(57)【要約】      （修正有）【課題】多くの用途において高い性能と適正なコヒーレンスを持つナノファイバーを提供する。【解決手段】ナノファイバー、およびナノファイバーの製造方法において、金属前駆体およびポリマーを含む流体ストックを電界紡糸することにより前記金属前駆体とポリマーとを含む電界紡糸ナノファイバー材料を形成出来、又前記電界紡糸材料を焼成することによって金属前駆体を金属に変換することが出来、又第１の材料がセラミックであり、前記第２の材料が金属である場合では、複合ナノファイバーが出来る方法。【選択図】図１
2018104878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のナノファイバーを製造する方法であって、当該方法は、流体ストックを電界紡糸することを含み、該流体ストックは、金属前駆体およびポリマーを含み、
ａ．該前駆体のポリマーに対する重量／重量の比が少なくとも１：２であるか、
ｂ．該流体ストックが水性であるか、
ｃ．該前駆体が、少なくとも２００ｍＭの濃度で該流体ストック中に存在するか、あるいは、
ｄ．それらの任意の組み合わせである、
方法。
【請求項２】
前記流体ストックが、（１）溶液、（２）実質的に均一な分散液、または（３）実質的に均質な分散液である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体ストックにおける前記前駆体：ポリマーの前記重量／重量の比が少なくとも１：２であり、前記流体ストックが水性である、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記前駆体：ポリマーの前記重量／重量の比が少なくとも１：１である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記前駆体および前記ポリマーを含む前記流体ストックを形成するために、前記流体ストックは、試薬前駆体、試薬ポリマーおよび水を配合することにより調製され、前記試薬前駆体および前記試薬ポリマーが、１：２を超える重量／重量の比で配合される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記試薬前駆体および前記試薬ポリマーは、少なくとも１：１の重量／重量の比で配合される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記１以上の前駆体が、ポリマー−前駆体の会合で前記流体ストック中に存在する請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも２５％の前記ポリマーが前駆体分子で飽和されている、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも２５％の前記前駆体分子がポリマーと会合している、請求項６または７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記前駆体が、少なくとも２００ｍＭの濃度で前記流体ストック中に存在する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記流体ストック中の前記前駆体の濃度が、少なくとも２５０ｍＭである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記流体ストック中の前記前駆体の濃度が少なくとも３００ｍＭである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属前駆体が、１以上の金属−リガンドの錯体を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属前駆体が、金属−リガンドの錯体を含み、前記金属−リガンドの錯体が前記ポリマーと会合している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属前駆体が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｇｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属前駆体が、遷移金属を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属前駆体がメタロイドを含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属前駆体が、カルボキシレート、ニトレート、ハライド、ジケトン、アルコキシドおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上のリガンドを含む金属−リガンドの錯体である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記試薬前駆体、前記流体ストックの前記前駆体、またはそれらの両方が、１以上の金属アセテート、金属ニトレート、金属クロリド、金属メトキシドまたはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ポリマーが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリグリコール酸、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、エチルセルロース、セルロースエーテル、ポリアクリル酸、ポリイソシアネート、またはそれらの組み合わせである、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマーが、（ｉ）親水性、および（ｉｉ）水溶性または水膨潤性である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポリマーが、熱的および／または化学的に分解可能である、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ポリマーが、複数の求核部位を含むポリマーであり、前記試薬前駆体が、求電子性である、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ポリマーが、複数の求電子性部位を含むポリマーであり、前記試薬前駆体が、求核性である、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記流体ストックを電界紡糸することによって、金属前駆体とポリマーとを含む電界紡糸ナノファイバー材料の形成を生じる、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
焼成ナノファイバーを調製するために、前記電界紡糸材料を焼成することを更に含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記電界紡糸材料を焼成することが、前記電界紡糸材料を熱的に処理すること、前記電界紡糸材料を化学的に処理すること、あるいはそれらの両方を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記電界紡糸材料から、ポリマーを除去すること（例えば、焼成によって）を含む、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記電界紡糸材料を焼成することによって金属前駆体を金属に変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記電界紡糸材料を焼成することによって金属前駆体を金属酸化物に変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記電界紡糸材料を焼成することによって金属前駆体をセラミックに変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記電界紡糸材料を焼成することによって第１の金属前駆体をセラミックに変換し、第２の金属前駆体を金属に変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
酸化条件下で前記電界紡糸材料を焼成することを含み、それによって金属前駆体を金属酸化物（例えば、セラミック金属酸化物）に変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
不活性条件下または還元条件下で、電界紡糸材料の前記ナノファイバーを含み、それによって金属前駆体を金属に変換する、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記電界紡糸材料を焼成することが、前記電界紡糸材料を少なくとも４００℃の温度に加熱することを含む、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記流体ストックが、第２の流体とともに同軸で電界紡糸される、請求項１〜３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の流体が、気体（例えば、空気）である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の流体が、第２の金属前駆体および第２のポリマーを含む第２の流体ストックであり、前記金属前駆体および第２の金属前駆体が、同一または異なり、前記ポリマーおよび第２のポリマーが同一または異なり、当該方法によって層状ナノファイバーが製造される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
金属前駆体およびポリマーを含む電界紡糸ナノファイバーであって、前記金属前駆体およびポリマーが、少なくとも１：２（例えば、少なくとも１：１）の重量／重量の比で存在する、電界紡糸ナノファイバー。
【請求項４０】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法に従って調製される、請求項３９に記載の電界紡糸ナノファイバー。
【請求項４１】
前記電界紡糸ナノファイバーが、少なくとも９０重量％の有機ポリマーと金属前駆体とを含む、請求項３９または４０のいずれか１項に記載の電界紡糸ナノファイバー。
【請求項４２】
前記電界紡糸ナノファイバーが、少なくとも１０元素重量％の金属を含む、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の電界紡糸ナノファイバー。
【請求項４３】
金属、金属酸化物、セラミック、またはそれらの組み合わせを含む、複数のナノファイバーであって、
ａ．前記ナノファイバーが、少なくとも平均で１μｍの長さであるか、
ｂ．前記ナノファイバーが、少なくとも約５の平均のアスペクト比を有するか、
ｃ．前記ナノファイバーが、金属、金属酸化物、セラミックまたはその組み合わせの連続マトリクスを含むか、
ｄ．前記ナノファイバーが、１ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの平均の比表面積を有するか、あるいは、
ｅ．これらの組み合わせ
である、ナノファイバー。
【請求項４４】
前記ナノファイバーが、金属、金属酸化物、セラミック、またはそれらの組み合わせの連続マトリクスを含む、請求項４３に記載のナノファイバー。
【請求項４５】
前記ナノファイバーが、少なくとも３３％（ｗ／ｗ）の金属、金属酸化物、セラミック、または一緒になって、それらの組み合わせを含む、請求項４３または４４のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項４６】
前記ナノファイバーが、少なくとも９０元素重量％の金属を含む金属ナノファイバーである、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項４７】
前記ナノファイバーが、少なくとも９０％の金属酸化物および少なくとも３０元素重量％の金属を含む金属酸化物ナノファイバーである、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項４８】
前記ナノファイバーが、少なくとも９０％のセラミックおよび少なくとも３０元素重量％の金属を含むセラミックナノファイバーである、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項４９】
前記ナノファイバーが、少なくとも９０％の金属アロイおよび少なくとも３０元素重量％の金属を含む金属アロイナノファイバーである、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５０】
前記ナノファイバーが、第１の材料および第２の材料を含むコンポジットナノファイバーであって、前記第１の材料が、連続マトリクス材料であり、前記第１の材料または第２の材料の一方または両方が、金属、金属酸化物、セラミックまたはそれらの組み合わせを含む、請求項４３〜４５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５１】
前記第２の材料が、第２の連続マトリクス材料（例えば、前記第１および第２の連続マトリクス材料が同軸の層である）である、請求項５０に記載のナノファイバー。
【請求項５２】
前記第２の材料が、前記ナノファイバーの分離したドメインを含む、請求項５０に記載のナノファイバー。
【請求項５３】
前記第１または第２の材料の一方または両方が金属を含み、前記ナノファイバーが平均で少なくとも２０元素重量％の金属を含む、請求項５０〜５２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５４】
前記第１の材料がセラミックであり、前記第２の材料が金属である、請求項５０〜５３のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５５】
前記第１の材料が金属であり、前記第２の材料が金属である、請求項５０〜５３のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５６】
前記第１の材料がセラミックであり、前記第２の材料がセラミックである、請求項５０〜５３のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５７】
前記ナノファイバーが、平均で少なくとも３０元素重量％の金属を含む、請求項５０〜５６のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項５８】
前記ナノファイバーが、平均で少なくとも５０元素重量％の金属を含む、請求項５７に記載のナノファイバー。
【請求項５９】
前記金属が、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４３〜５８のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６０】
前記セラミックまたは金属酸化物が、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３およびＢａＳｒＴｉＯ３からなる群から選択される、請求項４３〜５９のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６１】
前記ナノファイバーが、金属−非金属のアロイを含む、請求項４３〜６０のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６２】
前記ナノファイバーが伝導性材料を含み、シートに成形される場合、前記伝導性材料の伝導率と比較した場合、前記ナノファイバーの伝導率が少なくとも約１０％である、請求項４３〜６１のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６３】
前記ナノファイバーがアモルファスのセラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも０．０７５ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも０．１５ＧＰａ／ｎｍであり、平均の破壊靭性が少なくとも０．６ＭＰＡ ＭＰａ・ｍ１／２である、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６４】
前記ナノファイバーがアモルファスのセラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも０．１５ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも０．３ＧＰａ／ｎｍであり、平均の破壊靭性が少なくとも０．７ＭＰａ・ｍ１／２である、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６５】
前記ナノファイバーが結晶性セラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも５ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも１．５ＧＰａ／ｎｍである、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６６】
前記ナノファイバーが結晶性セラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも１２．５ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも４ＧＰａ／ｎｍである、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６７】
前記ナノファイバーの平均の破壊靭性が少なくとも１．８ＭＰａ・ｍ１／２である、請求項６５または６６のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６８】
前記ナノファイバーが金属の連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも０．３５ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも１．１ＧＰａ／ｎｍである、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項６９】
前記ナノファイバーが金属の連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの平均の極限強度／直径の比が少なくとも０．９ＭＰａ／ｎｍであり、平均のヤング率／直径の比が少なくとも２．９ＧＰａ／ｎｍである、請求項４３〜６２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７０】
前記ナノファイバーの平均の破壊靭性が少なくとも３．５ＭＰａ・ｍ１／２である、請求項６８または６９のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７１】
前記ナノファイバーが、同一のバルク材料について、ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比が少なくとも０．９である、請求項６８〜７０のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７２】
前記ナノファイバーの平均の長さが少なくとも１ミクロンである、請求項４３〜７１のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７３】
前記ナノファイバーの平均の直径が１０００ｎｍ以下である、請求項４３〜７２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７４】
前記ナノファイバーの平均のアスペクト比が少なくとも５である、請求項４３〜７２のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７５】
前記ナノファイバーの平均のアスペクト比が、少なくとも１０００である、請求項７４に記載のナノファイバー。
【請求項７６】
前記ナノファイバーが、元素質量で平均で５％未満の炭素を含む、請求項４３〜７５のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７７】
請求項４３〜７６のいずれか１項に記載のナノファイバーを製造する、請求項１〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７８】
センサ、バッテリ、燃料電池、ソーラーセル、ウルトラキャパシタ、触媒、膜または電極に使用するための請求項４３〜７６のいずれか１項に記載のナノファイバー。
【請求項７９】
（ａ）ポリマーと、（ｂ）金属前駆体とを含む水性流体組成物であって、前記流体組成物が、（ｉ）溶液であるか、（ｉｉ）金属前駆体の実質的に均一な分散液を含む組成物であるか、あるいは（ｃ）金属前駆体の実質的に均質な分散液を含む組成物であり、（１）前記前駆体：ポリマーの重量／重量の比が、少なくとも１：２（例えば、少なくとも１：１）であるか、あるいは（２）前記前駆体の濃度が、少なくとも２００ｍＭ（例えば、少なくとも２５０ｍＭ）である、水性流体組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本願は、２０１１年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／５２８，８９５号および２０１２年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／６３６，０９５号の利益を主張するものであり、これらは両方とも、その全体が参考として本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
セラミックおよび金属のナノファイバーは、高性能濾過、ケミカルセンシング、バイオメディカルエンジニアリングおよび再生可能エネルギーを含む、広範な分野での用途での可能性を有する。セラミックまたは金属ナノファイバーを製造するための以前の方法としては、ゾルゲル前駆体の電界紡糸が挙げられ、これはポリマーバインダを用いるか、またはポリマーバインダを用いないものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このゾルゲル法で製造されるナノファイバーは、低い性能および乏しいコヒーレンスなどの多くの不都合を有し、これらによって、かかるナノファイバーは、多くの用途において不適切となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の要旨
本明細書中、ナノファイバーおよびナノファイバーの製造方法を提供する。いくつかの場合において、ナノファイバーは、金属、金属酸化物および／またはセラミックナノファイバーである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、高品質ナノファイバー、高性能ナノファイバー、高密着性（高コヒーレント）ナノファイバー、高連続性ナノファイバーなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、密着性（コヒーレント）であり、長く、空隙および／または欠陥が少なく、および／または金属および／またはセラミックの結晶サイズの柔軟な制御などの他の有利な特徴を有する。いくつかの場合において、ナノファイバーは、流体フィードストック中に高濃度のセラミックまたは金属の前駆体を含む流体ストックの電界紡糸によって製造される。いくつかの場合において、流体ストックは、流体ストック中で十分に混合された前駆体、または実質的に均一に分散された前駆体を更に含む。いくつかの実施形態において、この流体ストックは、少ない空隙、少ない欠陥、大きな長さ又は調節可能な長さ等を含むナノファイバーに変換される。
【０００５】
本明細書中、特定の実施形態において、１以上のナノファイバーの製造方法が提供され、当該方法は、流体ストックを電界紡糸することを含み、該流体ストックは、金属前駆体（単数又は複数）およびポリマーを含み、
ａ．該前駆体（単数又は複数）のポリマーに対する重量／重量の比が少なくとも１：２であるか、
ｂ．該流体ストックが水性であるか、
ｃ．該前駆体（単数又は複数）が、少なくとも２００ｍＭの濃度で該流体ストック中に存在するか、あるいは、
ｄ．それらの任意の組み合わせである。
【０００６】
具体的な実施形態において、前記流体ストックは、（１）溶液、（２）実質的に均一な分散液（例えば、前記前駆体（単数又は複数）の分散液）、または（３）実質的に均質な分散液（例えば、前記前駆体（単数または複数）の均質な分散液）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記流体ストックにおける前記前駆体（単数又は複数）のポリマーに対する前記重量／重量の比は、少なくとも１：２であり（例えば、１：２を超える）、前記流体ストックは水性である。具体的な実施形態において、前記前駆体（単数又は複数）のポリマーに対する前記重量／重量の比は、少なくとも１：１である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記前駆体（単数または複数）および前記ポリマーを含む前記流体ストックを形成するために、前記流体ストックは、試薬前駆体（単数または複数）、試薬ポリマー（単数又は複数）および水を配合することにより調製され、前記試薬前駆体（単数または複数）および前記試薬ポリマー（単数または複数）が、１：２を超える重量／重量の比で配合される。具体的な実施形態において、前記試薬前駆体（単数または複数）および前記試薬ポリマー（単数または複数）は、少なくとも１：１の重量／重量の比で配合される。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記１以上の前駆体（単数または複数）は、ポリマー−前駆体の会合（又は会合物）（association）で前記流体ストック中に存在する。具体的な実施形態において、少なくとも５０％の前記ポリマーが前駆体分子で飽和されている。さらなる実施形態または代替の実施形態において、少なくとも５０％の前記前駆体分子がポリマーと会合している。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記前駆体（単数または複数）は、少なくとも２００ｍＭ（例えば、２００ｍＭを超えて、少なくとも２５０ｍＭなど）の濃度で前記流体ストック中に存在する。具体的な実施形態において、前記流体ストック中の前記前駆体（単数または複数）の濃度は、少なくとも２５０ｍＭである。より具体的な実施形態において、前記流体ストック中の前記前駆体（単数または複数）の濃度は、少なくとも３００ｍＭである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属前駆体（単数または複数）は、１以上の金属−リガンドの錯体を含む。具体的な実施形態において、前記金属−リガンドの錯体は、前記ポリマーと会合している。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属前駆体は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｇｅ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属前駆体は、遷移金属またはメタロイドを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属前駆体は、カルボキシレート、ニトレート、ハライド、ジケトン、アルコキシド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１以上のリガンドを含む金属−リガンドの錯体である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記試薬前駆体、前記流体ストックの前記前駆体、またはそれらの���方は、１以上の金属アセテート、金属ニトレート、金属クロリド、金属メトキシド、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ポリマーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリグリコール酸、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、エチルセルロース、セルロースエーテル、ポリアクリル酸、ポリイソシアネート、またはそれらの組み合わせである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ポリマーは、（ｉ）親水性、および（ｉｉ）水溶性または水膨潤性である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ポリマーは、熱的および／または化学的に分解可能である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ポリマーは、複数の求核部位を含むポリマーであり、前記試薬前駆体は、求電子性である。他の実施形態において、前記ポリマーは、複数の求電子性部位を含むポリマーであり、前記試薬前駆体は、求核性である。いくつかの実施形態において、前記流体ストックを電界紡糸することによって、金属前駆体とポリマーとを含む電界紡糸（された）ナノファイバー材料の形成を生じる。さらなる実施形態または代替の実施形態において、当該方法は、焼成ナノファイバーを調製するために、前記電界紡糸材料を処理（焼成）することを更に含む。具体的な実施形態において、前記電界紡糸材料の処理（焼成）は、前記電界紡糸材料を熱的に処理すること、前記電界紡糸材料を化学的に処理すること、あるいはそれらの両方を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、当該方法は、前記電界紡糸材料から、ポリマーを除去すること（例えば、焼成によって）を更に含む。具体的な実施形態において、前記電界紡糸材料を焼成すること（例えば、不活性条件下または還元条件下）によって金属前駆体を金属に変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記電界紡糸材料を焼成すること（例えば、酸化条件下）によって金属前駆体を金属酸化物に変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記電界紡糸材料を焼成すること（例えば、酸化条件下）によって金属前駆体をセラミックに変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記電界紡糸材料を焼成すること（例えば、第１の酸化条件下、その後の還元条件下）によって第１の金属前駆体をセラミックに変換し、第２の金属前駆体を金属に変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、当該方法は、酸化条件下で前記電界紡糸材料を焼成することを含み、それによって金属前駆体を金属酸化物（例えば、セラミック金属酸化物）に変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、当該方法は、不活性条件下または還元条件下で、電界紡糸材料の前記ナノファイバーを焼成することを含み、それによって金属前駆体を金属に変換する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記電界紡糸材料を焼成することが、前記電界紡糸材料を少なくとも４００℃の温度（例えば、少なくとも５００℃または少なくとも６００℃）に加熱することを含む。さらなる���施形態または代替の実施形態において、前記流体ストックは、第２の流体とともに同軸で電界紡糸される。具体的な実施形態において、前記第２の流体は、気体（例えば、空気）である。他の具体的な実施形態において、前記第２の流体は、第２の金属前駆体および第２のポリマーを含む第２の流体ストックであり、ここで、前記金属前駆体および第２の金属前駆体は、同一または異なり、前記ポリマーおよび第２のポリマーは、同一または異なり、ここで、当該方法によって層状のナノファイバーが製造される（必要に応じて、気体（例えば、空気）である第３の流体で同軸で電界紡糸することを含む）。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属前駆体およびポリマーは、少なくとも１：２（例えば、少なくとも１：１）の重量／重量の比で（前記流体ストックまたは前駆体ナノファイバー中に）存在する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、本明細書中では、本明細書中に記載のいずれかの方法によって調製されるナノファイバーが提供される。いくつかの実施形態において、本明細書中では、本明細書中に記載のいずれかの方法によって調製されるか、または調製され得るナノファイバーが提供される。具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、前駆体ナノファイバー、または焼成の前に調製されるか、または調製され得る電界紡糸ノファイバーである。別の具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、金属、金属酸化物またはセラミックであり、これらは焼成の後に調製されるか、または調製され得るナノファイバーを含む。
である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、本明細書中では、ポリマー（例えば、有機ポリマー）および金属前駆体を含む前駆体ナノファイバーを提供する。いくつかの実施形態において、前記前駆体ナノファイバーは、高い金属前駆体ローディング（又は充填もしくは添加）（例えば、少なくとも１：２（金属前駆体：ポリマー）；１：２を超える；少なくとも１：１．７５；少なくとも１：１．５；少なくとも１：１；など）を有する。いくつかの実施形態において、前駆体（すなわち、電界紡糸された）ナノファイバー（例えば、本明細書中に記載のいずれかの方法に従って調製されるもの）は、少なくとも９０重量％の有機ポリマーおよび金属前駆体を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前駆体（すなわち、電界紡糸された）ナノファイバーは、少なくとも５元素重量％の金属（element wt.% metal）（例えば、少なくとも１０元素重量％、または少なくとも１５元素重量％の金属)を含む。
【０００８】
特定の実施形態において、本明細書中では、ナノファイバーまたは複数のナノファイバーが提供され、当該ナノファイバーは、金属、金属酸化物、セラミック、またはそれらの組み合わせを含み、
ａ．前記ナノファイバーが、少なくとも５０μｍ（例えば、少なくとも１００μｍ）の長さ（例えば、平均）であるか、
ｂ．前記ナノファイバーが、少なくとも約１０（例えば、少なくとも約１００）のアスペクト比（例えば、平均）を有するか、
ｃ．前記ナノファイバーが、金属、金属酸化物、セラミックまたはその組み合わせの連続マトリクスを含むか（例えば、（例えば、平均で）前記ナノファイバーの少なくとも８０％の長さ；前記ナノファイバーの少なくとも９０％の長さ；または前記ナノファイバーの少なくとも９５％の長さに沿って延びる連続マトリクス）、
ｄ．前記ナノファイバーが、１ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの平均の比表面積を有するか、あるいは、
ｅ．これらの組み合わせ
である。
【０００９】
具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ａ）を有する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ｂ）を有する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ｃ）を有する。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ｄ）を有する。具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ａ）および（ｂ）を有する。他の具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ｂ）および（ｃ）を有する。さらに他の実施形態において、前記ナノファイバーは、特徴（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を有する。いくつかの実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも３３％（ｗ／ｗ）（例えば、平均で）の金属、金属酸化物、セラミック、または一緒になって、それらの組み合わせを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも９０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含む金属ナノファイバーである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも９０％の金属酸化物を（例えば、平均で）含み、かつ少なくとも３０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含む金属酸化物ナノファイバーである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも９０％のセラミックを（例えば、平均で）含み、かつ少なくとも３０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含むセラミックナノファイバーである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも９０％の金属アロイを（例えば、平均で）含み、かつ少なくとも３０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含む金属アロイナノファイバーである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、第１の材料および第２の材料を含むコンポジットナノファイバーであって、前記第１の材料が、連続マトリクス材料であり、前記第１の材料または第２の材料の一方または両方が、金属、金属酸化物、セラミックまたはそれらの組み合わせを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記第２の材料は、第２の連続マトリクス材料（例えば、前記第１および第２の連続マトリクス材料が同軸の層である）である。他の実施形態において、前記第２の材料は、前記ナノファイバーの分離したドメインを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記第１または第２の材料の一方または両方は金属を含み、前記ナノファイバーは、平均で少なくとも５元素重量％の金属（例えば、少なくとも２０元素重量％の金属）（例えば、平均で）を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記第１の材料がセラミックであり、前記第２の材料は、金属である。代替の実施形態において、前記第１の材料は金属であり、前記第２の材料は金属である。代替の実施形態において、前記第１の材料は、セラミックであり、前記第２の材料は、セラミックである。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも３０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含む。具体的な実施形態において、前記ナノファイバーは、少なくとも５０元素重量％の金属を（例えば、平均で）含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記金属（前記金属、金属酸化物、セラミックなどの金属）は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。具体的な実施形態において、前記金属成分は、セラミックまたは金属酸化物を含み、前記セラミックまたは金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３およびＢａＳｒＴｉＯ３からなる群から選択される。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、金属−非金属のアロイを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは伝導性材料を含み、シートに成形される場合、前記伝導性材料の伝導率と比較した場合、前記ナノファイバーの伝導率が少なくとも約１０％（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーがアモルファスのセラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも０．０７５ＭＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも０．１５ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、破壊靭性が少なくとも０．６ＭＰＡ ＭＰａ・ｍ１／２（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、アモルファスのセラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも０．１５ＭＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも０．３ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、破壊靭性が少なくとも０．７ＭＰａ・ｍ１／２（例えば、平均で）である。いくつかの実施形態において、前記ナノファイバーは、結晶性セラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも５ＭＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも１．５ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）である。いくつかの実施形態において、前記ナノファイバーは、結晶性セラミックの連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも１２．５ＭＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも４ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーの破壊靭性は、少なくとも１．８ＭＰａ・ｍ１／２（例えば、平均で）である。いくつかの実施形態において、前記ナノファイバーは、金属の連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも０．３５ＭＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも１．１ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）である。いくつかの実施形態において、前記ナノファイバーは、金属の連続マトリクスを含み、前記ナノファイバーの極限強度／直径の比が少なくとも０．９ＭＰ��／ｎｍ（例えば、平均で）であり、ヤング率／直径の比が少なくとも２．９ＧＰａ／ｎｍ（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーの破壊靭性は、少なくとも３．５ＭＰａ・ｍ１／２（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、同一のバルク材料について、ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比が少なくとも０．８（例えば、少なくとも０．９）（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーの長さは、少なくとも５０ミクロン（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーの直径は、５００ｎｍ以下（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーのアスペクト比は、少なくとも１０００（例えば、平均で）である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、元素質量で（例えば、平均で）５％未満（例えば、３％未満、または１％未満）の炭素を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前記ナノファイバーは、ナノファイバーの直線１ｍｍあたり、（例えば、平均で）１００未満の欠陥（例えば、５０未満、１０未満、または５未満の欠陥）を有する。
【００１０】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載の前記ナノファイバーは、センサ、バッテリ、燃料電池、ソーラーセル、ウルトラキャパシタ、触媒、膜または電極に使用される。
【００１１】
本明細書中に記載されるものは、中空ナノファイバーを含むハイブリッドナノファイバー、および１以上の材料を含む多軸ナノファイバーである。本明細書中に提供されるものは、高品質ナノファイバー、および高品質ナノファイバーの製造方法であり、これらは、例えば、電気化学デバイス（例えば、バッテリおよびソーラーセル）、アドバンスドフィルトレーション、触媒などの用途に適している。いくつかの場合において、この提供されるナノファイバーおよび／または本明細書中に記載の方法によって調製されるナノファイバーは、商業的に実行可能とするのに十分に低コストで製造される。本発明の開示は、ハイブリッドおよび中空のナノファイバー、多くのタイプの用途でのナノファイバーの使用、ナノファイバーを含むデバイス、ナノファイバーを含むデバイスの使用などを包含する。
【００１２】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法（又はプロセス）である。いくつかの実施形態において、当該方法は、流体ストックを電界紡糸することを含む。流体ストックは、金属および／またはセラミックの前駆体ならびにポリマーを含む。１つの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、少なくとも１：２である。いくつかの実施形態において、ポリマーは、水溶性である。
【００１３】
別の局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であって、当該方法は、流体ストックを電界紡糸することを含み、流体ストックは、金属前駆体（単数または複数）およびポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、（１）溶液；（２）実質的に均一な分散液（例えば、前駆体（単数または複数）の実質的に均一な分散液）；または（３）実質的に均質な分散液（例えば、前駆体（単数または複数）の実質的に均質な分散液）である。
【００１４】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であり、当該方法は、第１の流体を第２の流体とともに電界紡糸することを含み、第１または第２の流体の少なくとも一方が、水性の流体である。いくつかの実施形態において、第１および第２の流体は、同一または同様の軸で電界紡糸される。いくつかの実施形態において、第１の流体は、水、水溶性ポリマーおよび金属前駆体を含む水性の流体である。いくつかの実施形態において、第２の流体は、第２の水性の流体であり、水、水溶性ポリマーならびに第２の金属および／またはセラミックの前駆体を含み、ここで、第２の流体の水溶性ポリマーは、第１の流体の水溶性ポリマーと同一または異なる。
【００１５】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であり、当該方法は、水性の流体ストックおよび第２の流体を多軸で電界紡糸することを含む。いくつかの実施形態において、水性の流体ストックは、水、水溶性ポリマーならびに金属および／またはセラミックの前駆体を含む。いくつかの実施形態において、第２の流体は、第２の水性の流体ストックである。いくつかの実施形態において、第２の流体は、気体である。いくつかの実施形態において、第２の流体は、上記の水性の流体ストックを少なくとも部分的に囲む（又は覆う）。いくつかの実施形態において、上記の水性の流体ストックは、第２の流体を少なくとも部分的に囲む（又は覆う）。
【００１６】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であり、当該方法は、金属前駆体、セラミック前駆体またはそれらの組み合わせを含む流体ストックを電界紡糸することを含み、ここで、（ａ）流体ストックは、水性であるか、（ｂ）流体ストック中における前駆体の濃度は、少なくとも２００ｍＭであるか、または（ａ）および（ｂ）の両方である。
【００１７】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、水溶性ポリマーをさらに含む。いくつかの実施形態において、前駆体は、水溶性ポリマーに結合する。いくつかの実施形態において、電界紡糸工程は、流体ストックを気体または第２の流体ストックとともに多軸で電界紡糸することを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、非水性溶媒を含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）およびポリスチレン（ＰＳ）を含む。
【００１８】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーの製造方法であり、当該方法は、流体ストックを電界紡糸（された）材料に電界紡糸することを含み、この流体ストックは、ポリマーおよび前駆体を含み、この前駆体は、（ｉ）金属前駆体、（ｉｉ）セラミック前駆体、または（ｉｉｉ）それらの組み合わせを含み、（ａ）前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、少なくとも１：２であるか、（ｂ）流体ストックは、（１）溶液；（２）実質的に均一な分散液；または（３）実質的に均質な分散液であるか；（ｃ）流体ストック中における前駆体の濃度は、少なくとも２００ｍＭであるか；または（ｄ）それらの組み合わせである。
【００１９】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、水性の流体ストックである。
【００２０】
いくつかの実施形態において、当該方法は、電界紡糸材料からポリマーを除去することをさらに含む。
【００２１】
いくつかの実施形態において、当該方法は、上記前駆体の金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミックまたはそれらの組み合わせへの焼成をさらに含む。
【００２２】
いくつかの実施形態において、金属および／またはセラミック前駆体（単数または複数）の焼成は、不活性条件下、酸化条件下または還元条件下が好ましい。
【００２３】
いくつかの実施形態において、金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、ＳｎおよびＡｌからなる群から選択される。
【００２４】
いくつかの実施形態において、セラミックまたは金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３およびＢａＳｒＴｉＯ３からなる群から選択される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、共有（結合）または非共有（結合）の相互作用によって、ポリマーに会合した前駆体を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態において、前駆体のポリマーとの会合（association）は、流体ストックを提供し、これはその中に均一に分散した前駆体を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態において、ポリマーおよび前駆体は、一緒になって、約１重量％〜約２０重量％の流体ストックを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、金属前駆体は、金属−リガンドの錯体を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、金属−リガンドの錯体は、金属アセテート、金属ニトレート、金属クロリド、金属アルコ−オキシドである。
【００３０】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、熱分解性または化学分解性のポリマーである。
【００３１】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリグリコール酸、ポリエチレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、エチルセルロース、セルロースエーテル、ポリアクリル酸、ポリイソシアネート、または任意のそれらの組み合わせである。
【００３２】
いくつかの実施形態において、流体ストックを電界紡糸する方法（又はプロセス）は、層状のナノファイバーを製造するために、流体ストックを第２の流体ストックとともに同一または同様の軸で電界紡糸することを含む。
【００３３】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、金属前駆体、セラミック前駆体またはそれらの組み合わせを含むナノファイバーであり、（ａ）ナノファイバーは、少なくとも１μｍ（例えば、少なくとも５０μｍ）の平均の長さであるか；（ｂ）ナノファイバーは、少なくとも約５（例えば、少なくとも１０、少なくとも１００、少なくとも１０００など）のアスペクト比を有するか；（ｃ）ナノファイバーは、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミックまたはそれらの組み合わせの連続マトリクスを含むセグメントを含むか；（ｄ）ナノファイバーは、１ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの比表面積を有するか、あるいは（ｅ）それらの組み合わせである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、少なくとも３３％（ｗ／ｗ）の金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、金属前駆体、セラミック前駆体、またはそれらの組み合わせを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態において、金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、ＳｎおよびＡｌからなる群から選択される。
【００３５】
いくつかの実施形態において、セラミックまたは金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３およびＢａＳｒＴｉＯ３からなる群から選択される。
【００３６】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、伝導性材料を含み、ここで、ナノファイバーは、シートに形成される場合、伝導性材料の伝導率と比較した場合、少なくとも約１０％の伝導率を有する。
【００３７】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であり、当該方法は、第１の流体ストックを第２の流体ストックとともに同一または同様の軸で電界紡糸することを含み、第１の流体ストックは水性であり、第１のポリマーを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態において、第１のポリマーは、水溶性である。
【００３９】
いくつかの実施形態において、第２の流体は、水性である。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第２の流体ストックは、第２のポリマーを含み、第１および第２のポリマーは、必要に応じて、同一である。
【００４１】
添付の特許請求の範囲において、本発明の新規の特徴を具体的に示す。本発明の特徴および利点のより良い理解は、例示の実施形態を示し、本発明の原理が利用される
以下の詳細な説明、および以下の添付の図面を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、開示の方法およびシステムの概略を示す。
【図２】図２Ａは、前駆体−ポリマーの結合の例示のメカニズムを示す。図２Ｂは、ＰＶＡにおける−ＯＨ結合の飽和へのＮｉ前駆体ローディングの影響についてのＦＴＩＲ研究を示す。
【図３】図３は、Ｎｉ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）フィード（又は供給物）の電界紡糸からのＮｉナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図４】図４は、Ｎｉ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）フィードの電界紡糸からのＮｉＯナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図５】図５は、Ｃｕ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＣｕナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図６】図６は、Ｃｕ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＣｕＯナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図７】図７は、Ａｇ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＡｇナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図８】図８は、Ｆｅ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＦｅナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図９】図９は、Ｚｎ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＺｎＯナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１０】図１０は、Ｃｄ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＣｄＯナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１１】図１１は、Ｚｒ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＺｒＯ２ナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１２】図１２は、Ｐｂ−Ａｃ／ＰＶＡ（２：１）溶液の電界紡糸からのＰｂナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１３】図１３は、前駆体ローディングの繊維モルホロジーへの影響を示す顕微鏡写真を示す（Ｎｉ−Ａｃ／ＰＶＡ＝１：２、１：１、２：１および４：１）。
【図１４】図１４は、ナノファイバーの空隙の実質的な欠損を示すＴＥＭ顕微鏡写真を示す（Ｎｉ−Ａｃ／ＰＶＡ＝１：２、１：１、２：１および４：１）。
【図１５】図１５は、純粋なＮｉナノファイバーの元素分析を示す。
【図１６】図１６は、ＺｎＯ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１７】図１７は、Ａｇ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１８】図１８は、Ｎｉ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図１９】図１９は、Ｆｅ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２０】図２０は、様々な金属および金属酸化物（ＺｎＯ、Ｎｉ、ＡｇおよびＦｅ）を含むＺｒＯ２ハイブリッド（ナノコンポジット）ナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図２１】図２１は、Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２２】図２２は、ＣｄＳｅアロイナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２３】図２３は、ＰｂＳｅアロイナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２４】図２４は、ＣｄＳｅおよびＰｂＳｅアロイナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図２５】図２５は、ＰｂＳｅアロイナノファイバーの元素分析を示す。
【図２６】図２６は、ＣｄＴｅアロイナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２７】図２７は、ＰｂＴｅアロイナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２８】図２８は、Ｆｅ３Ｏ４／ＦｅＮｉアロイナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図２９】図２９は、Ｆｅ３Ｏ４／ＦｅＮｉアロイナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図３０】図３０は、金属フィルムの伝導率に対して、金属ナノファイバーの電気伝導率を様々な熱処理条件で比較するグラフを示す。
【図３１】図３１は、Ｎｉ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
【図３２】図３２は、Ｎｉ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図３３】図３３は、Ｎｉ／ＺｒＯ２ハイブリッドナノファイバーの元素分析を示す。
【図３４】図３４は、燃料電池での使用に適したＦｅ／Ｐｔナノファイバーを製造するための方法およびシステムの概略を示す。
【図３５】図３５は、リチウムイオンバッテリでの使用に適した中空ＳｉまたはＧｅナノファイバーを製造するための方法およびシステムの概略ならびに中空ＳｉまたはＧｅ電界紡糸流体ストックの顕微鏡写真を示す。
【図３６】図３６は、フレキシブルソーラーセルでの使用に適したＡｌ２Ｏ３／ＩＴＯハイブリッドナノファイバーを製造するための方法およびシステムの概略を示す。
【図３７】図３７は、無機ナノファイバーから作製された複数の成分を用いたソーラーセルの顕微鏡写真、Ｘ線回折プロットおよび概略を示す。
【図３８】図３８は、Ｎｉナノファイバーの電気伝導率および磁気保磁性への焼成条件の影響を比較するグラフを示す。
【図３９】図３９は、Ｎｉナノファイバーマットの軸方向および垂直方向の電気伝導率への繊維アライメント条件の影響を比較するグラフを示す。
【図４０】図４０は、典型的な電気化学デバイスのエネルギー密度および電力密度を示すＲａｇｏｎｅプロットを示す。
【図４１】図４１は、色素増感ナノ結晶性ソーラーセルの例示の作動原理およびエネルギーレベルスキームを示す。
【図４２】図４２は、薄膜ナノ結晶／ナノワイヤハイブリッドソーラーセルの例示の作動原理を示す。
【図４３】図４３は、三軸電界紡糸の概略を示す。
【図４４】図４４は、ＳｉＯ２（コア）／Ｆｅ３Ｏ４を含むＰＩ−ｂ−ＰＳ（中間）／ＳｉＯ２（シース）の三軸ナノファイバーのＴＥＭ画像を示す。
【図４５】図４５は、電解質が二重層のウルトラキャパシタの断面図を示す。
【図４６】図４６は、ウルトラキャパシタの活性炭に配置されたバリウムチタネートナノファイバーの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（発明の詳細な説明）
ナノテクノロジーは、原子および分子スケールでの事象を操作することであり、多くの様々な構造、技術および潜在的な用途を含む多様な分野である。それらのなかでも、構造の１つは、ナノファイバーであり、これは、一般に、５０００ｎｍ未満の直径を有し、様々な長さを有する。高品質のナノファイバー、例えば、金属ナノファイバー、セラミックナノファイバー、ハイブリッドナノファイバーなどの必要がある。かかるナノファイバー、およびかかるナノファイバーを製造するための方法（又はプロセス）は、本明細書中に特定の実施形態で提供される。いくつかの実施形態において、本明細書中で提供されるものは、高品質ナノファイバーであり、これは、良好な構造の完全性（integrity）、少ない空隙、少ない構造の欠陥、調節可能な長さなどを有する。いくつかの実施形態において、本明細書の開示は、長く、高品質のナノファイバーを製造するための方法を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態において、本明細書中に提供される方法は、前駆体およびポリマーを含む流体ストックを使用し、これらは、互いに相互作用するか、および／または互いに適合性であり、そうすることでポリマーが前駆体の可溶化（例えば、溶解、分散液など）を促進するようになる。１つの局面において、本明細書中に提供されるものは、ポリマーおよび前駆体を含むナノファイバー（例えば、前駆体ナノファイバー）である。別の局面において、本明細書中に提供されるものは、金属成分（例えば、金属（単一金属または金属アロイなど）、金属酸化物（金属オキシドなど）、セラミックなど）を含むナノファイバーである。具体的な局面において、本明細書中に提供されるものは、連続マトリクス金属成分ナノファイバーである。より具体的な局面において、本明細書中に提供されるものは、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、またはそれらの組み合わせの連続マトリクスを含むセグメントを含むナノファイバーである。
【００４５】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、電界紡糸された流体ストック（例えば、ポリマーおよび前駆体を含む前駆体ナノファイバー）をナノファイバーへと変換するための方法であり、ここでポリマーは除去される。いくつかの場合、この方法は、得られるナノファイバー.において、欠陥（ギャップなど）、空隙などを残す。いくつかの実施形態において、これらの欠陥は、流体ストック中の金属またはセラミックの前駆体のポリマーの量に対する割合を増加させることによって減少される。
【００４６】
いくつかの実施形態において、流体ストックが均質であることを確実にすることによって、流体ストックが均質でない場合と比べて、ナノファイバー中の空隙および／または欠陥が減少する。いくつかの場合において、流体フィード（又は供給物）が電界紡糸され、かつナノファイバーに変換（又はコンバージョン）される場合、均質の流体フィードの使用によって、均質なナノファイバー.がもたらされる。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、均質な流体ストックを製造するための方法である。いくつかの実施形態において、前駆体は、前駆体をリガンドと会合させることによって可溶化される。いくつかの実施形態において、ポリマーは、水溶性である。いくつかの場合において、水系（水性）の流体ストックは、他の溶媒（例えば、非水性の溶媒が有毒であるもの）に基づく流体ストックに対して利点がある。いくつかの実施形態において、水性の環境において、この方法（又はプロセス）を行うことには利点がある。
【００４７】
いくつかの実施形態において、前駆体をポリマーと会合させること、例えば、前駆体とポリマーとの間の化学結合によって、前駆体とポリマーとの間の会合のない実施形態と比べて、欠陥が少なく、長く、高品質のナノファイバーが得られる。いくつかの場合において、前駆体は、比較的均質にポリマーに分配される（そうすることで、例えば、このような均質な会合を有する流体ストックの電界紡糸は、空隙および欠陥の少ないナノファイバーを与えるようになる）。この会合に加えて、いくつかの実施形態において、前駆体とポリマーとを配合する前に前駆体の均質な溶液を第１に作製することには利点がある。
【００４８】
いくつかの実施形態において、高品質のナノファイバーを作製するために、前駆体の増加した割合および前駆体の均質な分布によって、複雑なジオメトリまたは有利な特徴を有するナノファイバーがもたらされる。かかるジオメトリとしては、長い中空のナノファイバーや、１以上の材料のハイブリッドであるナノファイバーが挙げられる。様々な実施形態において、これらの材料には、限定がなく、金属、セラミックまたはそれらの組み合わせである。
【００４９】
（方法（又はプロセス））
本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーの製造方法である。いくつかの実施形態において、この方法は、流体ストックを電界紡糸することを含む。具体的な実施形態において、流体ストックは、金属前駆体（例えば、金属−リガンドの化合物を含む前駆体であって、これは、下流での処理に依存し、金属、金属酸化物、セラミックなどに変換され得るもの）と、ポリマーとを含む。具体的な実施形態において、金属前駆体およびポリマーは、前駆体−ポリマーの会合中に存在する。具体的な実施形態において、前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、少なくとも１：２である。具体的な実施形態において、前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、１：２以上である。より具体的な実施形態において、前駆体（重量）：ポリマー（重量）の比は、少なくとも１：１である。さらにより具体的な実施形態において、前駆体（重量）：ポリマー（重量）の比は、１：１以上である。いくつかの実施形態において、ポリマーは、水溶性（例えば、水中に完全に溶解性であるか、または水中で少なくとも膨潤性である）である。具体的な実施形態において、流体ストックは、水性である（すなわち、水を含む）。特定の実施形態において、前駆体は、流体ストック中で少なくとも２００ｍＭである（例えば、前駆体の金属成分によって測定される通りである）。
【００５０】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、流体ストックを電界紡糸する方法であり、この流体ストックは、金属前駆体とポリマーとを含み、前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、１：２以上（例えば、少なくとも１：１．７５）である。特定の実施形態において、流体ストックは、１：２以上（例えば、少なくとも１：１．７５）の重量／重量の比で前駆体とポリマーとを配合することによって調製される。具体的な実施形態において、流体ストックは、水性である。より具体的な実施形態において、金属前駆体およびポリマーは、前駆体−ポリマーの会合中の流体ストック中に存在する。
【００５１】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載の方法は、金属を可溶化するリガンドに会合（associating）または結合（binding）させることを含み、必要に応じて水性溶液中で第１の金属前駆体を生成する。いくつかの実施形態において、前駆体溶液を混合して、均質な前駆体組成物（例えば、溶液）を提供する。いくつかの実施形態において、前駆体組成物は、次いで、ポリマーの組成物（例えば、水溶性ポリマー）と配合されて、流体ストックを提供する。
【００５２】
いくつかの実施形態において、この（第１の）前駆体分子は、ポリマーと会合または結合する（ここで、これらの用語は、本明細書中において互換的に使用されるべきであると理解され、会合または結合との用語を参照することによって、共有結合、金属−リガンドの錯体、イオン結合、ルイス塩基／ルイス酸の相互作用などの形成が示される）（例えば、前駆体−ポリマーの会合を提供し、ポリマー＋第２の金属前駆体を提供する）。
【００５３】
いくつかの実施形態において、流体ストックを混合して、均質な流体ストックを提供する。ここで、前駆体は、実質的に均等にポリマーと必要に応じて会合される（例えば、組成物の粘度の変動を測定することによって決定される）。いくつかの実施形態において、流体ストックは、次いで、電界紡糸された流体ストックへと電界紡糸される。いくつかの場合において、電界紡糸された流体ストックは、次いで、必要に応じて加熱により焼成される。いくつかの実施形態において、還元環境での加熱によって、純粋な金属ナノファイバーが得られ、酸化環境での加熱により、セラミックナノファイバーがもたらされる。
【００５４】
特定の実施形態において、ポリマーは、求核性ポリマー（例えば、アルコール基を含むポリマー、例えばＰＶＡ）である。いくつかの実施形態において、ポリマーは、求核性ポリマーであり、第１の前駆体（例えば、試薬前駆体（reagent precursor））は、求電子性の前駆体（例えば、金属アセテート、金属クロリドなど）である。具体的な実施形態では、前駆体−ポリマーの会合は、求核性ポリマーと、求電子性の第１の前駆体（例えば、試薬前駆体）との間の反応生成物である。
【００５５】
他の実施形態において、ポリマーは、求電子性ポリマー（例えば、クロリドまたはブロミド基を含むポリマー、例えば、ポリビニルクロリド）である。いくつかの実施形態において、ポリマーは、求電子性ポリマーであり、第１の前駆体（例えば、試薬前駆体）は、求核性前駆体（例えば、求核性基を有する「リガンド」を含む金属−リガンドの錯体、例えば、アルコールまたはアミン）である。具体的な実施形態において、前駆体−ポリマーの会合は、求電子性ポリマーと、求核性の第１の前駆体との間の反応生成物である。
【００５６】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、高ローディングの前駆体を含む。具体的な実施形態において、流体ストックは、ポリマー、および／または前駆体とポリマーとの間の会合への高ローディングの前駆体を含む。具体的な実施形態において、ポリマーの前駆体ローディングは、少なくとも２０％である（すなわち、少なくとも２０％のポリマーの反応性サイト−求核性または求電子性サイトを金属化合物と会合させる。これは、または、本明細書中において、少なくとも２０％の前駆体で飽和されていると説明される。）。本明細書中において議論される通り、一緒になった場合、金属前駆体によるポリマーローディングは、（ｉ）ポリマーと金属前駆体とを含む組成物、および（ｉｉ）ポリマー−前駆体の会合を形成する。より具体的な実施形態において、ポリマーのローディングは、少なくとも３５％である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーのローディングは、少なくとも５０％である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーのローディングは、少なくとも７５％である。ローディングは、任意の適切なメカニズム、例えば、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光測定、赤外（ＩＲ）分光測定などによって決定され得る。例えば、図２Ｂは、ポリマーへの前駆体の増加したローディングを示す（例えば、−ＯＨピークの減少した強度による）。
【００５７】
いくつかの場合において、均質な流体ストックの製造方法を使用して、ナノファイバー以外のジオメトリを有する構造（物）を製造する（例えば、ナノ粒子、スフィア、メッシュ、薄膜、ナノロボットパーツ（ギアなど））。ナノファイバーに関して、いくつかの実施形態において、これらの構造を少ない欠陥で作製することが望ましく、そうすることで、本明細書の開示の用途に適切となる。１つの局面において、本発明は、純粋な金属、セラミック、ハイブリッドナノ構造（スフィア、メッシュ、ギアなどを含む）を含む。
【００５８】
いくつかの実施形態において、当該方法は、流体ストックを電界紡糸することを含む。電界紡糸のために任意の適切な方法を使用する。いくつかの場合において、上昇された温度での電界紡糸を利用する。このための例示の方法は、米国特許第７，３２６，０４３号および米国特許第７，９０１，６１０号（これらは、かかる開示について、本明細書中に援用される）に開示の通り、上昇された温度で電界紡糸するための方法を包含する。いくつかの実施形態において、上昇された温度での電界紡糸によって、この電界紡糸の方法を通して、流体ストックの均質性が改善される。いくつかの実施形態において、ガスアシスト電界紡糸（gas-assisted electrospinning）を利用する（例えば、本明細書中に記載の流体ストックから電界紡糸されたジェットを用いて共通軸での電界紡糸）。ガスアシスト電界紡糸の例示の方法は、ＰＣＴ特許出願（ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４８９４（「Electrospinning apparatus and nanofibers produced therefrom」））に記載され、これは、かかる開示が、本明細書中に援用される。ガスアシストの実施形態では、ガスは、必要に応じて、空気であるか、または任意の他の適切な気体（不活性ガス、酸化ガスまたは還元ガスなど）である。いくつかの実施形態において、ガスアシストによって、当該方法の処理能力（又はスループット）が増加するか、および／またはナノファイバーの直径が減少する。いくつかの場合において、ガスアシスト電界紡糸によって、エレクトロスピナーから放出される流体ストックのジェットが加速して延長する。いくつかの実施形態において、流体ストックの内側にガス流を導入することによって、中空ナノファイバーが製造される。いくつかの実施形態において、流体ストックは、当業者に公知の任意の方法を用いて、電界紡糸される。
【００５９】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、水性の流体ストック（例えば、水、水溶性ポリマーならびに金属および／またはセラミックの前駆体を含む）から製造される。いくつかの場合において、水性の流体ストックは、より安価であり、さらに環境に優しく、有機溶媒の使用を回避し、および／または特定の用途における他の利点を有する。さらに、特定の局面において、水性の流体ストックの使用によって、ポリマーおよび前駆体の両方のより高いローディングが可能となる。いくつかの場合において、前駆体のより高いローディングによって、金属、金属酸化物およびセラミックのナノファイバーが提供され、これらは、良好な構造の完全性、減少した空隙構造および／または減少した構造上の欠陥を有する。
【００６０】
具体的な実施形態において、水性の流体ストックの使用は、同軸の電界紡糸と組み合わされる（共通の軸のまわりに２以上の流体を電界紡糸すること）。本明細書中に記載される通り、第２の流体を用いた同軸の電界紡糸を使用して、コーティングを付与し、中空ナノファイバーを製造し、１以上の材料を含むナノファイバーなどを製造する。様々な実施形態において、第２の流体は、水性の（第１の）流体ストックの外側（すなわち、水性の（第１の）流体ストックを少なくとも部分的に囲む（又は覆う））または内側（例えば、水性の（第１の）流体ストックによって少なくとも部分的に囲まれる（又は覆われる））のいずれかでる。いくつかの実施形態において、第２の流体は気体である（ガスアシスト電界紡糸）。本明細書中に記載される通り、いくつかの実施形態において、ガスアシストによって、当該方法の処理能力（又はスループット）が増大し、ナノファイバーの直径が減少し、および／または中空ナノファイバーを製造するために使用される。いくつかの実施形態において、ナノファイバーを製造するための方法は、水性の流体ストックおよび気体を同軸で電界紡糸することを含む。他の実施形態において、第２の流体は、本明細書中に記載のような特徴を有する第２の流体ストック（すなわち、この開示に従ってポリマーおよび前駆体を含むもの）である。いくつかの実施形態においては、この開示に従って少なくとも２つの流体ストックは、本明細書中に開示の方法に従って同軸で電界紡糸され、コアおよびその上に少なくとも１層を含むハイブリッドナノファイバーが形成される。
【００６１】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを製造するための方法であり、当該方法は、第１の流体を第２の流体とともに電界紡糸することを含み、第１または第２の流体の少なくとも１つは、水性の流体である。様々な実施形態において、第１の流体および第２の流体は、任意の適切な向き（又はオリエンテーション）および／または形状で、互いに対して配置（又は位置決め）される。いくつかの実施形態において、第１の流体および第２の流体は、これらがエレクトロスピナーを出るように、互いに２つが並んでいる。いくつかの実施形態において、第１の流体または第２の流体のいずれか一方は、他方を囲む（又は被覆する）。いくつかの実施形態において、第１および第２の流体は、同一または同様の軸のまわりで電界紡糸される。
【００６２】
いくつかの実施形態において、第１の流体は、水性の流体であり、水、水溶性ポリマーおよび金属および／またはセラミック前駆体を含む。いくつかの実施形態において、第２の流体は、第２の水性の流体であり、水、水溶性ポリマーおよび第２の金属および／またはセラミック前駆体を含み、第２の流体の水溶性ポリマーは、第１の流体の水溶性ポリマーと同一または異なる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、当該方法は、「同軸」で電界紡糸することを含み、「同軸」のハイブリッドナノファイバーなどを製造する。本明細書中において使用されるように、同軸とは、同中心の円筒の材料を指し、共通（同一）の中心軸を有するものである（例えば、円筒状のナノファイバーであって、コア材料が１以上のコーティングまたは円筒状の層によって囲まれている（又は覆われている）もの）。同軸のナノファイバーは、いくつかの実施形態において、中空である。材料の層の数に限定はない（すなわち、同軸は、２層を意図するものではない）。用語「同軸」および「多軸」は、互換的に使用される。多軸の電界紡糸は、共通の軸のまわりで複数の流体（例えば、複数の流体ストック（本明細書中に記載される通り）および／または１以上の気体）を電界紡糸することを指す。
【００６４】
いくつかの場合において、金属前駆体の使用によって、電気伝導率が増加し、これは、電界紡糸フィラメントのより強力なホイッピングをもたらし得る。例えば、前駆体の選択によって、流体ストックの電気伝導率を増加させることによっても、いくつかの場合において、当該方法の生産性を増加させてもよい。いくつかの場合において、増加した生産性は、流体ストックの伝導率を増加させることによって達成される。特定の場合において、増加した伝導率によって、隣接する紡糸口金から出るジェットによって、さらなる斥力が引き起こされる。いくつかの場合において、この増加した斥力のために、ジェットは、早まって、互いに接触することが少ないようである。これによって、実務者が、紡糸口金を、一緒に、より近接して、間隔を開けて配置することができる。一般的には、より近接に間隔を開けて配置された紡糸口金によって、全体の生産性が増加することになる（これは１つの紡糸口金あたりの生産性が実質的に減少しない限りにおいてである）。
【００６５】
本明細書中に記載される電界紡糸の方法（又はプロセス）は、流体ストックを比較的均一に分散すること、および／または流体ストックを比較的均一に分散された状態で保つことを含む（例えば、均一に分散または均質に分散される）。いくつかの実施形態において、分散液を達成または維持するために、特に流体ストックが周囲温度で固化する場合において、流体ストックを加熱する。いくつかの実施形態において、流体ストックは、かき混ぜられ、必要に応じて、加熱と組み合わされて撹拌される。かき混ぜには、撹拌、混合、超音波処理、ボルテックスなどが含まれるが、これらに限定されず、また、かき混ぜによって、実質的に均質な流体ストックが生成され、維持される。いくつかの場合において、流体ストックを電界紡糸の方法（又はプロセス）の間に連続的に撹拌する。１つの具体的な実施形態において、流体ストックは、約１時間にわたって撹拌され、均質な分散液を生成する。
【００６６】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーを形成するための手順は、電界紡糸ではない。電界紡糸は、ナノファイバーを製造する方法の１つに過ぎない。他の適切な方法としては、ゾル−ゲル技術または界面重合または「迅速混合（fast mixing）」の技術（Huang, Pure Appl. Chem., Vol. 78, No. 1, pp. 15-27, 2006）が挙げられる。本発明の開示には、さらに、例えば、エレクトロスプレーによってナノスフィアを製造するための繊維以外のナノジオメトリを製造するための方法が含まれる。流体ストックの組成物およびこれを製造するための方法は、具体的なジオメトリ（すなわち、任意のジオメトリに適用可能である）およびかかるジオメトリを製造するための方法については、確かではない。
【００６７】
いくつかの例において、流体ストック中のポリマーへの高ローディングの前駆体は、純粋および／または不均一のナノファイバーを得るために有益である。本明細書中に記載される通り、ポリマーが除去されるときに、前駆体のローディングが少ない場合に形成される多数の欠陥および／または空隙と比較して、少ない欠陥および／または空隙がナノファイバー中に形成される。ローディングは、流体ストック中において、または流体ストックを形成するために組み合わされて、前駆体：ポリマーの重量比として示される。前駆体：ポリマーの重量比は、任意の値であり、これによって、所定の実施形態において、適切な特性を有するナノファイバーをもたらす。いくつかの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、少なくとも１：２である。いくつかの実施形態において、重量において、ポリマーよりも多くの前駆体が存在する。いくつかの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、少なくとも１．２５：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．７５：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも６：１、少なくとも７：１、少なくとも８：１、少なくとも９：１、少なくとも１０：１、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも３０：１、少なくとも４０：１、少なくとも５０：１、または少なくとも１００：１である。いくつかの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、約１．２５：１、約１．５：１、約１．７５：１、約２：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約９：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約３０：１、約４０：１、約５０：１、または約１００：１である。さらに他の実施形態では、前駆体：ポリマーの重量比は、約１：２〜１０：１、１：１〜４：１、約２：１〜１０：１、または約３：１〜８：１である。具体的な実施形態において、流体ストック中に存在するポリマーおよび前駆体が、ポリマー−前駆体の会合の形態で存在する場合、この重量比は、ポリマーおよび前駆体（例えば、第１の前駆体であり、これはポリマーと反応するものである（金属アセテートなど））の未会合、未反応の理論上の重量を比較することによって決定される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される方法は、流体ストックを調製すること、および／または前駆体をポリマーと、必要に応じて流体（例えば、水、または水を含む流体（水性の流体））と配合することによって調製される流体ストックを使用することを含み、前駆体／ポリマーの重量／重量の比は、ポリマー（例えば、前駆体と会合していないポリマー）と配合される前駆体（例えば、第１の前駆体）の量によって決定される。例えば、ｘグラムの前駆体（例えば、第１の前駆体）およびｙグラムのポリマーを用いて流体ストックを調製する場合、前駆体／ポリマーの重量／重量の比は、ｘ：ｙである（例えば、ストック中において、前駆体が最終的にポリマーと会合するか否かは関係ない）。いくつかの実施形態において、前駆体（例えば、第１の前駆体、例えばＭＬｂ（式中、Ｍは、金属であり、Ｌは、１以上のリガンドであり、これは本明細書中に記載される通りであり、ｂは、適切な数であり、例えば１〜１０である））をポリマー（Ｐ）と組み合わせる際、ポリマー−前駆体の会合が形成される（例えば、Ｐ−ＭＬｂ−１であり、ＭＬｂ−１は、ポリマーと会合している第２の前駆体である）。このような場合のいくつかにおいて、全てまたは一部の第１の前駆体は、ポリマーと会合し、前駆体／ポリマーの重量／重量の比は、第１および第２の前駆体の合計：ポリマーの比によって決定される。
【００６８】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される方法（又はプロセス）は、以下の（ａ）および（ｂ）を含む。
（ａ）第１の金属前駆体、ポリマーおよび流体（例えば、水性の流体）を組み合わせることによって、流体ストックを調製すること（第１の流体の前駆体は、少なくとも１：２の重量／重量の比でポリマーと組み合わされている）、および
（ｂ）流体ストックを電界紡糸すること
他の実施形態において、本明細書中において提供される方法は、第１の金属前駆体、ポリマーおよび流体（例えば、水性の流体）を組み合わせることによって調製される流体ストックを電界紡糸することを含み、第１の金属前駆体は、少なくとも１：２の重量／重量の比でポリマーと組み合わされている。具体的な実施形態において、金属前駆体とポリマーとを組み合わせる際、第１の金属前駆体の少なくとも一部は、ポリマーと会合して、ポリマー−前駆体の会合を形成し、このポリマー−前駆体の会合は、ポリマーおよび第２の金属前駆体（すなわち、第１の金属前駆体の残りの成分）を含む。例えば、図２Ａは、第１の前駆体であるＡｌ（ＯＣＯＣＨ３）３を示し、これはポリマーと反応して、ポリマー−前駆体の会合を形成し、これは、第２の前駆体であるＡｌ（ＯＣＯＣＨ３）２と会合したポリマー（ポリビニルアルコール）を含む。具体的な実施形態において、第１の前駆体：ポリマーの重量／重量の比は、１：２以上である。さらに具体的な実施形態において、第１の前駆体（重量）：ポリマー（重量）の比は、少なくとも１：１である。さらにより具体的な実施形態において、第１の前駆体（重量）：ポリマー（重量）の比は、１：１以上である。
【００６９】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、金属および／またはセラミックの前駆体とポリマーとを含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、金属またはセラミックの前駆体と、ポリマーとを含む。いくつかの実施形態において、前駆体および／またはナノファイバーは、金属および／またはセラミックではない。本明細書中に記載される方法を使用してナノ構造を作製し、これは、いくつかの場合において（例えば、どんな材料でも）、少ない空隙または欠陥を有する。本明細書中に記載される実質的に均一な流体フィードを製造するための方法は（例えば、ポリマーに前駆体を実質的に均一に会合させることによって）、金属および／またはセラミック以外の材料に適用可能である。
【００７０】
図１は、本明細書中に記載される方法の例示の概略を示す。いくつかの場合において、金属前駆体１０１（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉのアセテートなど）を含む第１の組成物は、ポリマー１０３（例えば、ＰＶＡ、ＰＶＡｃ、ＰＶＥＯなど）を含む第２の組成物と組み合わされて（１０２）、流体ストック組成物１０４を含む流体ストックを調製する。いくつかの場合において、ここで提供される流体ストックは、ノズル１０６を通して、例えばシリンジシステム１０５を用いて電界紡糸され、ここでノズルは、必要に応じて加熱される。特定の実施形態において、流体ストックの電界紡糸は、前駆体ナノファイバー１０８を生成し、これは金属前駆体およびポリマーを含み（例えば、１：２以上、最大で４：１の重量比で含み）、この前駆体ナノファイバーは、コレクタ１０７において回収される。次いで、前駆体ナノファイバー１０８の処理１０９（例えば、熱的および／または化学的な処理）を行って、セラミック、金属またはコンポジットのナノファイバー（例えば、純粋なセラミック、金属またはコンポジットのナノファイバー）１１０を製造してもよい。
【００７１】
図３４は、本明細書中に記載の方法の別の例示の概略を示す。いくつかの場合において、金属前駆体３４０１（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉのアセテートなど）を含む第１の組成物は、ポリマー３４０３（例えば、ＰＶＡ、ＰＶＡｃ、ＰＥＯなど）を含む第２の組成物と組み合わされて（３４０２）、流体ストック組成物３４０４を含む流体ストックを調製する。いくつかの場合において、流体ストックは、複数の電界紡糸ノズル／ニードル３４０９を含む装置３４０８に提供される（３４０６）。特定の実施形態において、この流体ストックは、別の流体３４０７（これもまた装置３４０９に提供される）とともに電界紡糸される（例えば、エアポンプへの接続を介して）。いくつかの場合において、装置３４０９は、流体ストックチャンバ３４１０と、第２の流体チャンバ（例えば、高圧ガスチャンバ）３４１１とを含む。次いで、流体ストックの電界紡糸は、中央のニードルまたはノズル（例えば、長手方向の軸に沿って整列されたもの）３４１３から電界紡糸され得る。その間、第２の流体は、外側のニードルまたはノズル（例えば、同一の長手方向の軸に沿って整列されたもの）３４１２から同軸で発現される。具体的な場合において、この流体ストックノズル（ニードル）３４１３は、必要に応じて加熱される。いくつかの場合において、例えば、中空ナノファイバーが望まれる場合には、気体および流体ストックのチャンバおよびニードルをスイッチしてもよい（例えば、図３５を参照のこと）。特定の実施形態において、流体ストックの電界紡糸は、前駆体ナノファイバー３４１５を生成し、これは金属前駆体およびポリマーを含み（例えば、１：２以上、最大で４：１の重量比で含み）、この前駆体ナノファイバーは、コレクタ３４１４で回収される。次いで、前駆体ナノファイバー３４１５の処理３４１６（例えば、熱的および／または化学的な処理）を行って、セラミック、金属またはコンポジットのナノファイバー（例えば、純粋なセラミック、金属またはコンポジットのナノファイバー）３４１７を製造してもよい。具体的な実施形態において、金属ナノファイバーは、金属アロイのナノファイバー（例えば白金−鉄のアロイ）３４１８であってもよい。
【００７２】
図３５は、本明細書中に記載の中空（すなわち中空コア）の金属、金属酸化物またはセラミックのナノファイバーを製造する方法の例示の概略を示す。いくつかの場合において、本明細書中に記載の装置の流体ストックチャンバ３５０２に流体ストックが提供される。いくつかの場合において、流体ストックチャンバは、供給端部およびノズル端部を含み、そこから、流体ストックがガスのアシストによって電界紡糸され、これは、供給端部およびノズル端部を含むガスチャンバ３５０１を介して提供され、このノズル端部は、流体ストックチャンバ３５０３のノズル端部と同軸で（すなわち、同一の長手方向の軸に実質的に沿って）配置（又は位置決め）されている。いくつかの場合において、このような様式でガスを用いた流体ストックの同軸での電界紡糸によって、中空前駆体ナノファイバー３５０６が製造され、これは、コレクタ３５０５で回収され得る。金属前駆体およびポリマーを含む中空前駆体ナノファイバーは、図３５において、３５０６で示される。いくつかの場合において、これらの中空前駆体ナノファイバーは、次いで、処理されて（３５０７）（例えば、熱処理され）、中空金属ナノファイバー３５０８を生成する。例示の中空ナノファイバーとしては、中空のＳｉまたはＧｅのナノファイバーが挙げられる。
【００７３】
図３６は、本明細書中に記載の方法のさらに別の例示の概略を示し、特に層状のナノコンポジットナノファイバーを示し、これは、同軸のガスアシストの電界紡糸の方法によって製造される。いくつかの場合において、第１の流体ストック３６０１（例えば、金属前駆体およびポリマーを含む）は、第２の流体ストック３６０２（例えば、第２の金属前駆体および第２のポリマーを含み、この第２の前駆体およびポリマーは、独立して、第１のものと同一であるか、または異なるものである）および第３の流体（例えば、ガス）３６０３とともに電界紡糸される。流体ストックは、任意のデバイスによって、例えばシリンジ３６０５によって、装置に提供され得る。ガスは、任意の供給源３６０６（例えば、エアポンプ）から提供され得る。いくつかの実施形態において、このような装置は、複数の同軸ニードル３６０４を含む。例示のニードルは、断面３７０７によって示される通り、外側シースチューブ３６０８、少なくとも１つの中間チューブ３６０９、およびコアチューブ３６１０を含む。具体的な場合において、各チューブは、同軸で整列されている（すなわち、実質的に同一の軸に沿って整列されている）。特定の実施形態において、このような方法は、コアおよび層を含むナノファイバーを調製するために利用され得る。ここで、コアは、金属、金属酸化物またはセラミックを含み、層は、金属、金属酸化物またはセラミックを含む。いくつかの場合において、コアおよび層は、同一または異なる材料を含む。例示の実施形態において、コアは、アルミニウム（アルミニウム前駆体流体ストックに由来する）を含み、層は、ＩＴＯ（ＩＴＯ前駆体流体ストックに由来する）を含んでいてもよい。
【００７４】
（前駆体ナノファイバー）
特定の実施形態において提供されるものは、ナノファイバーまたは複数（本明細書中において互換的に使用される「収集（コレクション）」）のナノファイバーであり、本明細書中に記載されるポリマーおよび金属前駆体を含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、上記に記載の方法に従って調製される。具体的な実施形態において、ポリマーおよび金属前駆体は、ポリマー−前駆体の会合の形態でナノファイバー中に存在する。いくつかの場合において、これらのナノファイバーは、本明細書中に記載の流体ストックから調製されるので、ポリマー／前駆体ナノファイバーのポリマーおよび前駆体の比は、本明細書中に記載の通りである（例えば、流体ストックについての記載）。
【００７５】
いくつかの実施形態において、ナノファイバー（単数または複数）は、ポリマーおよび金属前駆体を含む。いくつかの実施形態において、ポリマーおよび金属前駆体は、任意の第１の金属前駆体およびポリマー−前駆体の会合を含み、このポリマー−前駆体の会合は、１以上の第２の金属前駆体に結合したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、金属前駆体：ポリマーの重量比は、いくつかの実施形態において、少なくとも１：２である。他の実施形態においては、ほぼ等しい重量の前駆体およびポリマーが存在する。いくつかの実施形態において、重量において、ポリマーよりも多くの前駆体が存在する。いくつかの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、少なくとも１．２５：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．７５：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも６：１、少なくとも７：１、少なくとも８：１、少なくとも９：１、少なくとも１０：１、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも３０：１、少なくとも４０：１、少なくとも５０：１、または少なくとも１００：１である。いくつかの実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、約１．２５：１、約１．５：１、約１．７５：１、約２：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約９：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約３０：１、約４０：１、約５０：１、または約１００：１である。さらに他の実施形態では、前駆体：ポリマーの重量比は、約１：２〜１０：１、１：１〜４：１、約２：１〜１０：１、または約３：１〜８：１である。
【００７６】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される前駆体ナノファイバーは、式ＭＬｂ（式中、Ｍは、金属であり、Ｌは、１以上のリガンドであり、これらは本明細書中に記載されるとおりであり、ｂは、適切な数であり、例えば１〜１０である）を有する任意の第１の金属前駆体と、式Ｐ−（ＭＬｂ−１）ｇ（Ｐは、ポリマーであり、ｇは、前駆体の飽和またはローディングの数であり、かかる数は、１以上である）を有するポリマー−前駆体の会合とを含む。特定の実施形態において、ｇは、モノマー単位またはＰ中に存在する反応性部位の数以下の数であると理解される（特に、１以上の反応性部位を有するモノマー単位を使用する場合）。例えば、約０．０１１３モル（２ｇのニッケルアセテート）が１ｇの７９ｋＤａのポリビニルアルコール（約０．０２３８モルのビニルアルコールモノマー残基）と完全に反応する場合、このとき、全く架橋がないとすると、ポリビニルアルコール中に存在する約４７％のアルコールが反応している、ｇは、約８８４となる（０．４７の反応したアルコール／ポリマー×アルコール単位／ポリマーの数（すなわち、７９０００（ポリマーの分子量）÷４２（アルコール単位の分子量））。いくつかの場合において、ポリマー（Ｐ）の間のいくつかの架橋（例えば、金属前駆体による架橋）が存在する（例えば、Ｐ−ＭＬｂ−２−Ｐを形成する。ＭＬｂ、ＭＬｂ−１およびＭＬｂ−２が全て存在する場合、ＭＬｂ−２残基は、第３の金属前駆体と考えられ得る。）。具体的な実施形態において、制御された条件下での第１の前駆体とポリマーとの配合によって、ポリマー間の架橋を減少させる。いくつかの実施形態において、ポリマーは、２０％未満の架橋である（例えば、２０％未満の金属前駆体が、２以上のポリマーと会合し、および／またはポリマーの２０％未満のモノマー単位が、例えば、金属前駆体を介して、別のポリマーに接続される）。いくつかの実施形態において、ポリマーは、１０％未満の架橋である。具体的な実施形態において、ポリマーは、５％未満の架橋である。より具体的な実施形態において、ポリマーは、３％未満の架橋である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーは、２％未満の架橋である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーは、１％未満の架橋である。
【００７７】
いくつかの実施形態において、ポリマー−前駆体の会合のポリマーは、前駆体で少なくとも２０％飽和されている。具体的な実施形態において、ポリマー−前駆体の会合のポリマーは、前駆体で少なくとも３５％飽和されている。より具体的な実施形態において、ポリマー−前駆体の会合のポリマーは、前駆体で少なくとも５０％飽和されている。さらにより具体的な実施形態において、ポリマー−前駆体の会合のポリマーは、前駆体で少なくとも７５％飽和されている。様々な実施形態において、ポリマーは、（例えば、平均で）少なくとも２０％、少なくとも少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％の飽和である。いくつかの場合において、ポリマーは、平均で、約５０％〜１００％、約７０％〜１００％、約９０％〜１００％、約５０％〜９０％、約６０％〜８０％、または約２０％〜５０％の飽和である。
【００７８】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーまたは複数のナノファイバーは、ポリマーと、（例えば、平均で）少なくとも５元素重量％の金属とを含む。特定の実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーまたは複数のナノファイバーは、ポリマーと、（例えば、平均で）少なくとも１０元素重量％の金属とを含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーまたは複数のナノファイバーは、ポリマーと、（例えば、平均で）少なくとも１５元素重量％の金属とを含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーまたは複数のナノファイバーは、ポリマーと、（例えば、平均で）少なくとも２０元素重量％の金属とを含む。具体的な実施形態において、金属は、（例えば、平均で）少なくとも２５元素重量％のナノファイバー（単数または複数）を構成する。さらにより具体的な実施形態において、金属は、（例えば、平均で）少なくとも３０元素重量％のナノファイバー（単数または複数）を構成する。さらにより具体的な実施形態において、金属は、（例えば、平均で）少なくとも３５元素重量％のナノファイバー（単数または複数）を構成する。より具体的な実施形態において、金属は、（例えば、平均で）少なくとも４０元素重量％のナノファイバー（単数または複数）を構成する。様々な実施形態において、金属は、（例えば、平均で）少なくとも１０元素重量％、少なくとも１５元素重量％、少なくとも４５元素重量％、少なくとも５０元素重量％のナノファイバー（単数または複数）を構成する。
【００７９】
いくつかの実施形態において、電界紡糸された前駆体ナノファイバーは、金属前駆体およびポリマーを含み、ここで、金属前駆体およびポリマーは、一緒にすると、ナノファイバーの全質量の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９８％を構成する。具体的な実施形態において、ポリマーは、有機ポリマーである。
【００８０】
いくつかの場合において、金属前駆体の前駆体は、また、必要に応じて、溶媒和されてもよい（例えば、流体ストックの流体媒体が水である場合、水和されてもよい）。本明細書中に開示されるものは、このような溶媒を考慮すること意図することを理解すべきである。
【００８１】
（ナノファイバー処理）
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される方法は、電界紡糸された流体ストック（例えば、ポリマーおよび前駆体を含む前駆体ナノファイバー、例えば、本明細書中に記載される任意の前駆体ナノファイバー）を処理するための１以上の方法（又はプロセス）を含む（例えば、これらの実施形態において、さらに処理することであって、この処理を上記にて説明される電界紡糸の方法と組み合わせる）。具体的な実施形態において、このさらなる処理は、前駆体ナノファイバー（ポリマーおよび前駆体を含む電界紡糸されたナノファイバー）を金属、金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）またはセラミックのナノファイバーに変換することを含む。
【００８２】
本明細書中において、１つまたは全てのこれらの処理方法を「焼成（またはか焼）」と総称する。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される金属、金属酸化物またはセラミックのナノファイバー（例えば、例として、純粋な金属および／またはセラミックのナノファイバー）を製造するために、本明細書中に記載の方法は、電界紡糸された流体ストック（すなわち、前駆体ナノファイバー）からポリマーを除去することを含む。いくつかの実施形態において、前駆体ナノファイバーの処理（焼成）には、ポリマーを除くこと（例えば、必要に応じて、熱的にまたは化学的にポリマーを除去すること）が含まれる。いくつかの実施形態において、ポリマーの除去によって、ナノファイバーにおいて、空隙および／または欠陥を形成する。いくつかの場合において、流体ストック中のポリマーの量を減少させること、および／または空隙または欠陥の減少およびナノファイバーの長さおよび性能の増加をもたらす処理（焼成）の手順を用いることを開示することが目的である。いくつかの場合において、ポリマーは、実質的に変性されていない状態で除去される。いくつかの場合において、ポリマーは、任意の適切な手段によって分解される（例えば、熱によって分解され、蒸発され、昇華される）。いくつかの場合において、ポリマーは、化学的な手段によって除去される（例えば、ポリマーを可溶化することによって、またはポリマーを化学的に分解することによって除去される）。いくつかの実施形態において、ポリマーは、強酸または強塩基によって化学的に分解される。いくつかの実施形態において、焼成には、リガンド（これは、必要に応じて、前駆体の成分である）の除去が含まれる。さまざまな実施形態において、リガンドは、全体的に分解または除去され、熱または化学品などによって除去される。
【００８３】
いくつかの実施形態において、処理（焼成）の方法（又はプロセス）もまた、前駆体（単数または複数）を金属（例えば、単一の金属、または金属のアロイ）、金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）、および／またはセラミックに変換することを含む。このような変換は、また、用語「焼成」によって本明細書中に包含されることが意図される。例示の焼成は、ポリマーならびに金属および／またはセラミックの前駆体を含む前駆体ナノファイバーの金属および／またはセラミックのナノファイバーへの変換である。いくつかの実施形態において、前駆体の金属（単数または複数）、金属酸化物（単数または複数）および／またはセラミック（単数または複数）への変換は、ポリマーの除去と同時に起こる。いくつかの実施形態において、前駆体の変換およびポリマーの除去は、異なる時間で起こる。さまざまな実施形態において、ポリマーの除去および前駆体の変換は、同一の条件下、あるいは異なる条件下で起こる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、処理（焼成）は、気体の環境で行われる。いくつかの実施形態において（例えば、酸化反応が進行することを望まない場合）、気体の環境は不活性である（すなわち、非反応性の気体からなる）。いくつかの実施形態において、処理（焼成）は、不活性雰囲気（例えば、希ガス）の下で行われる。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）またはその混合物が挙げられる。具体的な実施形態において、希ガスは、アルゴンであるか、またはアルゴンを含む。他の具体的な実施形態において、不活性ガスは、窒素（Ｎ２）ガスであるか、または窒素（Ｎ２）ガスを含む。
【００８５】
いくつかの実施形態において、電界紡糸された流体ストックの処理は、その化学的な処理を含む。具体的な実施形態において、化学処理は、酸化条件下での処理を含む。いくつかの実施形態において、酸化処理は、酸素を含む気体（例えば、空気）で電界紡糸された流体ストックを処理することを含む。いくつかの実施形態において、酸化処理は、また、熱処理を含む。特定の場合において、化学反応は、焼成、必要に応じて酸化反応の際に起こる。いくつかの場合において、酸化は、金属前駆体を金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）またはセラミックナノファイバーに変換させる。いくつかの実施形態において、酸化反応は、酸素が豊富な環境（空気など）で行われる。１つの具体的な例（例えば、ナノファイバーがセラミックナノファイバーである場合）において、焼成は、約２時間にわたって約６００℃で空気中にて行われる。
【００８６】
別の具体的な実施形態において、化学的な処理は、還元条件下での処理を含む。還元は、電子の獲得（ゲイン）であり、これは、酸化とは反対の反応である。いくつかの場合において（例えば、純粋な金属のナノファイバーの製造においてなど）、還元の環境が採用される。ここで、たとえば、還元の環境は、金属前駆体の金属酸化物への変換を抑制または最小化する（および／または、酸化が行われた場合、金属酸化物が、金属に還元されて戻されてもよい）。いくつかの実施形態において、還元環境には、減圧下でＭｇなどの金属が含まれる。いくつかの実施形態において、還元環境は、水素ガス（Ｈ２）を含む。具体的な実施形態において、還元環境は、不活性ガスおよび水素ガスの混合物である。いくつかの実施形態において、還元環境の強さは、様々な割合で不活性ガスとＨ２をブレンドすることによって、変更される。本発明の開示は、水素−窒素の混合物などを包含する。いくつかの実施形態において、還元環境は、任意の環境であり、ここで、酸化は、抑制または最小化される（例えば、環境は、実質的に酸素がない）。１つの具体的な場合において、処理（焼成）は、純粋な金属ナノファイバーを製造するために、アルゴンおよび水素の混合物のもと、約２時間にわたって、約８００℃で行われる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、処理（焼成）は、液体の環境で行われる。いくつかの実施形態において、この液体の環境は水性である。他の実施形態において、この液体の環境には、水以外のさまざまな溶媒（例えば、有機溶媒）が含まれる。いくつかの実施形態において、この液体の環境は、酸化、還元、または不活性の条件を含む。例示の液体系の還元環境は、溶液ＮａＢＨ４である。例示の酸化溶液は、過酸化水素Ｈ２Ｏ２を含む。いくつかの実施形態において、焼成は、触媒を使用する（すなわち、気相で行われるか、または液相で行われる）。
【００８８】
焼成は、任意の適切な量の時間で任意の適切な温度で行われる。いくつかの場合において、焼成温度が高いほど、より小さな直径のナノファイバーが生成される。いくつかの場合において、低温および／または短い時間によって、アモルファスの金属また金属酸化物中で小さな結晶のドメインが形成され得るが、その一方で、高温の焼成によって、純粋な金属または純粋な金属酸化物の結晶を有するナノファイバーがもたらされ得る。特定の場合、結晶の寸法は、電気伝導率または磁気特性に影響を与え得る。いくつかの場合において、磁気的に活性な金属または金属酸化物の低温での焼成によって、超常磁性のナノファイバーが製造され得る。いくつかの場合において、高温での焼成によって、電気伝導率が増加した金属ナノファイバーが製造され得る。
【００８９】
いくつかの実施形態において、焼成は、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約３００℃、約４００℃、約５００℃、約６００℃、約７００℃、約８００℃、約９００℃、約１０００℃、約１５００℃、約２０００℃などで行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、少なくとも１００℃、少なくとも１５０℃、少なくとも２００℃、少なくとも３００℃、少なくとも４００℃、少なくとも５００℃、少なくとも６００℃、少なくとも７００℃、少なくとも８００℃、少なくとも９００℃、少なくとも１０００℃、少なくとも１５００℃、少なくとも２０００℃などの温度で行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、最大で１００℃、最大で１５０℃、最大で２００℃、最大で３００℃、最大で４００℃、最大で５００℃、最大で６００℃、最大で７００℃、最大で８００℃、最大で９００℃、最大で１０００℃、最大で１５００℃、最大で２０００℃などの温度で行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、約３００℃〜８００℃、約４００℃〜７００℃、約５００℃〜９００℃、約７００℃〜９００℃、約８００℃〜１２００℃などの温度で行われる。具体的な実施形態において、焼成は、３００℃〜１２００℃で行われる。より具体的な実施形態において、焼成は、４００℃〜１０００℃で行われる。さらにより具体的な実施形態において、焼成は、５００℃〜９００℃で行われる。いくつかの具体的な実施形態において、焼成は、６００℃で行われる。他の具体的な実施形態において、焼成は、８００℃で行われる。
【００９０】
いくつかの実施形態において、焼成は、一定の温度で行われる。いくつかの実施形態において、温度は、経時的に変化する。いくつかの実施形態において、温度は、第１の温度（例えば、電界紡糸の方法の温度、必要に応じて、室温）から第２の温度まで増加する。いくつかの実施形態において、焼成は、次いで、第２の温度で所定の時間で進行する。いくつかの実施形態において、温度は、連続して変化する。焼成の間、温度の増加の速度は、特定の場合において、変化する。増加の任意の適切な速度は許され、それによって、所望の特性のナノファイバーが得られる。特定の実施形態において、温度増加の速度は、約０．１℃／分、約０．３℃／分、約０．５℃／分、約０．７℃／分、約１．０℃／分、約１．５℃／分、約２℃／分、約２．５℃／分、約３℃／分、約４℃／分、約５℃／分、約１０℃／分、約２０℃／分などである。特定の実施形態において、温度増加の速度は、少なくとも約０．１℃／分、少なくとも約０．３℃／分、少なくとも約０．５℃／分、少なくとも約０．７℃／分、少なくとも約１．０℃／分、少なくとも約１．５℃／分、少なくとも約２℃／分、少なくとも約２．５℃／分、少なくとも約３℃／分、少なくとも約４℃／分、少なくとも約５℃／分、少なくとも約１０℃／分、少なくとも約２０℃／分などである。いくつかの実施形態において、温度増加の速度は、最大で約０．１℃／分、最大で約０．３℃／分、最大で約０．５℃／分、最大で約０．７℃／分、最大で約１．０℃／分、最大で約１．５℃／分、最大で約２℃／分、最大で約２．５℃／分、最大で約３℃／分、最大で約４℃／分、最大で約５℃／分、最大で約１０℃／分、最大で約２０℃／分などである。さらに他の実施形態において、温度増加の速度は、約０．１℃／分〜０．５℃／分、約０．５℃／分〜２℃／分、約２℃／分〜１０℃／分、約０．１℃／分〜２℃／分などである。
【００９１】
焼成は、任意の適切な量の時間で行われる（例えば、所望の特性を有するナノファイバーに至る必要があるように）。いくつかの実施形態において、焼成の時間および温度は、互いに関連する。例えば、より高温の温度の選択によって、所定の特性を有するナノファイバーを製造するのに必要な時間の量が減少する。逆もまた然りであるが、焼成の時間の増加によって、必要な温度が減少し、これは、例えばナノファイバーが温度に敏感な材料を含む場合において、利点がある。いくつかの実施形態において、焼成は、約５分、約１５分、約３０分、約１時間、約２時間、約３時間、約４時間、約８時間、約１２時間、約１日、約２日などで行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、少なくとも５分、少なくとも１５分、少なくとも３０分、少なくとも１時間、少なくとも２時間、少なくとも３時間、少なくとも４時間、少なくとも８時間、少なくとも１２時間、少なくとも１日、少なくとも２日などで行われる。いくつかの実施形態において、焼成は、最大で５分、最大で１５分、最大で３０分、最大で１時間、最大で２時間、最大で３時間、最大で４時間、最大で８時間、最大で１２時間、最大で１日、最大で２日などで行われる。さらに他の実施形態では、焼成は、約１０分〜６０分、約１時間〜約５時間、約５時間〜１日などで行われる。
【００９２】
いくつかの場合、前駆体ナノファイバーの焼成によって、所望のナノファイバーが得られる（例えば、純粋な金属または純粋なセラミックナノファイバー）。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、純粋な金属またはセラミックを基本的に含む（すなわち、必要に応じて少量の他の材料を含む）。いくつかの実施形態において、他の材料は、残りのポリマー、残りの炭素質の材料（例えば、分解されたリガンドおよび／またはポリマー）、少量の酸素（例えば、ナノファイバーが「純粋な金属」である場合、金属酸化物の形成におけるもの）または流体ストックの他の成分である。
【００９３】
１つの局面において、当該方法は、高収率を有する（例えば、これは、前駆体が高価である実施形態において望まれる）。収率は、ナノファイバーの前駆体分子の分子数（例えば、モルで）を、その最終形態（例えば、金属、金属酸化物、セラミック）に返還されて、ナノファイバー中に取り込まれる前駆体分子の分子数（例えば、モルで）と比較することによって、定量され得る。換言すると、収率は、流体ストックにおいて前駆体分子の数（すなわち、ｙ×前駆体分子の数であって、前駆体分子が、そのなかに１以上の金属原子（すなわち、ｙ金属原子）を有する場合）をナノファイバー（単数または複数）中の金属原子の数で除算して求めることによって計算され得る（すなわち、流体ストック中の金属原子／ナノファイバー（単数または複数）中の金属原子）。いくつかの場合において、ポリマーへの前駆体のより高いローディンングによって、より高い収率が得られ得る。例えば、１つの試験のローディングにおいて、前駆体：ポリマーが４：１の比であると、８０％の収率が得られる。いくつかの実施形態において、ナノファイバー中の金属原子は、流体ストック中の前駆体分子の数（例えば、モルで）の約１０％、約２０％、約３０％、約３３％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、約９８％、または約１００％である。いくつかの実施形態において、ナノファイバー中の金属原子は、流体ストック中の前駆体分子のモルの少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも３３％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％である。いくつかの実施形態において、ナノファイバー中の前駆体分子のモルは、流体ストック中の前駆体分子のモルの約１０％〜約４０％、約２０％〜約５０％、または約５０％〜約１００％である。
【００９４】
（流体ストック）
本明細書中に記載されるものは、流体ストック、特定の特徴を有する流体ストック、本明細書中に開示される方法に従って調製される流体ストック、本明細書中に開示される方法によって調製することができる流体ストック、本明細書中に開示される前駆体を含む流体ストック、本明細書中に開示されるポリマーを含む流体ストック、ならびに本明細書中に開示される方法およびシステムに適している流体ストックである。また、本開示は、当該流体ストックを用いるための方法などを含む。
【００９５】
いくつかの実施形態において、本明細書中の方法において提供または使用される組成物（例えば、電界紡糸流体ストックとして使用されるもの）は、金属前駆体およびポリマーを含む。いくつかの実施形態において、金属前駆体は、ポリマーとともに、１：２以上の重量／重量の比で存在する。具体的な実施形態において、金属前駆体は、ポリマーとともに、１：１以上の重量／重量の比で存在する。他の実施形態において、前駆体：ポリマーの重量比は、この開示を通して記載される通りである。特定の実施形態において、流体ストックは、さらに水を含む（すなわち、流体ストックが水性である）。いくつかの実施形態において、金属前駆体は、少なくとも２００ｍＭの濃度で存在する。他の実施形態において、前駆体は、本明細書中に記載の任意の適切な量で存在する。様々な実施形態において、流体ストックは、実質的に均一および／または均質な分散液もしくは溶液（例えば、粘度の偏差、ＵＶ吸光度などによって測定される通りである）を含む。
【００９６】
具体的な実施形態において、流体ストックは、少なくとも２つの異なる金属前駆体を含む。より具体的な実施形態において、少なくとも２つの異なる金属前駆体は、異なる金属を含む。特定の実施形態において、少なくとも２つの異なる金属前駆体の使用によって、本明細書中に記載の方法に従う電界紡糸および処理の後にアロイまたはコンポジットのナノファイバーが提供される。
【００９７】
具体的な実施形態において、流体ストックの金属前駆体は、少なくとも部分的に、ポリマー前駆体の会合の形態である。より具体的な実施形態において、金属前駆体は、部分的に、ポリマー前駆体の会合の形態（例えば、本明細書中に記載される通り、Ｐ−（ＭＬｂ−１）ｇ）であり、部分的にはポリマーと会合していない形態（例えば、本明細書中に記載される通り、ＭＬｂ）である。具体的な実施形態において、流体ストック中に存在する前駆体は、少なくとも８０％がポリマーと会合している。より具体的な実施形態において、流体ストック中に存在する前駆体は、少なくとも９０％がポリマーと会合している。さらにより具体的な実施形態では、流体ストック中に存在する前駆体は、少なくとも９５％がポリマーと会合している。他の具体的な実施形態では、流体ストック中に存在する前駆体は、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％がポリマーと会合している。いくつかの場合において、ポリマー（Ｐ）間のいくつかの架橋（例えば金属前駆体による架橋）が存在する（例えば、Ｐ−ＭＬｂ−２−Ｐを形成し、これは、「会合」した形態であると考えられる）。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される流体ストックのポリマーは、２０％未満の架橋である（例えば、２０％未満の金属前駆体が２以上のポリマーと会合するか、および／またはポリマーの２０％未満のモノマー単位が、他のポリマーに、例えば金属前駆体を介して、接続される）。いくつかの実施形態において、ポリマーは、１０％未満の架橋である。具体的な実施形態において、ポリマーは、５％未満の架橋である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーは、３％未満の架橋である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーは、２％未満の架橋である。さらにより具体的な実施形態において、ポリマーは、１％未満の架橋である。
【００９８】
いくつかの場合において、ポリマーの量に対する前駆体の量の増加、および／または流体ストックにおいて比較的に均一な前駆体の分布によって、前駆体の量がさらに少ないか、または流体ストックが均一でないナノファイバーに対して、減少した空隙および／またはより少ない欠陥のナノファイバーが製造される。
【００９９】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、溶液、必要に応じて水性の溶液である。いくつかの実施形態において、ポリマーは水溶性であり、前駆体は、リガンドと会合することによって可溶化される。いくつかの実施形態において、１以上の成分は、完全に溶解されず、流体ストックは、分散液である。いくつかの場合において、流体ストックは、均一または均質（例えば、流体ストックは、溶液であっても、分散液であってもよい）である。いくつかの実施形態において、流体ストックの均質性および／または均一性は、流体ストックの粘度の標準偏差を測定することによって決定される。特定の実施形態において、流体ストックのフラクションの粘度は、全体としての流体ストックの粘度から、５％未満、１０％未満、２０％未満、または任意の適切な量だけ逸脱して、本明細書中に記載されるナノファイバーを有効に製造する。
【０１００】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、例えば、かき混ぜによって、均一または均質に維持される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される方法は、例えば、流体ストックを加熱および／またはかき混ぜることによって、流体ストックの均一性を維持することを更に含む。かき混ぜる方法には、非限定的な例によって、混合、撹拌、振とう、超音波処理、またはそれ以外にも、流体ストック中において１以上の相の形成を抑制または遅延させるためにエネルギーを注入することが含まれる。これらの方法または均等物のいずれかが、さまざまな実施形態で用いられる。いくつかの実施形態において、流体ストックは、連続してかき混ぜられる。いくつかの実施形態において、流体ストックをかき混ぜて、均一な分散液または溶液を形成し、これは、次いで、流体ストック（例えば、分散液または溶液）が、均一性および／または均質性を損なう前に、電界紡糸工程において使用される（例えば、これは、その前に、１以上の相に分割される）。例示の相は、水相および油相であり、すなわち水相および例えばポリマーまたは前駆体を含む相（例えば、固体／沈殿物の相）である。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、均一な流体ストックは、前駆体の溶液または前駆体の均一な分散液を第１にかき混ぜることによって作製される。いくつかの実施形態において、流体ストックは、第１の分散液中に前駆体を均一に分散させて、その後、第１の分散液を第２の分散液（例えば、これはポリマーを含む）と合わせることによって作製される。前駆体溶液または均一な分散液は、いくつかの実施形態において、連続してかき混ぜられ、必要に応じて混合され、その間にポリマー分散液と合わされて流体ストックを作製する。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、水性の流体ストックであるか、および／または水中に溶解したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックの連続相は水である（例えば、流体ストックが分散液である場合）。いくつかの実施形態において、溶媒は水である（例えば、流体ストックが溶液である場合）。様々な実施形態において、前駆体の溶液または分散液は、水性であり、ポリマーの溶液または分散液は、水性であるか、あるいは、溶液または分散液の両方が水性である。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、流体ストックは加熱され（例えば、必要に応じて、かき混ぜと組み合わされて）、実質的に均一または実質的に均質な分散液または溶液を形成する。いくつかの実施形態において、流体ストックは、第１の分散液中に前駆体を均一に分散させて、その後、第１の分散液を第２の分散液（例えば、これは、ポリマーを含む）と合わせることによって作製される。いくつかの実施形態において、第１の分散液は、必要に応じてかき混ぜと組み合わせて、加熱される。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、流体ストック中のポリマー濃度は、ポリマーの平均分子量に関する（例えば、それに比例する）。例えば、いくつかの実施形態において、ポリマーの分子量が約１，０００，０００原子質量単位である場合、ポリマーは、流体ストックの１重量％で存在する。別の例において、ポリマーの分子量が約５０，０００原子質量単位である場合、ポリマーは、流体ストックの２０重量％で存在する。一般に、ポリマーの分子量が高いほど、流体ストックにおいて、ポリマーの必要な濃度は低くなり、高品質の金属および／またはセラミックのナノファイバーが達成される。
【０１０５】
流体ストックは、任意の適切な量のポリマーを含む。流体ストック中のポリマーの重量パーセンテージは、ポリマー単独の重量パーセントとして示されるか、あるいは前駆体と会合したポリマーの合わされた重量パーセントとして示される。いくつかの実施形態において、流体ストックは、約１０重量％がポリマーまたは前駆体と会合したポリマーである。他の実施形態では、流体ストックは、約０．５重量％、約１重量％、約２重量％、約３重量％、約４重量％、約５重量％、約６重量％、約７重量％、約８重量％、約９重量％、約１０重量％、約１２重量％、約１４重量％、約１６重量％、約１８重量％、約２０重量％、約３０重量％、または約４０重量％のポリマーまたは前駆体と会合したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約１重量％、少なくとも約２重量％、少なくとも約３重量％、少なくとも約４重量％、少なくとも約５重量％、少なくとも約６重量％、少なくとも約７重量％、少なくとも約８重量％、少なくとも約９重量％、少なくとも約１０重量％、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１４重量％、少なくとも約１６重量％、少なくとも約１８重量％、少なくとも約２０重量％、少なくとも約３０重量％、または少なくとも約４０重量％のポリマーまたは前駆体と会合したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、最大で約０．５重量％、最大で約１重量％、最大で約２重量％、最大で約３重量％、最大で約４重量％、最大で約５重量％、最大で約６重量％、最大で約７重量％、最大で約８重量％、最大で約９重量％、最大で約１０重量％、最大で約１２重量％、最大で約１４重量％、最大で約１６重量％、最大で約１８重量％、最大で約２０重量％、最大で約３０重量％、または最大で約４０重量％のポリマーまたは前駆体と会合したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、約１重量％〜約２０重量％のポリマーまたは前駆体と会合したポリマーを含む。いくつかの実施形態において、流体ストックは、約１重量％、〜約１０重量％、約１重量％〜約５重量％、約５重量％〜約２０重量％、約５重量％〜約１０重量％、約１０重量％〜約１５重量％、または約１５重量％〜約２０重量％のポリマーまたは前駆体と会合したポリマーを含む。
【０１０６】
特定の実施形態において、流体ストック中のポリマー濃度は、モノマー残基の濃度で決定される。換言すると、ポリマーの濃度は、ストック中に存在するポリマーの繰り返し単位の濃度に基づいて決定される。例えば、ポリビニルアルコールのポリマー濃度は、流体ストック中に存在する（−ＣＨ２ＣＨＯＨ−）の濃度に基づいて測定され得る。いくつかの実施形態において、流体ストック中のポリマーのモノマー残基（すなわち、繰り返し単位）の濃度は、少なくとも１００ｍＭである。具体的な実施形態において、流体ストック中のポリマーのモノマー残基（すなわち、繰り返し単位）の濃度は、少なくとも２００ｍＭである。より具体的な実施形態において、流体ストック中のポリマーのモノマーの残基（すなわち、繰り返し単位）の濃度は、少なくとも４００ｍＭである。さらにより具体的な実施形態において、流体ストック中のポリマーのモノマーの残基（すなわち、繰り返し単位）の濃度は、少なくとも５００ｍＭである。少なくとも５ｍＭ、少なくとも１００ｍＭ、少なくとも１５０ｍＭ、少なくとも２００ｍＭ、少なくとも２５０ｍＭ、少なくとも３００ｍＭ、少なくとも３５０ｍＭ、少なくとも４００ｍＭ、少なくとも５００ｍＭ、少なくとも７００ｍＭ、少なくとも９００ｍＭ、少なくとも１．２Ｍ、少なくとも１．５Ｍ、少なくとも２Ｍ、少なくとも５Ｍなどにおいてである。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度は、５ｍＭ〜５Ｍ、２００ｍＭ〜１Ｍ、１００ｍＭ〜７００ｍＭなどである。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、少なくとも１：４である。具体的な実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、少なくとも１：３である。より具体的な実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、少なくとも１：２である。さらにより具体的な実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、少なくとも１：１．２である。さらにより具体的な実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、約１：１（例えば、５％以内）である。他の実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度：流体ストック中のモノマーの残基は、少なくとも１：１０、少なくとも１：８、少なくとも１：６、少なくとも１：１．５、少なくとも１：３．５、少なくとも１：２．５、または任意の適切な比である。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、前駆体およびポリマーを含み、ここで、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも５元素重量％は、金属である。特定の実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも１０元素重量％は、金属である。具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも１５元素重量％は、金属である。より具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも２０元素重量％は、金属である。具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも２５元素重量％は、金属である。さらにより具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも３０元素重量％は、金属である。さらにより具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも３５元素重量％は金属である。より具体的な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも４０元素重量％は、金属である。様々な実施形態において、前駆体およびポリマーの全質量の少なくとも１０元素重量％、少なくとも１５元素重量％、少なくとも４５元素重量％、少なくとも５０元素重量％は、金属である。
【０１０８】
１つの局面において、流体ストック中の前駆体の濃度は高い。濃度は、任意の適切な濃度である。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度は、約５ｍＭ、約１０ｍＭ、約２０ｍＭ、約４０ｍＭ、約６０ｍＭ、約８０ｍＭ、約１００ｍＭ、約１５０ｍＭ、約２００ｍＭ、約２５０ｍＭ、約３００ｍＭ、約３５０ｍＭ、約４００ｍＭ、約５００ｍＭ、約７００ｍＭ、約９００ｍＭ、約１．２Ｍ、約１．５Ｍ、約２Ｍ、約５Ｍなどである。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度は、少なくとも５ｍＭ、少なくとも１０ｍＭ、少なくとも２０ｍＭ、少なくとも４０ｍＭ、少なくとも６０ｍＭ、少なくとも８０ｍＭ、少なくとも１００ｍＭ、少なくとも１５０ｍＭ、少なくとも２００ｍＭ、少なくとも２５０ｍＭ、少なくとも３００ｍＭ、少なくとも３５０ｍＭ、少なくとも４００ｍＭ、少なくとも５００ｍＭ、少なくとも７００ｍＭ、少なくとも９００ｍＭ、少なくとも１．２Ｍ、少なくとも１．５Ｍ、少なくとも２Ｍ、少なくとも５Ｍなどである。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度は、最大で５ｍＭ、最大で１０ｍＭ、最大で２０ｍＭ、最大で４０ｍＭ、最大で６０ｍＭ、最大で８０ｍＭ、最大で１００ｍＭ、最大で１５０ｍＭ、最大で２００ｍＭ、最大で２５０ｍＭ、最大で３００ｍＭ、最大で３５０ｍＭ、最大で４００ｍＭ、最大で５００ｍＭ、最大で７００ｍＭ、最大で９００ｍＭ、最大で１．２Ｍ、最大で１．５Ｍ、最大で２Ｍ、最大で５Ｍなどである。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の濃度は、５ｍＭ〜５ｍＭ、２０ｍＭ〜１Ｍ、１００ｍＭ〜７００ｍＭ、１００ｍＭ〜３００ｍＭなどである。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、以下の（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）によって調製される。
（ｉ）第１の組成物を形成するために、第１の流体（例えば、水、または別の水性媒体）に前駆体を溶解または分散させること
（ｉｉ）第２の組成物を形成するために、第２の流体（例えば、水、または別の水性媒体）にポリマーを溶解または分散させること
（ｉｉｉ）流体ストックを形成するために第１および第２の組成物の少なくとも一部を合わせること
【０１１０】
（前駆体）
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属前駆体は、本明細書中に記載される流体ストック中に存在していてもよく、本明細書中に記載される前駆体ナノファイバー中に存在していてもよく、本明細書中に記載される電界紡糸の方法（又はプロセス）などにおいて使用されてもよい。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属、セラミック、または金属酸化物（金属酸化物セラミックなど）に変換可能な任意の分子（単数または複数）である。多くの場合において、金属前駆体は、前駆体（例えば、前駆体／ポリマーのナノファイバー中に存在する前駆体）の処理の際、必要に応じて、金属（例えば、単一の金属、金属アロイ）、金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）またはセラミック（例えば、金属酸化物またはそれ以外）へと変換される。いくつかの実施形態において、前駆体は、ポリマーと会合する分子（単数または複数）（本明細書中に記載されるものなど）である。いくつかの実施形態において、前駆体は、ポリマーに沿って、または流体ストック内で実質的に均一に分布する分子（単数または複数）である。いくつかの実施形態において、流体ストック中の前駆体の増加した重量比ならびに流体ストックにおける前駆体の均一な分布によって、少ない空隙および／または欠陥を有する高品質のナノファイバーが得られる（例えば、重量比がさらに低いか、あるいは流体ストックが均一でないナノファイバーと比較する場合）。
【０１１１】
本明細書中において記載されるものは、前駆体であり、前駆体は特定の特徴を有し、前駆体は、本明細書中に開示される方法に従って調製され、前駆体は、本明細書中に開示される方法によって調製可能であり、前駆体は、本明細書中に開示されるリガンドを含み、前駆体は、本明細書中に開示される金属を含み、そして前駆体は、本明細書中に開示される方法およびシステムに適しているものである。また、本明細書中に開示されるものは、ナノファイバーを製造するために前駆体を使用する方法であり、ナノファイバーが（前駆体ナノファイバー）を含むこと、および／または前駆体（例えば、金属、金属酸化物、セラミックを含むナノファイバー）によって調製されることなどを含む。
【０１１２】
いくつかの実施形態において、前駆体は、少なくとも１つのリガンドと会合する化合物を含む金属である。特定の実施形態において、金属−リガンドの会合（これは、本明細書中、「金属−リガンドの錯体」と互換可能で使用される）は、任意の適切な種類の結合または相互作用によって会合する。具体的な実施形態において、金属−リガンドの会合（金属−リガンドの錯体）における金属とリガンドとの間の相互作用は、イオン結合（例えば、カチオン金属−アニオンリガンドの塩）、共有結合、金属−リガンドの錯体（例えば、リガンドと金属との間の配位錯体）などである。いくつかの場合、本明細書中に記載される前駆体は、他のリガンドの代わりに、または他のリガンドに加えて、ポリマーと会合する（このような化合物は、金属−リガンドの会合であったと考えられることが意図される（さらなるリガンドは、存在しても存在しなくてもよい））。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される前駆体は、リガンドと会合し、ポリマーと全く会合しない金属化合物（例えば、ＭＬｂであり、式中、本明細書中に記載される通り、Ｍは金属であり、Ｌは、１以上のリガンドであり、ｂは、適切な数であり、例えば、少なくとも１の数、例えば１〜１０である）；ポリマーと会合し、必要に応じて、リガンドと会合する金属化合物（例えば、Ｐ−ＭＬｂ−１であり、ＭＬｂ−１は、ポリマー（Ｐ）と会合する第２の前駆体である；ｂ＞１の場合、リガンドを有する；１以上のポリマーと会合し、必要に応じてリガンドと会合する金属化合（例えば、Ｐ−ＭＬｂ−２−Ｐであり、ｂ＞２の場合、リガンドを有する）である。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、前駆体は、ナノファイバーと必要に応じて金属とを含む材料と実質的に同一の分子である。いくつかの実施形態において、前駆体は、ナノファイバーを含む材料に変換可能である。前駆体は、本明細書中に開示される焼成の手順を行うことによって変換される。例えば、いくつかの実施形態において、リガンドとの錯体である金属前駆体は、酸化条件および熱を用いることによって、金属酸化物ナノファイバーへと変換される。別の例において、リガンドとの錯体である金属の前駆体は、還元条件での焼成および熱によって、金属ナノファイバーに変換される。さらに別の例において、リガンドとの錯体である金属の前駆体は、不活性条件での焼成および熱によって、金属ナノファイバーに変換される。他の実施形態において、これらの方法は、熱なしで行われてもよい。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、純粋な金属またはセラミックナノファイバーは、魅力的な特性（高い伝導率など）を有し、例えば、バッテリ、ウルトラキャパシタ、ソーラーセルなどのデバイスにおいて使用される。また、いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、表面積／容量の比が高いことから、触媒の分野においても有用である。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属を含む。様々な場合において、金属は、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ポスト遷移金属、タンタニド、またはアクチニドである。遷移金属としては、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）、ラザホジウム（Ｒｆ）、ドブニウム（Ｄｂ）、シーボーギウム（Ｓｇ）、ボーリウム（Ｂｈ）、およびハッシウム（Ｈｓ）が挙げられる。アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）およびフランシウム（Ｆｒ）が挙げられる。アルカリ土類金属としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、およびラジウム（Ｒａ）が挙げられる。ポスト−遷移金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、およびビスマス（Ｂｉ）が挙げられる。タンタニドとしては、周期表の原子番号５７〜７１の元素が挙げられる。アクチニドとしては、周期表の原子番号８９〜１０３の元素が挙げられる。さらに、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）およびポロニウム（Ｐｏ）が、本発明の開示の目的にあう金属であると考えられる。いくつかの実施形態において、シリコンが、シリコンナノファイバーを製造するために、本明細書中に記載される方法において使用される。具体的な実施形態において、前駆体の金属は、遷移金属である。いくつかの具体的な実施形態において、前駆体の金属は、シリコンである。他の具体的な実施形態において、前駆体の金属は、シリコンではない。さらなる実施形態または代替の実施形態において、前駆体の金属は、アルミニウムである。他の具体的な実施形態において、前駆体の金属は、アルミニウムではない。いくつかの実施形態において、前駆体は、少なくとも２つの異なる金属を含む。
【０１１６】
具体的な実施形態において、金属は、アルカリ金属である。他の具体的な実施形態において、金属は、アルカリ土類金属である。さらに他の実施形態において、金属は、遷移金属である。さらに具体的な実施形態において、金属は、第ＩＶ周期の遷移金属である。他の具体的な実施形態において、金属は、第Ｖ周期の遷移金属である。いくつかの実施形態において、金属は、ＸＩＩＩ族の金属である。特定の実施形態において、金属は、ＸＩＶ族の金属である。特定の実施形態において、金属は、メタロイドである。具体的な実施形態において、金属は、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、パラジウム、銀、カドミウム、スズ、バリウム、ハフニウム、タングステン、鉛などである。
【０１１７】
具体的な実施形態において、前駆体は、少なくとも２つの前駆体（すなわち、少なくとも第１および第２の前駆体）を含み、各前駆体は、他の前駆体と比べて、異なる金属を含む具体的な実施形態において、少なくとも１つの金属は、シリコンである。他の具体的な実施形態において、少なくとも１つの金属はアルミニウムである。さらに他の実施形態において、少なくとも１つの金属は、ジルコニウムである。いくつかの実施形態において、第１の前駆体の金属は、シリコン、アルミニウムまたはジルコニウムであり、第２の前駆体の金属は、シリコン、アルミニウムまたはジルコニウムではない。
【０１１８】
具体的な実施形態において、金属前駆体は、金属−リガンドの会合（錯体）（例えば、配位錯体）であり、各金属前駆体は、１以上のリガンド（単数または複数）と会合（錯体化）する金属原子（単数または複数）を含む）（例えば、１〜１０、２〜９、または任意の適切な数のリガンド）。具体的な実施形態において、本明細書中に記載される前駆体は、少なくとも２つの異なる種類のリガンド（例えば、少なくとも１つのアセテートおよび少なくとも１つのハライド）を含む。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属カルボキシレート（例えば、−ＯＣＯＣＨ３または別の−ＯＣＯＲ基、式中、Ｒは、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリールなど）である。具体的な実施形態において、前駆体は、リチウムアセテート、ベリリウムアセテート、ナトリウムアセテート、マグネシウムアセテート、アルミニウムアセテート、シリコンアセテート、カリウムアセテート、カルシウムアセテート、チタニウムアセテート、バナジウムアセテート、クロムアセテート、マンガンアセテート、鉄アセテート、コバルトアセテート、ニッケルアセテート、銅アセテート、亜鉛アセテート、ガリウムアセテート、ゲルマニウムアセテート、ジルコニウムアセテート、パラジウムアセテート、銀アセテート、カドミウムアセテート、スズアセテート、バリウムアセテート、ハフニウムアセテート、タングステンアセテート、鉛アセテートなどである。特定の実施形態において、前駆体は、金属ニトレートである。具体的な実施形態において、前駆体は、リチウムニトレート、ベリリウムニトレート、ナトリウムニトレート、マグネシウムニトレート、アルミニウムニトレート、シリコンニトレート、カリウムニトレート、カルシウムニトレート、チタンニトレート、バナジウムニトレート、クロムニトレート、マンガンニトレート、鉄ニトレート、コバルトニトレート、ニッケルニトレート、銅ニトレート、亜鉛ニトレート、ガリウムニトレート、ゲルマニウムニトレート、ジルコニウムニトレート、パラジウムニトレート、銀ニトレート、カドミウムニトレート、スズニトレート、バリウムニトレート、ハフニウムニトレート、タングステンニトレート、鉛ニトレートなどである。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属アルコキシド（例えば、メトキシド、エトキシド、イソプロピルオキシド、ｔ−ブチルオキシドなど）である。具体的な実施形態において、前駆体は、リチウムアルコキシド、ベリリウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、マグネシウムアルコキシド、アルミニウムアルコキシド、シリコンアルコキシド、カリウムアルコキシド、カルシウムアルコキシド、チタンアルコキシド、バナジウムアルコキシド、クロムアルコキシド、マンガンアルコキシド、鉄アルコキシド、コバルトアルコキシド、ニッケルアルコキシド、銅アルコキシド、亜鉛アルコキシド、ガリウムアルコキシド、ゲルマニウムアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、パラジウムアルコキシド、銀アルコキシド、カドミウムアルコキシド、スズアルコキシド、バリウムアルコキシド、ハフニウムアルコキシド、タングステンアルコキシド、鉛アルコキシドなどである。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属ハライド（例えば、クロリド、ブロミドなど）である。具体的な実施形態において、前駆体は、リチウムハライド、ベリリウムハライド、ナトリウムハライド、マグネシウムハライド、アルミニウムハライド、シリコンハライド、カリウムハライド、カルシウムハライド、チタンハライド、バナジウムハライド、クロムハライド、マンガンハライド、鉄ハライド、コバルトハライド、ニッケルハライド、銅ハライド、亜鉛ハライド、ガリウムハライド、ゲルマニウムハライド、ジルコニウムハライド、パラジウムハライド、銀ハライド、カドミウムハライド、スズハライド、バリウムハライド、ハフニウムハライド、タングステンハライド、などである。特定の実施形態において、前駆体は、ジケトン（例えば、アセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトンなど）である。具体的な実施形態において、前駆体は、リチウムジケトン、ベリリウムジケトン、ナトリウムジケトン、マグネシウムジケトン、アルミニウムジケトン、シリコンジケトン、カリウムジケトン、カルシウムジケトン、チタンジケトン、バナジウムジケトン、クロムジケトン、マンガンジケトン、鉄ジケトン、コバルトジケトン、ニッケルジケトン、銅ジケトン、亜鉛ジケトン、ガリウムジケトン、ゲルマニウムジケトン、ジルコニウムジケトン、パラジウムジケトン、銀ジケトン、カドミウムジケトン、スズジケトン、バリウムジケトン、ハフニウムジケトン、タングステンジケトン、鉛ジケトンなどである。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、前駆体は、前駆体の混合物または組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、金属前駆体の混合物を使用して、金属アロイナノファイバーを形成する。いくつかの実施形態において、金属アロイナノファイバーは、金属のアロイである前駆体から作製される。例示の金属のアロイには、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＦｅＮｉ（パームアロイ）、Ｆｅ−Ｐｔ金属間化合物、Ｐｔ−Ｐｂ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｂｉ、Ｐｄ−Ｃｕ、およびＰｄ−Ｈｆが挙げられる。
【０１２０】
（リガンド）
本明細書中に記載される通り、本発明で使用される金属前駆体は、概して、金属を含み、これは、リガンドと会合する。リガンドは、任意の適切な方法（例えば、イオン（結合）、共有（結合）、配位（結合）、錯体、接合（又はコンジュゲーション）または任意の他の適切な会合で金属と会合する。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、前駆体分子は、流体ストックにおいて、高い溶解度を有していない（例えば、必要に応じて、水性の流体ストックにおいて、高い溶解度を有していない）。いくつかの場合において、乏しい溶解度の前駆体によって、（ａ）流体ストック中における前駆体の増加した重量比、および（ｂ）流体ストック中における前駆体の実質的に均一な分布を達成することが困難となり得る。いくつかの実施形態において、前駆体は、可溶化される。いくつかの実施形態において、前駆体分子は、金属原子を含み、これは、溶媒和する分子と会合する（すなわち、リガンドであり、これによって、流体の媒体（例えば、水）における金属前駆体の溶解度および／または分散性が改善される。いくつかの実施形態において、第１の前駆体は、流体（例えば、水）に添加され得るが、流体中に第２の前駆体を形成する（例えば、流体ストックのポリマーとの溶媒和物および／または会合物）。必要に応じて、溶媒和する分子は、ポリマーのモノマーに実質的に同様である（例えば、リガンドは、アセテートであり、ポリマーは、ポリビニルアセテートである）。いくつかの実施形態（例えば、ポリマーが流体ストックに可溶性である場合）、前駆体の溶解度および均一な分布が、溶媒和する分子を前駆体およびポリマーの両方に会合させることによって達成される。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、溶媒和する分子は、リガンドである。リガンドは、必要に応じて水溶液中、必要に応じて流体ストック中において、金属の可溶化、または金属の分散性の向上に適切である。本明細書の開示は、第１の溶液中において、前駆体の第１の可溶化または分布によるより均一な流体ストックの達成を含む。いくつかの実施形態において、溶媒和する分子またはリガンドによって、また、第１の流体（例えば、分散液または溶液）（すなわち、これは、少なくとも１つの第２の溶液と混合されて、流体ストックを形成するもの）において、前駆体の溶解度または分散性が向上する。
【０１２３】
いくつかの実施形態は、金属をリガンドと会合させることによって前駆体を可溶化すること、必要に応じて金属をリガンドと錯体化することを含む。いくつかの実施形態において、前駆体は、本明細書中において述べられる通り、金属−リガンドの会合を含む（例えば、錯体）。いくつかの場合において、リガンドは、本明細書中において、金属と会合する「分子」と呼ばれる。金属と、リガンドまたは分子との間の会合は、必要に応じて、化学結合（例えば、共有結合）、イオン結合、接合（またはコンジュゲーション）または配位錯体である。いくつかの実施形態において、前駆体は、金属−リガンドの錯体である。
【０１２４】
溶媒和する分子またはリガンドと、前駆体との間の会合は、任意の物理的、化学的または化学の分野で公知の電磁気的な力である。会合の例は、化学結合である。結合の例は、共有結合、非共有結合、イオン結合、水素結合などである。会合の更なる例は、親水性の相互作用および疎水性の相互作用である。当業者は、多くの他の種類の相互作用または会合を知っていて、これらが用いられ得る（例えば、前駆体と、溶媒和する分子またはリガンドとの間のルイス酸−ルイス塩基の相互作用）。この実施形態において、リガンドは、概して、「ルイス塩基」であり、これは、ルイス酸と共有する電子対を供給するものであることを意味する。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、会合は、金属−リガンドの配位錯体である。また、金属−リガンドの配位錯体は、「金属錯体」または「キレーション錯体」としても知られている。これらの錯体は、概して、中心原子またはイオン（通常は金属性である）を含み、分子またはアニオンの包囲アレイに結合し、これは、同様に、リガンドまたは錯化剤としても知られている。そもそも、金属を含む大半の化合物は、配位錯体から構成される。金属とリガンドとの間の会合は、様々な実施形態において、強いか弱い。
【０１２６】
１金属原子あたり任意の適切な数のリガンドが存在する（例えば、必要に応じて、溶媒和するのに適した数、すなわち金属の溶解度または分散性を増加させる数）。１金属原子あたりのリガンドの数は、「配位数」と呼ばれる。いくつかの実施形態において、配位数は、２〜９である（ＭＬｂ化合物では、配位数はｂである）。タンタニドおよびアクチニドについて、リガンドの大きな数は、異常ではない。様々な実施形態において、結合の数は、金属イオンおよびリガンドの寸法、電荷および電子の配置に依存する。金属イオンは、１以上の配位数を有していてもよい（例えば、金属の配位状態に依存する）。
【０１２７】
いくつかの例において、各金属原子については、少なくとも２つのリガンド分子が存在する。他の例において、１つの金属原子あたり少なくとも３つのリガンドが存在する。いくつかの実施形態において、前駆体は、リガンドで本質的に飽和されている。より多くのリガンドを金属に連続して処理することによって、および分析化学の当業者に公知の任意の適切な方法によって錯体化されるリガンドの量を決定することによって、前駆体がリガンドで本質的に飽和されているかどうかを決定することができる。いくつかの実施形態において、より長い時間を連続して待つこと、および分析化学の当業者に公知の任意の適切な方法によって錯体化されるリガンドの量を決定することによって、前駆体がリガンドで本質的に飽和されているかどうかを決定する。いくつかの場合において、連続してより多くの量のリガンドで、または連続してより長い時間で、リガンドがもはや金属前駆体と錯体化しない場合、前駆体が実質的に飽和されることが決定され得る。
【０１２８】
１つの例において、リガンドはアセテートである。いくつかの実施形態において、前駆体分子は、金属アセテートであり、ポリマーは、ポリビニルアセテートである。別の実施形態において、前駆体分子は、金属アセテートであり、ポリマーは、ポリビニルアルコールである。
【０１２９】
当業者に公知の多くのリガンドが存在し、これらのいずれもが利用される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される前駆体は、１以上のリガンドを含み、リガンドは、ケトン、ジケトン（例えば、１，３−ジケトン、例えば、ＲＯＣＣＨＲ’ＣＯＲ基であって、式中、Ｒは、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリールであり、Ｒ’は、ＲまたはＨである）、カルボキシレート（例えば、アセテートまたは−ＯＣＯＲ基であって、式中、各Ｒは，独立して、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリールである）、ハライド、ニトレート、アミン（例えば、ＮＲ’３であって、式中、各Ｒ’’は、独立して、ＲまたはＨであり、あるいは２つのＲ’’が、一緒になって、ヘテロ環またはヘテロアリールを形成する）、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。更なる例は、ヨージド、ブロミド、スルフィド（例えば、−ＳＲ）、チオシアネート、クロリド、ニトレート、アジド、フルオリド、ヒドロキシド、オキサレート、水、ニトライト（例えば、ＲＮ３）、イソチオシアネート、アセトニトリル、ピリジン、アンモニア、エチレンジアミン、２，２’−ビピリジン、１，１０−フェナントロリン、ニトライト、トリフェニルホスフェート、シアニド、一酸化酸素、またはアルコオキシドを含む。いくつかの例において、前駆体は、金属錯体である（例えば、金属アセテート、金属ハライド（例えば、金属クロリド）、金属ニトレート、または金属アルコオキシド（例えば、メトキシドまたはエトキシド）である。
【０１３０】
様々な実施形態において、金属および／またはセラミックの前駆体は、リガンドと会合（錯体化）した金属原子である。例示の金属および／またはセラミックの前駆体としては、ニッケルアセテート、銅アセテート、鉄アセテート、ニッケルニトレート、銅ニトレート、鉄アルコオキシドなどが挙げられる。
【０１３１】
また、本明細書の開示は、リガンドの組み合わせの使用を含む。１つの例において、第１のリガンドは、増加した溶解度を前駆体に与え、その一方で、第２のリガンドは、好ましくは、ポリマーと会合する。
【０１３２】
（ポリマー）
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー（例えば、方法（又はプロセス）、前駆体ナノファイバー、流体ストックなどにおいて）は、複数の反応性部位を含むポリマー（例えば、ホモポリマーまたはコポリマー）である。特定の実施形態において、反応性部位は、求核性（すなわち、求核性ポリマー）または求電子性（すなわち、求電子性ポリマー）である。例えば、いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される求核性ポリマーは、複数のアルコール基（例えば、ポリビニルアルコール−ＰＶＡ−またはセルロース）、エーテル基（例えば、ポリエチレンオキシド−ＰＥＯ−またはポリビニルエーテル−ＰＶＥ）および／またはアミン基（例えば、ポリビニルピリジン、（（ジ／モノ）アルキルアミノ）アルキルアルクアクリレートなど）を含む。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、ポリマーを含む流体ストックおよび／またはポリマーを含む流体ストックを電界紡糸することを含む方法である。本明細書中に記載される方法は、必要に応じて、水性の流体ストックを利用する。いくつかの用途において、例えば、有機溶媒に関連する潜在的な健康上、環境上または安全上の問題を回避したい場合、水系の方法が望ましい。本明細書中に記載されるように、いくつかの実施形態において、均質な流体ストックを電界紡糸することに利点がある。いくつかの実施形態において、流体ストックは、均質である（例えば、水溶性ポリマーを含むもの）。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される組成物および方法において使用されるポリマーは、親水性ポリマーであり、これには、水溶性および水膨潤性のポリマーが含まれる。いくつかの局面において、ポリマーは、水に可溶性であり、これは、水中で溶液を形成することを意味する。他の実施形態において、ポリマーは、水中に膨潤性であり、これは、ポリマーに水を添加したときにポリマーの容量が限界まで増加することを意味する。水溶性または水膨潤性のポリマーは、概して、少なくともいくらか親水性である。本発明の方法に適切な例示のポリマーとしては、ポリビニルアルコール（「ＰＶＡ」）、ポリビニルアセテート（「ＰＶＡｃ」）、ポリエチレンオキシド（「ＰＥＯ」）、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリグリコール酸、ヒドロキシエチルセルロース（「ＨＥＣ」）、エチルセルロース、セルロースエーテル、ポリアクリル酸、ポリイソシアネートなどが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、ポリマーは、生物学的な材料から単離される。いくつかの実施形態において、ポリマーは、スターチ、キトサン、キサンタン、寒天、ガーガムなどである。
【０１３５】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、ナノファイバーを電界紡糸するために、適切な伸長粘度を流体ストックに与える。いくつかの実施形態において、低いせん断粘度によって、玉状のナノファイバーがもたらされる。１つの局面において、流体フィードにおける前駆体の均一な分布は、適切に高い伸長粘度を維持するのに役立つ。
【０１３６】
粘度は、せん断応力または引張応力のいずれかによって変形されている流体の抵抗の測定（値）である。粘度は、ポアズの単位で測定される。様々な実施形態において、ポリマーまたは流体ストックの粘度は、会合した前駆体あり、または会合した前駆体なしで測定される。ポリマーまたは流体ストックは、任意の適切な伸長粘度を有する。いくつかの実施形態において、ポリマーまたは流体ストックの伸長粘度は、約１０ポアズ、５０ポアズ、約１００ポアズ、約２００ポアズ、約３００ポアズ、約４００ポアズ、約５００ポアズ、約６００ポアズ、約８００ポアズ、約１０００ポアズ、約１５００ポアズ、約２０００ポアズ、約２５００ポアズ、約３０００ポアズ、約５０００ポアズなどである。いくつかの実施形態において、ポリマーまたは流体ストックの伸長粘度は、少なくとも５０ポアズ、少なくとも１００ポアズ、少なくとも２００ポアズ、少なくとも３００ポアズ、少なくとも４００ポアズ、少なくとも５００ポアズ、少なくとも６００ポアズ、少なくとも８００ポアズ、少なくとも１０００ポアズ、少なくとも１５００ポアズ、少なくとも２０００ポアズ、少なくとも２５００ポアズ、少なくとも３０００ポアズ、少なくとも５０００ポアズなどである。いくつかの実施形態において、ポリマーまたは流体ストックの伸長粘度は、最大で５０ポアズ、最大で１００ポアズ、最大で２００ポアズ、最大で３００ポアズ、最大で４００ポアズ、最大で５００ポアズ、最大で６００ポアズ、最大で８００ポアズ、最大で１０００ポアズ、最大で１５００ポアズ、最大で２０００ポアズ、最大で２５００ポアズ、最大で３０００ポアズ、最大で５０００ポアズなどである。いくつかの実施形態において、ポリマーまたは流体ストックの伸長粘度は、約１００〜３０００ポアズ、または約１０００〜５０００ポアズなどである。
【０１３７】
分子量は、ポリマーを含むモノマーの質量および重合の程度に関連する。いくつかの実施形態において、分子量は、粘度に影響を与える因子である。ポリマーは、任意の適切な分子量を有する。いくつかの実施形態において、ポリマーの分子量は、少なくとも２０，０００原子質量単位（「ａｍｕ」）、少なくとも５０，０００ａｍｕ、少なくとも１００，０００ａｍｕ、少なくとも２００，０００ａｍｕ、少なくとも３００，０００ａｍｕ、少なくとも４００，０００ａｍｕ、少なくとも５００，０００ａｍｕ、少なくとも７００，０００ａｍｕ、または少なくとも１，０００，０００ａｍｕなどである。いくつかの実施形態において、ポリマーの分子量は、最大で２０，０００ａｍｕ、最大で５０，０００ａｍｕ、最大で１００，０００ａｍｕ、最大で２００，０００ａｍｕ、最大で３００，０００ａｍｕ、最大で４００，０００ａｍｕ、最大で５００，０００ａｍｕ、最大で７００，０００ａｍｕ、または最大で１，０００，０００ａｍｕなどである。いくつかの実施形態において、ポリマーの分子量は、約２０，０００ａｍｕ、約５０，０００ａｍｕ、約１００，０００ａｍｕ、約２００，０００ａｍｕ、約３００，０００ａｍｕ、約４００，０００ａｍｕ、約５００，０００ａｍｕ、約７００，０００ａｍｕ、または約１，０００，０００ａｍｕなどである。さらに他の実施形態において、ポリマーの分子量は、約５０，０００ａｍｕ〜約１，００，０００ａｍｕ、約１００，０００ａｍｕ〜約５００，０００ａｍｕ、約２００，０００ａｍｕ〜約４００，０００ａｍｕ、または約５００，０００ａｍｕ〜約１，００，０００ａｍｕなどである。
【０１３８】
多分散指数（「ＰＤＩ」）は、所定のポリマーサンプル中の分子の質量の分布の測定（値）である。ＰＤＩは、重量平均分子量を数平均分子量で除算したものであり、これは、ポリマーサイエンスの当業者に公知の式によって計算される。ポリマーは、任意の適切な多分散指数を有する。いくつかの実施形態において、ポリマーの多分散指数は、約１、約２、約３、約４、約５、約６、約７、約８、約９、約１０、約１５、約２０などである。いくつかの実施形態において、ポリマーの多分散指数は、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０などである。いくつかの実施形態において、ポリマーの多分散指数は、最大で１、最大で２、最大で３、最大で４、最大で５、最大で６、最大で７、最大で８、最大で９、最大で１０、最大で１５、最大で２０などである。いくつかの実施形態において、ポリマーの多分散指数は、約１〜約１０、約２〜約５などである。
【０１３９】
本明細書の開示は、ポリマーを含み、ポリマーは、本明細書中に開示される特徴を有するポリマーを含み、本明細書中に開示される方法に従って調製されるポリマーを含み、本明細書中に開示される方法によって調製することができるポリマーを含み、本明細書中に開示される前駆体を含むポリマーを含み、そして、本明細書中に開示される方法およびシステムに適したポリマーを含む。また、本発明の開示は、かかるポリマーを使用するための方法などを含む。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、ポリマーの混合物または組み合わせを含む。例えば、いくつかの実施形態において、第１のポリマーは、第１の前駆体に結合し、第２のポリマーは、第２の前駆体に結合する（例えば、前駆体ナノファイバーの処理の後にコンポジットナノファイバーを形成する）。別の実施形態において、第１のポリマーは、多くの量の前駆体と会合し、第２のポリマーを選択し、電界紡糸されるときに、高品質のナノファイバーを形成する（例えば、伸長粘度）。いくつかの実施形態において、流体ストックは、高い前駆体ローディングポリマーおよび高度に紡糸可能なポリマーを含む。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、流体ストックは、コポリマーを含み、これはブロックコポリマーを含む。いくつかの実施形態において、コポリマーは、少なくとも１つのビニルアルコール、ビニルピロリドン、ビニルアセテート、エチレンオキシド、ジメチルアクリルアミドおよび／またはポリアクリルアミドブロックを含む。いくつかの実施形態において、コポリマーの様々なブロックは、様々な前駆体と会合する。１つの例において、第１のポリマーブロックは、ニッケル前駆体と会合し、第２のポリマーブロックは、鉄前駆体と会合する（例えば、これらの各ポリマーの会合のブロックの分布に対応して、鉄のナノドメインが散在したニッケルのナノドメインを有する前駆体ナノファイバーの処理の後にコンポジットナノファイバーを形成する）。いくつかの実施形態において、このようなナノファイバーは、ニッケル−鉄アロイナノファイバーとは異なる特性を有する（すなわち、ニッケルおよび鉄が分子レベルで実質的に均一に混合される）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、第１の材料および第２の材料を含むナノコンポジットのナノファイバーである。具体的な実施形態において、第１の材料は、連続マトリクス材料である。さらなる実施形態または代替の実施形態において、第２の材料によって、ナノファイバーの別個の分離したドメインが作製される（例えば、ナノファイバーの表面において）。いくつかの実施形態において、第１の材料は、セラミックまたは金属酸化物である（例えば、連続マトリクスを形成する）。特定の実施形態において、第２の材料は、金属である。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、電界紡糸の後にナノファイバーから除去される（例えば、本明細書中に開示される焼成の方法による）。いくつかの実施形態において、焼成によって、ポリマーは分解する。いくつかの実施形態において、流体ストックは、分解性ポリマーを含む（例えば、本明細書中に開示される焼成の方法によって除去が可能なポリマー）。ポリマーは、必要に応じて、分解されるか、あるいは任意の適切な手段（熱分解、化学分解、昇華、蒸発などが挙げられるが、これらに限定されない）によって除去される。いくつかの実施形態において、より小さな分子量のポリマーは、蒸発または昇華によって、より簡単に除去される。
【０１４３】
（ポリマー−前駆体の会合）
いくつかの実施形態において、前駆体をポリマーと会合させることによって、流体ストック中において少なくとも１つの高い割合の前駆体および流体ストック中において前駆体の均一な分布が達成される。いくつかの場合において、この会合によって、ナノファイバーにおける空隙または欠陥の量が減少する。いくつかの実施形態において、前駆体をポリマーと会合させることによって、流体ストック中の１以上の前駆体およびポリマーの溶解度が増加する。本明細書の開示は、ポリマーと会合した前駆体を含み、前駆体をポリマーと会合させるための方法を含む。
【０１４４】
いくつかの場合において、ポリマーの部位（例えば、ヒドロキシル、アミン、エーテルなど）は、前駆体のリガンドを移動または置換させてもよい（すなわち、第１の前駆体を第２の前駆体に変換させること）。他の場合において、ポリマーの部位は、直接、リガンドと反応してもよい（例えば、ポリマーの求核性基は、リガンドの求電子性基と反応してもよいか、あるいは逆もまた然りである）。図２Ａは、１つのメカニズムを示し、これによって、ポリマーは、前駆体と会合してもよい。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、前駆体は、流体ストック中でポリマーと会合する。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される方法は、前駆体のポリマーとの会合を利用して流体ストックを提供する。ここで、前駆体は、流体ストック中で均一に分散される。様々な実施形態において、流体ストックは、溶液または実質的に均一な分散液のままである（例えば、一部では、流体ストックにおいて、前駆体がポリマーと会合するからである）。様々な実施形態において、この会合は、前駆体とポリマーとの間の物理的、化学的、または電磁気的な力である。会合の例は、化学結合である。結合の例は、共有結合、非共有結合、イオン結合、水素結合などである。会合のさらなる例は、親水性の相互作用および疎水性の相互作用である。他の種類の適切な相互作用または会合は、前駆体とポリマーとの間でのルイス酸−ルイス塩基の相互作用である。いくつかの実施形態において、会合は、金属リガンド錯体である。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、ポリマー鎖に沿うモノマーによって、前駆体が会合する部位が提供される。いくつかの実施形態において、これらの部位は、化学基であり、これには、ヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、エステル、アミン、カルボキシアミン、イミン、ニトレートなどが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、基は、炭化水素、ハロゲン、酸素、窒素、硫黄、リンなどを含む。当業者は、化学基について、よく知っている。また、化学基は、「官能基」としても知られている。いくつかの実施形態において、前駆体は、化学結合によって、ポリマーの化学基と会合する。
【０１４７】
いくつかの局面において、ポリマーは、複数の部分を含む。いくつかの実施形態において、これらの部分は、化学基であり、必要に応じて、ポリマー鎖に沿って結合するモノマーの化学基である。いくつかの実施形態において、この部分は、前駆体と錯体化するか、または前駆体と結合し、金属を含む。いくつかの実施形態において、この部分は、金属−リガンドの前駆体のリガンドを移動させる。いくつかの実施形態において、ポリマーは、ポリマー分子１つあたり、平均で少なくとも１００個の官能基、化学基、または部分を含み、これらは、前駆体と会合可能である（例えば、必要に応じて、金属前駆体と会合可能である）。
【０１４８】
１つの例において、前駆体は、鉄アセテート（金属−リガンドの錯体）であり、ポリマーは、ポリビニルアルコールである。この例において、この部分または官能基は、アルコール基である。ポリマーは、その骨格に沿って複数のアルコール基を有し、これらは鉄アセテートとの会合に適している。この例において、アセテートは、アルコール基に結合するか（一方で、まだ鉄と錯体化している）、あるいはアルコール基が、アセテートリガンドを移動させて、直接、鉄と会合するかのいずれかである。
【０１４９】
いくつかの実施形態において、ポリマーに会合するか、またはポリマーにローディングされる前駆体の量は多い。いくつかの実施形態において、より多くのローディングは、ポリマー中の官能基の数に関連する（これは、一部では、ポリマーの分子量および官能基の濃度に依存する）。いくつかの場合において、より多くの官能基によって、前駆体には、より多くの部位が提供されて会合し、それによって、より多くの前駆体のローディングが可能となる。
【０１５０】
いくつかの場合において、ポリマーと会合する前駆体の量は、少なくとも部分的に前駆体１つあたりのリガンドの数によって決定される。いくつかの実施形態において、金属１つあたり、より多くのリガンドによって、ポリマーの官能基と会合するリガンドの可能性が増加する。１つの例において、前駆体において、アルミニウム１つあたり、３つのアセテートリガンドが存在する。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、ポリマーが前駆体分子で本質的に飽和されていて、これは、実施的に、もはや前駆体がポリマーとは会合しないことを意味する。いくつかの実施形態において、飽和は、過剰の前駆体をポリマーに添加し、前駆体からポリマーを分離し、ポリマーに結合している前駆体の量がどれくらいであるかを決定することによって決定される。前駆体の量は、分析化学の分野で公知の任意の適切な技術を用いて測定される。いくつかの場合において、分離の後、当業者は、会合していない前駆体の量、ポリマーと会合した前駆体の量、または会合していない前駆体の量とポリマーと会合した前駆体の量の両方を決定する。この性質の試験は、漸次、流体ストックにより多くの前駆体を添加し、もはや前駆体がポリマーに結合せず、前駆体が過剰量で存在し、ポリマーが飽和していることを示すまで行われる。いくつかの場合において、測定は、漸次、前駆体とポリマーとの間の接触が長い時間の期間にわたって行われるほど、より長い時間において、もはや前駆体がポリマーと会合せずに、ポリマーが前駆体で飽和されていることを確かめる。飽和を決定するための別の適切な方法は、会合の化学量論を計算することである。例えば、いくつかの場合において、流体ストック中のポリマーの化学基のモル数と、これらの官能基と会合する前駆体分子のモル数とを比較する。１つの前駆体が１つの化学基と会合する場合、前駆体のモル数が、化学基のモル数と実質的に等しい場合、ポリマーは飽和である。
【０１５２】
いくつかの実施形態において、ポリマーは、任意の適切なレベルにまで、前駆体で飽和される。いくつかの場合、ポリマーの様々なサンプルは、前駆体の飽和のレベルの分布を有する。個々のポリマーのサンプルは、従って、前駆体の飽和の平均を超えるか、それよりも小さくなる。いくつかの実施形態において、ポリマーは、前駆体によって平均で１００％未満の飽和である。例えば、ポリマーは、平均で、少なくとも２０％、少なくとも少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％の飽和である。いくつかの場合、ポリマーは、平均で、約５０％〜１００％、約７０％〜１００％、約９０％〜１００％、約５０％〜９０％、約６０％〜８０％、約２０％〜５０％の飽和である。
【０１５３】
この開示の目的のために、ポリマータイプとの記載（例えば、ＰＶＡ）は、前駆体と会合しない場合、ならびに前駆体と会合する場合、このようなポリマーを含むことが意図されることが理解されるべきである（ポリマーが前駆体と会合する上記の場合において、ポリマーは、反応／会合の後に残るポリマーの残基を指す）。例えば、ＰＶＡが前駆体ＭＬｂと組み合わされる場合、ＰＶＡとの記載は、Ｐ−ＯＨタイプの会合していないポリマー（部分的または完全にイオン化された形態を含む）、および会合したＰ−Ｏ−ＭＬｂ−１タイプ（ここで、「ＰＶＡ」との記載は、Ｐ−Ｏ部分を指し、ＭＬｂ−１は、ＭＬｂの排除またはＭＬｂの添加で存在し得る前駆体を指し、ＭＬｂ前駆体がＰＶＡにローディングされるか、またはＰＶＡと会合する程度に依存する）の記載を含む。
【０１５４】
（ナノファイバー）
本明細書中の特定の実施形態中に提供されるものは、ナノファイバーであり、例えば、本明細書中に開示される任意の１以上の特徴を有するナノファイバー、本明細書中に開示される方法に従って調製されるナノファイバー、および本明細書中に記載される方法によって調製可能なナノファイバーである。また、本明細書中において提供されるものは、ナノファイバーを使用するための方法、ナノファイバーを含むデバイスなどである。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーの欠陥および／または空隙は少ない。いくつかの場合において、ナノファイバーの空隙および欠陥は、ナノファイバーの破断、直径がとても小さくて容易に破断するようなナノファイバーの領域（例えば、直径が、平均のナノファイバーの直径の１０％未満または５％未満の領域）、ナノファイバー材料が異常なモルホロジーを有するナノファイバーの領域（例えば、実質的にアモルファスのナノファイバーにおける結晶性のドメイン−このような結晶性のドメインは、ナノファイバーの破砕および脆性を増加させ得る）などを含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直線１ｍｍあたり、約１、約５、約１０、約５０、約１００などの欠陥が存在する。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直線１ｍｍあたり、最大で約１、最大で約５、最大で約１０、最大で約５０、最大で約１００などの欠陥が存在する。他の実施形態において、ナノファイバーの欠陥および／または空隙はさらに少なく、ここで、ナノファイバーにおける欠陥および／または空隙の数は、開示の方法によって製造されていないナノファイバー（例えば、少ないローディングの前駆体）との比較である。
【０１５６】
（金属ナノファイバー）
本明細書中において様々な実施形態において提供されるものは、純粋な金属のナノファイバー、金属を含むナノファイバー、または実質的に金属から構成されるナノファイバーである。純粋な金属のナノファイバーは、金属の任意の適切な割合の組成を有する。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で、約９９．９９％、約９９．９５％、約９９．９％、約９９％、約９８％、約９７％、約９６％、約９５％、約９０％、約８０％などの金属を含む。いくつかの実施形態において、金属ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９５％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９％、少なくとも約９８％、少なくとも約９７％、少なくとも約９６％、少なくとも約９５％、少なくとも約９０％、少なくとも約８０％などの金属を含む。他の実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、または少なくとも７５％の金属を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で少なくとも８０％の金属を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で少なくとも９０％の金属を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で少なくとも９５％の金属を含む。
【０１５７】
特定の実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、結晶性金属の連続マトリクスを含む。いくつかの場合において、結晶性金属の連続マトリクスは、欠陥が少ないか、または欠陥を全く含まず、金属ナノファイバーの改善された性能を備える（例えば、向上した電気伝導率）。
【０１５８】
いくつかの実施形態において、金属ナノファイバーは、単一の金属を含む。他の実施形態において、金属ナノファイバーは、２以上の金属を含む。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属ナノファイバーであり、これは２以上の金属を含み、かかる金属はアロイの形態である。他の実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属ナノファイバーであり、これは２以上の金属を含み、かかる金属はコンポジットの形態である（例えば、層状のハイブリッドナノファイバー、別個の金属セグメントを有するコンポジット、連続マトリクスを形成する第１の金属およびナノファイバー内で分離されたドメイン中に存在する第２の金属を有するコンポジットなど）。
【０１５９】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で１０％未満の炭素を含む。特定の実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で７％未満の炭素を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で５％未満の炭素を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で３％未満の炭素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で１％未満の炭素を含む。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で５％未満の酸素を含む。特定の実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で３％未満の酸素を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で２％未満の酸素を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で２％未満の酸素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で０．５％未満の酸素を含む。
【０１６０】
図１５は、本明細書中の方法に従って調製されたニッケルナノファイバーの元素分析を示す。ナノファイバーの明るい領域および暗い領域（各パネルＡおよびＢ）において、ナノファイバーは、高いニッケル含有量を有することが観察される。ニッケル：酸素：炭素の元素の比は、暗い領域では約６４：１：０．２５、明るい領域では６２：５：０．１であった。
【０１６１】
金属は、任意の金属であり、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ポスト遷移金属、タンタニドまたはアクチニドが挙げられる。適切な遷移金属としては、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）、ラザホージウム（Ｒｆ）、ドブニウム（Ｄｂ）、シーボーギウム（Ｓｇ）、ボーリウム（Ｂｈ）およびハッシウム（Ｈｓ）が挙げられる。適切なアルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）およびフランシウム（Ｆｒ）が挙げられる。適切なアルカリ土類金属としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）およびラジウム（Ｒａ）が挙げられる。適切なポスト遷移金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）およびビスマス（Ｂｉ）が挙げられる。適切なタンタニドとしては、周期表の原子番号５７〜７１の元素が挙げられる。適切なアクチニドとしては、周期表の原子番号８９〜１０３の元素が挙げられる。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）およびポロニウム（Ｐｏ）またはシリコン（Ｓｉ）が挙げられる。比限定的な例によって、金属ナノファイバーを製造するための特定の方法は、本明細書中に開示され、必要に応じて、還元条件下での焼成を含む。
【０１６２】
具体的な実施形態において、ナノファイバーは、アルカリ金属を含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、ナノファイバーは、アルカリ土類金属を含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、遷移金属を含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、第ＩＶ周期の遷移金属を含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、第Ｖ周期の遷移金属を含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、ＸＩＩＩ族の金属を含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、ＸＩＶ族の金属を含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、メタロイドを含む。具体的な実施形態において、ナノファイバーは、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、パラジウム、銀、カドミウム、スズ、バリウム、ハフニウム、タングステン、鉛、それらの組み合わせなどを含む。具体的な実施形態において、ナノファイバーは、シリコンを含む。
【０１６３】
図３、５、７、８、１２、２２、２３、２６、２７および２８は、前駆体および金属ナノファイバーを示し、これらは、本明細書中において提供されるか、および／または本明細書中に記載される方法に従って調製されるようなものである。図３は、５００〜７００ｎｍの平均直径を有するニッケル前駆体ナノファイバー３０１と、ニッケル前駆体ナノファイバー３０１から、アルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される４００〜５００ｎｍの平均直径を有するニッケルナノファイバー３０２とを示す。図３は、また、ニッケルナノファイバー３０２の結晶Ｘ線回折パターン３０３を示す。図５は、６００〜８００ｎｍの平均直径を有する銅前駆体ナノファイバー５０１と、銅前駆体ナノファイバー５０１からアルゴン／水素の混合物中で２時間で８００℃での処理の後に調製される３００〜５００ｎｍの平均直径を有する銅ナノファイバー５０２とを示す。図５は、また、銅ナノファイバー５０２の結晶Ｘ線回折パターン５０３を示す。図７は、９００〜１２００ｎｍの平均直径を有する銀前駆体ナノファイバー７０１と、銀前駆体ナノファイバー７０１から空気中で２時間で６００℃での処理の後に調製される６００〜８００ｎｍの平均直径を有する銀ナノファイバー７０２とを示す。図７は、また、銀ナノファイバー７０２の結晶Ｘ線回折パターン７０３を示す。図８は、３００〜６００ｎｍの平均直径を有する鉄前駆体ナノファイバー８０１と、鉄前駆体ナノファイバー８０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される２００〜５００ｎｍの平均直径を有する鉄ナノファイバー８０２とを示す。図８は、また、鉄ナノファイバー８０２の結晶Ｘ線回折パターン８０３を示す。図１２は、５００〜１１００ｎｍの平均直径を有する鉛前駆体ナノファイバー１２０１と、鉛前駆体ナノファイバー１２０１からアルゴン／水素の混合物中で２時間で６００℃での処理の後に調製される２５０〜７００ｎｍの平均直径を有する鉛ナノファイバー１２０２とを示す。図１２は、また、鉛ナノファイバー１２０２の結晶Ｘ線回折パターン１２０３を示す。図１３は、ニッケル前駆体ナノファイバー（パネルＢ）およびニッケルナノファイバー（パネルＤ）を示す。流体ストック中に合わされるニッケルアセテートとＰＶＡとの重量／重量の比に基づく前駆体ローディング（パネルＡ）に依存して、様々な直径の前駆体ナノファイバー（パネルＣ）および金属ナノファイバー（パネルＥ）が得られた。図１４は、また、ニッケルアセテートとＰＶＡとから調製された流体ストックから調製されたニッケルナノファイバーを示す（パネルＡは、ポリマー／前駆体の重量／重量の比に基づくローディングを示す）。図１５は、本明細書の開示に従って調製された金属ナノファイバーの元素分析を示す。図２２および２３は、本明細書の開示に従って調製される金属アロイナノファイバーを示す。図２２は、３００〜１０００ｎｍの平均直径を有するカドミウム−セレン前駆体ナノファイバー２２０１と、カドミウム−セレン前駆体ナノファイバー２２０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される５００〜７００ｎｍの平均直径を有するカドミウム−セレンアロイナノファイバー２２０２とを示す。図２２は、また、カドミウム−セレンアロイナノファイバー２２０２の結晶Ｘ線回折パターン２２０３を示す。図２３は、７００〜１３００ｎｍの平均直径を有する鉛−セレン前駆体ナノファイバー２３０１と、鉛−セレン前駆体ナノファイバー２３０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される６００〜９００ｎｍの平均直径を有する鉛−セレンアロイナノファイバー２３０２とを示す。図２３は、また、鉛−セレンアロイナノファイバー２３０２の結晶Ｘ線回折パターン２３０３を示す。図２４は、カドミウム−セレンおよび鉛−セレンのアロイナノファイバーのさらに拡大した図を示し、図２５は、鉛−セレンアロイナノファイバーの元素分析を示す。図２６は、５００〜９００ｎｍの平均直径を有するカドミウム−テルル前駆体ナノファイバー２６０１と、カドミウム−テルル前駆体ナノファイバー２６０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される３００〜６５０ｎｍの平均直径を有するカドミウム−テルルアロイナノファイバー２６０２とを示す。図２６は、また、カドミウム−テルルアロイナノファイバー２６０２の結晶Ｘ線回折パターン２６０３を示す。図２７は、４００〜７００ｎｍの平均直径を有する鉛−テルル前駆体ナノファイバー２７０１と、鉛−テルル前駆体ナノファイバー２７０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される３００〜５５０ｎｍの平均直径を有する鉛−テルルアロイナノファイバー２７０２とを示す。図２７は、また、鉛−テルルアロイナノファイバー２７０２の結晶Ｘ線回折パターン２７０３を示す。図２８は、６００〜１０００ｎｍの平均直径を有する鉄−ニッケル前駆体ナノファイバー２８０１と、鉄−ニッケル前駆体ナノファイバー２８０１からアルゴン／水素の混合物中で２時間で６００℃での処理の後に調製される２００〜７５０ｎｍの平均直径を有する鉄−ニッケルアロイナノファイバー２８０２とを示す。図２８は、また、鉄−ニッケルアロイナノファイバー２８０２の結晶Ｘ線回折パターン２８０３を示す。図２９は、酸化鉄／鉄−ニッケルのＴＥＭ画像を示す。
【０１６４】
（セラミックおよび金属酸化物のナノファイバー）
本明細書中の様々な実施形態で提供されるものは、純粋なセラミックナノファイバー、セラミックを含むナノファイバー、または実質的にセラミックから構成されるナノファイバーである。いくつかの実施形態において、セラミックナノファイバーは、質量で、約９９．９９％、約９９．９５％、約９９．９％、約９９％、約９８％、約９７％、約９６％、約９５％、約９０％、約８０％などのセラミックを含む。いくつかの実施形態において、セラミックナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９５％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９％、少なくとも約９８％、少なくとも約９７％、少なくとも約９６％、少なくとも約９５％、少なくとも約９０％、少なくとも約８０％などのセラミックを含む。他の実施形態では、本明細書中において提供されるセラミックナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、または少なくとも７５％のセラミックを含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるセラミックナノファイバーは、質量で少なくとも８０％のセラミックを含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるセラミックナノファイバーは、質量で少なくとも９０％のセラミックを含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるセラミックナノファイバーは、質量で少なくとも９５％のセラミックを含む。
【０１６５】
本明細書中の様々な実施形態において提供されるものは、純粋な金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミックを含む）ナノファイバー、セラミックを含むナノファイバー、または実質的にセラミックから構成されるナノファイバーである。いくつかの実施形態において、金属酸化物ナノファイバーは、質量で、約９９．９％、約９９％、約９８％、約９７％、約９６％、約９５％、約９０％、約８０％などのセラミックを含む。いくつかの実施形態において、金属酸化物ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも約少なくとも約９９％、少なくとも約９８％、少なくとも約９７％、少なくとも約９６％、少なくとも約９５％、少なくとも約９０％、少なくとも約８０％などの金属酸化物を含む。他の実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、または少なくとも７５％の金属酸化物を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも８０％の金属酸化物を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で、少なくとも９０％の金属酸化物を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも９５％の金属酸化物を含む。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも８０％の金属および酸素を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも９０％の金属および酸素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも９５％の金属および酸素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属酸化物ナノファイバーは、質量で少なくとも９８％金属および酸素を含む。
【０１６６】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で１０％未満の炭素を含む。特定の実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で７％未満の炭素を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で５％未満の炭素を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で３％未満の炭素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーは、質量で１％未満の炭素を含む。
【０１６７】
具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーのセラミックは、金属酸化物である。例示のセラミックまたは金属酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３およびＢａＳｒＴｉＯ３が挙げられるが、これらに限定されない。セラミック（および／または金属酸化物）ナノファイバーを製造する方法は、本明細書中に開示され、必要に応じて、酸化条件下での焼成を含む。
【０１６８】
金属酸化物またはセラミックの金属は、任意の金属であり、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ポスト−遷移金属、ランタニドまたはアクチニドが挙げられる。適切な遷移金属としては、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクニチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｈｇ）、ラザホージウム（Ｒｆ）、ダブニウム（Ｄｂ）、シーボーギウム（Ｓｇ）、ボーリウム（Ｂｈ）およびハッシウム（Ｈｓ）が挙げられる。適切なアルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）およびフランシウム（Ｆｒ）が挙げられる。適切なアルカリ土類金属としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）およびラジウム（Ｒａ）が挙げられる。適切なポスト遷移金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、およびビスマス（Ｂｉ）が挙げられる。適切なランタニドとしては、周期表の原子数５７〜７１の元素が挙げられる。適切なアクチニドとしては、周期表の原子数８９〜１０３の元素が挙げられる。いくつかの実施形態において、金属酸化物の金属は、メタロイド（ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）およびポロニウム（Ｐｏ）またはシリコン（Ｓｉ）など）である。非限定的な例によって、セラミックまたは金属酸化物ナノファイバーを製造するための特定の方法は、本明細書中に開示され、必要に応じて、酸化条件下での焼成を含む。
【０１６９】
具体的な実施形態において、ナノファイバーは、アルカリ金属の酸化物またはアルカリ金属を含むセラミックを含む。さらなる実施形態または代替の実施形態において、ナノファイバーは、アルカリ土類金属の酸化物またはアルカリ土類金属を含むセラミックを含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、遷移金属を含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、第ＩＶ周期の遷移金属の酸化物または第ＩＶ周期の遷移金属を含むセラミックを含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、第Ｖ周期の遷移金属の酸化物または第Ｖ周期の遷移金属を含むセラミックを含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、ＸＩＩＩ族の金属の酸化物またはＸＩＩＩ族の金属を含むセラミックを含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、ＸＩＶ族の金属の酸化物またはＸＩＶ族の金属を含むセラミックを含む。特定の実施形態において、ナノファイバーは、メタロイドの酸化物またはメタロイドを含むセラミックを含む。具体的な実施形態において、ナノファイバーは、アルミニウム、シリコン、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、カドミウム、スズ、バリウム、ハフニウム、タングステン、鉛、それらの組み合わせなどの酸化物またはこれらを含むセラミックを含む。具体的な実施形態において、酸化物は、シリコン、ジルコニウムまたはアルミニウムの酸化物ではない。いくつかの実施形態において、酸化物は、シリコン、ジルコニウムまたはアルミニウムの酸化物であり、例えば、コンポジット材料（例えば、層状ハイブリッドナノファイバー、別個のセグメントを有するコンポジット、連続マトリクスを形成する第１の材料と、ナノファイバー内の分離したドメイン中に存在する第２の材料とを有するコンポジット−例えば、ここで、酸化物は、マトリクス材料などである）において、追加の材料（例えば、金属、金属アロイなど）をさらに含む。
【０１７０】
いくつかの実施形態において、セラミックおよび金属酸化物ナノファイバーは、単一の金属種（タイプ）を含む。他の実施形態において、セラミックおよび金属酸化物ナノファイバーは、２以上の金属種を含む（例えば、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＳｒＴｉＯ３（例えば、Ｂａ０．５５Ｓｒ０．４５ＴｉＯ３）など）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、セラミックおよび金属酸化物のナノファイバーであり、これは、多金属酸化物をともに形成するか、あるいは整列したアロイ型の結晶格子で、２以上の金属種を含む。他の実施形態において、コンポジット（例えば、層状のハイブリッドナノファイバー、別個の酸化物セグメントを有するコンポジット、連続マトリクスを形成する第１の材料と、ナノファイバー内の分離されたドメイン中に存在する第２の材料とを有するコンポジットなど）などでは、２以上の金属種が、アモルファスの混合物中で別個の酸化物材料を形成する。
【０１７１】
図４、６、９、１０および１１は、本明細書中において提供されるか、および／または本明細書中に記載される方法に従って調製されるような金属前駆体および金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）のナノファイバーを示す。図４は、５００〜７００ｎｍの平均直径を有するニッケル前駆体ナノファイバー４０１と、ニッケル前駆体ナノファイバー４０１から空気中で２時間で６００℃での処理の後に調製される３００〜５００ｎｍの平均直径を有する酸化ニッケルナノファイバー４０２とを示す。図４は、また、酸化ニッケルナノファイバー４０２の結晶Ｘ線回折パターン４０３を示す。図６は、６００〜８００ｎｍの平均直径を有する銅前駆体ナノファイバー６０１と、銅前駆体ナノファイバー６０１から空気中で２時間で６００℃での処理の後に調製される２００〜６００ｎｍの平均直径を有する酸化銅ナノファイバー６０２とを示す。図６は、また、酸化銅ナノファイバー６０２の結晶Ｘ線回折パターン６０３を示す。図９は、５００〜１０００ｎｍの平均直径を有する亜鉛前駆体ナノファイバー９０１と、亜鉛前駆体ナノファイバー９０１から空気中で２時間で６００℃での処理の後に調製される４００〜７００ｎｍの平均直径を有する酸化亜鉛ナノファイバー９０２とを示す。図９は、また、酸化亜鉛ナノファイバー９０２の結晶Ｘ線回折パターン９０３を示す。図１０は、８００〜１２００ｎｍの平均直径を有するカドミウム前駆体ナノファイバー１００１と、カドミウム前駆体ナノファイバー１００１から空気中で２時間で８００℃での処理の後に調製される６００〜９００ｎｍの平均直径を有する酸化カドミウムナノファイバー１００２とを示す。図１０は、また、酸化カドミウムナノファイバー１００２の結晶Ｘ線回折パターン１００３を示す。図１１は、８００〜１０００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム前駆体ナノファイバー１１０１と、ジルコニウム前駆体ナノファイバー１１０１から空気中で２時間で８００℃での処理の後に調製される３００〜６００ｎｍの平均直径を有するジルコニアナノファイバー１１０２とを示す。図１１は、また、ジルコニアナノファイバー１１０２の結晶Ｘ線回折パターン１１０３を示す。
【０１７２】
（アロイナノファイバー）
本明細書中の様々な実施形態において提供されるものは、純粋な金属アロイナノファイバー、金属アロイを含むナノファイバー、または実質的に金属アロイから構成されるナノファイバーである。金属アロイは、任意の適切な金属アロイであり、これは、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ポスト−遷移金属、ランタニドまたはアクチニド、さらにゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）およびポロニウム（Ｐｏ）およびシリコン（Ｓｉ）を含む。いくつかの実施形態において、アロイは、金属−金属のアロイである。他の実施形態において、アロイは、金属−非金属のアロイである。特定の実施形態において、金属−金属のアロイは、本明細書中に記載される本明細書中に記載される方法（又はプロセス）において、流体ストック中において、第１の金属前駆体、第２の金属前駆体および任意の更なる金属前駆体を利用することによって（例えば、少なくとも２つの金属前駆体を均一に分散させることによって）調製される（ここで、第１および第２の金属前駆体は様々な金属を含む）。いくつかの実施形態において、金属−非金属のアロイは、本明細書中に記載される本明細書中に記載される方法において、流体ストック中において、金属前駆体および非金属ストック（例えば、非金属材料の粉末）を利用することによって（例えば、流体ストック中において、金属前駆体および非金属ストックを均一に分散させることによって）調製される（ここで、第１および第２の金属前駆体は様々な金属を含む）。
【０１７３】
様々な実施形態において、金属アロイは、必要に応じて、金属ナノファイバーについて上記で述べた任意の金属を含む（述べられる金属アロイナノファイバーは、この開示の目的において、金属ナノファイバーの範囲内であると考えられるからである）。さらに、金属−非金属のアロイでは、任意の適切な非金属材料（例えば、ホウ素、炭素、リン、硫黄、セレンなど）を利用してもよい。例えば、図２５は、本明細書中において提供される開示に従って調製される鉛−セレンの金属−非金属のアロイを示す。
【０１７４】
本明細書中の様々な実施形態において提供されるものは、金属アロイナノファイバー、金属アロイを含むナノファイバー、または実質的に金属アロイから構成されるナノファイバーである。いくつかの実施形態において、金属アロイナノファイバーは、質量で、約９９％、約９８％、約９７％、約９６％、約９５％、約９０％、約８０％などの金属アロイを含む。いくつかの実施形態において、金属アロイナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも約９９％、少なくとも約９８％、少なくとも約９７％、少なくとも約９６％、少なくとも約９５％、少なくとも約９０％、少なくとも約８０％などのセラミックを含む。他の実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、または少なくとも７５％の金属アロイを含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも８０％の金属アロイを含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも９０％の金属アロイを含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも９５％の金属アロイを含む。
【０１７５】
いくつかの実施形態において、金属ナノファイバーについて本明細書中で述べた通り、金属アロイナノファイバーは、少ない量の炭素および／または酸素を含む。金属−非金属のアロイが金属−炭素のアロイである特定の実施形態において、質量（例えば、元素質量）で、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、または少なくとも７５％の金属および炭素を含む。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも８０％の金属および炭素を含む。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも９０％の金属および炭素を含む。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属アロイナノファイバーは、質量で少なくとも９５％の金属および炭素を含む。
【０１７６】
例示の金属アロイは、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＦｅＮｉ（パームアロイ）、Ｆｅ−Ｐｔ金属間化合物、Ｐｔ−Ｐｂ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｂｉ、Ｐｄ−Ｃｕ、およびＰｄ−Ｈｆを含むが、これらに限定されない。金属アロイナノファイバーを製造するための方法は、本明細書中に開示され、必要に応じて、アロイの金属前駆体の混合物を含む流体ストックを電界紡糸すること、および還元条件下で焼成することを含む。例えば、ＣｄＳｅアロイナノファイバーは、カドミウムアセテートおよびセレンアセテートの混合物を含む流体ストックを電界紡糸し、その後、還元条件下で焼成することによって製造される。
【０１７７】
１つの局面において、金属、セラミックまたはアロイのナノファイバーに加えて、実質的に任意の材料のナノファイバーは、本明細書中に記載される方法を用いて製造される（例えば、実質的に均一に分散された適切な前駆体から、および高い割合の流体ストックにおいて、金属が交換可能である限りにおいて）。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、カルシウムホスフェート（ＣＡ−Ｐ）ナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書の開示の方法によって、高品質のＣＡ−Ｐナノファイバーが製造され、必要に応じて、ここで、ナノファイバーは、平均で少なくとも５０μｍの長さである。
【０１７８】
いくつかの実施形態において、本明細書の開示の方法は、他の方法と組み合わされて、さらにより多くの実施形態が製造される。例えば、ナノファイバーは、その合成後にさらなる変更を受ける。例えば、米国特許出願第１２／４３９，３９８号に開示される通り、骨および歯の細胞を培養するため、あるいは骨、歯または歯周病および欠陥を処理するためのインプラントとして、生物学的に機能する添加剤をカルシウムホスフェートナノファイバーに添加する。
【０１７９】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、表面修飾される。例えば、酵素がナノファイバーの表面に固定されて、生物学的な触媒を形成する。別の例において、半導体産業からのドーピングプロセスを用いて、不純物を純粋な半導体ナノファイバーに導入する（例えば、その電気特性の調節を目的とする）。
【０１８０】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、金属の連続マトリクス、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、またはそれらの組み合わせを含むセグメントを含むナノファイバーである。いくつかの場合において、連続マトリクスは、セグメントの一方の端部から、セグメントの他方の端部まで、伝導性である。いくつかの場合において、連続マトリクスによって、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、またはそれらの組み合わせの単一の一体化された容量（ボリューム）が規定される。いくつかの場合において、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、またはそれらの組み合わせは、連続マトリクスの全ての長さに沿って、金属、金属酸化物、金属アロイ、セラミック、またはそれらの混合物と接触する。１つのセグメントまたは複数のセグメントは、任意の適切な割合のナノファイバーを含み、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％などのナノファイバーの長さを含む。いくつかの実施形態において、セグメント（単数または複数）は、最大で５％、最大で１０％、最大で２０％、最大で３０％、最大で４０％、最大で５０％、最大で６０％、最大で７０％、最大で８０％、最大で９０％、最大で９５％などのナノファイバーの長さを含む。いくつかの実施形態において、セグメント（単数または複数）は、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％などのナノファイバーの長さを含む。具体的な実施形態において、本明細書中に記載される連続マトリクスは、ナノファイバーの質量の半分未満を含むが、連続マトリクスを形成し、これはナノファイバーの長さに沿って延在する。いくつかの場合において、連続マトリクスは、ナノファイバーの少なくとも５０％の長さに沿って延在する（例えば、ナノファイバーの個体数の平均である）。具体的な場合において、連続マトリクスは、ナノファイバー（単数または複数）の少なくとも７０％の長さ（例えば、平均での長さ）に沿って延在する。より具体的な場合において、連続マトリクスは、ナノファイバー（単数または複数）の少なくとも８０％の長さ（例えば、平均での長さ）に沿って延在する。さらにより具体的な実施形態において、連続マトリクスは、ナノファイバー（単数または複数）の少なくとも９０％の長さ（例えば、平均での長さ）に沿って延在する。さらにより具体的な実施形態において、連続マトリクスは、ナノファイバー（単数または複数）の少なくとも９５％の長さ（例えば、平均での長さ）に沿って延在する。
【０１８１】
（コンポジットおよびハイブリッドのナノファイバー）
ナノファイバーを製造するための従来の方法（例えば、ゾル−ゲル法）は、概して、中実のモノリスの円柱以外の任意の形態となるのに十分に高い品質のナノファイバーは製造しない。いくつかの場合において、本明細書中に開示される方法を用いることによって、ナノファイバーにおける空隙および欠陥の数および寸法は、実質的に減少され、それによって、より複雑なジオメトリ（中空ナノファイバー、および１以上の材料から作製されるコンポジットまたはハイブリッドのナノファイバーなど）が可能となる。いくつかの場合において、ハイブリッドまたは中空のナノファイバーは、適切に長く、連続している（すなわち、高品質である）。
【０１８２】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、第１の材料および第２の材料を含むコンポジットナノファイバーである。いくつかの実施形態において、第１および第２の材料の少なくとも一方または両方が金属または金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）を含む。
【０１８３】
特定の実施形態において、第１の材料は、ナノファイバーの連続マトリクスを形成する。具体的な実施形態において、第１の材料は、金属、セラミック、または炭素である。より具体的な実施形態において、第１の材料は、金属または炭素であり、第２の材料は、金属、金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）またはセラミックである。いくつかの実施形態において、第１の材料は、セラミックであり、第２の材料は、金属、金属酸化物またはセラミックである。具体的な実施形態において、第１の材料は、セラミックであり、第２の材料は、金属である。
【０１８４】
いくつかの実施形態において、第１の材料は、連続マトリクスを形成し、第２の材料は、ナノファイバー内に分離したドメインを形成する。他の実施形態において、第１および第２の材料の両方が、ナノファイバー内において連続マトリクスを形成する（例えば、層状のハイブリッドナノファイバーであり、同軸の電界紡糸で形成される層状のハイブリッドナノファイバーなど−層状の同軸のハイブリッドナノファイバー）。他の実施形態において、第１および第２の材料は、ナノファイバーの様々な（例えば、交互の）セグメント（すなわち、ナノファイバーの長さに沿う交互のセグメント）を形成する。
【０１８５】
本明細書中に記載されるものは、ハイブリッドナノファイバーを製造するための方法、ハイブリッドナノファイバーを使用するための方法、ハイブリッドナノファイバーを含むデバイス、およびハイブリッドナノファイバーそのものである。本明細書中に記載される通り、ハイブリッドナノファイバーは、例えば、フレキシブルソーラーセルにおいて有用である。「ハイブリッド」は、「コンポジット」と互換可能に使用され、そしてナノファイバーが少なくとも２つの材料を含むことを意味する。かかる材料は、ナノファイバーの上または中の別個の場所に見出される。このような場所は、任意の適切なジオメトリの問題で配置される。
【０１８６】
１つの例示のジオメトリは、様々な材料から作製される様々な環状のリングまたは層を有する繊維（又はファイバー）である。いくつかの実施形態において各層は同軸である。いくつかの実施形態において、同軸のハイブリッドナノファイバーは、本明細書中に記載される方法によって製造される（例えば、少なくとも２つの層を含み、その一方は、ナノファイバーのコアを形成してもよく、他方は、少なくとも部分的にコアを囲む（又は覆う）層を形成する）。いくつかの実施形態において、紡糸口金を変更して、第２の流体ストックを含む第２の導管によって囲まれた第１の流体ストックを含む第１の導管を含むようにする（図３５）。いくつかの場合において、かかる導管から、流体ストックを引くか、または押し出す。このような構成によって、第１の流体ストックを囲む第２の流体ストックによる環状の流体ジェットが生成される。いくつかの実施形態において、ジェットは、乾燥し、次いで焼成されるので、第１および第２の流体ストックは、実質的には混合せず、そうすることで、ナノファイバーにおいて、様々な材料に変換される。
【０１８７】
ハイブリッドナノファイバー（例えば、同軸のナノファイバーを含む）のいくつかの実施形態において、様々な層は、任意の適切な材料である。いくつかの実施形態において、同軸の層は、その構成が他に明確に示されていない限り、任意の方法が参照される。例えば、２つの同軸の層から構成されるナノファイバーについて、第１の層は、第２の層を囲んで（又は覆って）もよく、第２の層は、第１の層を囲んで（又は覆って）もよい。いくつかの実施形態において、第１の同軸の層は、セラミックを含む。いくつかの実施形態において、第２の同軸の層は、セラミックを含む。いくつかの実施形態において、第１の同軸の層は、金属を含む。いくつかの実施形態において、第２の同軸の層は、金属を含む。様々な実施形態において、ハイブリッドナノファイバーは、金属−オン−金属、セラミック−オン−金属、セラミック−オン−セラミック、または金属−オン−セラミックである。いくつかの実施形態において、ハイブリッドナノファイバーは、少なくとも３つの成分を有し、あらゆる種類の材料をあらゆる種類の組み合わせで任意に一体化したものを含む。
【０１８８】
様々な実施形態において、コンポジットナノファイバーは、本明細書中に記載されるとおり、金属、金属酸化物および／またはセラミックを含む。このようなコンポジットナノファイバーにおいて使用される金属、金属酸化物および／またはセラミックは、任意のこのような金属、金属酸化物またはセラミックを含み、これらは、金属（例えば、単一の金属またはアロイ）、金属酸化物（例えば、金属酸化物セラミック）およびセラミックナノファイバーについて本明細書中に記載されるものである。いくつかの実施形態において、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌなどの金属は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｏＯ、ＣｏＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、ＨｆＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＳｒＴｉＯ３などのセラミックでハイブリッド化（又はハイブリダイズ）される。いくつかの実施形態において、第１の同軸層は、ＮｉまたはＦｅを含む。いくつかの実施形態において、第２の同軸層は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２またはＴｉＯ２を含む。１つの実施形態において、第１の同軸層は、Ｎｉを含み、第２の同軸層は、ＺｒＯ２を含む。１つの実施形態において、第１の同軸層は、Ａｌ２Ｏ３を含み、第２の同軸層は、ＩＴＯを含む。別の実施形態において、第１の同軸層は、ＺｒＯ２を含み、第２の同軸層は、ＺｎＯを含む。
【０１８９】
また、同軸の繊維の以外の複雑なジオメトリを本明細書中において説明する。例えば、１つの配置において、第１および第２の材料は、ナノファイバーの長さの様々な部分に沿って配置される。いくつかの実施形態において、このようなナノファイバーは、電界紡糸の方法（又はプロセス）において、第１の材料を含む第１の流体ストックと、第２の材料を含む第２の流体ストックとの間で、流体ストックを交互にすることによって製造される。このような実施形態において、焼成の際にナノファイバーが製造され、これによって、ナノファイバーの長さに沿って、第１の材料と第２の材料との間で交互になる。第１および第２の材料は、任意の適切な材料であり、セラミックおよび金属を含む。
【０１９０】
様々な実施形態において、コンポジットナノファイバーは、金属−金属ハイブリッド、金属−セラミックハイブリッドなどを含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、金属およびセラミックの両方のハイブリッドである。特定の実施形態において、ナノファイバーの金属およびセラミック成分の全質量の質量パーセンテージは、添加され（片方または両方が存在する程度にまで添加され）、ナノファイバーの約９９．９９％、約９９．９５％、約９９．９％、約９９％、約９８％、約９７％、約９６％、約９５％、約９０％、約８０％などを含む。他の実施形態において、ナノファイバーの金属およびセラミック成分の合計は、ナノファイバーの少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９５％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９％、少なくとも約９８％、少なくとも約９７％、少なくとも約９６％、少なくとも約９５％、少なくとも約９０％、少なくとも約８０％などである。他の実施形態において、金属およびセラミック成分の全質量（片方または両方が存在する程度にまで）としては、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％などが挙げられる。いくつかの場合において、これらの金属／セラミックのより少ない含有量のコンポジットナノファイバーは、金属でもセラミックでもない連続マトリクスを含むナノファイバーが存在する。
【０１９１】
図１６〜２１および３１〜３３は、本明細書中において提供されるか、および／または本明細書中に記載される方法に従って調製されるような金属前駆体および金属のコンポジット／ハイブリッドナノファイバーを示す。図１６は、６００〜１０００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム−亜鉛の前駆体ナノファイバー１６０１（すなわち、ジルコニウム前駆体、亜鉛前駆体およびポリマーを含むナノファイバー）と、前駆体ナノファイバー１６０１がらアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される３００〜６００ｎｍの平均直径を有するジルコニア−酸化亜鉛のコンポジットナノファイバー１６０２とを示す。図１６は、また、コンポジットナノファイバー１６０２のジルコニア１６０３および酸化亜鉛１６０４についての結晶Ｘ線回折ピークを示す。図１７は、７００〜９００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム−銀の前駆体ナノファイバー１７０１と、前駆体ナノファイバー１７０１からアルゴン／水素の混合物中で２時間で８００℃での処理の後に調製される４００〜７００ｎｍの平均直径を有するジルコニア−銀コンポジットナノファイバー１７０２とを示す。図１７は、また、コンポジットナノファイバー１７０２のジルコニア１７０３および銀１７０４についての結晶Ｘ線回折ピークを示す。図１８は、８００〜１２００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム−ニッケルの前駆体ナノファイバー１８０１と、前駆体ナノファイバー１８０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される６００〜８００ｎｍの平均直径を有するジルコニア−ニッケルコンポジットナノファイバー１８０２とを示す。図１８は、また、コンポジットナノファイバー１８０２のジルコニア１８０３およびニッケル１８０４の結晶Ｘ線回折ピークを示す。図１９は、６００〜１０００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム−鉄の前駆体ナノファイバー１９０１と、前駆体ナノファイバー１９０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される４００〜７００ｎｍの平均直径を有するジルコニア−鉄コンポジットナノファイバー１９０２とを示す。図１９は、また、コンポジットナノファイバー１９０２のジルコニア１９０３および鉄１９０４についての結晶Ｘ線回折ピークを示す。図２０は、さらに、このようなナノコンポジットのＴＥＭ画像を示す。図２１は、４００〜１１００ｎｍの平均直径を有するアルミニウム−ニッケルの前駆体ナノファイバー２１０１と、前駆体ナノファイバー２１０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される１５０〜７００ｎｍの平均直径を有するアルミナ−ニッケルコンポジットナノファイバー２１０２とを示す。図２１は、また、コンポジットナノファイバー２１０２のニッケル２１０３の結晶Ｘ線回折ピークを示す（アモルファスのアルミナのピークはない）。図３１は、４５０〜７００ｎｍの平均直径を有するジルコニウム−ニッケルの前駆体ナノファイバー３１０１（ニッケル前駆体＋ポリマーのコア、ジルコニウム前駆体＋ポリマーのシース）と、前駆体ナノファイバー３１０１からアルゴン中で２時間で６００℃での処理の後に調製される３００〜５５０ｎｍの平均直径を有するジルコニア−ニッケルの層状コンポジットナノファイバー３１０２とを示す。図３１は、また、層状（すなわち、同軸）のコンポジットナノファイバー３１０２（ニッケル金属のコアおよびジルコニアのシース）のジルコニアおよびニッケル３１０３の結晶Ｘ線回折ピークを示す。図３２は、同軸／層状の層状ニッケル／ジルコニアナノファイバーのＴＥＭ画像を示し、図３３は、同軸／層状の層状ニッケル／ジルコニアナノファイバーの元素分析を示す。図３３のパネルＡは、ニッケル層（コア）の外側に酸化ジルコニウム層を含むハイブリッドナノファイバーを示す。図３３のパネルＢは、高い含有量のジルコニウムおよび酸素（ニッケルおよび炭素に対して）（それぞれ、約１８：３２：４：２の比）を示す。
【０１９２】
（中空ナノファイバー）
本明細書の開示は、中空ナノファイバーを製造するための方法、中空ナノファイバーを使用するための方法、中空ナノファイバーを含むデバイス、中空ナノファイバーそのものを含む。本明細書中に記載の通り、中空ナノファイバーは、いくつかの場合において、リチウムイオンバリアにおいて有用である。
【０１９３】
いくつかの実施形態において、中空ナノファイバーは、紡糸口金を用いて製造され、これは、第２の流体を含む第２の導管によって囲まれる（又は覆われる）第１の流体を含む第１の導管を含む。いくつかの場合において、第１の流体は、任意の流体であり、これは、ナノファイバーの一体となる部分とはならない（例えば、気体）。いくつかの実施形態において、第１の流体は不活性である。
【０１９４】
いくつかの実施形態において、第１の流体は、気体であり、必要に応じて、空気である。いくつかの場合において、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４８９４（「Electrospinning apparatus and nanofibers producedtherefrom」）において開示されるようなガスアシスト電界紡糸技術において記載されるような内側の環状の流体として気体を使用することは確実に利点がある。いくつかの実施形態において、このガスのジェットによって、エレクトロスピナーから出る流体ストックの流れ（又はストリーム）が加速され、伸長され、より細い繊維をもたらす。いくつかの場合において、本明細書中に開示される方法によって、より細いナノファイバー（例えば、ガスアシスト法を使用する場合）や、欠陥の少ないナノファイバー（例えば、そして、それ故、高品質）がもたらされる。
【０１９５】
いくつかの実施形態において、第１（不活性）の流体は液体であり、必要に応じて、例えば、鉱物油である。外側の流体ストックが水性である実施形態において、鉱物油のコアは、電界紡糸される流体ストックとは混合しない。いくつかの実施形態において、鉱物油のコアは、続く焼成によって除去され、中空ナノファイバーをもたらす。
【０１９６】
いくつかの実施形態において、中空ナノファイバーは、不活性の内側の環状の流体なしで製造される。例えば、同軸のハイブリッドナノファイバーが製造され、次いで、その内側の環状の材料が除去され、中空ナノファイバーをもたらす。内側の材料は、任意の適切な技術（溶解、昇華、蒸発、分解、エッチング、または中空ナノファイバーをもたらすその均等のものが挙げられる）によって除去される。
【０１９７】
ナノファイバーの中空コアは、任意の適切な直径を有する。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの所定の集合は、様々な直径の中空コアを有する繊維が分布したナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、単一のナノファイバーの中空コアの直径は、その長さに沿って変動する。いくつかの実施形態において、ある個体数の繊維または一部の繊維を有する特定の繊維は、平均の内側の直径を超えるか、またはそれよりも小さくなる。いくつかの実施形態において、中空コアの直径は、平均で、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、約６０ｎｍ、約８０ｎｍ、約１００ｎｍ、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、約５００ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、中空コアの直径は、平均で、最大で約１ｎｍ、最大で約２ｎｍ、最大で約３ｎｍ、最大で約４ｎｍ、最大で約５ｎｍ、最大で約６ｎｍ、最大で約７ｎｍ、最大で約８ｎｍ、最大で約９ｎｍ、最大で約１０ｎｍ、最大で約１５ｎｍ、最大で約２０ｎｍ、最大で約４０ｎｍ、最大で約６０ｎｍ、最大で約８０ｎｍ、最大で約１００ｎｍ、最大で約２００ｎｍ、最大で約３００ｎｍ、最大で約４００ｎｍ、最大で約５００ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、中空コアの直径は、平均で、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約２ｎｍ、少なくとも約３ｎｍ、少なくとも約４ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約６ｎｍ、少なくとも約７ｎｍ、少なくとも約８ｎｍ、少なくとも約９ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約１５ｎｍ、最大で少なくとも２０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約６０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約３００ｎｍ、少なくとも約４００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、中空コアの直径は、平均で、約１ｎｍ〜１０ｎｍ、約５ｎｍ〜２０ｎｍ、約５ｎｍ〜１０ｎｍ、約１０ｎｍ〜５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜５０ｎｍ、約１ｎｍ〜５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜５００ｎｍなどである。
【０１９８】
（ナノファイバーの特性）
１つの局面において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、ユニークな組成のものであり、従前、全く記載されていないものである。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、特定の新規の特性を有するナノファイバーである。様々な実施形態において、これらのナノファイバーは、特定の寸法、アスペクト比、比表面積、特性、伝導率、可撓性などを有し、これらは、これまで達成できたものを超越している。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、ナノファイバーを含むデバイスに改良をもたらす。例えば、本明細書中に記載される金属ナノファイバーは、いくつかの場合においてシートに形成される場合、材料の少なくとも７０％の電気伝導率の電気伝導率を有する。いくつかの実施形態において、高い伝導率は、この新規の金属ナノファイバーに基づくソーラーセルの機能を向上させる。
【０１９９】
いくつかの実施形態において、特定の用途では、より小さな直径のナノファイバー（例えば、本明細書中に記載される方法を実施することによって、品質を犠牲にすることなく達成されるもの）が好まれる。例えば、ガスアシスト電界紡糸の技術を利用して、細いナノファイバーを生成する（すなわち、エレクトロスピナーから放出される流体ストックのジェットストリームを加速させることによって生成する）。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直径は、焼成（必要に応じて収縮する）の際に変化する。１つの実施形態において、銅ナノファイバーは、電界紡糸のときには、直径が６００〜８００ｎｍであり、焼成の後には、３００〜５００ｎｍであった。いくつかの実施形態において、前駆体のポリマーへのローディングは、ナノファイバーの直径に影響を与える。いくつかの実施形態において、前駆体のローディングが高いほど、より細いナノファイバーが得られる（例えば、ナノファイバーへと変換される前駆体材料がより多く存在するからである）。ナノファイバーの直径を測定するための方法としては、顕微鏡観察、必要に応じて透過型電子顕微鏡観察（「ＴＥＭ」）または走査電子顕微鏡観察（「ＳＥＭ」）が挙げられるが、これらに限定されない。
【０２００】
様々な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、ナノファイバーまたは任意の適切な直径を有するナノファイバーを製造するための方法（又はプロセス）である。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの所定の集合は、様々な直径の繊維の分布を有するナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、単一のナノファイバーは、その長さに沿って変化する直径を有する。いくつかの実施形態において、
ある個体数の繊維または繊維の一部を有する特定の繊維は、その平均の直径よりも大きいか、またはそれよりも小さくなる。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直径は、平均で、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１３０ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、約１０００ｎｍ、約１５００ｎｍ、約２０００ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直径は、平均で、最大で２０ｎｍ、最大で３０ｎｍ、最大で４０ｎｍ、最大で５０ｎｍ、最大で６０ｎｍ、最大で７０ｎｍ、最大で８０ｎｍ、最大で９０ｎｍ、最大で１００ｎｍ、最大で１３０ｎｍ、最大で１５０ｎｍ、最大で２００ｎｍ、最大で２５０ｎｍ、最大で３００ｎｍ、最大で４００ｎｍ、最大で５００ｎｍ、最大で６００ｎｍ、最大で７００ｎｍ、最大で８００ｎｍ、最大で９００ｎｍ、最大で１０００ｎｍ、最大で１５００ｎｍ、最大で２０００ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの直径は、平均で、少なくとも２０ｎｍ、少なくとも３０ｎｍ、少なくとも４０ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも６０ｎｍ、少なくとも７０ｎｍ、少なくとも８０ｎｍ、少なくとも９０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも１３０ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、少なくとも２５０ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ、少なくとも４００ｎｍ、少なくとも５００ｎｍ、少なくとも６００ｎｍ、少なくとも７００ｎｍ、少なくとも８００ｎｍ、少なくとも９００ｎｍ、少なくとも１０００ｎｍ、少なくとも１５００ｎｍ、少なくとも２０００ｎｍなどである。さらに他の実施形態では、ナノファイバーの直径は、平均で、約５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約９００ｎｍなどである。具体的な実施形態において、ナノファイバー（例えば、本明細書中に記載される金属、金属酸化物、セラミックおよび／またはコンポジットのナノファイバー）の直径（例えば、平均直径）は、１５００ｎｍ未満である。より具体的な実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバー（例えば、金属、金属酸化物、セラミックおよび／またはコンポジットのナノファイバー）の直径（例えば、平均直径）は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバー（例えば、金属／金属酸化物／セラミックを含むもの）の直径（例えば、平均直径）は、５００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバー（例えば、金属／金属酸化物／セラミックを含むもの）の直径（例えば、平均直径）は、４００ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバー（例えば、金属／金属酸化物／セラミックを含むもの）の直径（例えば、平均直径）は、２００ｎｍ〜５００ｎｍである。他の具体的な実施形態において、本明細書中に記載される前駆体ナノファイバーの直径（例えば、平均直径）は、２０００ｎｍ未満である。より具体的な実施形態において、本明細書中に記載される前駆体ナノファイバーの直径（例えば、平均で）は、３００ｎｍ〜１５００ｎｍである。
【０２０１】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーは長い。いくつかの場合において、本明細書の開示の方法によって、長いナノファイバーが製造される（例えば、前駆体の高ローディングおよび均一の分布によって、高度に「連続」または「コヒーレント」であるナノファイバーが形成されるからであり、これは、これらの欠陥が少ないことを意味する）。いくつかの実施形態において、このような高品質のナノファイバーは、統計学的により長いらしい。なぜなら、任意の具体的な長さに沿って欠陥が存在する可能性が減少するからであり、この長さは、ナノファイバーの端部を規定するのに十分に厳しいものである。ナノファイバーの長さを測定するための方法としては、顕微鏡観察、必要に応じて透過型電子顕微鏡観察（「ＴＥＭ」）または走査電子顕微鏡観察（「ＳＥＭ」）が挙げられるが、これらに限定されない。
【０２０２】
ナノファイバーは、任意の適切な長さを有する。いくつかの場合において、ナノファイバー所定の集合は、様々な長さの繊維の分布を有するナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、ある個体数を有する特定の繊維は、平均の長さを超えるか、それよりも小さくなる。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの平均の長さは、約２０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約５００μｍ、約１，０００μｍ、約５，０００μｍ、約１０，０００μｍ、約５０，０００μｍ、約１００，０００μｍ、約５００，０００μｍなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの平均の長さは、少なくとも約２０μｍ、少なくとも約５０μｍ、少なくとも約１００μｍ、少なくとも約５００μｍ、少なくとも約１，０００μｍ、少なくとも約５，０００μｍ、少なくとも約１０，０００μｍ、少なくとも約５０，０００μｍ、少なくとも約１００，０００μｍ、少なくとも約５００，０００μｍなどである。
【０２０３】
「アスペクト比」は、ナノファイバーの長さをその直径で除算したものである。いくつかの場合において、アスペクト比は、ナノファイバーのコヒーレンスの量を定めるための有用な計量であり、アスペクト比が高くなることは、ナノファイバーまたはある個体数のナノファイバーの空隙または欠陥が少なくなることを示す。いくつかの実施形態において、アスペクト比は、単一のナノファイバーについて言及する。いくつかの実施形態において、アスペクト比は、複数のナノファイバーについて言及し、単一の平均の値として報告される（すなわち、アスペクト比は、サンプルのナノファーバーの平均の長さを、その平均の直径で除算したものである）。いくつかの場合において、直径および／または長さは、顕微鏡観察によって測定される。ナノファイバーは、任意の適切なアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、ナノファイバーのアスペクト比は、約５、約１０、約１０２、約１０３、約１０４、約１０５、約１０６、約１０７、約１０８、約１０９、約１０１０、約１０１１、約１０１２などである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーのアスペクト比は、少なくとも約５、少なくとも１０、少なくとも１０２、少なくとも１０３、少なくとも１０４、少なくとも１０５、少なくとも１０６、少なくとも１０７、少なくとも１０８、少なくとも１０９、少なくとも１０１０、少なくとも１０１１、少なくとも１０１２などである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、実質的に無限の長さを有し、実質的に無限のアスペクト比を有する。具体的な実施形態において、本明細書中に提供されるナノファイバーのアスペクト比（例えば、平均のアスペクト比）は、少なくとも１００である。さらに具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーのアスペクト比（例えば、平均のアスペクト比）は、少なくとも１，０００（例えば、少なくとも５，０００）である。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーのアスペクト比（例えば、平均のアスペクト比）は、少なくとも１０，０００である。
【０２０４】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーの表面積は大きい。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、触媒として使用され、ここで、ナノファイバーの表面で反応が進行する。これらの触媒の実施形態において、大きな表面積によって、製造設備の寸法が減少するか、および／または触媒に必要な高価な材料の量が減少する。
【０２０５】
「比表面積」は、繊維（又は複数の繊維の平均）の１質量または１容量あたりの表面積である。さまざまな場合において、比表面積は、単一のナノファイバーに基づいて、あるいはナノファイバーの集合に基づいて計算され、単一の平均の値として報告される。質量を測定するための技術は、当業者に公知である。いくつかの場合において、表面積は、サンプル中のナノファイバーの直径および長さを測定し、円筒の表面積の式（すなわち、２×π×ナノファイバーの半径×（ナノファイバーの長さと、ナノファイバーの半径との合計））に代入することによって計算される。いくつかの場合において、表面積は、物理的または化学的な方法によって、例えばＢｒｕｎａｕｅｒ−ＥｍｍｅｔｔおよびＴｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）の方法（ここで、不活性ガスの物理吸着と脱離との間の差が利用される）によって測定される。いくつかの実施形態において、表面積は、ナノファイバー上の具体的な化学基を滴定して、その表面上の基の数を概算することによって測定され、これは、予め決定した滴定曲線によって、この表面積と相関するものである。化学の当業者は、滴定方法をよく知っている。
【０２０６】
ナノファイバーは、任意の適切な比表面積を有する。いくつかの実施形態において、比表面積は、約０．１ｍ２／ｇ、約０．５ｍ２／ｇ、約１．０ｍ２／ｇ、約５ｍ２／ｇ、約１０ｍ２／ｇ、約４０ｍ２／ｇ、約６０ｍ２／ｇ、約８０ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ、約２００ｍ２／ｇ、約４００ｍ２／ｇ、約６００ｍ２／ｇ、約８００ｍ２／ｇ、約１，０００ｍ２／ｇ、約１，５００ｍ２／ｇ、約２，０００ｍ２／ｇなどである。いくつかの実施形態において、比表面積は、少なくとも０．１ｍ２／ｇ、少なくとも０．５ｍ２／ｇ、少なくとも１．０ｍ２／ｇ、少なくとも５ｍ２／ｇ、少なくとも１０ｍ２／ｇ、少なくとも４０ｍ２／ｇ、少なくとも６０ｍ２／ｇ、少なくとも８０ｍ２／ｇ、少なくとも１００ｍ２／ｇ、少なくとも２００ｍ２／ｇ、少なくとも４００ｍ２／ｇ、少なくとも６００ｍ２／ｇ、少なくとも８００ｍ２／ｇ、少なくとも１，０００ｍ２／ｇ、少なくとも１，５００ｍ２／ｇ、少なくとも２，０００ｍ２／ｇなどである。いくつかの実施形態において、比表面積は、約０．１ｍ２／ｇ〜１ｍ２／ｇ、約１ｍ２／ｇ〜１，０００ｍ２／ｇ、約１０ｍ２／ｇ〜１００ｍ２／ｇ、約６００ｍ２／ｇ〜２，０００ｍ２／ｇ、約１０ｍ２／ｇ〜１，０００ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ〜６００ｍ２／ｇ、約３００ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇなどである。
【０２０７】
いくつかの場合において、本明細書中に開示の方法（例えば、高ローディングの均一に分布した前駆体を使用することを含む方法）によって、孔の数および寸法は減少する。多孔度は、また、「空隙率」とも呼ばれ、これは、材料中の空隙の空間の測定（値）である。いくつかの実施形態において、多孔度は、全容量（ボリューム）にわたる空隙の容量（ボリューム）の率（フラクション）であり、０％〜１００％のパーセンテージとして報告される。様々な実施形態において、多孔度は、流体ストックにおける前駆体のローディングおよび分布、焼成条件などを含む多くの因子に依存する。
【０２０８】
多孔度を測定し、または概算するための方法としては、顕微鏡観察を含む。方法としては、また、第１にナノファイバーのサンプルの表面積を任意の直接的または間接的な方法によって測定すること、次いで、測定した表面積を、サンプルのナノファイバーの平均の長さおよび直径を有する理想的な円筒の表面積と比較することを含む。いくつかの実施形態において、測定した表面積と、期待される表面積との間の差を容量（ボリューム）に変換し、次いで、球の形状または平均の直径を有する円筒の形状の孔を仮定することによって、体積分率に変換する。いくつかの実施形態において、多孔度は、孔にしみ込む流体中にナノファイバーを含浸させることによって測定される。このような実施形態において、多孔度は、ナノファイバーおよび流体の合計の容量を、ナノファイバーの直径および長さを有する理想的な多孔質でない円筒の集合の浸漬から得られるであろう容量と比較することによって概算される。空隙率は、これらの容量の間の差であり、これは、空隙容量を理想的な円筒の容量で除算することによって、多孔度に変換される。
【０２０９】
ナノファイバーは、任意の適切な多孔度を有する。いくつかの実施形態において、多孔度は、約１％、約２％、約４％、約６％、約８％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、最大で１％、最大で２％、最大で４％、最大で６％、最大で８％、最大で１０％、最大で１５％、最大で２０％、最大で２５％、最大で３０％、最大で４０％、最大で５０％、最大で６０％、最大で７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも４％、少なくとも６％、少なくとも８％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、約１％〜１０％、約１０％〜５０％、約２０％〜３０％、約３０％〜７０％、約１％〜５０％、約５％〜２０％などである。
【０２１０】
特定の実施形態において、本明細書中において提供されるナノファイバーは、他のナノ粒子と比べて、向上した性能を有する。いくつかの場合において、本明細書中に記載されるナノファイバー（および／またはそれらのコンポジット材料）のヤング率、破壊靭性、極限強度、電気伝導率、熱伝導率、可撓性および／または他の特徴は、同一の材料の他のナノ構造において、および／または同一の材料からのバルク／シートにおいて改善される。表１は、本明細書中において提供される特定のナノファイバーの物理的な特性、および同様の構造を有するバルクの材料の物理的な特性を示す。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、セラミックまたは金属酸化物のナノファイバー（あるいはセラミックおよび／または金属酸化物の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるセラミックのレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均のヤング率を有する（特に、列１または２は、アモルファスのセラミックについて、列３は、結晶性セラミックについて、列４または５は、金属酸化物についてである）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、セラミックまたは金属酸化物のナノファイバー（あるいはセラミックおよび／または金属酸化物の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均の破壊靭性を有する（特に、列１または２は、アモルファスのセラミックについて、列３は、結晶性セラミックについて、列４または５は、金属酸化物についてである）。特定の実施形態において、本明細書中において提供されるものは、セラミックまたは金属酸化物のナノファイバー（あるいは、セラミックおよび／または金属酸化物の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均の極限強度を有する（特に、列１または２は、アモルファスのセラミックについて、列３は、結晶性セラミックについて、列４または５は、金属酸化物についてである）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属ナノファイバー（あるいは、金属の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるセラミックのレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均のヤング率を有する（特に、列６、７または８）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属ナノファイバー（あるいは金属の連続マトリクスのナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均の破壊靭性を有する（具体的には、列６、７または８である）。特定の実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属のナノファイバー（あるいは、金属の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均の極限強度を有する（具体的には、列６、７または８）。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、金属ナノファイバー（あるいは、金属の連続マトリクスを有するナノファイバー）であり、これらは、少なくとも表１に示されるレベル（または、少なくとも９０％のレベル）の平均の電気伝導率を有する（具体的には、列６、７または８）。
【０２１１】
【表１】
2018104878.tif 000003
【０２１２】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、他のナノ構造またはバルク形態での同様の材料に対して、向上したヤング率を有する。いくつかの場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。特定の実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１３ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。具体的な場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１５ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。より具体的な場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１８ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。さらにより具体的な場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．２ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。さらにより具体的な場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．２５ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。具体的な場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．３ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。いくつかの場合において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．０５ＧＰａ／ｎｍまたは少なくとも０．５ＧＰａ／ｎｍの平均値または中央値のナノファイバーのヤング率／直径の比を有するナノファイバーである。
【０２１３】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックナノファイバー（例えば、本明細書中に記載される通り、純粋なアモルファスのセラミックのナノファイバー、またはアモルファスのセラミックの連続マトリクスを含むナノファイバー）である。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．２ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．３ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．３５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．０５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．０７５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．２ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．０７５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも０．１５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．１５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも０．３ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含むアモルファスのセラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．５ＭＰａ・ｍ１／２の破壊靭性を有するアモルファスのセラミックのナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．６ＭＰａ・ｍ１／２の破壊靭性を有するアモルファスのセラミックのナノファイバーである。さらに具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．７ＭＰａ・ｍ１／２の破壊靭性を有するアモルファスのセラミックのナノファイバーである。
【０２１４】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバー（例えば、本明細書中に記載される通り、純粋な結晶性セラミックのナノファイバー、または結晶性セラミックの連続マトリクスを含むナノファイバー）である。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１．５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも２ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも３ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも４ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも３ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも７．５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１０ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１２．５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも１．５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１２．５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも４ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む結晶性セラミックのナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１．５ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する結晶性セラミックのナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１．８ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する結晶性セラミックナノファイバーである。いくつかの具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも２．１ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する結晶性セラミックのナノファイバーである。
【０２１５】
いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．８ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバー（例えば、本明細書中に記載される通り、純粋な金属ナノファイバー、または金属の連続マトリクスを含むナノファイバー）である。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１．１ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも１．５ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも２ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも２．９ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．２ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む金属のナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．３５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む金属のナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む金属のナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．７ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む金属のナノファイバーである。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．９ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比を含む金属のナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．３５ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも１．１ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも０．９ＭＰａ／ｎｍの平均の極限強度／直径の比および少なくとも２．９ＧＰａ／ｎｍの平均のヤング率／直径の比を含む金属のナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも３ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する金属のナノファイバーである。具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも３．５ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する金属のナノファイバーである。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供されるものは、少なくとも４．１ＭＰａ・ｍ１／２の平均の破壊靭性を有する金属のナノファイバーである。いくつかの実施形態において、本明細書中において提供される金属のナノファイバーの平均の電気伝導率は、同一のバルクの材料について、少なくとも０．７５のｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比（すなわち、金属ナノファイバーの長さに沿う電気伝導率のｌｏｇを、同一のバルクの金属の電気伝導率のｌｏｇで除算した比）を有する。具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属のナノファイバーの平均の電気伝導率は、同一のバルクの材料について、少なくとも０．８５のｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比を有する。より具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーの平均の電気伝導率は、同一のバルクの材料について、少なくとも０．９のｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比を有する。さらにより具体的な実施形態において、本明細書中において提供される金属ナノファイバーの平均の電気伝導率は、同一のバルクの材料について、少なくとも０．９５のｌｏｇ（Ｓ／ｍ）／ｌｏｇ（Ｓ／ｍ）の比を有する。
【０２１６】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーの用途は、高い伝導率を有するナノファイバーから利益が得られる。いくつかの場合において、ナノファイバーを通過する電子の移動を必要とするエネルギー発生用途（例えば、バッテリの電極）において、高い電気伝導率が望ましい。いくつかの実施形態において、欠陥の数および寸法が減少した長くて連続したナノファイバーは、より高い伝導率を有する。
【０２１７】
様々な実施形態において、文脈が他を明確に示していない限り、伝導率は、「熱伝導率」、「電気伝導率」のいずれか、あるいは熱伝導率および電気伝導率の両方を意味する。電気伝導率は、材料の電流を伝導する能力の測定（値）である。電気伝導率は、長さあたりのジーメンス数の単位（例えば、Ｓ／ｃｍ）で測定される。伝導率の逆数は、抵抗率である。電気抵抗率は、材料がどのくらい強く電流の流れに対向するかの測定（値）であり、オームメートルの単位（オームｍ）で報告される。いくつかの場合において、熱伝導率は、メートルケルビンあたりのワット数の単位（Ｗ／ｍ／Ｋ）で報告される。熱伝導率は、その逆数である。単位を調べることによって、その値が電気伝導率であるか、熱伝導率であるかが示される。
【０２１８】
１つの局面において、ナノファイバーは、伝導率（例えば、電気伝導率または熱伝導率）を有し、これは、このナノファイバーが作製される材料の薄いシートと比較される。例えば、銅のナノファイバーは、銅の薄いシートと比較される。ナノファイバーは、任意の適切な伝導率を有する。なぜなら、あるパーセンテージの伝導率の材料がシートに形成されるからである。いくつかの実施形態において、伝導率は、ナノファイバーの集合の様々な部分にわたって、または様々な方向に沿って可変である。様々な実施形態において、伝導率は、平均値、または測定の特定の条件または方向に特異的な値（すなわち、異方性の材料の場合）のいずれかで報告される。
【０２１９】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーの伝導率は、シートに形成される場合の材料の伝導率と比較した場合、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、または約１００％である。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの伝導率は、シートに形成される場合の材料の伝導率と比較した場合、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約１００％である。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの伝導率は、シートに形成される場合の材料の伝導率と比較した場合、最大で約５％、最大で約１０％、最大で約２０％、最大で約３０％、最大で約４０％、最大で約５０％、最大で約６０％、最大で約７０％、最大で約８０％、最大で約９０％、最大で約９５％、最大で約１００％である。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの伝導率は、シートに形成される場合の材料の伝導率と比較した場合、約５％〜１０％、約１０％〜２０％、約２０％〜３０％、約３０％〜４０％、約４０％〜５０％、約５０％〜６０％、約６０％〜７０％、約７０％〜８０％、約８０％〜９０％、約９０％〜９５％、約９５％〜１００％である。
【０２２０】
いくつかの場合において、伝導率は、シートに変形される場合、材料の伝導率を参照することなく報告される。例えば、いくつかの実施形態において、電気伝導率は、相対的な基準ではなく、絶対的なものとして報告される。電気伝導率は、当業者に公知の任意の適切な方法によって測定される。例えば、いくつかの実施形態において、伝導率は、第１に、抵抗を測定し、その逆数を計算することによって測定される。１つの場合において、試験されるナノファイバーのサンプルを電圧源に接続し、このサンプルを通過する電流およびサンプルにかかる電圧を測定する。いくつかの場合、抵抗値は、オームの法則から計算される（すなわち、Ｒ＝Ｅ／Ｉ（式中、Ｒは、抵抗（Ω）であり、Ｅは，電圧（Ｖ）であり、Ｉは、電流（Ａ）である））。抵抗があると、抵抗率を計算することができる。抵抗率は、因子（ファクター）であり、これは、サンプルの長さで乗算され、その断面積で除算されて、抵抗値を与えるものである。伝導率は、この抵抗率の逆数である。
【０２２１】
ナノファイバーは、任意の適切な電気伝導率を有する。様々な実施形態において、電気伝導率は、特定の条件において、平均値として、あるいはナノファイバーサンプルの具体的な方向に沿って測定される。いくつかの実施形態において、伝導率は、約１Ｓ／ｃｍ、約１０Ｓ／ｃｍ、約１００Ｓ／ｃｍ、約１０３Ｓ／ｃｍ、約１０４Ｓ／ｃｍ、約１０５Ｓ／ｃｍ、約１０６Ｓ／ｃｍ、約１０７Ｓ／ｃｍ、約１０８Ｓ／ｃｍなどである。いくつかの実施形態において、伝導率は、少なくとも１Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０Ｓ／ｃｍ、少なくとも１００Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０３Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０４Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０５Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０６Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０７Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０８Ｓ／ｃｍなどである。いくつかの実施形態において、伝導率は、最大で１Ｓ／ｃｍ、最大で１０Ｓ／ｃｍ、最大で１００Ｓ／ｃｍ、最大で１０３Ｓ／ｃｍ、最大で１０４Ｓ／ｃｍ、最大で１０５Ｓ／ｃｍ、最大で１０６Ｓ／ｃｍ、最大で１０７Ｓ／ｃｍ、最大で１０８Ｓ／ｃｍなどである。いくつかの実施形態において、伝導率は、約１Ｓ／ｃｍ〜１０Ｓ／ｃｍ、約１０Ｓ／ｃｍ〜１００Ｓ／ｃｍ、約１００Ｓ／ｃｍ〜１，０００Ｓ／ｃｍ、約１，０００Ｓ／ｃｍ〜１０４Ｓ／ｃｍ、約１０４Ｓ／ｃｍ〜１０５Ｓ／ｃｍ、約１０５Ｓ／ｃｍ〜１０６Ｓ／ｃｍ、約１０６Ｓ／ｃｍ〜１０７Ｓ／ｃｍ、約１０７Ｓ／ｃｍ〜１０８Ｓ／ｃｍ、約１０５Ｓ／ｃｍ〜１０８Ｓ／ｃｍなどである。
【０２２２】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示のナノファイバーまたはナノファイバーの集合は、可撓性（フレキシブル）である。いくつかの場合において、フレキシブルナノファイバーは、フレキシブルソーラーパネルの製造における用途など用途において利点がある。いくつかの場合において、可撓性（フレキシビリティ）は、ヤング率によって定量され、これは、応力−ひずみ曲線の傾斜の最初の直線部分である。ヤング率は、メガパスカル（ＭＰａ）などの圧力の単位を有する。いくつかの実施形態において、可撓性は、材料の様々な方向に沿って異なるので、特定の方向に関して報告されてもよく、あるいは平均値として報告される。
【０２２３】
１つの局面において、可撓性は、焼成温度によって、少なくとも部分的に決定される。１つの例において、焼成温度が約２００℃である場合、ヤング率は、少なくとも１００ＭＰａである。いくつかの場合、焼成温度が低いほど、ナノファイバー中のアモルファスの金属またはセラミックの顕著に高いフラクションをもたらし、これによって、より高い可撓性がもたらされる。
【０２２４】
ナノファイバーは、任意の適切な可撓性を有する。いくつかの実施形態において、ナノファイバーのヤング率は、約１０ＭＰａ、約２０ＭＰａ、約４０ＭＰａ、約６０ＭＰａ、約８０ＭＰａ、約１００ＭＰａ、約１５０ＭＰａ、約２００ＭＰａ、約２５０ＭＰａ、約３００ＭＰａ、約４００ＭＰａ、約１，０００ＭＰａなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーのヤング率は、少なくとも約１０ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約４０ＭＰａ、少なくとも約６０ＭＰａ、少なくとも約８０ＭＰａ、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約１５０ＭＰａ、少なくとも約２００ＭＰａ、少なくとも約２５０ＭＰａ、少なくとも約３００ＭＰａ、少なくとも約４００ＭＰａ、少なくとも約１，０００ＭＰａなどである。
【０２２５】
（ナノファイバーマット）
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載のナノファイバーは、集合されるか、あるいは任意の適切な構造（例えば、所望の用途に適した構造）に形成される。構造としては、球、円錐、円筒、板、螺旋、多角形などが挙げられるが、これらに限定されない。用語を簡単にするために、ナノファイバーの全ての可能な形状または集合は、本明細書中において「マット」と呼ばれる。様々な実施形態において、ナノファイバーのマットは、１種のナノファイバーまたは少なくとも２種のナノファイバーを含む。
【０２２６】
いくつかの実施形態において、コヒーレントのナノファイバーによって、所望の特性を有するマット（例えば、脆性の低いナノファイバーのマット）がもたらされる。いくつかの場合において、これらの望ましい特性は、成分ナノファイバーの特性から得られるか、および／またはナノファイバーがマットに形成される方法に依存する。いくつかの実施形態において、本明細書の開示は、ナノファイバーのマットを含む。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、本明細書の開示のナノファイバーによって形成されるナノファイバーのマットである。また、本明細書中に記載されるものは、本明細書に開示のいずれかの方法によって調製されるか、または本明細書の開示のいずれかによって調製され得るナノファイバーのマットである。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーのマットを調製するための方法、必要に応じて電界紡糸の方法（又はプロセス）を用いる方法である。
【０２２７】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、それらが製造されるとき（例えば、紡糸口金に対して、回収プレートを移動させること（すなわち、３−Ｄプリンティング）によって製造されるとき）、所定のジオメトリで回収（又は集合）される。様々な実施形態において、ナノファイバーは、回収の後（必要に応じて、焼成の前）に所定のジオメトリに形成されるか、あるいは焼成の後に所定のジオメトリに形成される。いくつかの場合において、ナノファイバーのマットは、ナノファイバーを含み、これは、回収される様式で（例えば、垂直格子を有するメッシュ上に）配置される。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、ランダムに配置される。様々な実施形態において、マットは、様々な種類の様々な繊維を含む任意のレベルのディテールでパターン化されるか、様々な他のナノファイバーと接触して、様々な方向に配置されるか、あるいは様々な他のナノファイバーから絶縁されるかなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、架橋されるか、および／または表面修飾される。
【０２２８】
いくつかのナノファイバーのマットにおいて、ナノファイバーの表面は、化学製品の物質移動のための広い表面積を示す。かかるナノファイバーは、例えば、触媒として特に適用可能である。いくつかの実施形態において、ナノファイバーの表面は、ナノファイバーのマットにおけるプロトンまたは電子の物質移動のための広い表面積を示す。かかるナノファイバーは、例えば、電極として、特に適用可能である。
【０２２９】
いくつかの場合において、本明細書中において提供されるナノファイバーは、ナノファイバーのマットに形成される。いくつかの場合において、ナノファイバーのマットの使用によって、特定のナノファイバーの性能の特徴の改善が提供される。例えば、図３９は、Ｎｉナノファイバーマットの軸方向および垂直方向での電気伝導率への繊維整列状態の影響を比較するグラフを示す。
【０２３０】
（ナノファイバーのマットの特性）
いくつかの場合において、ナノファイバーのマットは、それが構成されるナノファイバーと同じ特性を実質的に有する。例えば、同様の多孔度、同様の比表面積、同様の比伝導率など。いくつかの場合において、ナノファイバーのマットは、それが構成されるナノファイバーとは異なる特性を有する。例えば、異なる多孔度、異なる比表面積、異なる伝導率など。様々な実施形態において、マットの特性は、個々のナノファイバーの特性以上であるかまたは未満のいずれかである。
【０２３１】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーのマットは、「等方性」であるか、または等方性の特性を有する（例えば、これは、ナノファイバーマットが、材料の全ての配向において、および材料の全ての方向に沿って、同一または実質的に同様の特性を有することを意味する）。いくつかの実施形態において、マットは、「異方性」である（例えば、これは、マットが、材料の様々な配向において、または材料の様々な方向に沿って、様々な性質を有することを意味する）。いくつかの実施形態において、異方性の性質は、マット中のナノファイバーの配向を制御することによって形成される。例えば、ナノファイバーの方向が均一に制御される１つの実施形態において、軸の方向（ナノファイバーの方向）と、垂直方向との間で、銅ナノファイバーの電気伝導率が約１００倍異なっていた。
【０２３２】
マットが異方性である実施形態において、所定の特性は、第２の配向または方向において、第１の配向または方向と比較して、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約８０％、約１００％、約１５０％、約２００％、約３００％、約４００％、約５００％などで異なる。いくつかの実施形態において、所定の特性は、第２の方向または配向において、第１の方向または配向よりも約１０倍、約２０倍、約５０倍、約１００倍、約２００倍、約５００倍、約１，０００倍、約１０，０００倍などで高い。
【０２３３】
いくつかの実施形態において、所定の特性は、第２の配向または方向において、第１の配向または方向と比較して、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約８０％、少なくとも約１００％、少なくとも約１５０％、少なくとも約２００％、少なくとも約３００％、少なくとも約４００％、少なくとも約５００％などで異なる。いくつかの実施形態において、所定の特性は、第２の方向または配向において、第１の方向または配向で、少なくとも約１０倍、少なくとも約２０倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、少なくとも約２００倍、少なくとも約５００倍、少なくとも約１，０００倍、少なくとも約１０，０００倍などで高い。
【０２３４】
いくつかの実施形態において、所定の特性は、第２の配向または方向において、第１の配向または方向と比較して、最大で約５％、最大で約１０％、最大で約１５％、最大で約２０％、最大で約３０％、最大で約４０％、最大で約５０％、最大で約６０％、最大で約８０％、最大で約１００％、最大で約１５０％、最大で約２００％、最大で約３００％、最大で約４００％、最大で約５００％などで異なる。いくつかの実施形態において、所定の特性は、第２の方向または配向において、第１の方向または配向よりも最大で約１０倍、最大で約２０倍、最大で約５０倍、最大で約１００倍、最大で約２００倍、最大で約５００倍、最大で約１，０００倍、最大で約１０，０００倍などで高い。
【０２３５】
いくつかの実施形態において、マットは、第１の方向に伝導率を有し、第２の方向に伝導率を有し、ここで、第１の方向の伝導率は、第２の方向よりも、少なくとも１００倍高い。いくつかの実施形態において、マットは、第１または第２の方向のいずれかにおいて、少なくとも１．０Ｓ／ｃｍの伝導率を有する。
【０２３６】
いくつかの場合において、例えば、濾過の用途において、ナノファイバーマットの多孔度が考慮される。例えば、特定の直径の粒子を除去するためには、マットが、いくつかの場合において、除去される最も小さな粒子の直径よりも小さな孔（又はポア）を有することが望ましい。
【０２３７】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーマットの多孔度は、マットを構成するナノファイバーの多孔度よりも大きい。いくつかの実施形態において、マットの多孔度は、ナノファイバーストランドと、ナノファイバー自体内の孔との間の空間の組み合わせである。いくつかの場合において、顕微鏡観察を使用して多孔度を概算する。いくつかの場合において、その外表面によって規定される第１の容量を有するナノファイバーマットの多孔度は、第２の容量を有する流体中にナノファイバーマットを浸漬させることによって測定される。流体＋浸漬したナノファイバーマットの容量によって、第３の容量を規定する。第４の容量は、第３の容量から第２の容量を引算することによって得られる。多孔度は、１−（第４の容量／第１の容量の比）である。いくつかの実施形態において、多孔度は、パーセンテージとして示される。
【０２３８】
ナノファイバーマットは、任意の適切な多孔度を有する。いくつかの実施形態において、多孔度は、約１％、約２％、約４％、約６％、約８％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、最大で１％、最大で２％、最大で４％、最大で６％、最大で８％、最大で１０％、最大で１５％、最大で２０％、最大で２５％、最大で３０％、最大で４０％、最大で５０％、最大で６０％、最大で７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも４％、少なくとも６％、少なくとも８％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％などである。いくつかの実施形態において、多孔度は、約１％〜１０％、約１０％〜５０％、約２０％〜３０％、約３０％〜７０％、約１％〜５０％、約５％〜２０％などである。
【０２３９】
いくつかの場合において、多孔度は、長さの単位を有する。多孔の大きさ（porous length）は、ナノファイバーストランドのある点と、別のナノファイバーストランドの最も近い点との間の距離である。いくつかの場合において、この多孔の大きさよりも大きな寸法を有する物は、一般に、このマットを通過することができない。いくつかの場合において、多孔の大きさは、特定のサイズの粒子がナノファイバーマットを通過するまで、ナノファイバーマットに複数の直径の粒子を当てることによって測定され、これによって、ナノファイバーマットが、上記粒子の直径にほぼ等しい多孔の大きさを有することが示される。
【０２４０】
ナノファイバーマットの孔（ポア）は、任意の適切なサイズを有する。いくつかの実施形態において、孔は、その最大の寸法において、約０．１ミクロン、約０．２ミクロン、約０．５ミクロン、約０．７ミクロン、約１ミクロン、約２ミクロン、約４ミクロン、約６ミクロン、約８ミクロン、約１０ミクロン、約１５ミクロン、約２０ミクロン、約３０ミクロン、約４０ミクロン、約５０ミクロン、約７０ミクロン、約１００ミクロン、約２００ミクロンなどである。いくつかの実施形態において、孔は、その最大の寸法で、最大で約０．１ミクロン、最大で約０．２ミクロン、最大で約０．５ミクロン、最大で約０．７ミクロン、最大で約１ミクロン、最大で約２ミクロン、最大で約４ミクロン、最大で約６ミクロン、最大で約８ミクロン、最大で約１０ミクロン、最大で約１５ミクロン、最大で約２０ミクロン、最大で約３０ミクロン、最大で約４０ミクロン、最大で約５０ミクロン、最大で約７０ミクロン、最大で約１００ミクロン、最大で約２００ミクロンなどである。他の実施形態において、孔は、その最大の寸法で、少なくとも約０．１ミクロン、少なくとも約０．２ミクロン、少なくとも約０．５ミクロン、少なくとも約０．７ミクロン、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約２ミクロン、少なくとも約４ミクロン、少なくとも約６ミクロン、少なくとも約８ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約１５ミクロン、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、少なくとも約４０ミクロン、少なくとも約５０ミクロン、少なくとも約７０ミクロン、少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約２００ミクロンなどである。いくつかの実施形態において、孔は、その最大の寸法において、約０．５ミクロン〜５０ミクロン、約１ミクロン〜１０ミクロン、約１０ミクロン〜５０ミクロン、約０．１ミクロン〜５ミクロン、約２ミクロン〜１０ミクロン、約４０ミクロン〜１００ミクロンなどである。
【０２４１】
いくつかの場合、ナノファイバーマットの密度は、特定の用途において考慮する別の特徴である。いくつかの場合において、流体ストック中におけるポリマーの濃度は、マットの密度に影響を与える（例えば、可能性として、ポリマーの量が減少するほど、より密なマットが得られる。なぜなら、例えば、焼成でポリマーが除去される場合、より少ない数の空隙が形成されるからである）。１つの例において、マットの密度は、少なくとも約１ｇ／ｍ３であった。ここで、ポリマーは、流体ストック中において、約３０％未満であった。
【０２４２】
ナノファイバーマットは、任意の適切な密度を有する。いくつかの実施形態において、マットの密度は、約０．０１ｇ／ｃｍ３、約０．０５ｇ／ｃｍ３、約０．１ｇ／ｃｍ３、約０．２ｇ／ｃｍ３、約０．４ｇ／ｃｍ３、約０．８ｇ／ｃｍ３、約１ｇ／ｃｍ３、約５ｇ／ｃｍ３、約１０ｇ／ｃｍ３などである。いくつかの実施形態において、マットの密度は、少なくとも約０．０１ｇ／ｃｍ３、少なくとも約０．０５ｇ／ｃｍ３、少なくとも約０．１ｇ／ｃｍ３、少なくとも約０．２ｇ／ｃｍ３、少なくとも約０．４ｇ／ｃｍ３、少なくとも約０．８ｇ／ｃｍ３、少なくとも約１ｇ／ｃｍ３、少なくとも約５ｇ／ｃｍ３、少なくとも約１０ｇ／ｃｍ３などである。いくつかの実施形態において、マットの密度は、最大で約０．０１ｇ／ｃｍ３、最大で約０．０５ｇ／ｃｍ３、最大で約０．１ｇ／ｃｍ３、最大で約０．２ｇ／ｃｍ３、最大で約０．４ｇ／ｃｍ３、最大で約０．８ｇ／ｃｍ３、最大で約１ｇ／ｃｍ３、最大で約５ｇ／ｃｍ３、最大で約１０ｇ／ｃｍ３などである。いくつかの実施形態において、マットの密度は、約０．０１ｇ／ｃｍ３〜０．０５ｇ／ｃｍ３、約０．０５ｇ／ｃｍ３〜０．３ｇ／ｃｍ３、約０．１ｇ／ｃｍ３〜１ｇ／ｃｍ３、約１ｇ／ｃｍ３〜５ｇ／ｃｍ３などである。
【０２４３】
マットは、面積または容量あたり、任意の適切な数のストランドを有する。いくつかの場合において、顕微鏡観察を使用して、面積あたり、または容量あたりのストランドの数を決定する。いくつかの実施形態において、マットは、１ｍ２あたり、または１ｍｍ３あたり、約５ストランド、約１０ストランド、約５０ストランド、約１００ストランド、約１５０ストランド、約２５０ストランド、約５００ストランド、約１，０００ストランド、約５，０００ストランド、約５０，０００ストランドなどを含む。いくつかの実施形態において、マットは、１ｍ２あたり、または１ｍｍ３あたり、少なくとも約５ストランド、少なくとも約１０ストランド、少なくとも約５０ストランド、約１００ストランド、少なくとも約１５０ストランド、少なくとも約２５０ストランド、少なくとも約５００ストランド、少なくとも約１，０００ストランド、少なくとも約５，０００ストランド、少なくとも約５０，０００ストランドなどを含む。いくつかの実施形態において、マットは、１ｍ２あたり、または１ｍｍ３あたり、約５ストランド〜５０ストランド、約５０ストランド〜５００ストランド、約５００ストランド〜５，０００ストランド、約５，０００ストランド〜５０，０００ストランドなどを含む。
【０２４４】
いくつかの場合において、ナノファイバーの結晶ドメインのサイズは、ナノファイバーまたはナノファイバーマットの特性に影響を与える（例えば、磁気強度および電気伝導率が挙げられる）。いくつかの場合において、焼成条件は、結晶化ドメインに影響を与える。いくつかの実施形態において、焼成条件を制御することによって、ナノファイバーまたはナノファイバーマットの特性を制御してもよい。１つの例において、図３８は、Ｎｉナノファイバーを用いて焼成条件を調整することによって、５倍異なる磁気強度が得られたこと、および１００００倍異なる電気伝導率が得られたことを示す。本明細書中に記載されるものは、特定のサイズの結晶ドメインを有するナノファイバーまたはナノファイバーマットである。また、本明細書の開示は、調整可能な特性を有するナノファイバーまたはナノファイバーマット、ならびにナノファイバーまたはナノファイバーマットの特性を調整するための方法を含む（例えば、磁気特性または伝導率特性が挙げられる）。
【０２４５】
いくつかの実施形態では、ナノファイバーにおいて、複数の結晶ドメインが存在する。いくつかの実施形態において、ドメインは、金属酸化物ドメインである。様々な実施形態において、かかるドメインは、様々なサイズ（又は寸法）、例えば、約１ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７０ｎｍ、約９０ｎｍなどを有する。いくつかの実施形態において、ドメインは、サイズが、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約１５ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約２５ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約７０ｎｍ、少なくとも約９０ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、ドメインは、サイズが、最大で約１ｎｍ、最大で約５ｎｍ、最大で約１０ｎｍ、最大で約１５ｎｍ、最大で約２０ｎｍ、最大で約２５ｎｍ、最大で約３０ｎｍ、最大で約４０ｎｍ、最大で約５０ｎｍ、最大で約７０ｎｍ、最大で約９０ｎｍなどである。いくつかの実施形態において、ドメインのサイズは、約１ｎｍ〜１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜３０ｎｍ、約１ｎｍ〜２０ｎｍ、約３０ｎｍ〜９０ｎｍ、約４０ｎｍ〜７０ｎｍ、約１５ｎｍ〜４０ｎｍなどである。
【０２４６】
１つの局面において、ナノファイバーおよび／またはナノファイバーマットは、磁性である。強磁性材料の保磁性（保磁場または保磁力とも呼ばれる）は、サンプルの磁化が行われて飽和になった後、この材料の磁化をゼロに減少させるのに付与される必要な磁場の強度である。保磁性は、通常、エルステッド（Ｏｅ）またはＡ／ｍの単位で測定される。
【０２４７】
いくつかの実施形態において、ナノファイバーマットは、任意の適切な磁気保磁性を有する。いくつかの実施形態において、ナノファイバーマットの磁気保磁性は、約１０Ｏｅ、約２０Ｏｅ、約４０Ｏｅ、約６０Ｏｅ、約８０Ｏｅ、約１００Ｏｅ、約１２５Ｏｅ、約１５０Ｏｅ、約１７５Ｏｅ、約２００Ｏｅ、約２５０Ｏｅ、約３００Ｏｅ、約３５０Ｏｅ、約４００Ｏｅ、約５００Ｏｅ、約１，０００Ｏｅなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーマットの磁気保磁性は、少なくとも約１０Ｏｅ、少なくとも約２０Ｏｅ、少なくとも約４０Ｏｅ、少なくとも約６０Ｏｅ、少なくとも約８０Ｏｅ、少なくとも約１００Ｏｅ、少なくとも約１２５Ｏｅ、少なくとも約１５０Ｏｅ、少なくとも約１７５Ｏｅ、少なくとも約２００Ｏｅ、少なくとも約２５０Ｏｅ、少なくとも約３００Ｏｅ、少なくとも約３５０Ｏｅ、少なくとも約４００Ｏｅ、少なくとも約５００Ｏｅ、少なくとも約１，０００Ｏｅなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーナットの磁気保磁性は、最大で約１０Ｏｅ、最大で約２０Ｏｅ、最大で約４０Ｏｅ、最大で約６０Ｏｅ、最大で約８０Ｏｅ、最大で約１００Ｏｅ、最大で約１２５Ｏｅ、最大で約１５０Ｏｅ、最大で約１７５Ｏｅ、最大で約２００Ｏｅ、最大で約２５０Ｏｅ、最大で約３００Ｏｅ、最大で約３５０Ｏｅ、最大で約４００Ｏｅ、最大で約５００Ｏｅ、最大で約１，０００Ｏｅなどである。いくつかの実施形態において、ナノファイバーマットの磁気保磁性は、約５０Ｏｅ〜２００Ｏｅ、約１００Ｏｅ〜３００Ｏｅ、約２００Ｏｅ〜５００Ｏｅ、約３００Ｏｅ〜１，０００Ｏｅ、約１０Ｏｅ〜１００Ｏｅ、約１７５Ｏｅ〜３００Ｏｅ、約２００Ｏｅ〜２５０Ｏｅなどである。
【０２４８】
１つの局面において、ナノファイバーおよび／またはナノファイバーマットは、常磁性または超常磁性である。常磁性は、極度に付与された磁場の存在化で起こる磁気作用の形態である。超常磁性は、低強磁性またはフェリ磁性のナノ粒子またはナノファイバーに現われる磁気作用の形態である。いくつかの場合（例えば、十分に小さなナノ粒子またはナノファイバーの場合）では、磁化は、温度の影響下で、方向をランダムにフリップする。２回のフリップ間の時間をニール緩和時間と呼ぶ。外部の磁場がない場合、ナノ粒子の磁化を測定するために使用される時間がニール緩和時間よりもかなり長い場合、その磁化は、平均で、ゼロであるようである。すなわち、これらは、超常磁性の状態にあると言われる。この状態において、外部の磁場は、常磁性体と同様に、ナノ粒子またはナノファイバーを磁化することができる。
【０２４９】
（システム）
いくつかの実施形態において、ナノファイバーを製造するためにシステムのいくつかのコンポーネントが相互作用する。限定なく、これらは、電界紡糸装置および電界紡糸された流体ストックまたはナノファイバーを回収するためのモジュールを含む。これら２つのコンポーネントは、電圧差によって、関連づけられ、そうすることで、エレクトロスピナーから出る流体ストックの細いジェットは引っ張られて、回収モジュール上に堆積するようになる。いくつかの実施形態において、システムの電界紡糸コンポーネントは、ガスアシストエレクトロスピナー（gas-assisted electrospinner）である。流体ストックのジェットを加速させるために使用されるガスは、必要に応じて空気である。
【０２５０】
いくつかの実施形態において、システムは、流体ストックも含む。他のものと一緒に、流体ストックは、ナノファイバーを製造するために、エレクトロスピナーと相互作用する。いくつかの実施形態において、流体ストックは、伸長粘度を有し、これにより、流体ストックのジェットが、帯電した液滴からの噴出が可能となる。いくつかの実施形態において、流体ストックは、ポリマーおよび前駆体のシステムであり、これらは互いに相互作用して、少なくとも部分的に流体ストックの紡糸性およびナノファイバーの特性を決定する。
【０２５１】
いくつかの実施形態において、システムは、ナノファイバーを焼成するための装置（例えば、ヒータまたはガスチャンバ）も含む。いくつかの場合において、ガスは、システムの一部であり、ここで、ガスは、必要に応じて空気、水素、窒素、不活性ガスなどである。
【０２５２】
（電気化学デバイス）
電気化学デバイスとして、特に、燃料電池、バッテリ、キャパシタおよびウルトラキャパシタが挙げられる。いくつかの場合において、ソーラーセルは、電気化学デバイスである。いくつかの場合において、他の電気化学デバイスは、本明細書中に列挙されるカテゴリ内にフィットしない。様々な実施形態において、電気化学デバイスは、広範なエネルギー密度および出力密度（又は電力密度）を有し、これらは、Ｒａｇｏｎｅチャート（図４０）に図表でまとめられる。エネルギー密度は、ワット・時間／キログラム（Ｗ・ｈ／ｋｇ）の単位または均等のもので報告され、これは、所定のサイズのデバイス（質量または容量）で貯蔵された有用なエネルギーの量の測定（値）である。出力密度は、ワット／キログラム（Ｗ／ｋｇ）の単位または均等のもので報告され、これは、どのくらい迅速にエネルギーが利用され得るかの測定（値）である。いくつかの場合において、燃料電池は、高いエネルギー密度を有するが、出力密度は低い。いくつかの場合において、キャパシタは、高い電力密度を有するが、エネルギー密度は低い。いくつかの場合において、バッテリおよびウルトラキャパシタは、キャパシタと燃料電池との間のエネルギー密度および出力密度を有する。
【０２５３】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、電気化学デバイスでのナノファイバーの使用である。例えば、これらは、燃料電池またはバッテリの電極として使用される（ここで、例えば、これらは、高い伝導率および表面積などの有益な特性を有し得る）。いくつかの実施形態において、これらは、ウルトラキャパシタの誘電層として利用される。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む電気化学デバイスを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む電気化学デバイスを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む電気化学デバイスを含む。いくつかの局面において、この開示は、また、ナノファイバーを含む電気化学デバイスを製造するための方法およびナノファイバーを含む電気化学デバイスを使用するための方法も含む。
【０２５４】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むデバイスが造られる。いくつかの実施形態において、このようなデバイスは、かかるデバイスのコンポーネントをナノファイバーと置換すること（例えば、このようにデバイスの機能を改善すること）によって作製されるが、デバイスの全体の構成および設計は実質的に維持される。いくつかの実施形態において、ナノファイバーを含むデバイスの構成および全体の設計は、燃料電池、バッテリ、ウルトラキャパシタなどとは顕著に異なる。
【０２５５】
いくつかの場合において、高エネルギー密度および高出力密度の両方を有する電気化学デバイスを有するか、または作製すること、例えば電気自動車にエネルギーを与えること（長い運行範囲（すなわち、エネルギー密度）を有することと、急速に充電できて加速し得ること（すなわち、高い出力密度）の両方）が望ましい。電気化学デバイスは、任意の適切なエネルギー密度および出力密度を有する。出力密度が少なくとも約１００Ｗ／ｋｇであるいくつかの実施形態において、エネルギー密度は、少なくとも約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１，０００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５，０００Ｗ・ｈ／ｋｇなどである。出力密度が少なくとも約５００Ｗ／ｋｇであるいくつかの実施形態において、エネルギー密度は、少なくとも約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１，０００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５，０００Ｗ・ｈ／ｋｇなどである。出力密度が少なくとも約１，０００Ｗ／ｋｇであるいくつかの実施形態において、エネルギー密度は、少なくとも約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１，０００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５，０００Ｗ・ｈ／ｋｇなどである。出力密度が少なくとも約５，０００Ｗ／ｋｇであるいくつかの実施形態において、エネルギー密度は、少なくとも約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１，０００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５，０００Ｗ・ｈ／ｋｇなどである。出力密度が少なくとも約１０，０００Ｗ／ｋｇであるいくつかの実施形態において、エネルギー密度は、少なくとも約１０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５０Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約１，０００Ｗ・ｈ／ｋｇ、少なくとも約５，０００Ｗ・ｈ／ｋｇなどである。
【０２５６】
（燃料電池）
燃料電池は、電気化学セルであり、これは化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。いくつかの場合において、燃料供給（物）と酸化剤との間の反応から、電気が発生する。いくつかの実施形態において、反応物がセルに流入し、反応生成物が、そこから流出する。このとき、電解質がその中に残存する。いくつかの実施形態において、燃料電池は、外部の供給源からの反応物（又は反応原系）（すなわち、これは補充される）を消費する電気化学セルバッテリとは異なる。
【０２５７】
いくつかの実施形態において、燃料電池は、３つのセグメントから作製され、これらは、一緒にサンドイッチ構造となる（アノード、電解質およびカソード）。いくつかの実施形態において、２つの化学反応が、３つの異なるセグメントの界面で生じる。いくつかの実施形態において、２つの反応の正味の結果は、燃料が消費され、水または二酸化炭素が生成され、電流が形成されることである（例えば、これは、電気デバイスに電力を供給するために使用することができ、通常は、ロードと呼ばれる）。燃料と酸化体（又はオキシダント）との多くの組み合わせが可能である。いくつかの実施形態において、水素燃料電池は、その燃料として水素を使用し、その酸化体として酸素（例えば、空気の形態）を使用する。他の可能な燃料としては、炭化水素およびアルコールが挙げられる。他の可能な酸化体としては、塩素および二酸化塩素が挙げられる。
【０２５８】
いくつかの実施形態において、アノードにおいて、触媒が燃料（例えば、水素）を酸化し、この燃料を正に帯電したイオンと負に帯電した電子とに変換する。いくつかの実施形態において、電解質は、イオンはこれを通過し得るが、電子は通過しないように具体的に設計された物質である。いくつかの場合において、遊離した電子は、ワイヤを通過して移動し、電流を形成する。いくつかの場合において、イオンは、電解質を通って、カソードに移動する。いくつかの実施形態において、カソードに到達すると、イオンは、電子と再結合し、これら２つが第３の化学物質（例えば、酸素）と反応して、水または二酸化炭素を形成する。
【０２５９】
いくつかの実施形態において、燃料電池は、他の電源よりも高いエネルギー変換効率を有する（なぜなら、例えば、これは、化学エネルギーを直接的に電気に変換するからである）。いくつかの実施形態において、燃料電池は、汚染を生じない（例えば、燃料として水素を使用する場合）か、あるいは燃焼と比較して、汚染が少ない（例えば、燃料として炭化水素を使用する場合）。いくつかの実施形態において、燃料電池は、迅速に作動し、騒音汚染が減少する。いくつかの実施形態において、燃料電池は、連続的に作動して、燃料が供給される限り、電気を発生する。いくつかの場合において、燃料電池は、携帯電子デバイス、自動車および定置用発電を含む用途において使用される。
【０２６０】
いくつかのプロトン交換膜燃料電池において、アノードで水素を酸化するための触媒は、炭素に担持された白金である。この有名な使用にもかかわらず、このＰｔ／Ｃアノード系は、いくつかの場合において、特定の欠点を示す。第１に、炭素の使用は、概して、いくつかの実施形態において、電極の腐食をもたらす。第２に、白金は高価な触媒である。いくつかの場合において、本明細書中に記載される燃料電池は、ナノファイバーに基づく電極を含む（例えば、炭素による腐食を抑制し、高価なＰｔのローディングが減少する）。１つの実施形態において、ナノファイバーは、金属間のＦｅ−Ｐｔを含む。
【０２６１】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、燃料電池におけるナノファイバーの使用である。例えば、これらは、電極として、必要に応じてアノードまたはカソードとして使用される。様々な局面において、本明細書中に記載されるものは、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む燃料電池、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む燃料電池であり、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む燃料電池が挙げられる。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む燃料電池を製造するための方法およびナノファイバーを含む燃料電池を使用するための方法である。
【０２６２】
様々な実施形態において、ナノファイバーは、任意の適切な材料を含み、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、または任意のそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、純粋な金属のナノファイバーまたは金属アロイのナノファイバーであり、任意のハイブリッドまたは中空のジオメトリを含む。いくつかの実施形態において、原子は、特定の配置（又はアレンジメント）（例えば、面心の正方晶の構造が挙げられる）を有する。様々な実施形態において、燃料電池のナノファイバー中のＦｅ：Ｐｔの原子の比は、例えば、約１Ｆｅ：５Ｐｔ、または約４Ｆｅ：５Ｐｔである。いくつかの実施形態において、ＦｅおよびＰｔの原子は、実質的に均一に互いの間に分布される（すなわち、ナノファイバーは、ＰｔまたはＦｅの凝集体は含まない。いくつかの実施形態において、Ｆｅ−Ｐｔの面心正方晶の構造の形成を行って、酸素の減少を促進し、最小のＰｔローディングでの耐久性を高める。いくつかの場合、任意の面心正方晶構造は、また、Ｐｔの接続性を提供する。
【０２６３】
いくつかの場合、Ｐｔ／Ｃの燃料電池は、Ｐｔ粒子をＣと混合して、この混合物の蒸着によって電極を形成する。特定の実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーおよび電極は、燃料電池のコストを（例えば、少ない白金を使用することによって）顕著に減少させる。いくつかの実施形態において、ガスアシスト電界紡糸の手順は、蒸着よりも安価で迅速な方法（又はプロセス）である。
【０２６４】
いくつかの実施形態において、燃料電池は、アノードを含み、このアノードは、ナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、減少した量の白金が好ましい（例えば、コストのため）。アノードは、任意の適切な量の白金を有する（白金を含まなくてもよい）。いくつかの実施形態において、アノードは、質量％で、約５％Ｐｔ、約１０％Ｐｔ、約１５％Ｐｔ、約２０％Ｐｔ、約２５％Ｐｔ、約３０％Ｐｔ、約４０％Ｐｔ、約５０％Ｐｔ、約７０％Ｐｔなどを有する。いくつかの実施形態において、アノードは、質量％で、最大で約５％Ｐｔ、最大で約１０％Ｐｔ、最大で約１５％Ｐｔ、最大で約２０％Ｐｔ、最大で約２５％Ｐｔ、最大で約３０％Ｐｔ、最大で約４０％Ｐｔ、最大で約５０％Ｐｔ、最大で約７０％Ｐｔなどを有する。いくつかの実施形態において、燃料電池は、従前のＰｔ／Ｃ燃料電池よりも少なくとも１０倍少ない、または少なくとも３０倍少ないＰｔを有する。いくつかの実施形態において、従前のＰｔ／Ｃ燃料電池と比較して、カソードの腐食の量が減少される。特定の実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、燃料電池における腐食を減少または実質的に排除する。いくつかの実施形態において、減少した腐食（例えば、スタートアップまたはシャットダウンの際）によって、燃料電池の性能が向上する。１つの局面において、本明細書中に記載される燃料電池は、実質的に炭素なしで構成される。１つの局面において、本明細書中に記載される燃料電池は、アノードにおいて、実質的に炭素なしで構成される。
【０２６５】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される燃料電池は、高い電流密度を有する。電流密度は、任意の適切な値である。いくつかの実施形態において、電流密度は、約−０．０１ｍＡ／ｃｍ２、約−０．０２ｍＡ／ｃｍ２、約−０．０４ｍＡ／ｃｍ２、約−０．０６ｍＡ／ｃｍ２、約−０．０８ｍＡ／ｃｍ２、約−０．１ｍＡ／ｃｍ２、約−０．３ｍＡ／ｃｍ２などである。いくつかの実施形態において、電流密度は、少なくとも約−０．０１ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．０２ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．０４ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．０６ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．０８ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．１ｍＡ／ｃｍ２、少なくとも約−０．３ｍＡ／ｃｍ２などである。いくつかの実施形態において、電流密度は、従前のＰｔ／Ｃ燃料電池よりも約４倍大きい。
【０２６６】
いくつかの実施形態において、燃料電池は、増加した反応安定性を有する。いくつかの場合において、反応安定性は、ＣＶサイクルの数として報告される。サイクリックボルタンメトリ（又はＣＶ）は、動電位の電気化学の測定の一種である。いくつかのサイクリックボルタンメトリの実験において、作用電極の電位は、時間に対して、直線的に上昇する（例えば、リニアスウィープボルタンメトリのように）。いくつかの場合において、サイクリックボルタンメトリは、リニアスウィープボルタンメトリよりもさらに１工程多い実験を採用する（これは、設定した電位に到達したときに終了する）。サイクリックボルタンメトリが、設定した電位に到達したとき、作用電極の電位のランプが反対になる。いくつかの実施形態において、この反転は、１回の実験の間に複数回起こる。いくつかの実施形態において、作動電極における電流を、印加した電圧に対してプロットして、サイクリックボルタンモグラムの記録を得る。いくつかの場合において、サイクリックボルタンメトリを使用して、溶液中の分析物の電気化学的特性を研究する。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される燃料電池は、従前のＰｔ／Ｃ燃料電池よりも、約１．５倍以上、約２倍以上、約３倍以上、約４倍以上、約５倍以上、約１０倍以上などのＣＶサイクルを有する。
【０２６７】
１つの局面において、燃料電池は、従前のＰｔ／Ｃ燃料電池よりも、顕著に薄い。いくつかの場合において、減少した厚みによって、より多くの燃料電池を所定の容量内に充填することができ、これによって、全体の性能が増加し、および／またはコストが減少する。燃料電池は、任意の適切な厚みを有する。いくつかの実施形態において、燃料電池の厚みは、その最も短い寸法に沿って測定する場合、約０．２ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約１ｍｍ、約１．５ｍｍ、約２ｍｍ、約５ｍｍなどである。いくつかの実施形態において、燃料電池の厚みは、その最も短い寸法に沿って測定する場合、最大で約０．２ｍｍ、最大で約０．５ｍｍ、最大で約０．７ｍｍ、最大で約１ｍｍ、最大で約１．５ｍｍ、最大で約２ｍｍ、最大で約５ｍｍなどである。
【０２６８】
（バッテリ）
いくつかの場合において、バッテリは、電気化学セルから構成され、これらは、連続して接続されるか、および／または平行して接続され、必要な電圧および容量を提供する。いくつかの場合において、各セルは、正の電極および負の電極から構成され（両方が、化学反応を提供する）、これらは電解質の溶液によって分離され、これによって、２つの電極の間でイオンが移動することが可能となる。これらの電極が外部から接続されると、化学反応が、両方の電極で並んで進行する（すなわち、これによって、電子を放出し、電流を使用することが可能となる）。いくつかの場合において、バッテリが送達することのできる電気エネルギーの量（典型的には、重量の単位あたりで示され（例えば、Ｗ・ｈ／ｋｇまたはｍＷ・ｈ／ｇ））は、セルの電位（Ｖ）および容量（Ａ・ｈ／ｋｇ）の関数であり、これは、この系の化学に直接的に関連する。
【０２６９】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むバッテリである。例えば、ナノファイバーを電極、必要に応じてアノードまたはカソードに使用する。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、本明細書中に記載されるようなナノファイバーを含むバッテリであり、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むバッテリが挙げられ、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むバッテリが挙げられる。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むバッテリを製造するための方法およびナノファイバーを含むバッテリを使用するための方法である。
【０２７０】
本明細書の開示は、全てのタイプのバッテリを含む。いくつかの実施形態において、バッテリは、再充電可能なリチウムバッテリである。様々な実施形態において、ナノファイバー、アノード、およびカソードは、任意の適切な金属である。再充電が可能なリチウムバッテリの実施形態では、例えば、シリコンまたはゲルマニウムがアノード材料として使用される（例えば、これらの材料は、低い放電の電位および高い理論の充電容量（それぞれ、約４，２００ｍＡ・ｈ／ｇおよび１，６００ｍＡ・ｈ／ｇ）を有するからである（黒鉛状炭素のもの（３７３ｍＡ・ｈ／ｇ）との比較））。１つの実施形態において、ナノファイバーは、ＳｉまたはＧｅナノファイバーである。いくつかの実施形態において、アノードは、ＳｉまたはＧｅのナノファイバーを含む。
【０２７１】
いくつかの場合において、シリコンのアノードは、用途が限定される。なぜなら、シリコンの容量が、リチウムの挿入（又はインサーション）および抽出（又はエクストラクション）の際に変化するからであり、これによって、破砕および容量の低下が生じる。いくつかの場合において、中空のナノファイバーは、破砕することなく、容量の変化に対応することができる。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、中空である。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるバッテリは、中空のＳｉまたはＧｅ（あるいはＳｉ／Ｇｅの組み合わせ）のナノファイバーを含む。
【０２７２】
いくつかの実施形態において、中空のＳｉおよび／またはＧｅのナノファイバーは、水系の多軸電界紡糸によって製造される。様々な実施形態において、ナノファイバーは、純粋なＳｉＯ２、およびそのＶ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＦｅ３Ｏ４を含む炭素とのハイブリッドを含む。いくつかの実施形態において、純粋なセラミックのナノファイバー（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＺｒＯ２など）は、それらの前駆体を含む水性ポリマー溶液の電界紡糸、続く熱処理によって製造される。
【０２７３】
中空のＳｉまたはＧｅのナノファイバー（例えば、リチウムイオンバッテリのアノード用）は、任意の適切な方法で製造される。１つの実施形態において、鉱油および水性ポリマー溶液をＳｉまたはＧｅ前駆体とともに同軸で電界紡糸（それぞれ、コアおよびシース層として）し、続いて、鉱物コアを除去して、中空の構造を形成する。１つの実施形態において、ガスアシスト同軸電界紡糸を用いて（例えば、ここでは、コアとして空気の流れを使用し）、紡糸の間に中空の構造を形成する（例えば、より高い出力（スループット）のために、シース層ジェットの前駆体溶液を引っ張る）。
【０２７４】
還元の任意の適切な方法を用いる（例えば、中空のＳｉまたはＧｅの前駆体ナノファイバーの電界紡糸の後）。いくつかの実施形態において、熱処理および／または化学的な還元を適用して、純粋な中空のＳｉまたはＧｅのナノファイバーを得る。いくつかの場合において、リチウムイオンバッテリ用途のリチウムの挿入および抽出の際の容量の膨張の程度を評価する。
【０２７５】
本明細書中に記載されるナノファイバーは、任意の適切な量の容量の膨張を有する。いくつかの実施形態において、容量の膨張は、約１００％、約２００％、約３００％、約４００％、約６００％、約８００％などである。いくつかの実施形態において、容量の膨張は、最大で約１００％、最大で約２００％、最大で約３００％、最大で約４００％、最大で約６００％、最大で約８００％などである。
【０２７６】
本明細書中に記載されるバッテリは、任意の適切な再充電効率を有する。いくつかの実施形態において、再充電効率は、約５００ｍＡｈ／ｇ、約８００ｍＡｈ／ｇ、約１，２００ｍＡｈ／ｇ、約１，６００ｍＡｈ／ｇ、約２，０００ｍＡｈ／ｇ、約３，０００ｍＡｈ／ｇ、約５，０００ｍＡｈ／ｇ、約１０，０００ｍＡｈ／ｇなどである。いくつかの実施形態において、再充電効率は、少なくとも約５００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約８００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約１，２００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約１，６００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約２，０００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約３，０００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約５，０００ｍＡｈ／ｇ、少なくとも約１０，０００ｍＡｈ／ｇなどである。
【０２７７】
（ウルトラキャパシタ）
従来のキャパシタにおいて、エネルギーは、概して、一方の金属プレートからチャージキャリア（典型的には、電子）を除去し、もう一方の金属プレートにこのチャージキャリアを配置することによって保存される。いくつかの場合において、このチャージの分離によって、２つのプレートの間で電位が生じ、これは、外部の回路で利用される。いくつかの場合において、保存される全エネルギーは、保存されたチャージ（又は電荷）の量およびこれらのプレートの間の電位の両方とともに増加する。いくつかの場合において、電圧１単位あたりに保存されるチャージの量は、プレートのサイズ、距離、および材料の特性ならびにプレート間の材料（誘電性の材料）の関数であり、このとき、プレート間の電位は、誘電性の材料の破壊によって制限される。いくつかの場合において、誘電性の材料によって、キャパシタの電圧が制御される。いくつかの場合において、この誘電性の材料を変化させることによって、所定のサイズのキャパシタについて、より高いエネルギー密度がもたらされる。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、キャパシタにおけるナノファイバーの使用である。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むキャパシタを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むキャパシタを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むキャパシタを含む。いくつかの局面において、この開示は、また、ナノファイバーを含むキャパシタを製造するための方法およびナノファイバーを含むキャパシタを使用するための方法を含む。
【０２７８】
また、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、スーパーキャパシタ、スーパーコンデンサ、シュード（疑似）キャパシタまたは電気化学二重層キャパシタとしても知られているウルトラキャパシタは、比較的に高いエネルギー密度を有する電気化学のキャパシタである。いくつかの場合において、エネルギー密度は、従来の電解キャパシタと比較して、数百倍のオーダーで大きい。いくつかの場合において、ウルトラキャパシタは、バッテリまたは燃料電池と比較して、より高い出力密度を有する。
【０２７９】
いくつかの場合において、ウルトラキャパシタは、従来の誘電性材料を有していない。いくつかの場合において、ウルトラキャパシタは、２つの物質（必要に応じて同一の物質）の層である「プレート」を使用し、これらは、挿入物質によって分離された２つの別個のプレートではない。いくつかの場合において、この「電気二重層」によって、層の物理的な小さな分離（例えばナノメートルのオーダーでの分離）にもかかわらず、チャージの分離がもたらされる。いくつかの場合において、ウルトラキャパシタの誘電性材料の嵩高い層がなくなることによって、かなり大きな表面積のプレートを所定のサイズに充填することが可能となり、それによって、キャパシタと比較して、より大きなキャパシタンスが得られる。
【０２８０】
様々な実施形態において、任意のコンポーネントのウルトラキャパシタは、ナノファイバー（例えば、多孔質の炭素／ＢａＴｉＯ３／セパレータ）を含む。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、水系のガスアシスト電界紡糸の方法（又はプロセス）から製造される。いくつかの実施形態において、誘電二重奏は、ナノファイバーを含む。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むウルトラキャパシタである。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むウルトラキャパシタを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むウルトラキャパシタを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むウルトラキャパシタを含む。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むウルトラキャパシタを製造するための方法およびナノファイバーを含むウルトラキャパシタを使用するための方法である。
【０２８１】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタは、誘電層とともに多孔質炭素電極を含む。いくつかの実施形態において、多孔質炭素電極は、ナノファイバーから形成される。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、炭素電極上に配置される。様々な実施形態において、ナノファイバーは、適切な誘電率を有する任意の材料を含む。非限定的な例は、ＳｔＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＢａＴｉＯ３、それらの混合物、およびそれらの組み合わせである。様々な実施形態において、ナノファイバーは、任意の適切なジオメトリであり、ハイブリッドまたは中空のナノファイバーが挙げられる。
【０２８２】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるものは、ウルトラキャパシタにおける使用に適したナノファイバーを製造するための方法（又はプロセス）である。１つの局面において、この方法は、流体ストックを電界紡糸することを含み、ここで、流体ストックは、ポリマーに結合される前駆体分子を含む。いくつかの実施形態において、前駆体分子は、Ｂａ、Ｓｔ、Ｔｉ、またはそれらの混合物を含む。いくつかの実施形態において、この方法は、紡糸されたナノファイバーを熱的に処理することを含む。
【０２８３】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタは、電解質と電極（例えば、活性炭の電極）との間の界面において、誘電ナノファイバーの薄層を含む。いくつかの場合において、このナノファイバーの層によって、増加したキャパシタンスが得られる。キャパシタンス密度は、１立方センチメートルあたりのファラド（Ｆ／ｃｍ３）の単位または均等のもので報告される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるウルトラキャパシタのキャパシタンス密度は、約１０Ｆ／ｃｍ３、約２０Ｆ／ｃｍ３、約５０Ｆ／ｃｍ３、約１００Ｆ／ｃｍ３、約２００Ｆ／ｃｍ３、約５００Ｆ／ｃｍ３、約１，０００Ｆ／ｃｍ３などである。いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタのキャパシタンス密度は、少なくとも約１０Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約２０Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約５０Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約１００Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約２００Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約５００Ｆ／ｃｍ３、少なくとも約１，０００Ｆ／ｃｍ３などである。
【０２８４】
図４５は、電解質４５０１、セパレータ４５０２および活性炭電極４５０３を含む電解二重層ウルトラキャパシタの断面図を示す。
【０２８５】
図４６は、ウルトラキャパシタ（電解質Ｃを有する）の活性炭Ａに配置されたチタン酸バリウムのナノファイバーＢの断面図を示す。
【０２８６】
（ソーラーセル）
いくつかの場合において、ソーラーセル（又は太陽電池）（光起電力セルまたは光電セルとも呼ばれる）は、固体状態の電気デバイスであり、これは、光起電力効果によって、光のエネルギーを直接的に電気に変換するものである。いくつかの場合において、セルのアセンブリを使用して、モジュール（例えば、ソーラーパネル）を作製し、これを使用して、太陽光からのエネルギーを捕捉する。
【０２８７】
光起電技術は、光から電気を生成する光起電力セルの使用に関連する技術の分野である（ただし、これは、太陽光からの電気の生成を指すために、しばしば具体的に使用されるものである）。いくつかの場合において、光起電力デバイスは、様々な伝導メカニズムの２つの材料の界面でのチャージが分離するという概念に基づく。いくつかの場合において、光起電力デバイスは、固体状態の接合型デバイスであり、通常は、シリコンから作製される（例えば、経験および半導体産業から得られる材料の入手可能性から利益を得る）。しかし、他の設計および材料を利用することができる。
【０２８８】
様々な実施形態において、任意のコンポーネントのソーラーセル（例えば、薄膜ソーラーセル）は、ナノファイバーを含む。例示のコンポーネントとしては、アノード、ｎ−層、活性層、ｐ−層およびカソードが挙げられる。いくつかの実施形態において、ナノファイバーは、本明細書中に記載される水系のガスアシスト電界紡糸の方法（又はプロセス）によって製造される。いくつかの実施形態において、ｎ−層、活性層およびｐ−層は、ナノファイバーを含む。１つの局面において、本明細書の開示は、ソーラーセル中のナノファイバーの使用を含む。本明細書の開示は、本発明のナノファイバーを含むソーラーセルを含み、本発明の方法によって製造されるナノファイバーを含むソーラーセルを含み、本発明のシステムによって製造されるナノファイバーを含む薄膜のソーラーセルを含む。また、この開示は、ナノファイバーを含むソーラーセルを製造するための方法およびナノファイバーを含むソーラーセルを使用するための方法を含む。
【０２８９】
１つの実施形態において、カソードは、ナノファイバー（例えば、アルミニウム）を含む。様々な実施形態において、任意の適切な材料をカソードとして使用し、これは、純粋な金属のナノファイバー（金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｏ）および／またはカルシウム（Ｃａ）など）を含む。
【０２９０】
いくつかの場合において、ｎ−層は、電子の移動を準備する。いくつかの実施形態において、ｎ−層は、ＺｎＯナノファイバーを含む。任意の適切なバンドギャップ材料をｎ−層として使用し、これは、任意の適切な純粋な金属酸化物（ＴｉＯ２など）のナノファイバーを含む。
【０２９１】
１つの実施形態において、光活性層は、ＰｂＳｅのナノファイバーを含む（ここで、例えば、ＰｂＳｅの結晶がナノスケールのサイズである）。任意の適切なバンドギャップ材料を光活性層として使用し、これは、任意の適切なハイブリッドの材料（ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳおよび／またはＰｂＴｅなど）のナノファイバーを含む。
【０２９２】
いくつかの場合において、ｐ−層は、孔の移動を提供する。いくつかの実施形態において、ｐ−層は、ＮｉＯナノファイバーを含む。任意の適切なバンドギャップ材料をｐ−層として使用し、これは、任意の適切な純粋な金属酸化物（ＣｕＩｎＧａＳｅ２など）のナノファイバーを含む。
【０２９３】
いくつかの場合において、インジウムスズオキシド（「ＩＴＯ」）は、最も広範に使用される透明な伝導性の酸化物の１つである（例えば、ソーラーセルの基材として）。いくつかの場合において、ＩＴＯは、優れた電気伝導率および光学的な透明性を有する。いくつかの場合において、ＩＴＯは、薄膜として、容易に配置される。１つの実施形態において、アノードは、ＩＴＯナノファイバーを含む。いくつかの場合において、任意の適切な伝導性の透明な材料をアノードとして使用し、これは、任意の適切な純粋な無機材料（炭素など）のナノファイバーを含む。
【０２９４】
いくつかの実施形態において、カソードは、Ａｌを含み、ｎ−層は、ＺｎＯを含み、光活性層は、ＰｂＳｅを含み、ｐ−層は、ＮｉＯを含み、アノードは、ＩＴＯを含む。いくつかの実施形態において、任意の１以上のコンポーネントがナノファイバーを含む。いくつかの場合において、ナノファイバーに基づくソーラーセルは、ナノ結晶のなかでも、各層において、良好な接続性を有し、再結合の損失が最小である。いくつかの場合において、ナノファイバーに基づくソーラーセルによって、各コンポーネントの方法（又はプロセス）において、非適合性に関連する煩雑さが排除される。
【０２９５】
図３７は、本明細書中において提供されるナノファイバーを使用するソーラーセルデバイスの実施形態の概略を示す。
【０２９６】
（フレキシブルソーラーセル）
いくつかの場合において、無機の固体状態の接合型デバイスは、ナノ結晶性で伝導性のフィルム（すなわち、薄膜）に基づくセルで置換されている。いくつかの場合において、薄膜の構造によって、光起電力デバイスのコストが低下する（例えば、高価なシリコンウエハの使用を排除することによって）。いくつかの場合において、ここで、これは、半導体に対するコンタクト相を電解質、液体、ゲルまたは固体に交換することによって、固体状態の接合型デバイスから完全に逸脱することが可能であり、それによって、光−電気化学セルを形成する。いくつかの場合において、このファミリーのデバイスのプロトタイプは、色素増感ソーラーセルである（図４１を参照のこと）。いくつかの場合において、色素増感ソーラーセルは、光吸収を行い、そして広いバンドギャップの半導体のナノ結晶性モルホロジーを有する光吸収材料としての増感剤の結合によるチャージの分離プロセスを行う。
【０２９７】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む薄膜のソーラーセルおよび光−電気化学セルである。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む薄膜ソーラーセルおよび光−電気化学セルを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む薄膜ソーラーセルおよび光−電気化学セルを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む薄膜ソーラーセルおよび光−電気化学セルを含む。様々な局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む薄膜ソーラーセルおよび光−電気化学セルの製造方法および使用方法である。
【０２９８】
いくつかの場合において、薄膜ソーラーセルおよび光−電気化学セルは、可撓性（又はフレキシブル）である。いくつかの場合において、ＩＴＯ（インジウムスズオキシド）は、可撓性ではない。いくつかの場合において、透明ポリマーに基づく様々なフレキシブル基板が開発されているが、これらは、電極材料の熱処理（＞４５０℃）に十分な熱安定性を提供しないか、あるいは基板と電極との間の良好な接着を提供しない。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるものは、アルミナ（コア）およびＩＴＯ（シース）の同軸のナノファイバー（例えば、フレキシブルソーラーセル用途の基板としての使用のためのもの）である。いくつかの実施形態において、アルミナ／ＩＴＯのナノファイバーは、良好な熱安定性を有し、基板と電極との間の良好な接着を有する。
【０２９９】
いくつかの場合において、無機材料（アルミナ、アルミナ−マグネシアおよびジルコニアなど）は、触媒用途のためのフレキシブル基板として作製されている。いくつかの実施形態において、これらの可撓性の無機材料の同軸ナノファイバーのＩＴＯシース中への挿入によって、透明性および伝導率を失うことなく、向上した可撓性が得られる。いくつかの実施形態において、このようなアルミナおよびＩＴＯの同軸のナノファイバーは、水性の紡糸によって製造される（例えば、フレキシブルソーラーセルの基板として）。いくつかの実施形態において、アルミナ／ＩＴＯのナノファイバーのカソードの造成は、２つの工程で実施される。いくつかの実施形態において、高ローディングのＡｌ前駆体を含む水性のポリマー溶液および高ローディングのＩＴＯ前駆体を含む水性のポリマー溶液は、それぞれコアおよびシース層として、同軸で電界紡糸され、続いて、熱処理により、アルミナ／ＩＴＯの同軸ナノファイバーが形成される。
【０３００】
いくつかの実施形態において、高速の空気の流れをこの同軸の手順にさらなるスキン層として含ませる（すなわち、アルミナ前駆体（コア）／ＩＴＯ（中間）／空気（シース）の３軸のジェット）。いくつかの実施形態において、ガスフローによって、さらに高速でナノファイバーが製造される。いくつかの実施形態において（例えば、図４３に示される通り）、シリカ層によってサンドイッチ構造とされたブロックコポリマーの囲まれたアセンブリで３軸の電界紡糸を利用する。
【０３０１】
様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むフレキシブルソーラーセルを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むフレキシブルソーラーセルを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むフレキシブルソーラーセルを含む。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むフレキシブルソーラーセルを製造するための方法およびナノファイバーを含むフレキシブルソーラーセルを使用するための方法である。１つの局面において、本開示は、アルミナ、ＩＴＯ、またはアルミナとＩＴＯとの混合物を含むナノファイバーを含む基板を含むソーラーセルを含む。
【０３０２】
図４２は、薄膜のナノ結晶／ナノワイヤのハイブリッドソーラーセルの作動原理を示す。
【０３０３】
図４４は、ＳｉＯ２（コア）／Ｆｅ３Ｏ４を含むＰＩ−ｂ−ＰＳ（中間）／ＳｉＯ２（シース）の３軸ナノファイバーのＴＥＭ画像を示す。
【０３０４】
（他の用途）
いくつかの場合において、純粋な金属および／またはセラミックのナノファイバーの電気化学デバイスの用途以外の他の用途が存在する（例えば、フィルタ、センサ、触媒、膜、 電極、組織再生マトリクスなど）。
【０３０５】
触媒作用は、触媒と呼ばれる物質の関与に起因して、化学反応の速度で変化する。いくつかの場合において、化学反応に参加する試薬と違って、触媒は、反応自体で消費されない。いくつかの場合において、触媒は、複数の化学的なトランスフォーメーションに参加する。いくつかの場合において、反応を速める触媒は、正触媒と呼ばれる。いくつかの場合において、触媒と相互作用して反応を遅くする物質を阻害剤（又はインヒビタ）（又は負触媒）と呼ぶ。いくつかの場合において、触媒の活性を増加させる物質は、促進剤（又はプロモータ）と呼ばれ、触媒を不活性化する物質を、触媒毒と呼ぶ。
【０３０６】
いくつかの場合において、固体状態の触媒（不均一系触媒として知られている場合もある）は、それらの表面で反応を触媒する。例示の固体状態の触媒は、金属および金属アロイである。いくつかの場合において、金属および金属アロイは、高価であり（例えば、貴金属）、反応は、表面で触媒される。いくつかの場合において、表面／質量の比が大きな触媒を使用することは利点がある（例えば、コストに対して性能を最大化する）。いくつかの場合において、長く細いナノファイバーは、表面積／質量の比が高く、従って、触媒を製造するのに望ましい材料である。
【０３０７】
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、触媒である。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む触媒を含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む触媒を含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む触媒を含む。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む触媒を製造するための方法およびナノファイバーを含む触媒を使用するための方法である。
【０３０８】
いくつかの場合において、水素は、燃料電池での使用に適したエネルギーキャリアである。１つの実施形態において、触媒は、コンポジットナノファイバーを含み、これは、第１の層（例えば、ＦｅまたはＮｉを含む）と、第２の層（例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはＡｌ２Ｏ３を含む）とを含む。いくつかの実施形態において、触媒は、グルコースまたはセルロースからＨ２を製造することができる。いくつかの実施形態において、触媒は、約６０℃（例えば、約４０℃から増加させる）のＨ２の製造のために最大の温度を有する。
【０３０９】
いくつかの場合において、硫化水素は、有毒ガスであり、これは、いくつかの産業プロセスにおいて、汚染物質である。いくつかの場合において、硫化水素は、触媒によって除去される。いくつかの実施形態において、触媒は、コンポジットナノファイバー（例えば、ＺｒＯ２上のＺｎＯを含む）を含む。いくつかの実施形態において、触媒は、煙道ガスからＨ２Ｓを除去することができる。いくつかの実施形態において、触媒は、１０ｐｐｍの濃度までＨ２Ｓを除去することができる。
【０３１０】
いくつかの場合において、フィルタを使用して、流体の流れ（又はストリーム）から粒子を精製する。１つの局面において、本明細書の開示はフィルタを含む。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むフィルタを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むフィルタを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むフィルタを含む。様々な局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むフィルタを製造するための方法およびナノファイバーを含むフィルタを使用するための方法である。
【０３１１】
いくつかの実施形態において、フィルタは、ウォーターフィルタである。いくつかの実施形態において、フィルタは、エアフィルタである。いくつかの実施形態において、フィルタは、特定のサイズの粒子を除去するように設計される。
【０３１２】
いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、センサで使用される。１つの実施形態において、センサは、金属酸化物を含むナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、伝導性金属中に分散される。いくつかの実施形態において、分子は電流の変化によって検知される。１つの実施形態において、ナノファイバーは、Ｖ２Ｏ５を含み、分子は、アンモニアである。
【０３１３】
１つの局面において、本明細書の開示はセンサを含む。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含むセンサを含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含むセンサを含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含むセンサを含む。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含むセンサを製造するための方法およびナノファイバーを含むセンサを使用するための方法である。
【０３１４】
いくつかの場合において、膜（又はメンブレン）は、一般的または選択的なバリアであり、これは、しばしば、薄いものである。いくつかの場合において、本明細書中に記載されるナノファイバーは、膜に形成される。１つの実施形態において、膜は、ナノファイバー（例えば、金属酸化物を含むＳｉＯ２）を含む。いくつかの実施形態において、膜は、排水から金属イオンを除去することができる。いくつかの実施形態において、膜は、ＴｉＯ２を含むナノファイバーを含む。いくつかの実施形態において、膜は、有機汚染物質を分解することができる。様々な実施形態において、汚染物質は、農薬または揮発性の有機化合物である。いくつかの場合において、汚染物質の分解は、光触媒性である（すなわち、光によって触媒される）。
【０３１５】
１つの局面において、本明細書の開示は膜を含む。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む膜を含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む膜を含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む膜を含む。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む膜を製造するための方法およびナノファイバーを含む膜を使用するための方法である。
【０３１６】
いくつかの場合において、電極は、電気コンダクタであり、これを使用して、回路（例えば、半導体、電解質またはバキューム）の非金属部分との接触を形成する。いくつかの場合において、電極は、電気化学デバイスにおいて利用される（例えば、燃料電池、バッテリ、ウルトラキャパシタおよびソーラーセル）。１つの局面において、本明細書の開示は、電極を含む。様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む電極を含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む電極を含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノフイバーを含む電極を含む。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む電極を製造するための方法およびナノファイバーを含む電極を使用するための方法である。
【０３１７】
いくつかの場合において、ナノファイバーは、医薬において使用され、組織培養における使用を含む。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載されるものは、組織再生マトリクスである。例えば、ナノファイバーは、多孔質のスキャホールドを構成するために使用され、これに細胞が播種され、増殖して、このスキャホールドを満たす（例えば、それによって、組織の捕捉または置換に適した材料を製造する）。
【０３１８】
様々な局面において、本明細書の開示は、本明細書中に記載されるナノファイバーを含む電極を含み、本明細書中に記載される方法によって製造されるナノファイバーを含む電極を含み、本明細書中に記載されるシステムによって製造されるナノファイバーを含む電極を含む。いくつかの局面において、本明細書中に記載されるものは、ナノファイバーを含む電極を製造するための方法およびナノファイバーを含む電極を使用するための方法である。
【０３１９】
本発明の好ましい実施形態が本明細書中に示され記載されているが、かかる実施形態は、例示のみの方法で提供されることは、当業者には明らかである。ここで、本発明から逸脱することなく、当業者には多数のバリエーション、変更および置換が見出される。本明細書中に記載される本発明の実施形態の様々な代替が本発明の実施の際に採用され得ることを理解すべきである。以下の特許請求の範囲は、発明の範囲を規定することが意図され、かかる特許請求の範囲の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物は、特許請求の範囲によって包含される。
【実施例】
【０３２０】
＜実施例＞
（実施例１−酢酸ニッケルおよびＰＶＡの流体ストックの調製）
２グラムの酢酸ニッケル（金属前駆体）を２０ｍｌの１Ｍの酢酸溶液中に溶解させた。この溶液を２時間にわたって撹拌して酢酸ニッケルの溶液を調製した。溶液は、均質であった。
【０３２１】
第２の溶液において、１ｇの９９．７％の加水分解されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（平均分子量：７９ｋＤａ、多分散指数：１．５）を１０ｍｌの脱イオン水中に溶解させた。このポリマー溶液を９５℃の温度に加熱し、２時間撹拌して、均質溶液を調製した。
【０３２２】
次いで、酢酸ニッケル溶液をＰＶＡ溶液と合わせて、流体ストックを調製した。この流体ストック中に前駆体を実質的に均一に分散させるために、２時間にわたって連続的に強く撹拌しながら、ポリマー溶液に前駆体溶液を徐々に添加した。この流体フィードの前駆体：ポリマーの質量比（最初の酢酸ニッケルの質量に基づく比）は、２：１であった。
【０３２３】
（実施例２−酢酸ニッケルおよびＰＶＡの流体ストックのキャラクタリゼーション）
金属前駆体のリガンドと、ポリマー骨格上の官能基との間の化学的な相互作用によって、紡糸性を失うことなく、極めて高いローディングの金属前駆体が得られた。この相互作用は、様々な比のＰＶＡ：Ｎｉ前駆体のナノファイバーについて、ＦＴ−ＩＲの研究によって実証された。図２に実証される通り、−ＯＨ結合の大幅な減少および−ＣＯ結合の実質的な増加が高ローディングのＮｉ前駆体（Ｎｉ：ＰＶＡ＝４：１）において観察された。
【０３２４】
（実施例３−酢酸ニッケルおよびＰＶＡの流体ストックの電界紡糸）
ガスアシスト技術によって実施例１の流体ストックを電界紡糸した。全体のプロセスおよび装置を図１に示す。紡糸口金（内側（流体ストック）のノズルの直径：４．１３×１０−４ｍ、外側（空気）の直径：１．１９４×１０−３ｍ）に接続されたシリンジポンプに流体ストックを充填した。ノズルと回収プレートとの間の距離を約１５ｃｍに維持して、流体ストックを０．１ｍｌ／ｍｉｎの速度で紡糸した。＋１５ｋＶのチャージをコレクタにおいて維持した。ノズルにおける空気の速度は、１００ｍ／ｓであった。ノズルにおける空気および流体ストックの温度は、３００Ｋであった。
【０３２５】
（実施例４−純粋なニッケルナノファイバーを製造するための酢酸ニッケルおよびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例３の電界紡糸された流体ストックを１００％Ａｒガスの雰囲気中で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後において、ナノファイバーを視覚化するために、図３に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約５００〜７００ｎｍ（紡糸として）、４００〜５００ｎｍ（焼成後）であった。焼成後のナノファイバーを特徴付けるために、Ｘ線回折測定を行った（Scintag Theta-Theta X-ray Diffractometer）。これにより、ナノファイバーは、図３に示される通り、実質的に純粋なニッケルであったことが示される。
【０３２６】
（実施例５−酸化ニッケルナノファイバーを製造するための酢酸ニッケルおよびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例３の電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後でナノファイバーを視覚化するために、図４に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約５００〜７００ｎｍ（紡糸として）および３００〜５００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図４に示す通り、このナノファイバーが実質的に純粋な酸化ニッケルであったことが示される。
【０３２７】
（実施例６−銅ナノファイバーを製造するための酢酸銅およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸銅およびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。電界紡糸された流体ストックを９４％Ａｒおよび６％Ｈ２のガスの雰囲気で８００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後において、このナノファイバーを視覚化するために、図５に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約６００〜８００ｎｍ（紡糸として）および３００〜５００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図５に示される通り、ナノファイバーが実質的に純粋な銅であったことが示される。
【０３２８】
（実施例７−酸化銅ナノファイバーを製造するための酢酸銅およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例６の電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後でナノファイバーを視覚化するために、図６に示される通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約６００〜８００ｎｍ（紡糸として）および２００〜６００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図６に示される通り、ナノファイバーが実質的に純粋な酸化銅であったことが示される。
【０３２９】
（実施例８−銀ナノファイバーを製造するための酢酸銀およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸銀およびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックは、実施例３の手順によって電界紡糸された。この電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後においてナノファイバーを視覚化するために、図７に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約９００〜１２００ｎｍ（紡糸として）および６００〜８００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図７に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋な銀であったことが示される。
【０３３０】
（実施例９−鉄ナノファイバーを製造するための酢酸鉄およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸鉄およびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後でナノファイバーを視覚化するために、図８に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約３００〜５００ｎｍ（紡糸として）および２００〜４００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図８に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋な鉄であったことが示される。
【０３３１】
（実施例１０−酸化亜鉛ナノファイバーを製造するために酢酸亜鉛およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸亜鉛およびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。この電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後においてナノファイバーを視覚化するために、図９に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約５００〜１０００ｎｍ（紡糸として）および４００〜７００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図９に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋な酸化亜鉛であったことが示される。
【０３３２】
（実施例１１−カドミウムナノファイバーを製造するための酢酸カドミウムおよびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸カドミウムおよびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。この電界紡糸された流体ストックを空気の雰囲気で８００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後においてナノファイバーを視覚化するために、図１０に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約８００〜１２００ｎｍ（紡糸として）および６００〜９００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図１０に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋なカドミウムであったことが示される。
【０３３３】
（実施例１２−ジルコニアナノファイバーを製造するための酢酸ジルコニウムおよびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸ジルコニウムおよびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。この電界紡糸された流体ストックを空気あるいは９４％Ａｒおよび６％Ｈ２のガスの雰囲気で８００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後においてナノファイバーを視覚化するために、図１０に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約８００〜１０００ｎｍ（紡糸として）および３００〜６００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図１１に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋なジルコニアであったことが示される。
【０３３４】
（実施例１３−鉛ナノファイバーを製造するための酢酸鉛およびＰＶＡの流体フィードの焼成）
実施例１の手順に従って、酢酸鉛およびＰＶＡの流体ストックを２：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。電界紡糸された流体ストックを９４％Ａｒおよび６％Ｈ２のガスの雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱した。焼成の前後でナノファイバーを視覚化するために、図１０に示す通り、焼成の前後においてＳＥＭ画像を撮像した。ナノファイバーの直径は、約５００〜１２００ｎｍ（紡糸として）および２５０〜７００ｎｍ（焼成後）であった。Ｘ線回折測定によって、図１２に示す通り、ナノファイバーは実質的に純粋な鉛であったことが示される。
【０３３５】
（実施例１４−流体フィードおよびナノファイバー）
実施例１の手順に従って、表２に従って、前駆体：ポリマーの決められたロード比（ポリマーと合わされる最初の前駆体の質量に基づく比）で流体ストックを調製する。ナノファイバーを適切な条件下で焼成により調製する。
【０３３６】
【表２】
2018104878.tif 000004
【０３３７】
（実施例１５−酢酸ニッケルのＰＶＡへのローディングの調査）
実施例１の手順に従って、酢酸ニッケルおよびＰＶＡの様々な流体ストックを、１：２、１：１、２：１、および４：１の前駆体：ポリマーの比で調製した。かかる流体ストックを実施例３の手順によって電界紡糸した。この点で、電界紡糸された流体ストックのＳＥＭ顕微鏡写真を４枚撮像した。次いで、電界紡糸された流体ストックを実施例４の手順によって焼成して、純粋なＮｉナノファイバーを調製した。この点で、焼成したナノファイバーの顕微鏡写真を４枚撮像した。図１３は、前駆体のローディングが高くなるにつれて、ナノファイバーの直径が増加したことを示す。また、これは、特に前駆体のローディングが大きい場合において、連続する高品質のナノファイバーが形成されたことを示す。また、焼成したナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を撮った。図１４は、ナノファイバーに空隙が存在しないことを示し、これららが密であり、密着している（コヒーレントである）ことが確認される。
【０３３８】
（実施例１６−純粋なニッケルナノファイバーの原子組成の研究）
エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を使用して、純粋なニッケルナノファイバーの元素組成を測定した。図１５は、ＴＥＭ画像の暗い領域（左）および明るい領域（右）の両方について、ナノファイバーの主要部が、少量の酸素を伴うＮｉであることを示す。無視できる量の炭素が検出される。
【０３３９】
（実施例１７−ＰｂＳｅアロイナノファイバーの調製）
実施例１の手順に従って、酢酸鉛およびＳｅパウダーから、５０％Ｐｂおよび５０％Ｓｅの混合物を形成した。さらに、この前駆体から、実施例１の手順に従って、ＰＶＡとともに流体ストックを調製し、実施例３の手順に従って電界紡糸した。電界紡糸された流体ストックを１００％Ａｒの雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱することによって焼成した。顕微鏡写真（図２３）は、連続した金属アロイのナノファイバーを示し、ＴＥＭ顕微鏡写真（図２４）は、これらが密で密着している（コヒーレントである）ことを示す。
【０３４０】
（実施例１８−ＰｂＳｅアロイナノファイバーの原子組成の研究）
エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を使用して実施例１７で製造されたＰｂＳｅアロイナノファイバーの元素組成を測定した。図２５は、ＴＥＭ画像の暗い領域（左）および明るい領域（右）の両方について、Ｐｂ：Ｓｅの組成が、比較的に等しく維持されていることを示す。無視できる量の炭素が検出される。
【０３４１】
（実施例１９−純粋な金属のナノファイバーの電気伝導率の研究）
２ポイントプローブを使用して、３つの異なる熱処理条件によって得られた様々な純粋な金属のナノファイバーのマットの電気伝導率を測定した（不活性雰囲気下での低温（４００℃）処理（処理スキーム１）、空気下および次いで不活性雰囲気下での低温処理（処理スキーム２）、不活性雰囲気下での高温（８００℃）処理（処理スキーム３））。図３０は、本開示の方法（処理スキーム２および３）によって調製され、焼成された純粋な金属のナノファイバーが、非常に高い伝導率（１０６Ｓ／ｍ以上）を示し、シートに形成される場合、この金属の公知の伝導率とほぼ同じ伝導性であることを示す。対して、処理スキーム１を用いて、低い前駆体ローディングからの金属繊維は、かなり低い伝導率（１０３Ｓ／ｍ以下）を示す。
【０３４２】
（実施例２０−ＺｒＯ２／Ｎｉのハイブリッドナノファイバーの調製）
実施例１の手順に従って、酢酸Ｚｒの流体フィードおよび酢酸Ｎｉの流体フィードを調製した。次いで、これら２つの流体ストックを、図３５に示すものと同様の紡糸口金を使用する同軸の様式で電界紡糸した。中心の導管は、酢酸Ｎｉの流体ストックを含み（図３５に示すように空気ではない）、外側の導管は、ＺｒＯ２の流体ストックを含んでいた。この電界紡糸の手順をガスでアシストした。この電界紡糸されたハイブリッド流体ストックを空気の雰囲気で６００℃で２時間にわたって加熱し、その後、９４％Ａｒおよび６％Ｈ２のガスの雰囲気で６００℃で２時間わたって加熱することで焼成した。顕微鏡写真（図３１）は、連続した金属アロイナノファイバーを示し、ＴＥＭ顕微鏡写真（図３２）は、これらが密で密着している（コヒーレントである）ことを示す。
【０３４３】
（実施例２１−ＺｒＯ２／Ｎｉのハイブリッドナノファイバーの原子組成の研究）
エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を使用して、実施例２０で製造されたＺｒＯ２／Ｎｉのハイブリッドナノファイバーの元素組成を測定した。図３３は、ＴＥＭ画像の暗い領域（左）および明るい領域（右）が異なる組成を有することを示す。外側（右の明所）よりも、中央（左の暗所）において、より多くのニッケルが存在する。さらに、ＥＤＡＸは、両方の場合において、Ｚｒ：Ｏの比が１：２であったことを示し、ＺｒＯ２の形成を示した。
【０３４４】
（実施例２２−燃料電池の電極）
本明細書中に開示されるものは、Ｆｅ−Ｐｔのナノファイバーを含む燃料電池の電極である。かかるナノファイバーは、図３４に記載される手順およびシステムに従って調製され得る。水溶性の酢酸Ｆｅおよび酢酸ＰｔをＰＶＡなどの水溶性ポリマーと混合して、実施例１に記載されるように流体ストックを調製する。この実施例において、前駆体：ポリマーの比は、４：１である。さらに、ガスアシスト電界紡糸を適合させて、出力（又はスループット）を向上させる。同軸のスキームにおいて、空気の流れ（又はフロー）をシースのジェット層に含ませることによって、ナノファイバーの生産速度を１０倍以上に増加させることができることが実証された。図３４に示す通り、十分な比のＦｅ：Ｐｔの前駆体を水性ポリマー溶液に添加し、同軸の電界紡糸において、コアジェットとして使用することによって、紡糸ドープを調製することができる。このとき、高速の空気の流れ（又はストリーム）をシース層のジェットとして使用して、前駆体溶液のコアジェットを引き伸ばす。面心正方晶構造のＦｅ−Ｐｔの形成を行って、酸素の減少および最小のＰｔローディングでの耐久性を増加させる。
【０３４５】
（実施例２３−リチウムイオンバッテリのアノードに適した中空のＳｉまたはＧｅのナノファイバー）
図３５は、リチウムイオンバッテリのアノードとしての使用に適した中空のＳｉまたはＧｅのナノファイバーを製造するのに適した装置を示す。高速の空気およびＳｉまたはＧｅの前駆体溶液が、ガスアシスト同軸電界紡糸において、コアおよびシースのジェットを形成する。
【０３４６】
（実施例２４−フレキシブルソーラーセルにおける使用に適したＡｌ２Ｏ３／ＩＴＯのハイブリッドナノファイバー）
図３６は、フレキシブルソーラーセルでの使用に適したＡｌ２Ｏ３／ＩＴＯのハイブリッドナノファイバーを製造するための方法およびシステムの概要を示す。ガスアシスト電界紡糸において、Ａｌ２Ｏ３／ＩＴＯ／空気の３軸構造を利用して、同軸のＡｌ２Ｏ３／ＩＴＯナノファイバーを製造する。図３７は、顕微鏡写真、Ｘ線回折プロット、およびナノファイバーから作製される複数成分のソーラーセルの概要を示す。
【０３４７】
（実施例２５−ナノファイバーのさらなる例）
１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、金属、セラミック、金属アロイ、それらの組み合わせを含む様々なナノファイバーである。１つの局面において、本明細書中に記載されるものは、金属、セラミック、金属アロイ、それらの組み合わせを含む様々なナノファイバーを製造するための方法である。例えば、図１６は、ＺｎＯ／ＺｒＯ２のハイブリッドのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図１７は、Ａｇ／ＺｒＯ２のハイブリッドのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図１８は、Ｎｉ／ＺｒＯ２のハイブリッドのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図１９は、Ｆｅ／ＺｒＯ２のハイブリッドのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２１は、Ｎｉ／Ａｌ２Ｏ３のハイブリッドのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２２は、ＣｄＳｅアロイのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２６は、ＣｄＴｅアロイのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２７は、ＰｂＴｅアロイのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２８は、Ｆｅ３Ｏ４／ＦｅＮｉのアロイのナノファイバーの顕微鏡写真およびＸ線回折プロットを示す。
図２９は、Ｆｅ３Ｏ４／ＦｅＮｉのアロイのナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
他の局面において、本明細書中の実施例に記載の方法を利用して、表１のナノファイバーを製造した。
【０３４８】
図２０は、様々なハイブリッドナノファイバーのＴＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１】
2018104878.tif 000005
【図２】
2018104878.tif 000006
【図３】
2018104878.tif 000007
【図４】
2018104878.tif 000008
【図５】
2018104878.tif 000009
【図６】
2018104878.tif 000010
【図７】
2018104878.tif 000011
【図８】
2018104878.tif 000012
【図９】
2018104878.tif 000013
【図１０】
2018104878.tif 000014
【図１１】
2018104878.tif 000015
【図１２】
2018104878.tif 000016
【図１３】
2018104878.tif 000017
【図１４】
2018104878.tif 000018
【図１５】
2018104878.tif 000019
【図１６】
2018104878.tif 000020
【図１７】
2018104878.tif 000021
【図１８】
2018104878.tif 000022
【図１９】
2018104878.tif 000023
【図２０】
2018104878.tif 000024
【図２１】
2018104878.tif 000025
【図２２】
2018104878.tif 000026
【図２３】
2018104878.tif 000027
【図２４】
2018104878.tif 000028
【図２５】
2018104878.tif 000029
【図２６】
2018104878.tif 000030
【図２７】
2018104878.tif 000031
【図２８】
2018104878.tif 000032
【図２９】
2018104878.tif 000033
【図３０】
2018104878.tif 000034
【図３１】
2018104878.tif 000035
【図３２】
2018104878.tif 000036
【図３３】
2018104878.tif 000037
【図３４】
2018104878.tif 000038
【図３５】
2018104878.tif 000039
【図３６】
2018104878.tif 000040
【図３７】
2018104878.tif 000041
【図３８】
2018104878.tif 000042
【図３９】
2018104878.tif 000043
【図４０】
2018104878.tif 000044
【図４１】
2018104878.tif 000045
【図４２】
2018104878.tif 000046
【図４３】
2018104878.tif 000047
【図４４】
2018104878.tif 000048
【図４５】
2018104878.tif 000049
【図４６】
2018104878.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月15日(2018.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のナノファイバーを製造する方法であって、当該方法は、流体ストックを気体とともに電界紡糸することを含み、前記流体ストックは、前駆体およびポリマーを含み、前記ポリマーは、複数のモノマー残基を含み、前記前駆体：モノマー残基のモル比は、少なくとも１：４であり、前記前駆体は、シリコン、シリコンオキシドまたはシリコン含有セラミック前駆体を含む、方法。
【請求項２】
前記流体ストックを気体とともに電界紡糸することは、同一の長手方向の軸に沿って、前記流体ストックとガスフローとを発現させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気体が空気である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記前駆体：モノマー残基のモル比は、少なくとも１：３である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記前駆体：モノマー残基のモル比は、少なくとも１：２である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記前駆体は、少なくとも２００ｍＭの濃度で前記流体ストック中に存在する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記前駆体は、少なくとも２５０ｍＭの濃度で前記流体ストック中に存在する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記前駆体は、少なくとも３００ｍＭの濃度で前記流体ストック中に存在する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属前駆体は、１以上の金属アセテート、金属ニトレート、金属クロリド、金属アルコキシド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリグリコール酸、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、エチルセルロース、セルロースエーテル、ポリアクリル酸、ポリイソシアネート、またはそれらの組み合わせである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属前駆体が金属アセテートを含み、前記ポリマーがポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記前駆体をシリコンに変換することをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記前駆体をシリコンオキシドに変換することをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記前駆体をシリコンセラミックに変換することをさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記前駆体は、ゾルゲル前駆体ではない、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法に従って製造されたナノファイバーであり、シリコン、シリコンオキシドまたはシリコン含有セラミックの前駆体と、ポリマーとを含む、ナノファイバー。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法に従って製造されたナノファイバーであり、前記ナノファイバーは、コンポジットナノファイバーであり、前記コンポジットナノファイバーが、連続マトリクス材料と、前記連続マトリクス材料内に分離した第２の材料のドメインとを含み、前記第２の材料が、シリコン含有セラミックを含む、ナノファイバー。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法に従って製造されたナノファイバーであり、前記ナノファイバーは、層状のハイブリッドナノファイバーであり、前記層状のハイブリッドナノファイバーが、第１の連続マトリクス材料と、前記第１の連続マトリクス材料を覆う第２の連続マトリクス材料とを含み、前記第２の連続マトリクス材料が、シリコン含有セラミックを含む、ナノファイバー。
【外国語明細書】
2018104878.tif 000051
2018104878.tif 000052
2018104878.tif 000053
2018104878.tif 000054
2018104878.tif 000055
2018104878.tif 000056
2018104878.tif 000057
2018104878.tif 000058
2018104878.tif 000059
2018104878.tif 000060
2018104878.tif 000061
2018104878.tif 000062
2018104878.tif 000063
2018104878.tif 000064
2018104878.tif 000065
2018104878.tif 000066
2018104878.tif 000067
2018104878.tif 000068
2018104878.tif 000069
2018104878.tif 000070
2018104878.tif 000071
2018104878.tif 000072
2018104878.tif 000073
2018104878.tif 000074
2018104878.tif 000075
2018104878.tif 000076
2018104878.tif 000077
2018104878.tif 000078
2018104878.tif 000079
2018104878.tif 000080
2018104878.tif 000081
2018104878.tif 000082
2018104878.tif 000083
2018104878.tif 000084
2018104878.tif 000085
2018104878.tif 000086
2018104878.tif 000087
2018104878.tif 000088
2018104878.tif 000089
2018104878.tif 000090
2018104878.tif 000091
2018104878.tif 000092
2018104878.tif 000093
2018104878.tif 000094
2018104878.tif 000095
2018104878.tif 000096
2018104878.tif 000097
2018104878.tif 000098
2018104878.tif 000099
2018104878.tif 000100
2018104878.tif 000101
2018104878.tif 000102
2018104878.tif 000103
2018104878.tif 000104
2018104878.tif 000105
2018104878.tif 000106
2018104878.tif 000107
2018104878.tif 000108
2018104878.tif 000109
2018104878.tif 000110
2018104878.tif 000111
2018104878.tif 000112
2018104878.tif 000113
2018104878.tif 000114
2018104878.tif 000115
2018104878.tif 000116
2018104878.tif 000117
2018104878.tif 000118
2018104878.tif 000119
2018104878.tif 000120
2018104878.tif 000121
2018104878.tif 000122
2018104878.tif 000123
2018104878.tif 000124
2018104878.tif 000125
2018104878.tif 000126
2018104878.tif 000127
2018104878.tif 000128
2018104878.tif 000129
2018104878.tif 000130
2018104878.tif 000131
2018104878.tif 000132
2018104878.tif 000133
2018104878.tif 000134
2018104878.tif 000135
2018104878.tif 000136
2018104878.tif 000137
2018104878.tif 000138
2018104878.tif 000139
2018104878.tif 000140
2018104878.tif 000141
2018104878.tif 000142
2018104878.tif 000143
2018104878.tif 000144
2018104878.tif 000145
2018104878.tif 000146
2018104878.tif 000147
2018104878.tif 000148
2018104878.tif 000149
2018104878.tif 000150
2018104878.tif 000151
2018104878.tif 000152
2018104878.tif 000153
2018104878.tif 000154
2018104878.tif 000155
2018104878.tif 000156
2018104878.tif 000157
2018104878.tif 000158
2018104878.tif 000159
2018104878.tif 000160
2018104878.tif 000161
2018104878.tif 000162
2018104878.tif 000163
2018104878.tif 000164
2018104878.tif 000165
2018104878.tif 000166
2018104878.tif 000167
2018104878.tif 000168
2018104878.tif 000169
2018104878.tif 000170
2018104878.tif 000171
2018104878.tif 000172
2018104878.tif 000173
2018104878.tif 000174
2018104878.tif 000175
2018104878.tif 000176
2018104878.tif 000177
2018104878.tif 000178
2018104878.tif 000179
2018104878.tif 000180
2018104878.tif 000181
2018104878.tif 000182
2018104878.tif 000183
2018104878.tif 000184