該奈米纖維具有弧狀端，該弧狀端配置在緊鄰該基材且與曝於該光學管內部之表面相對之該吸光層的另一表面上。
  18. 如申請專利範圍第16項之光學裝置，其中該光學裝置是望遠鏡。
  19. 如申請專利範圍第16項之光學裝置，其中該奈米纖維之吸光層吸收至少97%之入射可見光。
  20. 如申請專利範圍第19項之光學裝置，其中該奈米纖維之吸光層吸收至少99.96%之入射可見光。
  21. 如申請專利範圍第16項之光學裝置，其中該吸光層之奈米纖維被定向於共同方向上。
  22. 如申請專利範圍第21項之光學裝置，其中該奈米纖維之共同方向與該結構元件表面垂直。
  23. 如申請專利範圍第21項之光學裝置，其中該奈米纖維之共同方向與該結構元件表面呈30°至60°。
  24. 一種處理基材上奈米纖維森林的方法，該方法包含：在基材上提供至少一層的奈米纖維，大部分之該奈米纖維被定向於一實質上與該基材平面垂直的角度上；施加黏合基材至在該基材上之該至少一層的奈米纖維的暴露表面；及將該基材與該黏合基材分離以使暴露出該層之奈米纖維的開放端。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其另外包含藉由施加壓縮力至該基材和該黏合基材以壓縮該至少一層的奈米纖維。
  26. 如申請專利範圍第24項之方法，其另外包含改變該奈米纖維之至少一部分與該基材平面所夾的角度。
  27. 如申請專利範圍第24項之方法，其中施加該黏合基材包含：施加黏合劑至該至少一層的奈米纖維之暴露表面；及施加第二基材至該黏合劑。
  28. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該黏合基材對該基材之黏合強度比率是在4：1至400：1之範圍中。
  29. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該黏合基材之黏合強度大於該基材之黏合強度。
  30. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該基材之黏合強度大於該黏合基材之黏合強度。
  31. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該黏合基材之黏合強度與該基材之黏合強度的差是2N/25mm。
  32. 一種處理基材上奈米纖維森林的方法，該方法包含：在基材上提供一層奈米纖維；施加第二黏合基材至該奈米纖維層的暴露表面；藉由施加壓縮力至該奈米纖維層以將該層之奈米纖維定向；及將該基材與該第二黏合基材分離，該分離使該層之奈米纖維再定向於共同方向上。
  33. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該基材包括圖案化的表面。
  34. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該基材是成長基材。
  35. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該成長基材包括配置在該成長基材之一表面上的圖案。
  36. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該基材是第一黏合基材。
  37. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該第一黏合基材包括具有第一黏合強度和與該第一黏合強度不同之第二黏合強度的圖案。
  38. 如申請專利範圍第36項之方法，其中該第二黏合基材包括具有第三黏合強度和與該第三黏合強度不同的第四黏合強度的圖案。
  39. 如申請專利範圍第36項之方法，其另外包含：選擇該第一黏合基材的黏合強度在2N/25mm至4N/25mm範圍中；及選擇該第二黏合基材的黏合強度在0.1N/25mm至0.5N/25mm範圍中。
  40. 如申請專利範圍第36項之方法，其另外包含選擇該第一黏合基材之黏合強度對該第二黏合基材之黏合強度的比率在4：1至400：1之範圍中。
  41. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該共同方向與該第二黏合基材之表面垂直。
  42. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該共同方向與該第二黏合基材之表面呈20°至80°。
  43. 如申請專利範圍第32項之方法，其另外包含：在該基材上提供第一層的奈米纖維，且在該第一層的奈米纖維上提供第二層的奈米纖維；及在該分離後，該第一層係配置在該基材上且該第二層係配置在該第二黏合基材上。
  44. 如申請專利範圍第32項之方法，其中在該分離後，再定向於共同方向上之該奈米纖維層具有至少97%之可見光吸光率。
  45. 如申請專利範圍第32項之方法，其中在該分離後，再定向於共同方向上之該奈米纖維層具有至少99.96%之可見光吸光率。
  46. 如申請專利範圍第45項之方法，其中所吸收之可見光具有650nm之波長。
  47. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該第二黏合基材與該基材之黏合強度的差是2N/25mm。
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