TWI681089B

TWI681089B - 奈米纖維紗分配器、用於分配奈米纖維的方法以及用以將奈米纖維紗施加至基板之系統

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Publication number: TWI681089B
Application number: TW106143354A
Authority: TW
Inventors: 瑪西歐利瑪; 拉奎爾歐瓦列羅伯斯
Original assignee: 美商美國琳得科股份有限公司
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-01-01
Also published as: JP7169276B2; JP2020507015A; WO2018128734A1; TW201827658A

Abstract

描述用於分配奈米纖維紗的分配器，奈米纖維紗包括定義入口、出口、及腔室的殼體。周圍捲繞一段奈米纖維紗的線軸被設置在由殼體定義的腔室內。奈米纖維紗從腔室通過出口穿過，並且可以受控方式分配，這降低了在奈米纖維紗內形成結的可能性，並便於將紗線方便地施加到下面表面上。在一些情況下，分配器可用以與奈米纖維紗一起同時分配黏合劑或其他聚合物。

Description

奈米纖維紗分配器、用於分配奈米纖維的方法以及用以將奈米纖維紗施加至基板之系統

本揭露一般涉及奈米纖維和奈米纖維紗。具體而言，本揭露涉及奈米纖維紗分配器。

已知奈米纖維具有不常見的機械、光學、及電子性質。然而，儘管奈米纖維具有其不常見的性質，奈米纖維還沒有被整合到許多市場上可買到的產品中。奈米纖維紗是奈米纖維的一種形式，由於能夠藉由在奈米纖維本身之外的奈米纖維紗內包括材料和纖維來調整紗線性能，所以可能具有商業吸引力。

本揭露的一個實例係一種設備，其包括定義入口、出口及腔室的殼體。設備也包括加壓氣體源，連接至殼體並與入口連通。設備也包括設置在腔室內的線軸。設備也包括奈米纖維，捲繞在線軸周圍，奈米纖維具有小於100微米的平均直徑。在一實施例中，奈米纖維的平均直徑小於1微米。在一實施例中，殼體除了入口和出口之外包括氣密式密封件，氣密式密封件係配置以防止流體除了通過入口和出口之外滲入腔室中。在一實施例中，出口的尺寸被設計成防止在1個大氣壓下的水通過出口滲入到殼體中。在一實施例中，出口的內徑在10μm與300μm之間。在一實施例中，殼體更包括設置在腔室內的流體。在一實施例中，流體是聚合物。在一實施例中，流體是黏合劑。在一實施例中，黏合劑是甲基丙烯酸酯基黏合劑。在一實施例中，設備更包括連接至殼體的噴嘴，噴嘴定義與出口連通的通道。在一實施例中，設備更包括設置在通道內的襯墊。在一實施例中，襯墊具有設計以防止水分滲透的內徑。在一實施例中，襯墊的直徑在90μm和130μm之間。在一實施例中，襯墊可從通道移除。在一實施例中，設備更包含在通道內流動的流體，且其中襯墊的長度小於通道的長度。在一實施例中，設備更包括設置在線軸之中心處的軸，軸係配置以允許線軸在腔室內旋轉。在一實施例中，設備更包括設置在線軸上的碳奈米纖維紗，碳奈米纖維紗具有靠近殼體之出口的自由端和靠近線軸的固定端。在一實施例中，碳奈米纖維紗具有大約100μm的橫截面直徑，及在自由端與固定端之間約為1km的長度，長度的至少一部分捲繞在線軸周圍。在一實施例中，其中奈米纖維紗由兩個或更多單獨奈米纖維或絞在一起以形成合股奈米纖維紗的奈米纖維紗製成。在一實施例中，其中合股奈米纖維紗具有從0.5微米至100微米的直徑。在一實施例中，設備更包括滾筒組件。在一實施例中，滾筒組件更包括支撐件；紡錘，連接至支撐物；及滾筒，設置圍繞紡錘的至少一部分。在一實施例中，滾筒組件更包含清潔機構。在一實施例中，滾筒組件更包含第一支撐件和第二支撐件；第一紡錘，連接至第一支撐件，及第二紡錘，連接至第二支撐件；第一滾筒，設置圍繞第一紡錘的至少一部分，及第二滾筒，設置圍繞第二紡錘的至少一部分；及帶子，設置圍繞第一滾筒和第二滾筒。在一實施例中，更包含：連接器，連接至殼體和連接至殼體之噴嘴之至少一者；及驅動軸，附接至連接器。在一實施例中，其中驅動軸的縱向軸與殼體之中心點和滾筒靠近滾筒之中心點之間的參考軸相交。在一實施例中，其中驅動軸之橫截面的半徑小於從滾筒的中心點至投影在下面表面上之殼體周長上之相應點所測量的長度。在一實施例中，更包含：連接器，連接至殼體和噴嘴之至少一者；及驅動桿，附接至連接器。在一實施例中，其中驅動桿可旋轉地附接至連接器。在一實施例中，其中可旋轉附件係軸承。　　[0004] 本揭露的一個實例係一種用於分配奈米纖維的方法，其包括將奈米纖維的自由端穿過分配器出口，穿過包括使流體經由由分配器定義的入口流入分配器的腔室，流體穿過腔室並通過分配器出口離開腔室，流體攜帶奈米纖維的自由端通過分配器出口；設置靠近自由端的奈米纖維之一部分與附接至分配器的滾筒接觸；及經由滾筒向奈米纖維施加力，力使奈米纖維接觸基板。在一實施例中，方法更包括將奈米纖維穿過由噴嘴定義的通道，通道與出口連通且噴嘴附接至分配器。在一實施例中，方法更包括設置在通道內的襯墊，奈米纖維穿過設置在通道內的襯墊。在一實施例中，更包含當奈米纖維的自由端穿過襯墊時，阻止流體流入腔室中；當阻止流體流入腔室中時，在襯墊與通道之間的空間中流動附加流體，其中襯墊的長度小於通道的長度，及又其中附加流體的流動經由文丘里(Venturi)效應在奈米纖維上施加壓力。在一實施例中，方法更包括用自由端包裹奈米纖維圍繞線軸；及設置線軸在分配器的腔室內。在一實施例中，奈米纖維更包含奈米纖維紗。在一實施例中，奈米纖維紗具有小於100微米的直徑。在一實施例中，奈米纖維紗具有小於1微米的直徑。在一實施例中，除了出口和入口之外，腔室被氣密地密封。在一實施例中，流體係氣體。在一實施例中，流體係流體黏合劑。在一實施例中，經由滾筒向奈米纖維施加力將奈米纖維黏至基板。　　[0005] 本揭露的一個實例係一種設備，其包括奈米纖維紗分配器；轉換器組件，連接至奈米纖維紗分配器並配置以轉換奈米纖維紗分配器，轉換器組件包含：粗調轉換器，配置以將奈米纖維紗分配器從0.5cm轉換至1米；及微調轉換器，配置以將奈米纖維紗分配器從100微米轉換至5毫米。在實施例中，實例更包含膜源線軸和膜更新線軸。在實施例中，其中微調轉換器連接至彈性分配管。在實施例中，其中微調轉換器包含壓電致動器。在實施例中，其中微調轉換器包含電磁致動器。在實施例中，其中微調轉換器係配置用於以千赫茲量級的移動頻率。在實施例中，更包含非接觸切割系統。在實施例中，其中非接觸切割系統包括連接至電源的至少一電極。在實施例中，其中非接觸切割系統係電弧系統。在實施例中，其中非接觸切割系統係電暈放電系統。在實施例中，更包含奈米纖維紗分配器配置以施加奈米纖維紗的膜。在實施例中，其中奈米纖維紗被施加至膜作為彼此分離相應100μm間隔之複數個平行的奈米纖維紗段。在實施例中，其中非接觸切割系統係雷射系統。

概述　　[0025] 奈米纖維紗的製造被描述於以PCT公開號WO/2007/015710公開的PCT專利申請號PCT/US2005/041031中，這兩者的全部內容藉由引用併入本文。　　[0026] 奈米纖維和奈米纖維紗的操作可能是具有挑戰性的。奈米纖維的直徑可達到幾十奈米。奈米纖維紗（多個奈米纖維的集合或多個單獨奈米纖維紗的合股紗）可具有小至幾微米的直徑（或平均直徑）並且具有超過一公里（km）的長度。這些相對小的直徑使得奈米纖維紗難以看見，更不用說實體抓握，而不考慮長度。長的奈米纖維和奈米纖維紗使操作變得更加複雜，並且使維持紗線內的有序組織變得重要，一旦纏結，奈米纖維和奈米纖維紗兩者幾乎不可能解開或拆開。　　[0027] 存在關於奈米纖維和奈米纖維紗之操作的其他挑戰。例如，由於其密度非常低，奈米纖維和奈米纖維紗（不管它們的總長度）很容易藉由與遠處通風系統、設置奈米纖維紗之房間之門的開口、或離奈米纖維紗幾米遠之人的呼吸產生之氣流一樣微小的氣流來移動。由於許多奈米纖維紗的單位長度比傳統纖維和紡織品製造中使用的紗線（例如，棉花、人造纖維、尼龍、亞麻）以及用於結構應用（例如，鋼絲和電纜）之電纜中使用的大多數材料更昂貴，因此失去奈米纖維（例如，由纏結或打結造成的）浪費的財務成本更高。　　[0028] 儘管存在這些挑戰，但由於其引人注目的機械、化學、熱學、和電學性質，在產品和製造過程中使用奈米纖維和奈米纖維紗仍然很感興趣。　　[0029] 有鑑於此，本揭露的實施例包括用於分配奈米纖維和包含奈米纖維之紗線（為了簡潔起見，這兩者將被稱為「奈米纖維紗」）的分配器。分配器包括定義入口、出口、和腔室的殼體。周圍捲繞一段奈米纖維紗的線軸被設置在腔室內。氣體源與由殼體定義的入口連通。然後氣體源可供應正壓力（例如，大於殼體周圍的環境壓力）的氣體，以便通過出口從分配器分配紗線。　　[0030] 本揭露的分配器具有許多益處。首先，它提供了一種可控制的方式來以最小化浪費的方式分配及/或施加奈米纖維紗。分配器還提供了比奈米纖維紗本身更容易操作的結構，從而提高了奈米纖維紗被儲存、處理、和操作的便利性。奈米纖維分配器還可提供便利和安全的儲存容器，其將紗線保持在乾燥、無塵的環境中。紗線可以有組織的線軸形式儲存，從而降低奈米纖維紗纏結的可能性。由於這些原因和其他原因，分配器提高奈米纖維紗本身的效用。　　[0031] 分配器具有多個有助於其實用性的特徵。由氣體源供應到殼體中的正壓力可防止無意或不恰當地嘗試將奈米纖維紗重繞到線軸上，從而防止奈米纖維紗在腔室內纏結。下面描述的附加特徵可連接至線軸上，以便在需要時促進奈米纖維紗有序地重新捲繞在線軸上。　　[0032] 分配器可防止奈米纖維紗受到可能會降低奈米纖維紗的機械、電學、或熱學性質之雜質（例如，磨粒或化學活性分子）的污染。此外，分配器可用以方便地定位奈米纖維紗的自由端（即，奈米纖維紗未附接到、壓縮、安裝、或以其他方式固定在線軸上的端部），這對於小直徑的奈米纖維紗來說可能難以找到，如上所述。　　[0033] 分配器還提供了車輛，通過車輛可能將其他材料方便地施加至奈米纖維紗上。例如，黏合劑分配器和滾筒可能附接至分配器或與分配器整合。當奈米纖維紗離開分配器時，可將黏合劑（無論是固體、流體、或凝膠）施加至奈米纖維紗上。當紗線被分配時，滾筒能夠將黏合劑塗覆的紗線壓到奈米纖維紗將被黏合的表面上。在其他實施例中，黏合劑或其他化學成分可被容納在殼體本身中，使得奈米纖維紗在化學成分已經佈置在奈米纖維紗上及/或浸漬在奈米纖維紗中的情況下離開分配器。　　[0034] 本文所述的其他實施例包括奈米纖維紗分配器，其被配置以使用文丘里效應來促進分配奈米纖維紗。本文所述的其他實施例包括奈米纖維紗分配器整合到其中的系統，並且可以具有特徵尺寸範圍從幾微米到幾十米的圖案將奈米纖維紗應用於膜或基板。　　[0035] 鑑於本揭露，眾多其他優點將是顯而易見的。　　[0036] 在描述奈米纖維紗分配器的實施例之前，將描述奈米纖維森林、片材、和拉伸之奈米纖維之合成的特性和方法。碳奈米纖維和碳奈米纖維片材的性質　　[0037] 如本文所用，術語「奈米纖維」是指直徑小於1μm的纖維。儘管本文中的實施例主要描述為由碳奈米管製造，但是將理解可能使用其他碳同素異形體，無論石墨烯、微米或奈米級石墨纖維及/或板，甚至是奈米級纖維的其他組成(如氮化硼)以使用下面描述的技術來製造奈米纖維片材。如本文所用，術語「奈米纖維」和「碳奈米管」包括單壁碳奈米管及/或其中碳原子連接在一起形成圓柱形結構的多壁碳奈米管。在一些實施例中，如本文所提及的碳奈米管具有4至10個壁。如本文所用，「奈米纖維片材」或簡稱「片材」是指通過拉伸過程（如PCT公開號WO 2007/015710中所述，並且通過引用整體併入本文）對齊的奈米纖維片材，使得片材之奈米纖維的縱向軸平行於片材的主要表面，而不是垂直於片材的主要表面（即，以片材的沉積形式，通常被稱為「森林」）。　　[0038] 碳奈米管的尺寸可根據使用的生產方法而有很大的變化。例如，碳奈米管的直徑可能從0.4nm到100nm，且其長度可能從10μm到大於55.5cm。碳奈米管也能夠具有非常高的縱橫比（長徑比），有些甚至高達132,000,000：1或更高。考慮到尺寸範圍廣泛的可能性，碳奈米管的性質是高度可調整的或可調諧的。儘管已經確定碳奈米管的許多有趣性質，但是在實際應用中利用碳奈米管的性質需要可擴展且可控制的生產方法，其允許維持或增強碳奈米管的特徵。　　[0039] 由於其獨特的結構，碳奈米管具有特定的機械、電學、化學、熱學和光學性質，使其非常適合於某些應用。具體而言，碳奈米管表現出優異的導電性、高機械強度、良好的熱穩定性並且也是疏水性的。除了這些性質之外，碳奈米管也可能表現出有用的光學性質。例如，碳奈米管可能用於發光二極體（LED）和光偵測器中，以窄選擇的波長發射或偵測光。碳奈米管也可能證明對於光子傳輸及/或聲子傳輸是有用的。奈米纖維森林　　[0040] 根據本揭露的各種實施例，奈米纖維（包括但不限於碳奈米管）可以各種配置排列，包括在本文稱為「森林」的配置。如本文所用，奈米纖維或碳奈米管的「森林」是指具有大致相等尺寸的奈米纖維陣列，其基本上彼此平行地排列在基板上。第1圖顯示在基板上之奈米纖維的示範森林。基板可能是任何形狀，但是在一些實施例中，基板具有上方組裝森林的平坦表面。從第1圖中可看出，森林中的奈米纖維之高度及/或直徑可能大致相等。　　[0041] 如本文所揭露的奈米纖維森林可能相對密集。具體而言，所揭露的奈米纖維森林可能具有至少10億奈米纖維/平方厘米的密度。在一些具體實施例中，如本文所述的奈米纖維森林可能具有100億/平方厘米至300億/平方厘米的密度。在其他實例中，如本文所述的奈米纖維森林可能具有900億奈米纖維/平方厘米範圍內的密度。森林可能包括高密度或低密度區域，且特定區域可能沒有奈米纖維。森林中的奈米纖維也可能表現出纖維間連通性。例如，奈米纖維森林內的相鄰奈米纖維可能被范德華力相互吸引。生產奈米纖維森林的示範方法　　[0042] 根據本揭露，可使用各種方法來生產奈米纖維森林。例如，在一些實施例中，奈米纖維可能在高溫爐中生長。在一些實施例中，催化劑可能沉積在基板上、放置在反應器中、然後可能暴露於供應至反應器的燃料化合物。基板可承受超過800℃至1000℃的溫度，並可能是惰性材料。基板可能包含設置在下方矽（Si）晶圓上的不銹鋼或鋁，但是也可能使用其它陶瓷基板代替矽晶圓（例如，氧化鋁、氧化鋯、SiO₂ 、玻璃陶瓷）。在森林的奈米纖維為碳奈米管的實例中，可能使用如乙炔的碳基化合物作為燃料化合物。在引入反應器之後，燃料化合物可能開始累積在催化劑上並且可能藉由從基板向上生長來組裝以形成奈米纖維的森林。　　[0043] 用於奈米纖維生長之示範反應器的圖被顯示於第2圖中。從第2圖中可看出，反應器可能包括加熱區，在加熱區中可定位基板以促進奈米纖維森林生長。反應器還可能包括燃料化合物和載氣可能被供應至反應器的氣體入口以及可能從反應器釋放消耗之燃料化合物和載氣的氣體出口。載氣的實例包括氫氣、氬氣、和氦氣。這些氣體，特別是氫氣也可能被引入反應器以促進奈米纖維森林的生長。另外，摻入奈米纖維中的摻雜劑可能添加到氣流中。奈米纖維森林的沉積期間添加摻雜劑的示範方法在PCT公開號WO 2007/015710的段落287以及其他位置中描述，並且藉由引用併入本文。向森林摻雜或提供添加劑的其它示範方法包括表面塗覆、摻雜劑注入、或其他沉積及/或原位反應（例如，等離子體誘導的反應、氣相反應、濺射、化學氣相沉積）。示範添加劑包括聚合物（例如，聚（乙烯醇）、聚（亞苯基四甲酰胺）型樹脂、聚（對亞苯基苯並雙噁唑）、聚丙烯腈、聚（苯乙烯），聚（醚醚酮）和聚（乙烯吡咯烷酮、或其衍生物和組合）、元素或化合物的氣體（例如氟）、金剛石、鈀和鈀合金等等。　　[0044] 奈米纖維生長期間的反應條件可改變以調整所得到之奈米纖維森林的性質。例如，可根據需要調節催化劑的粒子尺寸、反應溫度、氣體流量及/或反應時間，以生產具有所需規格的奈米纖維森林。在一些實施例中，控制基板上之催化劑的位置以形成具有期望圖案的奈米纖維森林。例如，在一些實施例中，催化劑以圖案沉積在基板上，並且由圖案化催化劑生長的所得森林被類似地圖案化。示範催化劑包括具有氧化矽（SiO₂ ）或氧化鋁（Al₂ O₃ ）之緩衝層的鐵。這些可能使用化學氣相沉積（CVD）、壓力輔助化學氣相沉積（PCVD）、電子束（eBeam）沉積、濺射、原子層沉積（ALD）、雷射輔助CVD、等離子體增強CVD、熱蒸發、各種電化學方法、等等被沉積在基板上。　　[0045] 形成之後，奈米纖維森林可能任選地被修改。例如，在一些實施例中，奈米纖維森林可能暴露於如氧化劑或還原劑的處理劑。在一些實施例中，森林的奈米纖維可能任選地被處理劑化學功能化。可能藉由任何適當方法將處理劑引入至奈米纖維森林中，包括但不限於化學氣相沉積（CVD）或以上呈現的任何其他技術和添加劑/摻雜劑。在一些實施例中，奈米纖維森林可能被修改以形成圖案化森林。森林的圖案化可能藉由例如從森林中選擇性地移除奈米纖維來實現。移除可藉由化學或物理手段來實現。奈米纖維片材　　[0046] 除了佈置成森林配置之外，本申請的奈米纖維也可能佈置成片材配置。如本文所用，術語「奈米纖維片材」、「奈米管片材」或簡稱「片材」是指其中奈米纖維在平面中端對端對齊之奈米纖維的排列。在一些實施例中，片材的長度及/或寬度比片材的厚度大100倍以上。在一些實施例中，長度、寬度或兩者比片材的平均厚度大10³ 、10⁶ 或10⁹ 倍。奈米纖維片材可具有例如約5nm至30μm的厚度以及適用於預期應用的任何長度和寬度。在一些實施例中，奈米纖維片材可能具有1公分與10米之間的長度和1公分與1米之間的寬度。提供這些長度僅僅是為了說明。奈米纖維片材的長度和寬度受到製造設備之配置的限制，而不受任何奈米管、森林、或奈米纖維片材之物理或化學性質的限制。例如，連續程序可產生任何長度的片材。這些片材可在生產時捲繞在卷上。　　[0047] 示範奈米纖維片材的圖示在第3圖中以所示的相對尺寸示出。如在第3圖中可看出，奈米纖維端對端對齊的軸被稱為奈米纖維對齊的方向。在一些實施例中，奈米纖維對齊的方向可能在整個奈米纖維片材中是連續的。奈米纖維不一定完全平行於彼此，並且應該理解，奈米纖維對齊的方向是奈米纖維對齊方向的平均或一般的量度。　　[0048] 奈米纖維片材可能堆疊在彼此之上以形成多層片材堆疊。奈米纖維片材可能被堆疊以具有相同的奈米纖維對齊方向或具有不同的奈米纖維對齊方向。任何數量的奈米纖維片材可能堆疊在彼此之上以形成多層奈米纖維片材堆疊。例如，在一些實施例中，奈米纖維薄片材堆疊可能包括2、3、4、5、10、或更多個單獨的奈米纖維片材。堆疊中鄰接片材上的奈米纖維對齊方向可能相差小於1°、小於5°、或小於10°。在其他實施例中，鄰接或交錯片材上的奈米纖維對齊方向可能相差超過40°、超過45°、超過60°、超過80°、或超過85°。在具體實施例中，鄰接或交錯片材上的奈米纖維對齊方向可能是90°。多層片材堆疊可能包括其他材料，例如單獨的非纖維片材之間的聚合物、金屬和黏合劑。　　[0049] 奈米纖維片材可能使用能夠生產片材之任何類型的適當程序來組裝。在一些示範實施例中，奈米纖維片材可能從奈米纖維森林中拉伸。從奈米纖維森林中拉伸的奈米纖維片材之實例被顯示在第4圖中。　　[0050] 如在第4圖中可看出，奈米纖維可能從森林側向拉伸，然後端對端對齊以形成奈米纖維片材。在奈米纖維片材從奈米纖維森林拉伸的實施例中，可能控制森林的尺寸以形成具有特定尺寸的奈米纖維片材。例如，奈米纖維片材的寬度可能近似等於片材被拉伸之奈米纖維森林的寬度。另外，例如可藉由當達到期望的片材長度時結束拉伸程序來控制片材的長度。　　[0051] 奈米纖維片材具有可用於各種應用的許多性質。例如，奈米纖維片材可能具有可調的不透明度、高機械強度和柔韌性、導熱性和導電性，並且還可能表現出疏水性。鑑於片材內之奈米纖維的高度對齊，奈米纖維片材可能非常薄。在一些實例中，奈米纖維片材約為10nm厚（在正常測量公差內測量），使其幾乎二維。在其它實例中，奈米纖維片材的厚度可高達200nm或300nm。如此，奈米纖維片材可能為元件增加最小的附加厚度。　　[0052] 與奈米纖維森林一樣，奈米纖維片材中的奈米纖維可能藉由向片材之奈米纖維的表面添加化學族或元素並被提供與單獨奈米纖維不同之化學活性的處理劑功能化。奈米纖維片材的功能化可在先前功能化的奈米纖維上進行，或者可在先前未功能化的奈米纖維上進行。可使用本文描述的任何技術來進行功能化，包括但不限於CVD和各種摻雜技術。　　[0053] 如本文所揭露的，在金屬化及/或聚合物滲透之前，奈米纖維片材也可能具有高純度，其中在某些情況下，超過90%、超過95%或超過99%之奈米纖維片材的重量百分比歸因於奈米纖維。類似地，奈米纖維片材可能包含超過90重量%、超過95重量%、超過99重量%或超過99.9%重量的碳。分配器　　[0054] 第5A、5B、5C圖分別繪示奈米纖維紗分配器500之一實施例的側視圖和兩個透視圖，奈米纖維紗分配器500被配置成以改善奈米纖維紗之操作的便利性同時降低奈米纖維紗廢物和污染之概率的方式牢固地儲存和分配奈米纖維紗，如上所述。同時提及這三個圖將有助於解釋。應該理解，所描述的一些元件可能僅出現在第5A、5B、及5C圖的一個或兩個中以有助於描述和敘述的清晰。　　[0055] 第5A圖所示的分配器500包括殼體504、入口508、氣體源512、線軸516、軸520、噴嘴524、襯墊532、及出口536。奈米纖維紗514被顯示在一些視圖中。　　[0056] 殼體504係配置以藉由在殼體504內定義用以容納奈米纖維紗之線軸的腔室506來牢固地儲存和分配奈米纖維紗。奈米纖維紗被保護免受殼體的污染，並通過由殼體定義的出口分配，如下面更詳細地描述的。　　[0057] 在一實施例中，殼體504被氣密地密封（除了由殼體504定義的入口508和出口536以外且在下面更詳細地描述），以防止流體（例如，水、空氣）和污染物無意地進入或滲透。在一些實例中，殼體504也以防止儲存在腔室506內的流體（不管是氣體、凝膠、聚合物、膨脹的聚合物、聚合物溶液、黏合劑、黏合劑聚合物、或其他流體）無意地流出殼體504的方式密封。不管目的如何，可使用任意數量的技術來實現氣密密封殼體504的形成，包括通過注射成型或增材製造（也稱為「3D列印」）從單件材料形成殼體504、使用黏合劑（例如，矽氧烷聚合物）密封殼體504之鄰接部分之間的接縫、或將殼體504的部分焊接在一起以密封接縫。　　[0058] 在一實例中，殼體504可配置以包括足夠大以允許奈米纖維紗之線軸516在殼體504內插入、移除、及/或更換的通道蓋526（例如，如第5B、5C、和6A圖所示的門或帽）。可使用例如如矽脂或可壓縮墊圈（例如，氯丁橡膠或矽橡膠墊圈）的密封劑將通道蓋526氣密地密封到殼體504。可使用夾具、螺栓或螺釘、或其它機構來固定通道蓋526，以在殼體、可壓縮墊圈（未示出）、和通道蓋526之間施加和保持壓力。在另一實施例中，蓋526包括螺紋，其與殼體504之鄰接表面上的互補螺紋匹配。蓋526可能包括槽或一系列凹槽，其向扳手或螺絲刀提供購買以允許蓋526被擰緊和鬆開。蓋526可能包括設計成接收O形環的軸向凹槽。殼體504的鄰接表面可能包括互補的凹槽，其設計成當兩個部件接合時接收O形環。或者，可使用黏合劑（例如，環氧樹脂，甲基丙烯酸酯基黏合劑）或藉由融化、焊接、或以其他方式將通道蓋526結合到殼體504的其餘部分來密封殼體504的通道蓋526。密封可能是永久的或暫時的。如本文所使用的，若在不損壞殼體或蓋的情況下不能很容易地開封，則密封是永久性的。不管殼體的構造或氣密密封及/或通道蓋526的構造如何，殼體504都可保護紗線免受污染。　　[0059] 如上所述之密封殼體504的另一優點包括使用負壓力（即真空）來定位奈米纖維紗的自由端。例如，可將具有奈米纖維紗之自由端的線軸放置在密封殼體504內。可在殼體504的出口536處施加真空，其當真空移除腔室506的任何氣體內容物時，從腔室506抽取奈米纖維紗的自由端。此程序還可能包括允許氣體或流體流過入口508及/或氣體源512，進入腔室506並通過出口536，從而運送來自腔室506之奈米纖維紗的自由端線並通過出口536。無論如何，使用真空和流體（液體或氣體）流動來定位奈米纖維紗的自由端有助於操縱奈米纖維紗，因為奈米纖維紗的自由端可被快速定位，且沒有困難的手動檢查及/或手動操作。一旦定位，奈米纖維紗的自由端就可與機器接合、施加至表面上、或作為使用分配器500控制應用奈米纖維紗的起點。　　[0060] 由殼體504定義的入口508是流體可流過的通道。如上所述，入口508可被用以向由殼體504定義的腔室506提供正壓力和流量，殼體504係用以使奈米纖維紗的自由端移動通過分配器500的出口536。　　[0061] 入口508還可用以向殼體504提供其他類型的氣體或流體，且奈米纖維紗的線軸516佈置在其中。例如，可經由入口508引入惰性氣體（例如，氬氣、氮氣）。這可能在例如第二材料已經被併入易受空氣中之成分（例如，氧氣、水蒸氣、塵埃顆粒）的腐蝕、降解、或污染之奈米纖維紗（例如，金屬奈米顆粒）中的情況下完成。　　[0062] 可選的氣體源512與入口508流體連通。如圖所示，氣體源512是連接至殼體504之靠近入口508（並被密封）的一部分以便與殼體504形成一體。這樣，氣體源512能夠通過入口508將氣體（或其它流體）提供至腔室506，同時防止污染物滲入腔室中。氣體源512可能延伸至如圍繞入口508從殼體的表面測量的任何長度，並可能具有任何直徑。基於待提供的氣體（或其他流體）、連接氣體（或其他流體）之來源所需之配件的配置、其他因素，選擇用以製造氣體源512的長度、直徑、甚至材料。期望的氣體速度與體積比也可能決定氣體源512和入口508的幾何形狀。較窄的通道將在相同的氣體流速下提供較快的氣體速度。氣體源512和入口508的組成也可能基於將接觸結構的流體來選擇。例如，若要通過氣體源512通過入口508將惰性氣體提供到殼體中，則氣體管可能使用傳統的聚丙烯或聚乙烯管製造，並且被配置以連接至傳統的惰性氣體調節器。在另一實例中，若要提供更具化學活性的材料，例如具有腐蝕性或易燃性的材料，則可能使用更耐化學品和抗洩漏的材料，例如異戊二烯、不銹鋼等等。氣體源512可能暫時附接至殼體504並可能是一次性的，使得氣體源512在其被損壞或堵塞時可被替換以進行更換。　　[0063] 線軸516被配置使得一段奈米纖維紗514可能捲繞在其周圍，且一旦捲繞，則設置在分配器500內。線軸516也被配置以在響應於從分配器500拉出奈米纖維紗514的自由端而設置在由殼體504定義之腔室506內的同時旋轉。　　[0064] 為了促進這種旋轉，如第5C圖所示，線軸516可能在第一端和與線軸516之第一端相對的第二端之各處包括第一圓柱形凸緣518a和第二圓柱形凸緣518b。第一圓柱形凸緣518a和第二圓柱形凸緣518b減少線軸516（以及捲繞在線軸516上的奈米纖維紗）與殼體504之內表面之間的接觸表面積，因此減少任何接觸引起的摩擦，否則將會阻止線軸516在殼體504內的旋轉。第一圓柱形凸緣518a和第二圓柱形凸緣518b可能由諸如PTFE或石墨的低摩擦材料構成。凸緣也可能被潤滑以進一步減少接觸引起的摩擦。減少摩擦和阻礙奈米纖維紗之效能的潤滑劑包括但不限於聚四氟乙烯（PTFE）基材料和石墨基材料。　　[0065] 在一實例中，可選的軸520是設置在線軸516之圓形橫截面之中心處的圓柱形結構，其減少線軸516與殼體504之間之接觸引起的摩擦。軸520可以是被動的，這意味著它相對於線軸的旋轉是靜止的，或者它可以是主動的，這意味著它旋轉以便於線軸的旋轉。包括可選軸520的益處包括將線軸對中在殼體中、增加給定單位施加力的旋轉速度及/或減小從線軸516抽出奈米纖維紗514所需的力。軸520的另一益處在於它減少潤滑劑施加到的表面積，因此減少引入至由殼體504定義之腔室506中的潤滑劑的量，並因此降低潤滑劑污染奈米纖維紗的可能性。　　[0066] 在一實例中，軸520可以可移除地設置成穿過線軸516中的中心孔。例如，軸520可被配置有具有第一直徑的第一部分和在第一部分之相對側上的兩個第二部分，每個第二部分具有小於第一直徑的第二直徑。具有較大第一直徑之第一部分的尺寸被設定為與穿過線軸516之中心的孔形成干涉配合，從而形成配合在線軸516內的樞紐。具有較小第二直徑的兩個第二部分皆可被配置以配合在腔室506之內表面上的相應特徵中，這有助於軸520的旋轉。在另一實例中，軸520在其整個長度上具有均勻的直徑。　　[0067] 在另一實例中，軸520可連接至線軸516的面522a和522b（顯示在第5C圖中），及/或與線軸516的面522a和522b成一體。藉由例如將軸520的部分設置在附接至可接收軸520之端部之腔室506之內表面的相應托架或埠口結構上或內，此一體式線軸516和軸520結構被配置成在腔室506內旋轉，並由此減少線軸516與軸520以及腔室506之間之接觸引起的摩擦。　　[0068] 在另一實例中，軸520可連接至腔室506的內表面之一個或兩個，其面對線軸516的面522a和522b，並配置以接觸設置在線軸516之面522a和522b上的相應特徵（諸如可保持軸520之端部的杯或托架，未示出）。軸520可與通道蓋526形成一體，或者可與殼體504形成一體。例如，軸520可從通道蓋526延伸或者可從殼體504之壁的內表面延伸。在另一實施例中，軸的一部分與通道蓋526形成一體，且軸520的互補部分與殼體形成一體。互補的軸部分可例如藉由螺紋連接在一起，且軸520因此可當作用於將通道蓋526固定至殼體504的連接器。在這種情況下，通道蓋526的旋轉可導致軸520之兩個部分的連接，並且還導致通道蓋526與殼體504的密封。可選軸520之配置、尺寸、長度、和形狀的其它變化也是可能的。　　[0069] 軸520可能可選地連接至通過密封埠口設置在殼體504之外部上的把手（未示出）。以上在殼體504的上下文中討論了密封機構，並且也適用於此特徵。把手與軸520之間的連接允許線軸516的旋轉方向反轉，從而重新捲繞先前從分配器500移除的奈米纖維紗。　　[0070] 噴嘴524附接至殼體504或以其他方式與殼體504形成一體。可選的噴嘴524被顯示在第5A、5B、5C、6A和6B圖的實施例中以繪示包括噴嘴524的一些優點，而不是直接從殼體504中的出口536分配奈米纖維紗。　　[0071] 噴嘴524定義與由殼體504定義之出口536連通的通道528。通道528具有足夠大的直徑以容納細長奈米纖維紗的一部分，因為它從線軸516展開，但是足夠小以防止彈性和柔性奈米纖維紗被推回到腔室506中。在一些實例中，通道528的內徑比其中使用之奈米纖維紗的外徑大10%、15%、25%、50%、100%、250%、或其之間的值以實現此特徵。通道528也可具有與足夠小以防止水滲透之出口536之開口相對的開口（即，開口的內徑）。也就是說，通道的開口可以足夠小，使得水的表面張力防止水滴浸濕通道528的內表面。用以計算可防止水滲入之通道之半徑之關係的一個實例在等式1中。 r = 2γ/ΔP 等式1 　　[0072] 其中r是防止水滲透之開口的半徑，γ是水的表面張力，且ΔP是液滴內部與液滴外表面之間的壓力差。在一些實例中，由於重力（9.81米/秒² ）和水的密度（在1個大氣壓和「標準」溫度（即0℃）下約為1000kg/m³ ），ΔP與加速度成比例。在一些實例中，在噴嘴524之表面上之水（或其他液體材料）的表面張力可影響水滲透到由噴嘴524定義的通道中。例如，諸如矽樹脂和聚四氟乙烯之類的低表面能材料以及具有類似低表面能及/或類似疏水性的其他材料將有助於防止水的滲透。　　[0073] 包括通道528也便於通過入口508提供之氣體的流動，入口508可用以定位設置在腔室506內之奈米纖維紗的自由端，並將紗線從出口536「穿過」並通過通道528供以後使用。　　[0074] 可選的襯墊532被配置以配合在通道528內。這在第5C圖的局部截面透視圖中示出。襯墊532提供其中奈米纖維紗可能離開分配器500的替代表面。襯墊532可能是可移除的，以便於更換。例如，由噴嘴524定義之通道528的尺寸可能被設定為具有比大多數奈米纖維紗所期望的尺寸大得多的尺寸。在一實例中，襯墊532具有足夠大的外徑以與通道528的內表面形成干涉配合，並具有足夠小的內部（或內）直徑以提供用於奈米纖維紗的通道，這如上所述地降低奈米纖維紗纏結的風險及/或防止水分滲透。隨後可將具有不同內徑的不同襯墊532插入通道528中以對應於不同直徑的奈米纖維紗。通常，襯墊532（或者若襯墊532未用於分配器500中的通道528）的直徑可以比試圖從分配器500通過襯墊532分配之奈米纖維紗的直徑大至少50%。在其他實例中，襯墊532（或通道528）的直徑比試圖從分配器500通過襯墊532分配之奈米纖維紗的直徑大70%至100%，或者大100%至200%。在一實例中，直徑為30μm的奈米纖維紗可被分配通過直徑為50μm的襯墊。在另一實例中，直徑為100μm的奈米纖維可被分配通過200μm直徑的襯墊。將理解，可協調地針對其中使用兩者的實施例來選擇通道528和襯墊532的直徑。　　[0075] 襯墊532的另一優點是它提供了易於替換的表面，奈米纖維紗可通過表面被分配。這對於具有聚合物、空氣活化黏合劑（例如，甲基丙烯酸酯基黏合劑）、其他黏合劑（例如，壓敏黏合劑、環氧樹脂、彈性體黏合劑、溶膠凝膠前體）、及/或設置在黏合劑內之高表面積石墨烯薄片、氧化石墨烯、或其他填料顆粒的分配器500的實施例特別有用，其改善對基板或設置在腔室內之交疊紗線、溶劑、或其它流體成分之間的黏附，其也可以佔據並潛在地阻塞通道528。當使用襯墊532時，可藉由簡單地移除封閉襯墊532、用乾淨襯墊532代替它、並使用上述技術將奈米纖維紗重新穿過乾淨襯墊532中來移除任何堵塞物。　　[0076] 如上所述，出口536由殼體504定義並提供奈米纖維紗在從分配器500分配時可通過的開口。出口536可與一或多個通道528和襯墊532連通，如上所述。　　[0077] 除了上面已經描述之分配器500的那些特徵之外，第6A和6B圖繪示分配器500的實施例，其包括有助於將奈米纖維紗施加至表面上的滾筒組件600。滾筒組件600包括支撐件604a和604b（統稱為604）、紡錘608、和滾筒612。　　[0078] 在此實施例中，支撐件604連接至噴嘴524並從噴嘴524延伸，但是在其他實施例中，支撐件604可連接至分配器500本身的殼體504並從其延伸。支撐件604提供紡錘608設置在其間的結構。紡錘608進行與上述軸520類似的功能。也就是說，紡錘608提供使滾筒612能夠旋轉的結構。如上方在軸520的上下文中所述，紡錘608可以是穿過滾筒612設置的分離結構、與滾筒612成一體的結構、或連接至每個支撐件604並被配置以連接至滾筒612，同時仍然使滾筒612能夠旋轉的結構。　　[0079] 滾筒612旋轉，使得其可在奈米纖維紗已經從分配器500分配之後向設置在表面上的奈米纖維紗514施加壓力。由滾筒612施加到奈米纖維紗514的壓力可改善一致性及/或奈米纖維紗514與下面表面之間的實體接觸程度。將壓力施加到來自滾筒612的奈米纖維紗514也可能改善奈米纖維紗514與下面表面之間的黏附，包括以下情況：（1）在施加奈米纖維紗514之前在下面表面上設置黏合劑；（2）在將奈米纖維紗施加至表面之前，在奈米纖維紗514上設置黏合劑；（3）在表面上設置施加奈米纖維紗514之後施加黏合劑。在黏合劑是壓敏黏合劑的實例中，滾筒612可提供用以啟動壓敏黏合劑的壓力。　　[0080] 在一些實例中，藉由滾筒612向奈米纖維紗514施加壓力改善奈米纖維紗514與下面表面之間的電接觸。也就是說，藉由改善奈米纖維紗514與下面表面之間的實體接觸程度（例如，藉由移除間隙及/或增加奈米纖維紗514與下面表面之間的接觸面積），電接觸也得到改善（即，介面電阻降低）。　　[0081] 由滾筒612施加的壓力還可用以減少奈米纖維紗在分配期間由於氣流或熱變化而發生位移。　　[0082] 在一些實施例中，在已經從分配器500分配奈米纖維之後，使用可選的分配器（未示出）以向奈米纖維紗514提供流體（例如，聚合物、黏合劑）。在其他實施例中，可使用單獨的清潔機構（例如，刮刀、真空、和溶劑清洗）來清潔奈米纖維紗514及/或滾筒612，從而去除污染物及/或過量的流體/黏合劑。　　[0083] 第6C、6D、及6E圖繪示用以改善奈米纖維紗514與下面表面620之間之實體接觸之機構的各種實施例。　　[0084] 第6C圖繪示不直接連接至分配器500的滾筒組件。在此實例中，滾筒632經由紡錘628連接至一或多個支撐件624。類似於上面在第6A和圖6B圖之上下文中描述的實施例，滾筒632向奈米纖維紗514施加壓力，以便強制奈米纖維紗514與下面表面之間的實體接觸。然而，不同於上述實施例，支撐件624不需要直接（或甚至間接）連接至分配器500的主體或分配器500的噴嘴524。　　[0085] 第6D圖繪示向奈米纖維紗514施加壓力以改善奈米纖維紗514與下面表面620之間之實體接觸的另一實施例。然而，與前述實例不同，施加至奈米纖維紗514的壓力係經由帶子施加。在此實例中，兩個支撐件624a和624b經由紡錘628a和628b連接至滾筒632a和632b。滾筒632a、632b不與奈米纖維紗直接實體接觸。相反，滾筒632a、632b將壓縮力和旋轉運動施加至與兩個滾筒632a、632b接觸的帶子636。滾筒632a和632b的旋轉運動導致帶子636圍繞兩個滾筒旋轉。帶子636與奈米纖維紗514直接接觸，並且將壓縮力從滾筒632a、632b施加至奈米纖維紗514。這可在較長的纖維長度上向奈米纖維514提供更均勻的壓縮力分佈，這在一些情況下可改善與下面表面620的黏附。　　[0086] 第6E圖包括第6D圖中引入的元件。然而，第6E圖中的實施例僅使用位於下面表面620與滾筒632a之間之帶子636的部分來提供壓縮力。與單獨的滾筒（例如，如第6A和6B圖所示的實施例）相比，此實施例可增加施加至奈米纖維514之每單位面積的力，同時仍增加接觸表面積。在一些實施例中，帶子636也可用以在施加之前清潔奈米纖維紗514（例如，藉由去除顆粒、碎屑、過量的聚合物）。在其他實施例中，可使用單獨的清潔機構（例如，刮刀、真空、和溶劑清洗）來清潔奈米纖維紗514及/或帶子636/滾筒632a、632b以去除污染物及/或流體/黏合劑。　　[0087] 在一些實施例中，加熱器或黏合劑固化器（未示出）也可能與分配器500以及任何前述實施例一起使用。加熱器/黏合劑固化器可固定至或安裝在分配器500上（例如，在噴嘴524上、在殼體504、支撐件624、624a、624b上）或用作與分配器500分開的裝置。加熱器/黏合劑固化器可乾燥或固化與奈米纖維紗514結合使用的黏合劑。加熱器的實例類型可包括使用輻射加熱方法和強制空氣加熱方法之一或多個的電阻加熱器和紅外線（IR）波長加熱器。通過除了應用加熱之外的機制引起黏合劑硬化之黏合劑固化劑的其它實例類型包括UV裝置、其他光學波長裝置。應該理解的是，根據所使用之黏合劑的類型，可與分配器500使用許多其他類型的機構和相應裝置。驅動結構　　[0088] 上述分配器500的實施例可在任何方向分配奈米纖維紗。對於這些實施例，可藉由向分配器殼體504施加側向力來改變分配器500的方向（並且因此奈米纖維紗被施加至基板的方向），從而使分配器圍繞滾筒612樞轉。此改變分配器500之方向的技術可能是不方便的。例如，在同時改變分配器500整體的方向時保持滾筒612與基板之間的接觸會是困難的。又，殼體504必須移動以改變方向之弧的長度相對較大。這是因為當圍繞滾筒612樞轉時，殼體504必須轉換具有半徑「r」的圓弧，如第7B圖所示。此半徑r等於投影至在滾筒612的中心與直接與縱向軸相對之殼體504之周長上的點之間之下面表面上的長度（類似於角度的餘弦分量）（如如第7B圖所示所示）。　　[0089] 為了改善改變分配器500的方向以及由此改善奈米纖維紗514應用的便利性，第7A圖描繪在實施例中之具有驅動結構（或「驅動軸」）708之奈米纖維紗分配器700的透視圖。　　[0090] 紗分配器700包括上述紗分配器500之各種元件中的一些或全部，並且還包括連接器704和驅動桿708。　　[0091] 連接器704連接至殼體504和噴嘴524之一或多個，並提供驅動桿708附接到的結構。雖然所示的連接器704是連接至殼體504和噴嘴524兩者之板的連接器，但不一定是這種情況。連接器704的其他實施例包括但不限於僅連接至殼體504或噴嘴524之其一者的板、連接至也被配置以連接至驅動桿708之分配器500的一或多個桿、等等。　　[0092] 在一些實施例中，驅動桿708與連接器704耦接，使得驅動桿708可相對於連接器704旋轉。雖然未示出，但是可用以促進此連接的機構包括但不限於軸承、鉸鏈、螺栓、銷、等等。在其他實施例中，驅動桿708相對於連接器704固定。可使用例如黏合劑、固定螺釘、壓力配合或螺紋介面將驅動桿708固定至連接器704。對於這些實施例，可旋轉連接（例如，軸承）可連接電動機或其他結構，以通過驅動桿708移動分配器700。例如，若紗分配器700被整合到具有操縱和移動紗分配器700之機構的機器中，則軸承可將驅動桿708（相對於連接器704固定）連接至機器，從而使紗分配器700能夠旋轉和移動。　　[0093] 驅動桿708定位成使得驅動桿708的縱向軸712與參考軸716相交。參考軸716顯示為從殼體504的中心到滾筒612的中心。特別地，縱向軸712和參考軸716的交點是靠近（從殼體504）滾筒612的點。結果，分配器的旋轉軸可以是縱向軸712並且可能落在滾筒612與殼體504之間。在一些情況下，縱向軸712與滾筒612之橫向軸之間的距離可以是例如1-50mm、1-30mm、1-20mm、5-50mm、5-40mm、5-30mm或5-20mm。　　[0094] 如上所述，將驅動桿708設置在滾筒612附近，使得旋轉軸位於滾筒612與殼體504之間，使得分配器700能夠以改善的轉彎半徑旋轉。換言之，滾筒612將在方向改變期間保持與下面基板接觸，而分配器700的其餘部分將反應於施加的力及/或加速度而自行安排。對於非線性紗線分配，驅動桿708的路徑將比分配器的殼體504更接近地匹配紗線的路徑。因此，驅動桿708能夠以將被基板上之紗線的路徑複製或幾乎複製的圖案移動。此配置對於將分配器700（或分配器500）與自動化設備整合在一起特別有用。替代實施例　　[0095] 第8A圖繪示奈米纖維紗分配器的替代實施例800，其中文丘里效應被用以從分配器800分配奈米纖維紗。除了上述分配器500的各種元件之外，分配器800還包括流體源804和連接器808。流體源（例如，來自儲存器或其他容器）通過連接器808向通道528提供流動的流體。如圖所示，連接器808可設置在通道528的分配端附近。如第8A和8B圖所示之流體的施加可經由文丘里效應幫助從分配器800分配奈米纖維紗514。　　[0096] 文丘里效應對奈米纖維紗514之分配的作用在第8B圖中示意性地示出。如箭頭所示，流體（液體或氣體）在通道528與襯墊532之間和定義的空間中流動一段時間，並且被限制在受限的體積內。在分配器800的此實施例中，受限的體積是由襯墊532設置在通道528內引起的。然而，因為襯墊532比通道528短，所以流體的壓力下降超過襯墊532的終端，從而提供低壓區，其根據文丘里效應將拉力施加至奈米纖維紗514，將其拉出通道528。可使用泵或其他機構來控制流體從流體源804流動並因此流過通道528的速率，這又影響施加在奈米纖維紗上的力，並因此影響從分配器800拉伸奈米纖維紗514的速率。　　[0097] 第9A圖繪示在實施例中之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統900的側視圖。第9B圖繪示第9A圖中所示之系統900的平面圖。同時參考第9A和9B圖將有利於解釋。　　[0098] 系統900包括轉換器組件902、膜源線軸912、膜更新線軸916、和膜918。轉換器組件902還包括奈米纖維紗分配器500，儘管可以理解奈米纖維紗分配器500在此僅為了方便而示出，並且可使用本文所述的任何實施例作為系統900內的奈米纖維紗分配器。　　[0099] 轉換器組件902包括第9B圖中更詳細示出的兩個轉換器機構：粗調轉換器904和微調轉換器909。粗調轉換器904可包括螺旋型或伺服型機構，其將整個轉換器組件902沿著第9B圖所示的方向藉由相關聯的箭頭來回移動。應該理解，可能使用其他類型的機構來使轉換器組件在所示的方向上來回移動。使用此類型的機構，轉換器組件904可以大約每秒1米的速度以0.5厘米到1米的大增量移動穿過膜918（在下面描述）。　　[0100] 微調轉換器909被附接至奈米纖維紗分配器500並包括與彈性分配管910機械連通的壓電致動器908。壓電致動器908可施加小的位移（微米等級），其使彈性分配管910少量（例如，取決於分配管910的彈性和分配管910的長度從100微米至5毫米）彎曲。類似於粗調轉換器904，壓電致動器908可引起發生在微秒至毫秒量級之管的位移。在另一實施例中，電磁致動器連接至分配管910而不是壓電致動器。無論如何，微調轉換器909可以千赫茲的頻率平移，因此可導致分配管910的方向以及由此施加之奈米纖維紗的頻繁且尺寸上的微小變化。　　[0101] 在膜918的移動期間，由粗調轉換器904施加在奈米纖維分配器500上和由分配管910上的微調轉換器909施加的協調平移可使奈米纖維紗514以具有厘米或米量級之波長和震幅的大尺寸正弦圖案920和具有微米或毫米量級之波長和震幅的小尺寸正弦圖案922施加至膜918。　　[0102] 用於彈性分配管910之材料的實例包括聚乙烯管、聚四氟乙烯管、不銹鋼管、等等。用於彈性分配管910的材料可基於材料的彎曲模量、管的內徑及/或外徑、以及最終微調轉換器909（和壓電致動器908）的能力來選擇，以在彈性分配管910中造成期望大小的移動。　　[0103] 儘管第9A和9B圖所示的實例描繪膜918從膜源線軸912移動到膜更新線軸916的實例，但是將理解不一定是這種情況。在使用轉換器組件902應用奈米纖維紗514期間，當移動膜918至膜源線軸912和從膜源線軸912移動膜918時，可製造不同於第9B圖中所示之正弦圖案的圖案。即使是閉合形狀（圓形、三角形、正方形、不規則多邊形、和無定形形狀）可藉由在應用奈米纖維紗500和分配器500的平移期間選擇性地將膜918移至和移出膜源線軸912而形成。　　[0104] 可以理解的是，如第8A、8B、9A、和9B圖所示和所述的實施例可組合在一起，並可與第1-7B圖之上下文中所示和所述的任何前述實例的任何配置結合。　　[0105] 在第10A和10B圖所示的實施例中，系統900包括非接觸奈米纖維紗切割系統1004。在所示的實例中，系統1004包括兩個電極1006A和1006B，其可用以切割奈米纖維紗514成紗段。這能夠將不連續的紗線段施加至膜918上，例如被顯示為由間隙1008A、1008B、和1008C分開的紗段514A、514B、514C、和514D。第10B圖還展示不連續和連續的紗段構造的其他實例，例如可彼此正交和對角地定向的線性段1012、閉合形狀1016、和螺旋1020。在另外的實施例中，可鋪設紗段跨越先前沉積的紗段。可沉積兩層、三層、四層或更多層紗段。在一實施例中，附加段可能以大約90度沉積到現有段以提供交叉影線圖案。在一些情況下，可在下面紗線的接合處切割紗段以避免與先前沉積的段接觸。在這些實施例中，一組紗段可能是連續的，另一組可能是不連續的。在其他情況下，在需要接觸的情況下，紗線可直接和連續地沉積在先前施加的層上。　　[0106] 非接觸切割系統1004可使用各種技術中的任何一種。例如，電極1006A和1006B可連接至電源以形成電弧，其當跨越電極1006A和1006B之間的距離時，從奈米纖維紗514移除材料，從而將其切割。應該理解，可使用其他類型的非接觸切割系統1004。例如，可使用單一電極（例如1006A）以在單一電極與切割奈米纖維紗的奈米纖維紗514之間形成電弧。在另一實施例中，一或多個電極可被配置以產生切割或以其他方式切斷奈米纖維紗514的電暈。然後將一或多個電極連接至電源和控制器，包括但不限於放電加工設備（EDC）的電源和控制器、電弧焊接機、等離子切割機（其也可能包括等離子氣體源）、以及其他類似的裝置。也將了解，電極可相對於奈米纖維紗514處於固定位置，或者可相對於奈米纖維紗514移動，以便增進或阻止電弧。　　[0107] 替代實施例中，非接觸切割系統1004是雷射系統的。在此替代方案中，如上所述，結構1006A和1006B將聚焦的雷射能量提供給奈米纖維紗514上將紗線切割或切斷成段的點。　　[0108] 在其他實施例中，可使用接觸切割系統。在一實例中，當電阻器靠近奈米纖維紗時，也可使用高溫電阻器或其它熱能的來源來切割奈米纖維紗514。在其他實施例中可使用各種其他的鍘刀式或剪刀式刀片佈置。　　[0109] 當結果是能夠將微米級直徑或亞微米級直徑的奈米纖維或奈米纖維紗施加到以平行方式佈置並且被小至100μm的間隔分開的膜918時，不管所採用之非接觸切割系統1004的類型如何。應用　　[0110] 上面描述之分配器500（或分配器700）的一個應用以及根據本揭露將變得明顯的變化是作為藉其將導電通路施加至表面上的裝置。儘管可將金屬線和帶（例如，鋼、銅、鋁）施加至表面上，但是這些很難黏附至表面上。金屬線和帶也具有足夠高的彈性模量，使得使用具有小曲率半徑（例如，小於2cm）的曲線改變金屬線或帶的方向是困難的。導電油墨可克服金屬線和帶的這些挑戰，但是需要乾燥時間並且不能容易地符合不均勻的形貌（例如，具有峰和谷的表面）。導電油墨在其可施加之下面基板中也更受限。如上所述，使用曲率半徑極小的曲線，即使方向突然變化，奈米纖維線也能容易地施加並黏附至表面。　　[0111] 一種應用包括向氣密密封殼體504充入正壓力氣體，並密封圍繞設置在其中之奈米纖維紗514的出口536。在釋放出口536處的密封時，奈米纖維紗514可藉由來自殼體的氣流而被投射。在一些情況下，奈米纖維紗514的自由端可附接至小射彈。例如，此配置可應用於緊固螺栓手槍（也被稱為閃電槍、螺栓槍、擊暈器，如TASER®）和用於遠程傳遞通過奈米纖維紗514傳導之電信號的其它裝置。　　[0112] 替代地，裝置可能包含磁性材料，從而可使線圈架在磁場中旋轉。這些實施例可能允許裝置被製造，並且可重複使用。概要　　[0113] 已經出於說明的目的呈現本揭露之實施例的前述描述；這並不意味著窮舉或將申請專利範圍限制到所揭露的確切形式。相關領域的技術人員可理解鑑於上述揭露，許多修改和變化是可能的。　　[0114] 說明書中使用的語言主要是為了可讀性和指導的目的而選擇的，並且可能沒有被選擇來描繪或限制本發明的主題。因此，旨在本揭露的範圍不受此詳細描述的限制，而是受限於基於此處之申請的任何申請專利範圍。因此，實施例的揭露旨在說明而不是限制本發明的範圍，其在下面的申請專利範圍中闡述。

[0115]500‧‧‧分配器504‧‧‧殼體508‧‧‧入口512‧‧‧氣體源516‧‧‧線軸520‧‧‧軸524‧‧‧噴嘴532‧‧‧襯墊536‧‧‧出口514‧‧‧奈米纖維紗528‧‧‧通道506‧‧‧腔室526‧‧‧通道蓋518a‧‧‧第一圓柱形凸緣518b‧‧‧第二圓柱形凸緣522a‧‧‧面522b‧‧‧面600‧‧‧滾筒組件604a‧‧‧支撐件604b‧‧‧支撐件608‧‧‧紡錘612‧‧‧滾筒620‧‧‧下面表面628‧‧‧紡錘624‧‧‧支撐件632‧‧‧滾筒624a‧‧‧支撐件624b‧‧‧支撐件628a‧‧‧紡錘628b‧‧‧紡錘632a‧‧‧滾筒632b‧‧‧滾筒700‧‧‧奈米纖維紗分配器704‧‧‧連接器708‧‧‧驅動桿712‧‧‧縱向軸716‧‧‧參考軸800‧‧‧分配器804‧‧‧流體源808‧‧‧連接器900‧‧‧系統902‧‧‧轉換器組件912‧‧‧膜源線軸916‧‧‧膜更新線軸918‧‧‧膜904‧‧‧粗調轉換器909‧‧‧微調轉換器908‧‧‧壓電致動器910‧‧‧彈性分配管920‧‧‧正弦圖案922‧‧‧正弦圖案1008A‧‧‧間隙1008B‧‧‧間隙1008C‧‧‧間隙514A‧‧‧紗段514B‧‧‧紗段514C‧‧‧紗段514D‧‧‧紗段1004‧‧‧非接觸奈米纖維紗切割系統1006A‧‧‧電極1006B‧‧‧電極1012‧‧‧線性段1016‧‧‧閉合形狀1020‧‧‧螺旋

[0006] 第1圖繪示在實施例中之在基板上之奈米纖維的示範森林。　　[0007] 第2圖係在實施例中之用於生長奈米纖維之反應器的示意圖。　　[0008] 第3圖係在實施例中之識別片材之相對尺寸之奈米纖維片材的圖示，並且示意性地繪示在平行於片材之表面之平面中端對端對齊之片材內的奈米纖維。　　[0009] 第4圖係奈米纖維片材從奈米纖維森林側向拉伸的圖像，奈米纖維如第3圖示意性所示從端對端對齊。　　[0010] 第5A圖係在實施例中之奈米纖維紗分配器的側視圖。　　[0011] 第5B圖係在實施例中之第5A圖所示之奈米纖維紗分配器的透視圖。　　[0012] 第5C圖係在實施例中之第5A圖所示之奈米纖維紗分配器的局部截面透視圖。　　[0013] 第6A圖係在實施例中之具有附接的滾筒之奈米纖維紗分配器的透視圖。　　[0014] 第6B圖係在實施例中之附接至奈米纖維紗分配器之滾筒的側視圖。　　[0015] 第6C、6D、及6E圖繪示在實施例中之用於造成奈米纖維紗與下面表面之間之接觸的各種結構。　　[0016] 第7A圖係在實施例中之具有驅動結構之奈米纖維紗分配器的透視圖。　　[0017] 第7B圖係在實施例中之具有驅動結構之奈米纖維紗分配器的側視圖。　　[0018] 第8A圖繪示在實施例中之奈米纖維紗分配器的替代實施例，其中文丘里效應被用以從分配器分配奈米纖維紗。　　[0019] 第8B圖示意地繪示在實施例中之從分配器分配奈米纖維紗的文丘里效應。　　[0020] 第9A圖繪示在實施例中之用以將奈米纖維紗施加至基板之組件的側視圖。　　[0021] 第9B圖繪示在實施例中之用以將奈米纖維紗施加至基板之第9A圖之組件的平面圖。　　[0022] 第10A圖繪示在實施例中之第9A圖之組件的平面圖，其也包括用於在將奈米纖維紗施加至基板期間切割奈米纖維紗的非接觸機構。　　[0023] 第10B圖繪示在實施例中之可使用第10A圖的組件來施加奈米纖維紗之替代圖案的平面圖。　　[0024] 附圖僅出於示範的目的描繪了本揭露的各種實施例。根據下面的詳細討論，許多變化、配置、和其他實施例將是顯而易見的。

500‧‧‧分配器

504‧‧‧殼體

508‧‧‧入口

514‧‧‧奈米纖維紗

524‧‧‧噴嘴

526‧‧‧通道蓋

532‧‧‧襯墊

600‧‧‧滾筒組件

604a‧‧‧支撐件

604b‧‧‧支撐件

608‧‧‧紡錘

612‧‧‧滾筒

Claims

一種奈米纖維紗分配器，包含：一殼體，定義一入口、一出口、及一腔室；一加壓氣體源，連接至該殼體並與該入口連通；一線軸，設置在該腔室內；一奈米纖維，捲繞在該線軸周圍，該奈米纖維具有從0.1微米至100微米的一平均直徑；連接至該殼體的一噴嘴，該噴嘴定義與該出口連通的一通道；及設置在該通道內的一襯墊。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該奈米纖維的該平均直徑從0.1微米至1微米。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該殼體除了該入口和該出口之外包括一氣密式密封件，該氣密式密封件係配置以防止流體除了通過該入口和該出口之外滲入該腔室。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該出口的尺寸被設計成防止在1個大氣壓下的水通過該出口滲入到該殼體中。
如申請專利範圍第4項所述之奈米纖維紗分配器，其中該出口的一內徑在10μm與300μm之間。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該殼體更包括設置在該腔室內的一流體。
如申請專利範圍第6項所述之奈米纖維紗分配器，其中該流體是一聚合物。
如申請專利範圍第7項所述之奈米纖維紗分配器，其中該流體是一黏合劑。
如申請專利範圍第8項所述之奈米纖維紗分配器，其中該黏合劑是一甲基丙烯酸酯基(methacrylate-based)黏合劑。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該襯墊具有設計以防止水分滲透的一內徑。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該襯墊的一直徑在90μm和130μm之間。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該襯墊可從該通道移除。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，更包含在該通道內流動的一流體，且其中該襯墊的長度小於該通道的長度。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，更包含設置在該線軸之中心處的一軸，該軸係配置以允許該線軸在該腔室內旋轉。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，更包含設置在該線軸上的一碳奈米纖維紗，該碳奈米纖維紗具有靠近該殼體之該出口的一自由端和靠近該線軸的一固定端。
如申請專利範圍第15項所述之奈米纖維紗分配器，其中該碳奈米纖維紗具有大約100μm的一橫截面直徑，及在該自由端與該固定端之間約為1km的一長度，該長度的至少一部分捲繞在該線軸周圍。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該奈米纖維紗由兩個或更多單獨奈米纖維或絞在一起以形成一合股奈米纖維紗的奈米纖維紗製成。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，其中該合股奈米纖維紗具有從0.5微米至100微米的一直徑。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，更包含一滾筒組件。
如申請專利範圍第19項所述之奈米纖維紗分配器，其中該滾筒組件更包含：一支撐件；一紡錘，連接至該支撐物；及一滾筒，設置圍繞該紡錘的至少一部分。
如申請專利範圍第20項所述之奈米纖維紗分配器，更包含一清潔機構。
如申請專利範圍第20項所述之奈米纖維紗分配器，其中該滾筒組件更包含：一第一支撐件和一第二支撐件；一第一紡錘，連接至該第一支撐件，及一第二紡錘，連接至該第二支撐件；一第一滾筒，設置圍繞該第一紡錘的至少一部分，及一第二滾筒，設置圍繞該第二紡錘的至少一部分；及一帶子，設置圍繞該第一滾筒和該第二滾筒。
如申請專利範圍第20項所述之奈米纖維紗分配器，更包含：一連接器，連接至該殼體和連接至該殼體之一噴嘴之至少一者；及一驅動軸，附接至該連接器。
如申請專利範圍第23項所述之奈米纖維紗分配器，其中該驅動軸的一縱向軸與該殼體之中心點和該滾筒靠近該滾筒之中心點之間的一參考軸相交。
如申請專利範圍第23項所述之奈米纖維紗分配器，其中該驅動軸之橫截面的半徑小於從該滾筒的中心點至投影在一下面表面上之一殼體周長上之相應點所測量的長度。
如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器，更包含：一連接器，連接至該殼體和一噴嘴之至少一者；及一驅動桿，附接至該連接器。
如申請專利範圍第26項所述之奈米纖維紗分配器，其中該驅動桿可旋轉地附接至該連接器。
如申請專利範圍第27項所述之奈米纖維紗分配器，其中該可旋轉附件係一軸承。
一種用於分配一奈米纖維的方法，包含：將一奈米纖維的一自由端穿過一分配器出口，該穿過包含：使一流體經由由如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器定義的一入口流入該奈米纖維紗分配器的一腔室，該流體穿過該腔室並通過該分配器出口離開該腔室，該流體攜帶該奈米纖維的該自由端通過該分配器出口；設置靠近該自由端的該奈米纖維之一部分與附接至該奈米纖維紗分配器的一滾筒接觸；及經由該滾筒向該奈米纖維施加一力，該力使該奈米纖維接觸一基板。
如申請專利範圍第29項所述之方法，更包含將該奈米纖維穿過由一噴嘴定義的一通道，該通道與該出口連通且該噴嘴附接至該奈米纖維紗分配器。
如申請專利範圍第30項所述之方法，更包含設置在該通道內的一襯墊，該奈米纖維穿過設置在該通道內的該襯墊。
如申請專利範圍第31項所述之方法，更包含：當該奈米纖維的該自由端穿過該襯墊時，阻止該流體流入該腔室中；當阻止該流體流入該腔室中時，在該襯墊與該通道之間的一空間中流動一附加流體，其中該襯墊的長度小於該通道的長度，及又其中該附加流體的流動經由文丘里(Venturi)效應在該奈米纖維上施加一壓力。
如申請專利範圍第29項所述之方法，更包含：用該自由端包裹一奈米纖維圍繞一線軸；及設置該線軸在該奈米纖維紗分配器的該腔室內。
如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該奈米纖維更包含一奈米纖維紗。
如申請專利範圍第34項所述之方法，其中該奈米纖維紗具有從0.1微米至100微米的直徑。
如申請專利範圍第34項所述之方法，其中該奈米纖維紗具有從0.1微米至1微米的直徑。
如申請專利範圍第29項所述之方法，其中除了該出口和該入口之外，該腔室被氣密地密封。
如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該流體係一氣體。
如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該流體係一流體黏合劑。
如申請專利範圍第39項所述之方法，其中經由該滾筒向該奈米纖維施加該力將該奈米纖維黏至該基板。
一種用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，包含：如申請專利範圍第1項所述之奈米纖維紗分配器；一轉換器組件，連接至該奈米纖維紗分配器並配置以轉換該奈米纖維紗分配器，該轉換器組件包含：一粗調轉換器，配置以將該奈米纖維紗分配器從0.5cm轉換至1米；及一微調轉換器，配置以將該奈米纖維紗分配器從100微米轉換至5毫米。
如申請專利範圍第41項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，更包含一膜源線軸和一膜更新線軸。
如申請專利範圍第41項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該微調轉換器連接至一彈性分配管。
如申請專利範圍第43項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該微調轉換器包含一壓電致動器。
如申請專利範圍第43項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該微調轉換器包含一電磁致動器。
如申請專利範圍第41項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該微調轉換器係配置用於以千赫茲量級的移動頻率。
如申請專利範圍第41項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，更包含一非接觸切割系統。
如申請專利範圍第47項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該非接觸切割系統包括連接至一電源的至少一電極。
如申請專利範圍第47項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該非接觸切割系統係一電弧系統。
如申請專利範圍第47項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該非接觸切割系統係一電暈放電系統。
如申請專利範圍第47項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，更包含該奈米纖維紗分配器配置以施加一奈米纖維紗的一膜。
如申請專利範圍第51項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該奈米纖維紗被施加至該膜作為彼此分離相應100μm間隔之複數個平行的奈米纖維紗段。
如申請專利範圍第41項所述之用以將奈米纖維紗施加至基板之系統，其中該非接觸切割系統係一雷射系統。