(57)【要約】【解決手段】  導電率について低いパーコレーションしきい値を有し、熱伝導率について低いパーコレーションしきい値を有し、あるいは改善された機械特性を有するナノコンポジット材料用に、電気的、熱的、および機械的な応用例が提供されている。【選択図】      図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノコンポジットであって、
高分子マトリックスまたはナノポリマーマトリックスを有するホストマトリックスと、ホストマトリックス内に分散された、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルとから成るものであり、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックス及び官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルを有するナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値または熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項２】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項３】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項４】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、熱可塑性高分子、熱硬化性樹脂高分子、またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項５】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、非有機的な高分子マトリックスから成るものである。
【請求項６】
請求項５のナノコンポジットにおいて、
前記非有機的な高分子マトリックスは、シリコーン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリフォスファゼンまたは組合せを含む。
【請求項７】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであって、前記高分子マトリックスは、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（硫化フェニレン）、シリコーン、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、フッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはそれらの組合せを有するものである。
【請求項８】
請求項７のナノコンポジットにおいて、
前記高分子マトリックスはポリスチレンを含むものである。
【請求項９】
請求項７のナノコンポジットにおいて、
前記高分子マトリックスは、ポリフェニレンを含むものである。
【請求項１０】
請求項７のナノコンポジットにおいて、
前記高分子マトリックスがポリカーボネートを含むものである。
【請求項１１】
請求項７のナノコンポジットにおいて、
前記高分子マトリックスは、フッ素樹脂を含み、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、エチレン・テトラフルオロエチレンまたはそれらの組合せから成るものである。
【請求項１２】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化されて、可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボン、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドットまたはそれらの組合せから成るものである。
【請求項１３】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化されて、可溶性にされた単層窒化ホウ素ナノチューブ、多層窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノ粒子、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素ナノ繊維、窒化ホウ素ナノロープ、窒化ホウ素ナノリボン、窒化ホウ素ナノフィブリル、窒化ホウ素ナノニードル、窒化ホウ素ナノホーン、窒化ホウ素ナノコーン、窒化ホウ素ナノスクロール、窒化ホウ素ナノドットまたはそれらの組合せから成るものである。
【請求項１４】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化されて、可溶性にされたグラファイトナノプレートレット、官能基化されて可溶性にされたフラーレン材料またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項１５】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項１６】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項１７】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．１重量或いは容積％以上および１０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項１８】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットの官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、さらに前記ナノコンポジットは、複合体ナノコンポジットを形成するために第２の充填剤を有するものであって、
前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外の物質である。
【請求項１９】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、第１のホスト高分子マトリックスであり、前記ナノコンポジットはさらに、第２のホスト高分子マトリックスを有するものであって、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１および第２のホスト高分子マトリックス内で分散し、前記ナノコンポジットは、第１および第２のホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値または熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項２０】
請求項１９のナノコンポジットにおいて、
第１のホスト高分子マトリックスはエポキシであり、第２のホスト高分子マトリックスはポリカーボネートである。
【請求項２１】
請求項１のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２２】
請求項２のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２３】
請求項３のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２４】
請求項１２のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２５】
請求項１８のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２６】
請求項１９のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項２７】
請求項２１の製造品において、前記製造品は、繊維から成るものである。
【請求項２８】
請求項２１の製造品において、前記製造品は、フィルムから成るものである。
【請求項２９】
請求項２１の製造品において、前記製造品は、粉から成るものである。
【請求項３０】
請求項２４の製造品において、前記製造品は、繊維から成るものである。
【請求項３１】
高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスを有するホストマトリックスの電気伝導率若しくは熱伝導率を上げる方法であって、
前記方法は、ナノコンポジットを形成するためにホストマトリックス材料内で、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルを分散させる工程を有し、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値または熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項３２】
請求項３１の方法において、前記ホストマトリックス材料がホストマトリックスである。
【請求項３３】
請求項３１の方法において、
前記ホストマトリックス材料は、ホスト高分子マトリックスのモノマーから成り、前記方法はさらに、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で、ホスト高分子マトリックス材料を重合させる工程を含むものである。
【請求項３４】
請求項３１の方法において、
前記ホストマトリックスは、第１のホスト高分子マトリックスであって、前記方法は更に、
第１および第２のホスト高分子マトリックスから成るナノコンポジットを形成するために、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルと一緒になった第２のホスト高分子マトリックス材料、及び第１のホスト高分子マトリックス材料を分散させる工程を有するものであり、
前記ナノコンポジットは、第１及び第２のホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値または熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項３５】
請求項３４の方法において、
第１のホスト高分子マトリックス材料は、第１のホスト高分子マトリックスであり、第２のホスト高分子マトリックス材料は、第２のホスト高分子マトリックスである。
【請求項３６】
請求項３４の方法において、
第１のホスト高分子マトリックス材料は、第１のホスト高分子マトリックス材料のモノマーから成り、第２のホスト高分子マトリックス材料は、第２のホストのモノマーから成るものであり、さらに前記方法は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で、ホスト高分子マトリックス材料を重合させる工程を有するものである。
【請求項３７】
請求項３１の方法において、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項３８】
請求項３１の方法において、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項３９】
請求項３１の方法において、
前記ホストマトリックス材料は、熱可塑性の高分子またはそのモノマー、または熱硬化性樹脂高分子またはそのモノマー、若しくはそれらの組合せを有するものである。
【請求項４０】
請求項３１の方法において、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、非有機的な高分子マトリックスを有するものである。
【請求項４１】
請求項４０の方法において、
前記非有機的な高分子マトリックスは、シリコーン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリフォスファゼン、またはそれらの組合せを含むものである。
【請求項４２】
請求項３１の方法において、
前記ホストマトリックスは、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（硫化フェニレン）、シリコーン、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、フッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはそれらの組合せを含むホスト高分子マトリックス材料を有するものである。
【請求項４３】
請求項４２の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、ポリスチレン、またはそのモノマーから成るものである。
【請求項４４】
請求項４２の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、ポリフェニレン、またはそのモノマーから成るものである。
【請求項４５】
請求項４２の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、ポリカーボネート、またはそのモノマーから成るものである。
【請求項４６】
請求項４２の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、フッ素樹脂から成り、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレンまたはエチレン・テトラフルオロエチレン、またはそれらのモノマー、若しくはそれらの組合せを含むものである。
【請求項４７】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項４８】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層窒化ホウ素ナノチューブ、単層窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノ粒子、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素ナノ繊維、窒化ホウ素ナノロープ、窒化ホウ素ナノリボン、窒化ホウ素ナノフィブリル、窒化ホウ素ナノニードル、窒化ホウ素ナノホーン、窒化ホウ素ナノコーン、窒化ホウ素ナノスクロール、窒化ホウ素ナノドット、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項４９】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた黒鉛ナノプレートレット、官能基化され可溶性にされたフラーレン材料、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項５０】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項５１】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項５２】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．１重量或いは容積％以上および１０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項５３】
請求項３１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記分散する工程は、合成ナノコンポジットを形成するためにホストマトリックス材料内に第２の充填剤を分散させる工程を更に含み、
第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子またはそれらの組合せから成り、第２の充填剤は官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものある。
【請求項５４】
請求項３４の方法において、
前記第１のホスト高分子マトリックスは、エポキシの高分子であり、第２のホスト高分子マトリックスは、ポリカーボネート高分子である。
【請求項５５】
請求項31の方法によって生じた製品。
【請求項５６】
請求項３４の方法によって生じた製品。
【請求項５７】
請求項５３の方法によって生じた製品。
【請求項５８】
ナノコンポジットであって、
高分子マトリックス若しくは非高分子マトリックスのホストマトリックスであって、前記高分子マトリックスは、ポリスチレンおよびポリカーボネート以外のものであるホストマトリックスと、
前記ホストマトリックス内で分散された官能基化され可溶性にされたナノマテリアルであって、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである、ナノマテリアルと
を有するナノコンポジット。
【請求項５９】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、熱可塑性の高分子、熱硬化性樹脂高分子またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項６０】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、非有機的な高分子マトリックスから成るものである。
【請求項６１】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記ホスト高分子マトリックスは、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（硫化フェニレン）、シリコーン、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、フッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、
ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはそれらの組合せを有するものである。
【請求項６２】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホスト高分子マトリックスは、ポリフェニレンを含むものである。
【請求項６３】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホスト高分子マトリックスは、フッ素樹脂を有し、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、エチレン・テトラフルオロエチレン、またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項６４】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、第１のホスト高分子マトリックスであり、前記ナノコンポジットは、第２のホスト高分子マトリックスから更に成るものであり、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１および第２のホスト高分子マトリックス内で分散され、前記ナノコンポジットは、第１および第２のホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項６５】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項６６】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層窒化ホウ素ナノチューブ、多層窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノ粒子、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素ナノ繊維、窒化ホウ素ナノロープ、窒化ホウ素ナノリボン、窒化ホウ素ナノフィブリル、窒化ホウ素ナノニードル、窒化ホウ素ナノホーン、窒化ホウ素ナノコーン、窒化ホウ素ナノスクロール、窒化ホウ素ナノドット、またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項６７】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた黒鉛ナノプレートレット、官能基化され可溶性にされたフラーレン材料、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項６８】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項６９】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項７０】
請求項５８のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットの官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記ナノコンポジットはさらに、合成ナノコンポジットを形成するために、第２の充填剤から成るものであり、
前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子、またはそれらの組合せから成り、さらに第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものである。
【請求項７１】
ナノコンポジットであって、
ポリスチレンと、
ポリスチレン内で分散された官能基化され可溶性にされたナノマテリアルであって、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するナノマテリアルと
を有するナノコンポジット。
【請求項７２】
請求項７１のナノコンポジットにおいて、
前記ポリスチレンは、第１のホスト高分子マトリックスであり、前記ナノコンポジットはさらに、第２のホスト高分子マトリックスから成るものであり、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１および第２のホスト高分子マトリックス内で分散されるものであり、
前記ナノコンポジットは、第１および第２のホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項７３】
請求項７１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項７４】
請求項７１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項７５】
請求項７１のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項７６】
ナノコンポジットであって、
第１の高分子マトリックスがポリカーボネートである、第１の高分子マトリックスと、第２の高分子マトリックスから成るホストマトリックスと、
ホストマトリックス内で分散された官能基化され可溶性にされたナノマテリアルであって、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものであるナノマテリアルと
を有するナノコンポジット。
【請求項７７】
請求項７６のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せから成るものである。
【請求項７８】
請求項７６のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項７９】
請求項７６のナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジットから成るものである。
【請求項８０】
請求項７６のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットの官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記ナノコンポジットはさらに、合成ナノコンポジットを形成するための第２の充填剤を有するものであり、
前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子、またはそれらの組合せから成り、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものである。
【請求項８１】
請求項５８のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項８２】
請求項６０のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項８３】
請求項６１のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項８４】
高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスから成るホストマトリックスの機械特性を改善する方法であって、前記ホストマトリックスはポリスチレンまたはポリカーボネートであるものであり、前記方法は、
ナノコンポジットを形成するために、ホストマトリックス材料内に官能基化され可溶性にされたナノマテリアルを分散する工程を有し、
前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリア以外のナノマテリアルとから成るナノコンポジットのものと比較して、改善された機械特性を有するものである。
【請求項８５】
請求項８４の方法において、
前記ホストマトリックス材料は、ホストマトリックスである。
【請求項８６】
請求項８４の方法において、
前記ホストマトリックス材料は、ホストマトリックスのモノマーから成り、前記方法はさらに、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で、ホストマトリックス材料を重合させる工程を有するものである。
【請求項８７】
請求項８４の方法において、
前記ホストマトリックスは、第１のホスト高分子マトリックスあり、前記方法は更に、
第１および第２のホスト高分子マトリックスから成るナノコンポジットを形成するために、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルと、及び第１のホスト高分子マトリックスと共に、第２のホスト高分子マトリックスを分散する工程を有し、
前記ナノコンポジットは、第１および第２のホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項８８】
請求項８７の方法において、
前記第１のホスト高分子マトリックス材料は、第１のホスト高分子マトリックスである。
【請求項８９】
請求項８７の方法において、
前記第１のホスト高分子マトリックス材料は、第１のホスト高分子マトリックス材料のモノマーから成り、前記方法はさらに、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下でホスト高分子マトリックス材料を重合させる工程を有するものである。
【請求項９０】
請求項８４の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、熱可塑性の高分子またはそのモノマー、熱硬化性樹脂高分子樹脂またはそのモノマー、若しくはそれらの組合せを有するものである。
【請求項９１】
請求項８４の方法において、
前記ホストマトリックスは、高分子マトリックスであり、前記高分子マトリックスは、非有機的な高分子マトリックスを有するものである。
【請求項９２】
請求項９１の方法において、
前記非有機的な高分子マトリックスは、シリコーン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリフォスファゼン、またはそれらの組合せを含む。
【請求項９３】
請求項８４の方法において、
前記ホストマトリックスは、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（硫化フェニレン）、シリコーン、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、フッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはそれらの組合せを含むホスト高分子マトリックス材料を有するものである。
【請求項９４】
請求項９３の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、ポリフェニレンまたはそのモノマーから成るものである。
【請求項９５】
請求項９３の方法において、
前記ホスト高分子マトリックス材料は、フッ素樹脂から成り、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレンまたはエチレン・テトラフルオロエチレンまたはそれらのモノマー、若しくはそれらの組合せを有するものである。
【請求項９６】
請求項８４の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化された、可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項９７】
請求項８４の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項９８】
請求項８４の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項９９】
請求項８４の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記分散する工程はさらに、合成ナノコンポジットを形成するためにホストマトリックス材料内で第２の充填剤を分散させる工程を有し、前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子、またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものである。
【請求項１００】
請求項８４の方法によって生じた製品。
【請求項１０１】
請求項８７の方法によって生じた製品。
【請求項１０２】
請求項９９の方法によって生じた製品。
【請求項１０３】
ポリスチレンの機械特性を改善する方法であって、
前記方法は、ナノコンポジットを形成するために、スチレン高分子材料内で官能基化され可溶性にされたナノマテリアルを分散する工程を有し、
前記ナノコンポジットは、ポリスチレンと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットと比較して、改善された機械特性を有するものである。
【請求項１０４】
請求項１０３の方法において、
前記スチレン高分子材料は、ポリスチレンである。
【請求項１０５】
請求項１０３の方法において、
前記スチレン高分子材料は、ポリスチレンのモノマーから成り、前記方法はさらに、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で、材料を重合させる工程を含むものである。
【請求項１０６】
請求項１０３の方法において、
前記ポリスチレンは、第１のホスト高分子マトリックスであって、前記方法はさらに、第１のホスト高分子マトリックスおよび第２のホスト高分子マトリックスから成るナノコンポジットを形成するために、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルと、及び第１のホスト高分子マトリックス材料と共に、第２のホスト高分子マトリックス材料を分散する工程を有し、前記ナノコンポジットは、第１および第２のホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項１０７】
請求項１０３の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、官能基化され可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドット、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項１０８】
請求項１０３の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項１０９】
請求項１０３の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、０．０４重量或いは容積％および５０．０重量或いは容積％以下のナノコンポジットから成るものである。
【請求項１１０】
請求項１０３の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記分散する工程はさらに、合成ナノコンポジットを形成するために、ホストマトリックス材料内で第２の充填剤を分散する工程を有し、前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子、またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものである。
【請求項１１１】
請求項１０３の方法によって生じた製品。
【請求項１１２】
請求項１１０の方法によって生じた製品。
【請求項１１３】
第１の高分子マトリックスと第２の高分子マトリックスから成るホストマトリックスの機械特性を改善する方法であって、前記第１の高分子マトリックスは、ポリカーボネートであり、前記方法はさらに、
ナノコンポジットを形成するために、ホスト高分子材料内で官能基化され可溶性にされたナノマテリアルを分散する工程を有し、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項１１４】
請求項１１３の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、前記分散する工程はさらに、合成ナノコンポジットを形成するために、ホストマトリックス材料内で第２の充填剤を分散させる工程を有し、前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子、またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のものである。
【請求項１１５】
請求項１１３の方法によって生じた製品。
【請求項１１６】
請求項１１４の方法によって生じた製品。
【請求項１１７】
請求項６４のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１１８】
請求項６５のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１１９】
請求項７０のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１２０】
請求項７１のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１２１】
請求項７６のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１２２】
ナノコンポジットであって、
非高分子マトリックスを有するホストマトリックスと、
前記ホストマトリックス内で分散された官能基化され可溶性にされたナノマテリアルとを有するものであり、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスおよび官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルから成るナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値または熱伝導率パーコレーション閾値を有するものである。
【請求項１２３】
請求項１２２のナノコンポジットにおいて、
前記非高分子マトリックスは、セラミックマトリックスを含むものである。
【請求項１２４】
請求項１２２のナノコンポジットにおいて、
前記非高分子ポリマーマトリックスは、金属マトリックスを含むものである。
【請求項１２５】
ナノコンポジットであって、
非高分子マトリックスを含むホストマトリックスと、
前記ホストマトリックス内で分散された官能基化され可溶性にされたナノマテリアルをを有するものであり、前記ナノコンポジットは、ホストマトリックスと、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとからなるナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性を有するものである。
【請求項１２６】
請求項１２５のナノコンポジットにおいて、
前記非高分子マトリックスは、セラミックマトリックスを含むものである。
【請求項１２７】
請求項１２５のナノコンポジットにおいて、
前記非高分子マトリックスは、金属マトリックスを含むものである。
【請求項１２８】
請求項１２２のナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１２９】
請求項１２５のナノコンポジットから成る製造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、全体としてナノ材料ベースのナノコンポジットおよびその応用の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、六方晶系の方眼紙が継ぎ目なく筒状に丸まり結合したものとして視覚化できる。この方眼紙の各線は炭素炭素結合を表し、また各交点は炭素原子を表す。
【０００３】
一般に、カーボンナノチューブは、典型的に外周にわずか数原子のみの細長い管状体である。カーボンナノチューブは、内部が中空で、直線状のフラーレン構造を有する。潜在的に、カーボンナノチューブの長さは、その分子サイズの直径の数百万倍にもなりうる。単層カーボンナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ、略称ＳＷＮＴｓ）も、多層カーボンナノチューブ（ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ、略称ＭＷＮＴｓ）も存在が認められている。
【０００４】
カーボンナノチューブ（別称「ＣＮＴｓ」）は、例えば、強度や重量に関係した非常に望ましくかつ特異的な物理特性の組み合わせを有しているため、現在いくつかの応用が提案されている。カーボンナノチューブは、立証された導電性も示している（Ｙａｋｏｂｓｏｎ、Ｂ．Ｉ．ｅｔ  ａｌ．、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ、８５、（１９９７）、３２４〜３３７；  およびＤｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ、Ｍ．Ｓ．ｅｔ  ａｌ．、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  ａｎｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ、（１９９６）、Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ、９０２〜９０５）。例えば、カーボンナノチューブは、銅や金より熱および電気の導電性が高く、ステンレス鋼の１００倍もの引張強度を有しながら、重量はステンレス鋼のわずか６分の１である。カーボンナノチューブは、驚異的な小型サイズで生成されうる。例えば、現在生成されているカーボンナノチューブは、ほぼＤＮＡ二重らせんのサイズ（または人毛の太さの約１／５０，０００）である。
【０００５】
カーボンナノチューブの優れた特性を考慮すると、カーボンナノチューブは、コンピュータ回路の構築、複合材料（コンポジット）の強化、および薬物送達など、多様な用途に非常に適している。またカーボンナノチューブは、高い熱伝導率および小型・軽量性を要求することの多いマイクロ電子装置への応用に役立つ可能性が高い。フラットパネルディスプレイの使用において認められているカーボンナノチューブ用途の１つは、電子の電界放出技術を使うというものである（カーボンナノチューブは良好な導体および電子エミッタ（電子放出体）であるため）。これまで認められている他の用途には、携帯電話機およびラップトップコンピュータの電磁遮蔽、ステルス航空機用レーダー吸収、ナノエレクトロニクス（新世代コンピュータのメモリを含む）、および高強度・軽量・多機能複合材料としてのものが含まれる。
【０００６】
ただし、母材内ではナノチューブおよびナノチューブ凝集体の分散性が低いため、複合材料にカーボンナノチューブを使う試みは、その可能性に遠く及ばない結果に終わっているのが現状である。一般に、自然な状態のＳＷＮＴｓは一般的な溶媒および高分子に不溶性を示し、ナノチューブ本来の望ましい特性を変更せずに化学的に官能基化するのが困難である。ガラス繊維（グラスファイバー）、炭素繊維（カーボンファイバー）、金属粒子といった、よりスケールの大きな、高分子用添加剤で成功している物理的混合などの技術では、良好なＣＮＴ分散の達成に失敗している。これまで、ホスト高分子内でＳＷＮＴを分散させるには、次の２つの一般的アプローチが取られている。
【０００７】
１）長時間の超音波処理により、高分子溶液中でＳＷＮＴを分散させる（最高４８時間、Ｍ．  Ｊ．  Ｂｉｅｒｃｕｋら、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８０、２７６７  （２００２））、及び
２）ＳＷＮＴ存在下でのｉｎ  ｓｉｔｕ重合。
【０００８】
しかしながら、アプローチ１）の長時間の超音波処理はＳＷＮＴｓを損傷または切断する場合があり、これは多数の応用において望ましいことではない。アプローチ２）の効率は、溶液中でのナノチューブの分散の度合いにより決定されるが、この度合いは非常に低く、特定の高分子に高度に依存する。例えば、これはポリスチレン（Ｂａｒｒａｚａ，  Ｈ．Ｊ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｔｒｓ、２、７９７  （２００２））よりポリイミドの方がうまく機能する（Ｐａｒｋ，  Ｃ．ら、Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．、３６４、３０３（２００２））。
【０００９】
ＣＮＴは非常に優れた物理特性を有するが、これを他の材料に組み込むことは炭素の表面化学により妨げられている。位相分離、凝結、マトリックス内での低分散、および母材への低粘着度などの問題が克服されなければならない。
【００１０】
カーボンナノチューブの非共有官能基化および可溶化の工程は、Ｃｈｅｎ，  Ｊ．ら（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１２４、９０３４  （２００２））により説明されており、この工程の結果、優れたナノチューブ分散が得られる。Ｃｈｅｎら（同書）が説明しているように、また２００２年９月２４日に出願された米国特許番号第１０／２５５，１２２号および２００２年１２月１３日に出願された米国特許出願第１０／３１８，７３０号を有する２００４年２月１９日に公開された米国特許出願第ＵＳ２００４／００３４１７７号で説明されているように、ＳＷＮＴは、激しい振盪および／または短時間の浴槽・超音波処理とともにポリ（フェニレンエチニレン）（ＰＰＥ）でクロロホルム中において可溶化された。このような、ホスト高分子にポリカーボネートまたはポリスチレンを伴った官能性および可溶性カーボンナノチューブの複合材料（コンポジット）が生成されており、このような複合材料の特定の機械特性は、２００４年２月１９日に公開された米国特許出願第ＵＳ２００４／００３４１７７号、２００２年９月２４日に出願された米国特許番号第１０／２５５，１２２号、および２００２年１２月１３日に出願された米国特許出願第１０／３１８，７３０号に報告されている。
【００１１】
本発明は、強度の損失、粒子の生成、粘性の増加、処理可能性の損失、または他の材料劣化といった、複合材料に望ましくない結果を生じる、ホスト高分子マトリックス内でのナノ材料の非均一な分散を有するナノコンポジットの問題に対処しており、改善された特性を有するナノコンポジットを本明細書において提供するものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、官能性・可溶性ナノ材料のナノコンポジットと、ホストマトリックスとを提供し、前記ナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、低い電気的パーコレーションしきい値を伴った高い導電率か、低い熱的パーコレーションしきい値を伴った高い熱伝導率か、改善された機械特性かを提供する。この低いパーコレーションしきい値は、ホストマトリックス内で前記ナノ材料の高分散が達成されたことを示している。さらに、導電率の増加またはホストマトリックスの特性改善を達成するために必要な官能性・可溶性ナノ材料は少量であるため、ホストマトリックスの他の望ましい物理特性および処理可能性が犠牲になることはない。
【００１３】
ホストマトリックスを有するナノコンポジットであって、当該ホストマトリックスは当該ホストマトリックス内に分散した高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスと、官能性・可溶性ナノ材料とを有する、ホストマトリックスを有するナノコンポジットが、本発明の実施形態である。このナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、より低い導電性パーコレーションしきい値または熱伝導性パーコレーションしきい値を有する。このホストマトリックスは、以下説明するように、有機高分子マトリックスか、無機高分子マトリックスか、非高分子マトリックスか、これらの組み合わせかであってよい。
【００１４】
本発明の別の実施形態は上記のナノコンポジットであり、ここで、当該ナノコンポジットの前記官能性・可溶性ナノ材料は第１充填剤であり、当該ナノコンポジットは、複雑なナノコンポジットを形成するための第２充填剤をさらに有する。この実施形態では、前記第２充填剤は連続繊維か、不連続繊維か、ナノ粒子か、マイクロ粒子か、マクロ粒子か、これらの組み合わせかを有し、当該第２充填剤は官能性・可溶性ナノ材料以外である。
【００１５】
高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスのホストマトリックスを有するナノコンポジットであって、前記高分子マトリックスはポリスチレンおよびポリカーボネート以外である、ナノコンポジットと、前記ホストマトリックス内に分散した官能性・可溶性ナノ材料とは、本発明の別の実施形態である。前記ナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、強化された機械特性を有する。このナノコンポジットは、第２ホスト高分子マトリックスをさらに有することができ、前記官能性・可溶性ナノ材料は、第１ホスト高分子マトリックスおよび前記第２ホスト高分子マトリックス内で分散される。さらに、前記ナノコンポジットの前記官能性・可溶性ナノ材料が第１充填剤である場合、当該ナノコンポジットは、複雑なナノコンポジットを形成するための第２充填剤をさらに有してよく、ここで、前記第２充填剤は官能性・可溶性ナノ材料以外である。
【００１６】
本発明の別のナノコンポジットは、ポリスチレンと、このポリスチレン内で分散された官能性・可溶性ナノ材料とを有する。このようなナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、強化された機械特性を有する。このナノコンポジットは、第２ホスト高分子マトリックスをさらに有することができ、前記官能性・可溶性ナノ材料は、前記第１ホスト高分子マトリックスおよび前記第２ホスト高分子マトリックス内で分散される。
【００１７】
一実施形態では、ナノコンポジットは、ホストマトリックスであって、当該ホストマトリックス内に分散した第１高分子マトリックスと、第２高分子マトリックスと、官能性・可溶性ナノ材料とを有するホストマトリックスを有し、前記第１高分子マトリックスはポリカーボネートである。
【００１８】
高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスを有するホストマトリックスの導電率または熱伝導率を増加させる方法は、ナノコンポジットを形成するため官能性・可溶性ナノ材料をホストマトリックス材料内で分散させる工程を有する。この実施形態では、前記ナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、より低い導電性パーコレーションしきい値または熱伝導性パーコレーションしきい値を有する。前記ホストマトリックス材料は、前記ホストマトリックスまたはホスト高分子マトリックスのモノマーであってよく、このような実施形態では、前記方法は、前記官能性・可溶性ナノ材料の存在下で、前記ホスト高分子マトリックスの材料を重合させる工程をさらに有する。別の実施形態では、前記ホストマトリックスは、第１ホスト高分子マトリックスであり、前記方法は、第１ホスト高分子マトリックスおよび第２ホスト高分子マトリックスを有するナノコンポジットを形成するため、官能性・可溶性ナノ材料および第１ホスト高分子マトリックス材料で第２ホスト高分子マトリックス材料を分散させる工程をさらに有する。一実施形態では、官能性・可溶性ナノ材料は第１充填剤であり、前記分散させる工程は、複雑なナノコンポジットを形成するためホストマトリックス材料内で第２充填剤を分散させる工程をさらに有する。ここで、前記第２充填剤は連続繊維か、不連続繊維か、ナノ粒子か、マイクロ粒子か、マクロ粒子か、これらの組み合わせかを有し、当該第２充填剤は官能性・可溶性ナノ材料以外である。
【００１９】
高分子マトリックスまたは非高分子マトリックスを有するホストマトリックスの機械特性を改善する方法であって、前記ホストマトリックスは、ポリスチレンまたはポリカーボネート以外である、前記方法は、本発明の一態様である。この方法は、ナノコンポジットを形成するためホストマトリックス材料内で官能性・可溶性ナノ材料を分散させる工程を有し、前記ナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、改善された機械特性を有する。前記ホストマトリックス材料は、前記ホストマトリックスであるか、または当該ホストマトリックスのモノマーを有してよく、前記方法は、前記官能性・可溶性ナノ材料の存在下で、前記ホストマトリックス材料を重合させる工程をさらに有する。この方法は、第１ホスト高分子マトリックスおよび第２ホスト高分子マトリックスを有するナノコンポジットを形成するため、官能性・可溶性ナノ材料および第１ホスト高分子マトリックス材料で第2ホスト高分子マトリックス材料を分散させる工程をさらに有しうる。さらに、前記官能性・可溶性ナノ材料が第１充填剤である場合、前記分散させる工程は、複雑なナノコンポジットを形成するためホストマトリックス材料内で第２充填剤を分散させる工程をさらに有してよく、ここで、前記第２充填剤は官能性・可溶性ナノ材料以外である。
【００２０】
ポリスチレンの機械特性を改善する方法は、ナノコンポジットを形成するためスチレン高分子材料内で官能性・可溶性ナノ材料を分散させる工程を有し、前記ナノコンポジットは、ポリスチレンおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、改善された機械特性を有する。ポリスチレンの機械特性を改善する別の実施形態を生成するため、第２ホストマトリックスまたは第２充填剤を加えてもよい。
【００２１】
第１高分子マトリックスおよび第２高分子マトリックスを有するホストマトリックスの機械特性を改善する方法であって、前記第１高分子マトリックスはポリカーボネートである、前記方法は、本発明の一態様である。この方法は、ナノコンポジットを形成するためホスト高分子材料内で官能性・可溶性ナノ材料を分散させる工程を有し、前記ナノコンポジットは、前記ホストマトリックスおよび前記官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料を有するナノコンポジットと比べ、改善された機械特性を有する。複雑なナノコンポジットを生成するため、第２充填剤を加えてもよい。
【００２２】
本明細書で説明するように、改善された電気特性、熱特性、または機械特性を有するナノコンポジットを有する製造品は、本発明の別の実施形態である。さらに、本明細書で説明する方法で生成された生成物は、本発明の実施形態である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
官能性・可溶性の単層カーボンナノチューブ（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ，  ｓｏｌｕｂｉｌｉｚｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ、略称ｆ−ｓ−ＳＷＮＴ）を使って、高度に分散されたカーボンナノチューブ／高分子ナノコンポジットが製造された。このようなナノコンポジットは、例えば、非常に低いパーコレーションしきい値を伴った導電率（０．０５〜０．１ｗｔ％のＳＷＮＴローディング）を実証している。ホスト高分子の他の好適な物理特性および処理可能性を低下させずに種々の電気的用途に必要な電気導電率レベルを達成するには、非常に低いｆ−ｓ−ＳＷＮＴローディングが要求される。
【００２４】
ナノコンポジット：本明細書における用語「ナノコンポジット」は、ホストマトリックス内に分散された非共有結合的な官能性・可溶性ナノ材料を意味する。このホストマトリックスは、ホスト高分子マトリックスまたはホスト非高分子マトリックスであってよい。
【００２５】
ホスト高分子マトリックス：本明細書における用語「ホスト高分子マトリックス」は、内部にナノ材料が分散された高分子マトリックスを意味する。ホスト高分子マトリックスは、有機高分子マトリックスか無機高分子マトリックス、またはこれらの組み合わせであってよい。
【００２６】
ホスト高分子マトリックスの例としては、ナイロン、ポリエチレン、エポキシ樹脂、ポリイソプレン、ＳＢＳゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（硫化フェニレン）、ポリ（酸化フェニレン）、シリコン、ポリケトン、アラミド、セルロース、ポリイミド、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維（カーボンファイバー）、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリエステル、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチニレン）、ポリチオフェン、熱可塑性物質、熱可塑性ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレートなど）、熱硬化性樹脂（熱硬化性ポリエステル樹脂、またはエポキシ樹脂など）、ポリアニリン、ポリピロール、またはＰＡＲＭＡＸ（登録商標）などのポリフェニレン、例えば、他の共役高分子（導電性高分子など）、またはこれらの組み合わせなどがある。
【００２７】
ホスト高分子マトリックス他の例としては、エチレンビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙａｌｋａｎｅ）、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、またはエチレンテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｓ）、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリールエーテルケトン（ｐｏｌｙａｒｙｌｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、またはポリウレタンといった熱可塑性物質を含む。特定の実施形態におけるホスト高分子には、アリル樹脂、メラミンホルムアルデヒド、フェノール−ホルムアルデヒドプラスチック、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ、ポリウレタン、またはこれらの組み合わせなどの熱硬化性樹脂などを含む。
【００２８】
無機ホスト高分子の例としては、シリコン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリホスファゼン、またはこれらの組み合わせがある。
【００２９】
ナノコンポジットには２つ以上のホストマトリックスが存在しうる。２つ以上のホストマトリックスを使うと、前記ナノコンポジット材料のマトリックスにｆ−ｓ−ＳＷＮＴを加えることにより、単一のホストマトリックスナノコンポジットの機械特性、熱特性、化学特性、または電気特性が最適化される。以下の実施例４では、本発明のナノコンポジット材料のホスト高分子としてポリカーボネートおよびエポキシが提供される実施形態の例を提供いる。エポキシのほかポリカーボネートを加えると、ホスト高分子としてエポキシだけを伴うナノコンポジット膜と比べ、ナノコンポジット膜内の空隙を低減できる。このような空隙は、ナノコンポジットの性能を劣化させる。
【００３０】
一実施形態では、２つのホスト高分子の使用は溶媒で流延されるエポキシナノコンポジット用に設計され、その場合、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓと、エポキシ樹脂および硬化剤と、ポリカーボネートとは、溶媒に溶解され、ナノコンポジット膜は溶液流延法またはスピンコーティングにより形成される。
【００３１】
ホスト非高分子マトリックス：本明細書における用語「ホスト非高分子マトリックス」は、内部にナノ材料が分散された非高分子マトリックスを意味する。ホスト非高分子マトリックスの例には、セラミックマトリックス（炭化ケイ素、炭化ホウ素、または窒化ホウ素など）、または金属マトリックス（アルミニウム、チタン、鉄、または銅など）、またはこれらの組み合わせなどを含む。官能性・可溶性ＳＷＮＴｓには、例えば有機溶媒中のポリカルボシランを混合したのち、溶媒を除去して固体（膜、繊維、または粉末）を形成する。その結果生じた固体ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／ポリカルボシランナノコンポジットを、さらに、減圧下または（Ａｒなどの）不活性雰囲気下で９００〜１６００℃に加熱してＳＷＮＴｓ／ＳｉＣナノコンポジットに変換する。
【００３２】
ナノ材料：本明細書における用語「ナノ材料」は、官能性および可溶性の、多層カーボンナノチューブまたは多層窒化ホウ素ナノチューブ、単層カーボンナノチューブまたは単層窒化ホウ素ナノチューブ、炭素または窒化ホウ素のナノ粒子、炭素または窒化ホウ素のナノファイバー、炭素または窒化ホウ素のナノロープ、炭素または窒化ホウ素のナノリボン、炭素または窒化ホウ素のナノフィブリル、炭素または窒化ホウ素のナノニードル、炭素または窒化ホウ素のナノシート、炭素または窒化ホウ素のナノロッド、炭素または窒化ホウ素のナノホーン、炭素または窒化ホウ素のナノコーン、炭素または窒化ホウ素のナノスクロール、黒鉛ナノプレートレット、ナノドット、他のフラーレン材料、またはこれらの組み合わせを含むが、これに限定はされない。本明細書における用語「ナノチューブ」は広義に使われ、別段の断りがない限りいかなるタイプのナノ材料も包含するよう意図されている。一般に「ナノチューブ」は管状で、原子スケールの外周を有するストランド状の構造である。例えば、単層ナノチューブの直径は、典型的に約０．４ナノメートル（ｎｍ）〜約１００ｎｍの範囲で、最も典型的には約０．７ｎｍ〜約５ｎｍ範囲の直径を有する。
【００３３】
本明細書における用語「ＳＷＮＴ」は単層ナノチューブを意味し、本明細書で別段の断わりがない限り、上述の他のナノ材料が置換可能であることを意味している。
【００３４】
官能性・可溶性ナノ材料：本明細書における用語「官能性・可溶性ナノ材料」は、硬質の共役高分子での非ラッピング非共有結合性の官能基化により、ナノ材料が可溶化されていることを意味する。このような官能基化および可溶化は、Ｃｈｅｎ，  Ｊ．ら（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１２４，  ９０３４  （２００２））のカーボンナノチューブ用の工程および組成物により例示されており、この工程は、結果として優れたナノチューブ分散が得られ、２００２年９月２４日に出願された米国特許番号第１０／２５５，１２２号および２００２年１２月１３日に出願された米国特許出願第１０／３１８，７３０号明細書を有する、２００４年２月１９日に公開された米国特許出願第ＵＳ２００４／００３４１７７号明細書に説明されている。
【００３５】
本明細書において使用される、官能基化および可溶化用の用語「硬質の共役高分子」は、ナノチューブとの非ラッピング的非共有結合用の基幹部を含む。この基幹部は、以下の化学式を有するグループを有しうる。
【００３６】
【化１】
2007516314.tif 000003
【００３７】
【化２】
2007516314.tif 000004
【００３８】
ここで、Ｍは、Ｎｉ、Ｐｄ、およびＰｔとからなる群から選択され、
【化３】
2007516314.tif 000005
【００３９】
ここで、上記基幹部ａ）〜ｑ）におけるＲ１〜Ｒ８のそれぞれは、以下説明する炭素結合または酸素結合により当該基幹に結合されたＨ基か、Ｆ基か、Ｒ基かを表す。
【００４０】
例えばこの基幹は、ａ）（上記）のポリ（アリーレンエチニレン）を有しうる。ここで、Ｒ基は次のとおりである。
【００４１】
ｉ）    Ｒ１＝Ｒ４＝ＨおよびＲ２＝Ｒ３＝ＯＣ１０Ｈ２１、
ｉｉ）  Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｆ、
ｉｉｉ）Ｒ１＝Ｒ４＝ＨおよびＲ２＝Ｒ３＝
【００４２】
【化４】
2007516314.tif 000006
または
【００４３】
ｉｉｉｉ）  Ｒ１＝Ｒ４＝ＨおよびＲ２＝Ｒ３＝
【００４４】
【化５】
2007516314.tif 000007
【００４５】
またはこれらの任意の組み合わせ。すなわち、Ｒ基は以下でありうる。
【００４６】
【化６】
2007516314.tif 000008
【００４７】
硬質の共役高分子の他の実施形態としては、以下のエーテル結合により基幹に結合された基幹およびＲ基を有するものなどを含む。
【００４８】
【化７】
2007516314.tif 000009
ｒ）、
【００４９】
【化８】
2007516314.tif 000010
ｓ）、
【００５０】
【化９】
2007516314.tif 000011
ｔ）、
【００５１】
【化１０】
2007516314.tif 000012
ｕ）、
【００５２】
【化１１】
2007516314.tif 000013
ｖ）、
【００５３】
【化１２】
2007516314.tif 000014
ｗ）、
【００５４】
【化１３】
2007516314.tif 000015
ｘ）、
【００５５】
【化１４】
2007516314.tif 000016
ｙ）、
【００５６】
【化１５】
2007516314.tif 000017
ｚ）、
【００５７】
【化１６】
2007516314.tif 000018
ａａ）、
【００５８】
【化１７】
2007516314.tif 000019
ｂｂ）、
【００５９】
【化１８】
2007516314.tif 000020
ｃｃ）、
【００６０】
【化１９】
2007516314.tif 000021
ｄｄ）、またはさらに図ｅｅ）またはｊｊ）に示す炭素結合、
【００６１】
【化２０】
2007516314.tif 000022
ｅｅ）、
【００６２】
【化２１】
2007516314.tif 000023
ｆｆ）、
【００６３】
【化２２】
2007516314.tif 000024
ｇｇ）、
【００６４】
【化２３】
2007516314.tif 000025
ｈｈ）、
【００６５】
【化２４】
2007516314.tif 000026
ｉｉ）、
【００６６】
【化２５】
2007516314.tif 000027
ｊｊ）、
【００６７】
【化２６】
2007516314.tif 000028
ｋｋ）、または
【００６８】
【化２７】
2007516314.tif 000029
ｌｌ）。
【００６９】
一実施形態では、前記Ｒ基は種々の溶媒でＣＮＴの溶解度を調整するよう設計されており、例えば、直鎖状または分岐鎖状グリコール側鎖を伴うＰＰＥ高分子を使うと、ＤＭＦまたはＮＭＰ中での高いＳＷＮＴｓ溶解度が提供され、さらにＤＭＦまたはＮＭＰに対し可溶性でありながらハロゲン化溶媒（クロロホルムなど）に対しては可溶性でないホスト高分子（ポリアクリロニトリルなど）にｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓを均一に混合できようになる。さらに他の実施形態では、上記説明したように炭素‐炭素結合または酸素‐炭素結合により前記基幹に結合されたＲ基は、付加的な反応性種、すなわち官能基を、前記Ｒ基の末端に有しうる。本明細書における用語「末端」は、このようなＲ基の基幹から離れた、遠位の、当該Ｒ基の側鎖の外端を意味する。このような官能基には、例えば、アセタール、酸ハロゲン化物、アシルアジド、アルデヒド、アルカン、無水物、環状アルカン、アレーン、アルケン、アルキン、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリール、アミン、アミド、アミノ酸、アルコール、アジド、アジリジン、アゾ化合物、カリックスアレーン、炭水化物、炭酸塩、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボジイミド、シクロデキストリン、クラウンエーテル、クリプタンド、ジアミノピリジン、ジアゾニウム化合物、エステル、エーテル、エポキシド、フラーレン、グリオキサール、イミド、イミン、イミドエステル、ケトン、ニトリル、イソチオシアネート、イソシアネート、イソニトリル、ラクトン、マレイミド、メタロセン、ＮＨＳエステル、ニトロアルカン、ニトロ化合物、ヌクレオチド、オリゴ糖、オキシラン、ペプチド、フェノール、フタロシアニン、ポルフィリン、ホスフィン、ホスホン酸塩、ポリイミン（例えば、２，２’−ビピリジン、１，１０−フェナントロリン、テルピリジン、ピリダジン、ピリミジン、プリン、ピラジン、１，８−ナフチリジン、かご型シルセスキオキサン（ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ  ｏｌｉｇｏｍｅｒｉｃ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ（略称ＰＯＳＳ）、ピラゾレート、イミダゾレート、トランド（ｔｏｒａｎｄ）、ヘキサピリジン、４，４’−ビピリミジンなど）、ピリジン、第４級アンモニウム塩、第４級ホスホニウム塩、キノン、シッフ塩基、セレン化物、セプルクレートｓｅｐｕｌｃｈｒａｔｅ）、シラン、硫化物、スルホン、塩化スルホニル、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホニウム塩、スルホキシド、硫黄化合物、セレン化合物、チオール、チオエーテル、チオール酸、チオエステル、チミン、またはこれらの組み合わせを含む。
【００７０】
官能性・可溶性ナノチューブの基幹から遠位にあるＲ基の末端官能基は、官能性・可溶性ナノ材料と、本発明の複合材料（コンポジット）のホストマトリックスとの相互作用を強化する。このような末端官能基は、官能性・可溶性ＣＮＴｓと前記ホストマトリックスとの界面結合を改善するよう設計されている。例えば、前記基幹から遠位にある直鎖状または分岐鎖状の側鎖の末端で反応性官能基（エポキシド、アミン、またはピリジンなど）を伴うＰＰＥ高分子を使うと、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓとエポキシマトリックスとの共有結合が得られ、その結果、例えばｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／エポキシナノコンポジットの機械特性が増加する。さらに、直鎖状または分岐鎖状の側鎖の末端またはその付近でチオール基を伴うＰＰＥ高分子を使うと、例えば金または銀のナノ粒子（ホストマトリックス）とｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓとの強化された相互作用が与えられる。別の例では、直鎖状側鎖の末端でチミンを有するＰＰＥ高分子によりＳＷＮＴｓが官能基化される。次に繊維（ファイバー）は、広範囲にわたる平行な三重（３点）水素結合を形成することにより、上記のようなＰＰＥ高分子、および直鎖状側鎖の末端でジアミノピリジンを有するＰＰＥ高分子で官能基化したＳＷＮＴに組織化できる。
【００７１】
本明細書における用語「ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ」は官能性・可溶性の単層ナノチューブを意味し、本明細書に別段の断わりがない限り、上述の他のナノ材料が置換可能であることを意味している。
【００７２】
官能基化用の硬質の共役高分子としては、例えば、ポリ（フェニレンエチニレン）（ＰＰＥ）、ポリ（アリーレンエチニレン）、またはポリ（３−デシルチオフェン）などを含む。このような官能基化により、炭素ナノ材料の溶媒への溶解性が得られ、長時間の超音波処理が不要になる。この非ラッピング官能基化は、本明細書で説明するとおり、ナノ材料に適している。高分子は共有結合でなく非共有結合によりナノ材料表面に付着するため、内在するナノチューブの電子構造とその主要な属性は影響を受けない。
【００７３】
複雑なナノコンポジット：ナノコンポジットは、それ自体で、複雑なナノコンポジットを形成するための第２充填剤用のホストマトリックスとして使用されうる。第２充填剤の例としては、連続繊維（炭素繊維（カーボンファイバー）、カーボンナノチューブ繊維、カーボンナノチューブナノコンポジット繊維、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）繊維、ＺＹＬＯＮ（登録商標）繊維、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維、ナイロン繊維、またはこれらの組み合わせなど）、不連続繊維（炭素繊維（カーボンファイバー）、カーボンナノチューブ繊維、カーボンナノチューブナノコンポジット繊維、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）繊維、ＺＹＬＯＮ（登録商標）繊維、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維、ナイロン繊維、またはこれらの組み合わせなど）、ナノ粒子（金属粒子、高分子粒子、セラミック粒子、ナノクレイ、ダイヤモンド粒子、またはこれらの組み合わせなど）、およびマイクロ粒子（金属粒子、高分子粒子、セラミック粒子、クレイ、ダイヤモンド粒子、またはこれらの組み合わせなど）などを含む。
【００７４】
既存材料の多くは、炭素繊維（カーボンファイバー）などの連続繊維をマトリックスにおいて使用している。これらの繊維は、カーボンナノチューブよりはるかに大きい。連続繊維で強化したナノコンポジットのマトリックスにｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓを加えると、その結果として耐衝撃性の改善、熱応力の低下、微小割れの低下、熱膨張係数の低下、または横方向または厚さ方向の熱伝導率の増加といった、特性が改善された複雑なナノコンポジット材料が得られる。複雑なナノコンポジット構造で結果的に得られる優位性には、耐久性の改善、寸法安定性の改善、低温燃料タンクまたは圧力容器における漏れの排除、厚さ方向または面内熱伝導率の改善、接地または電磁妨害（ＥＭＩ）遮蔽の増加、フライホイールエネルギー貯蔵の増加、または無線周波数特性（ステルス）のカスタマイズなどを含む。熱伝導率の改善により、赤外線（ＩＲ）特性も低減できる。ｆ−ｓ−ＳＷＮＴを加えることにより改善された特性を示す他の既存材料としては、電気導電率または熱伝導率を得るための金属粒子ナノコンポジット、ナノクレイナノコンポジット、またはダイヤモンド粒子ナノコンポジットなどを含む。
【００７５】
ナノコンポジットの製造方法：ナノ材料をホストマトリックスに組み込む方法は、次の方法を含むがこれに限定はされない。（ｉ）官能性・可溶性ナノ材料の存在下における、溶媒系でのホスト高分子モノマーのチャンバー内重合、（ｉｉ）溶媒系における、官能性・可溶性ナノ材料およびホストマトリックス双方の混合、または（ｉｉｉ）官能性・可溶性ナノ材料とホスト高分子融解物との混合。
【００７６】
本発明の特定の実施形態に従い、ナノコンポジットを形成する方法は、官能性・可溶性ナノ材料を溶解するための溶媒と、ホストマトリックスとの使用を含む。溶媒は有機または水溶性であってよく、例えば、ＣＨＣｌ３、クロロベンゼン、水、酢酸、アセトン、アセトニトリル、アニリン、ベンゼン、ベンゾニトリル、ベンジルアルコール、ブロモベンゼン、ブロモホルム、１−ブタノール、２−ブタノール、二硫化炭素、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、シクロヘキサノール、デカリン、ジブロモエタン、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールエーテル、ジエチルエーテル、ジグリム、ジメトキシメタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、エタノール、エチルアミン、エチルベンゼン、エチレングリコールエーテル、エチレングリコール、酸化エチレン、ホルムアルデヒド、ギ酸、グリセロール、ヘプタン、ヘキサン、ヨードベンゼン、メシチレン、メタノール、メトキシベンゼン、メチルアミン、臭化メチレン、塩化メチレン、メチルピリジン、モルホリン、ナフタレン、ニトロベンゼン、ニトロメタン、オクタン、ペンタン、ペンチルアルコール、フェノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ピリジン、ピロール、ピロリジン、キノリン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、テトラリン、テトラメチルエチレンジアミン、チオフェン、トルエン、１，２，４−トリクロロベンゼン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、トリエチルアミン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、１，３，５−トリメチルベンゼン、ｍ−キシレン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、またはＮ−メチル−２−ピロリドンなどがある。
【００７７】
溶媒の他の例には、イオン液体または超臨界溶媒などが含まれる。イオン液体の例としては、例えば、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウムブロミド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロミド、１−エチル−３−メチル−イミダゾリウムクロリド、１−ブチル−３−メチル−イミダゾリウムクロリド、１−へキシル−３−メチル−イミダゾリウムクロリド、１−メチル−３−オクチル−イミダゾリウムクロリド、１−ブチル−４−メチル−ピリジニウムクロリド、１−エチル−３−メチル−テトラフルオロホウ酸イミダゾリウム、１−ブチル−３−メチル−テトラフルオロホウ酸イミダゾリウム、１−へキシル−３−メチル−テトラフルオロホウ酸イミダゾリウム、３−メチル−１−オクチル−テトラフルオロホウ酸イミダゾリウム、１−ブチル−４−メチル−テトラフルオロホウ酸ピリジニウム、１−エチル−３−メチル−ヘキサフルオロリン酸イミダゾリウム、１−ブチル−３−メチル−ヘキサフルオロリン酸イミダゾリウム、１−へキシル−３−メチル−ヘキサフルオロリン酸イミダゾリウム、１−ブチル−４−メチル−ヘキサフルオロリン酸ピリジニウム、１，３−ジメチルメチル硫酸イミダゾリウム、１−ブチル−３−メチル−メチル硫酸イミダゾリウム、ジメチルイミダゾリウムトリフラート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフラート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフラート、１−ブチル−３−エチルイミダゾリウムトリフラート、またはトリヘキシルテトラデシルホスホニウムクロリドなどがある。超臨界溶媒の例には、超臨界二酸化炭素、超臨界水、超臨界アンモニア、または超臨界エチレンなどを含む。
【００７８】
官能性・可溶性ナノ材料は、ゼロより大きく１００％未満の、以下のパーセント値に等しい、またはその範囲の重量比または体積比の量のナノコンポジットを有しうる。０．０１％、０．０２％、０．０４％、０．０５％、０．０７５％、０．１％、０．５％、１．０％、１．５％、２．０％、２．５％、３．０％、３．５％、４．０％、４．５％、５．０％、５．５％、６．０％、７．０％、８．０％、９．０％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、および７５％、０．１％以上および５０％以下または５０％に等しい重量比または体積比の量のナノコンポジット、または１％〜１０％以上またはそれに等しい重量比または体積比の量のナノコンポジット。
【００７９】
ｆ−ｓ−ＳＷＮＴ／ホストマトリックスナノコンポジットに対するｆ−ｓ−ＳＷＮＴ質量分率ローディング値は、自然な状態のＳＷＮＴ材料のみに基づき、添加剤材料を除く（「ｆ−ｓ」材料）。
【００８０】
パーコレーションしきい値：本発明のナノコンポジットでは、官能性・可溶性ナノ材料が欠如したナノコンポジットと比較し、優れた電気導電性、熱伝導率、または機械特性が得られる。このようなナノコンポジット特性の指標の１つは、ナノコンポジットのパーコレーションしきい値である。パーコレーションしきい値は、マトリックスとの相互連系を提供するホストマトリックス内に存在する官能性・可溶性ナノ材料の重量比または体積比の最小値である。パーコレーションしきい値が低い場合は、ホストマトリックス内でナノ材料の分散が良好であることを意味する。パーコレーションしきい値は、ホストマトリックスのタイプと、ナノ材料のタイプと、官能基化または可溶化のタイプと、ナノコンポジットの製造条件とにより一意に決定される。パーコレーションしきい値は特定の特性によっても一意に決定される。例えば、電気特性の強化機序は熱特性の強化機序と異なるため、特定のナノコンポジットに関する電気特性のパーコレーションしきい値は、そのナノコンポジットの熱特性パーコレーションしきい値とは異なりうる。
【００８１】
本発明の複合材料（コンポジット）は、以下のうちいずれかのパーセント範囲内の電気導電率パーコレーションしきい値、または熱伝導率パーコレーションしきい値を示す。０．０１％、０．０２％、０．０４％、０．０５％、０．０７５％、０．１％、０．５％、１．０％、１．５％、２．０％、２．５％、３．０％、３．５％、４．０％、４．５％、５．０％、６％、７％、８％、９％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、および３３％の重量比または体積比。他の実施形態では、電気導電率のパーコレーションしきい値または熱伝導率のパーコレーションしきい値は、重量比または体積比で０．０１％、０．０２％、０．０４％、０．０５％、０．１％、０．５％、１．０％、１．５％、２．０％、３．０％、４．０％、５．０％、１０％以上、および２０．０％以下である。さらに異なる他の実施形態では、電気導電率のパーコレーションしきい値または熱伝導率のパーコレーションしきい値は、重量比または体積比で０．０１％、０．０２％、０．０４％、０．０５％、０．１％、０．５％、１．０％、１．５％、２．０％、３．０％、４．０％以上、および５．０％以下または５％と同等である。
【００８２】
パーコレーションしきい値は、ナノコンポジットについて関心のある特性を、例えば以下の例で挙げたマトリックスへの官能性・可溶性ナノ材料のローディング質量分率と関係付けて測定することにより決定される。例えば、ナノコンポジットＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンは、ＳＷＮＴローディング０．０４５重量％での電気導電率パーコレーションしきい値を有し、ナノコンポジットＰＰＥ−ＳＷＮＴ／ポリカーボネートは、ＳＷＮＴローディング０．１１重量％での導電率パーコレーションしきい値を有する。
【００８３】
電気的用途のナノコンポジット：本発明のナノコンポジット実施形態は、ホストマトリックスと、官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料とを有するナノコンポジットの場合より低い電気導電率パーコレーションしきい値を有する。許容範囲内のローディングの電気導電率を提供することにより、本発明の実施形態は、静電散逸、静電塗装、電磁妨害（ＥＭＩ）遮蔽、印刷可能回路への書き込み、透明導電性コーティングなどの応用を実現する。
【００８４】
本発明のナノコンポジットを有する製造品としては、例えば、ワイヤ、印刷可能回路ワイヤ、コーティング、透明コーティング、レジスト材料用コーティング、レジスト材料、膜、繊維（ファイバー）、粉末、インク、インクジェット対応ナノコンポジット溶液、塗料、電気スプレイ用塗料、ＥＭＩ遮蔽、導電性シーラント（シーリング剤）、導電性コーキング剤、導電性接着剤、光電子装置など、および静電散逸、静電塗装、または電磁妨害（ＥＭＩ）遮蔽などの導電性用途の用の他の物品などが含まれる。
【００８５】
熱的用途のナノコンポジット：本発明のナノコンポジット実施形態は、ホストマトリックスと、官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料とを有するナノコンポジットの場合より低い熱伝導率パーコレーションしきい値を有する。熱伝導率が強化されることにより、多くの用途がもたらされる。ナノコンポジット材料は弾性および適合性が高まるよう設計できるため、材料の高い熱伝導率を活用して非常に優れた熱伝導率が得られる。このため、本明細書のナノコンポジットは、加熱、冷却、または梱包などにおける熱伝導に関して有用である。
【００８６】
本発明のナノコンポジットを有する製造品には、電子機器、光通信機器、マイクロ電気機械（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ、略称ＭＥＭＳ）梱包、ヒートスプレッダー、ヒートシンク、パッケージ、モジュール、ヒートパイプ、ハウジング、エンクロージャ、熱交換器、輻射暖房器、熱インターフェース材料、ヒートスプレッダー、膜、繊維（ファイバー）、粉末、コーティング、自動車用途（ボンネット内部品、ラジエーター、センサハウジング、電子モジュール、または燃料電池など）、産業用途（電気コイル部品、ポンプ部品、電気モーター部品、変圧器、配管（パイピング）、チュービング、または加熱など）、換気、または空気調節（ＨＶＡＣ）機器などが含まれる。
【００８７】
例えば、集積回路（ＩＣ）（またはＩＣパッケージ）とそれに付随するヒートシンクとの間の熱インターフェースとしての、本発明のナノコンポジットを使った熱伝導応用例を図５Ａおよび図５Ｂに示しており、この例には、ヒートシンク１０と、ＴＩＭ２  ２０（集積ヒートスプレッダー上方の熱インターフェース材料）と、集積ヒートスプレッダー３０（ＨＩＳ）と、ＴＩＭ１  ４０（ダイ上方の熱インターフェース材料）と、ダイ５０と、アンダーフィル６０と、基板７０とが含まれている。図５Ａは、ラップトップ用途で典型的に使用される熱対策構造の例を示したものである。図５Ａの構造例は、ヒートシンク１０と、ＴＩＭ１（ダイ上方の熱インターフェース材料）４０と、ダイ５０と、アンダーフィル６０と、基板７０とを有する。図５Ｂは、デスクトップおよびサーバー用途で典型的に使用される熱対策構造の別の例を示したものである。図５Ｂの構造例は、ヒートシンク１０と、ＴＩＭ２（集積ヒートスプレッダー上方の熱インターフェース材料）２０と、集積ヒートスプレッダー（ＨＩＳ）３０と、ＴＩＭ１（ダイ上方の熱インターフェース材料）４０と、ダイ５０と、アンダーフィル６０と、基板７０とを有する。例えば、本発明のナノコンポジットは、図５Ａおよび図５Ｂの構造におけるＴＩＭ１  ４０またはＴＩＭ２  ２０に使用しうる。
【００８８】
本発明のナノコンポジットによりもたらされる熱伝導率特性は、部品から離れる方向へ（例えばヒートシンク１０へ）効果的に熱を伝導することにより、ナノコンポジットを図５Ａおよび図５Ｂの構造例などの電気部品の冷却に適したものにする。特定の実施形態では、ナノコンポジットインターフェース（ＴＩＭ１  ４０および／またはＴＩＭ２  ２０など）は、望ましい方法で構造に適合するよう形成された固体材料（固体シート）として実施しうる。他の実施形態では、このナノコンポジットインターフェースは、粘性のある（「ネバネバした」）物質として実施しうる。
【００８９】
機械的用途のナノコンポジット：本発明のナノコンポジット実施形態は、ホストマトリックスと、官能性・可溶性ナノ材料以外のナノ材料とを有するナノコンポジットの場合と比べ、改善された機械特性、例えば、引張応力、引張歪み、剛性、強度、破砕強靱性、耐クリープ性、耐クリープ破壊性、および疲労抵抗のいずれかを有する。本発明の実施形態は、許容範囲内のローディングで改善された機械特性を提供することにより、種々の機械的応用を可能にする。
【００９０】
本発明のナノコンポジットを有する製造品には、接着剤、強化連続繊維、航空機構造、航空機ガスタービンエンジン部品、宇宙機構造、計器構造、ミサイル、打上げ機構造、再使用可能な打上げ機低温燃料タンク取り付け付属品、圧縮天然ガスおよび水素燃料タンク、船舶およびボート構造、圧力容器取り付け付属品、スポーツ用品、産業用機器、自動車および大量輸送車両、海底石油探査および石油生産機器、風力タービンブレード、医療機器（Ｘ線テーブルなど）、矯正機器、補綴機器、膜、繊維（ファイバー）、粉末、または家具などが含まれる。
【００９１】
２つ以上の特性、または２つ以上の改善された特性について低いパーコレーションしきい値を有するナノコンポジット：本発明のナノコンポジットは異なる特性について異なるパーコレーションしきい値を有しうるが、ナノコンポジットは２つ以上の特性について低いパーコレーションしきい値を有しうるため、複数の有利な特性を提供しうる。例えば、ナノコンポジットは、低いｆ−ｓ−ＳＷＮＴローディングで高い導電率を有することができ、さらにそのローディングで強化された機械特性または熱特性をも有しうる。ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓのこの多機能性により、本明細書のナノコンポジットは、１つまたは２つ以上の電気的用途、機械的用途、熱的用途、化学的用途、検出用途、および作動用途に役立ちうる。
【００９２】
接着剤は電子機器の組み立てに広く使用されており、多くの用途において電気絶縁体でなければならない。ただし、多くの用途では、導電率が望ましいか、または少なくとも許容範囲内である。改善された熱伝導率を伴う接着剤への強いニーズもある。例えば、ダイヤモンド粒子強化接着剤は、現在生産用途に使用されている。本明細書のナノコンポジットは有利な熱伝導率に基づくと、重要な応用につながる可能性がある。高い熱伝導率が望ましく電気絶縁も必要な場合は、多層構造により電気絶縁および高熱伝導率の双方をもたらせるよう、ナノコンポジットと併せて非常に薄い電気絶縁インターフェースを使用することができる。
【００９３】
本発明のナノコンポジットを有する他の製造品としては、航空機構造、航空機ガスタービンエンジン部品、宇宙機構造、計器構造、ミサイル、打上げ機構造、再使用可能な打上げ機低温燃料タンク、船舶およびボート構造、スポーツ用品、産業用機器、自動車または大量輸送車両、海底石油探査または石油生産機器、風力タービンブレード、医療機器（Ｘ線テーブルなど）、矯正機器、または補綴機器などが含まれる。
【００９４】
ナノコンポジット材料生成のため、本実施例で使われるカーボンナノチューブの非共有結合性の官能基化の工程は、Ｃｈｅｎ，  Ｊ．らが説明しており（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１２４、９０３４  （２００２））、この工程では優れたナノチューブ分散が得られる。高圧一酸化炭素工程（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｎｏｘｉｄｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ、略称ＨｉＰｃｏ）により生成されるＳＷＮＴｓはＣａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．（テキサス州ヒューストン、米国）から購入され、Ｃｈｅｎら（同書）が説明しているように、また２００２年９月２４日に出願した米国特許番号第１０／２５５，１２２号および２００２年１２月１３日に出願された米国特許出願第１０／３１８，７３０号を有する２００４年２月１９日に公開された米国特許出願第ＵＳ２００４／００３４１７７号で説明されているように、激しい振盪および／または短時間の浴槽・超音波処理とともにポリ（フェニレンエチニレン）（ＰＰＥ）でクロロホルム中において可溶化された。本実施例では、ＰＰＥは、Ｈａｉｙｉｎｇ  Ｌｉｕ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、ミシガン州、ホートン（Ｈｏｕｇｈｔｏｎ）４９９３１、米国）により提供された。
【００９５】
以下の例は本発明の種々の態様をさらに例示するため示したもので、本発明の範囲を限定するよう意図されたものではない。  
【実施例１】
【００９６】
高分子および官能性・可溶性ナノ材料のナノコンポジットの電気導電率
本実施例の非共有結合で官能基化された可溶性ＳＷＮＴｓ／高分子ナノコンポジットは、非常に低いパーコレーションしきい値（ＳＷＮＴローディング０．０５〜０．１重量％）で高分子自体の電気導電率改善を示した。
【００９７】
ＰＰＥを官能基化したＳＷＮＴ溶液を、クロロホルム中でホスト高分子（ポリカーボネートまたはポリスチレン）溶液と混合して、均一なナノチューブ／高分子ナノコンポジット溶液を得た。この溶液から、ドロップキャスト法または低速スピンコーティングにより、厚さ１００ｎｍの熱酸化物層を伴うシリコンウエハー上に、均一なナノコンポジット膜を生成した。次に、この試料を８０℃〜９０℃に試料を加熱して残りの溶媒を除去した。
【００９８】
ポリスチレン中およびポリカーボネート中に０．０１重量％〜１０重量％の種々の量の可溶性および官能性ＳＷＮＴローディングを施して、ナノチューブ高分子ナノコンポジット膜を生成した。膜の厚さは、ＬＥＯ  １５３０  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（走査型電子顕微鏡）または側面計を使って測定した。ナノコンポジット膜の典型的な厚さは２〜１０μｍ範囲であった。ｆ−ｓ−ＳＷＮＴ／ホスト高分子ナノコンポジットのＳＷＮＴ質量分率ローディング値は自然な状態のＳＷＮＴ材料のみに基づき、添加剤材料を除く。図１Ａおよび図１Ｂは、溶液流延法により生成したＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジット膜（５重量％のＳＷＮＴ）の表面（１Ａ）および断面（１Ｂ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示したものである。これらの画像は、ホスト高分子マトリックスにおける、ＰＰＥを官能基化したＳＷＮＴｓの優れた分散を示している。ｆ−ｓ−ＳＷＮＴは、表面に沿ってだけでなく（図１Ａ）、断面にわたっても（図１Ｂ）ランダムに分布しており、等方性の３次元ナノチューブネットワークがホスト高分子マトリックス内に形成され、それによりナノコンポジットが等方性導電率を呈する可能性を実現していることを示している。これらの膜は、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓのそれぞれおよび束が高分子マトリックス内で均一に混合していることを示している。
【００９９】
電気導電率の測定は、接触抵抗の効果を軽減するため、標準的な４点プローブ法を使って実行した。試料の電流‐電圧特性測定には、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  ＤＭ  ２８１２電源およびＫｅｉｔｈｌｙ  ２００２デジタルマルチメーターを使用した。
【０１００】
ＰＰＥを官能基化したナノチューブを使って生成した複合材料（コンポジット）は、非常に低いパーコレーションしきい値と、多数桁の導電率上昇とを呈した。図２Ａは、本発明の実施形態に従って形成されたＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジットについて測定した体積導電率を、ＳＷＮＴローディングの関数として示したものであり、この複合材料の導電率は、０．０２重量％〜０．０５重量％のＳＷＮＴローディングで急激に増加し、パーコレーションネットワークの形成を示している。パーコレーションネットワーク形成の開始時、導電率は指数法則関係に従っている。
【０１０１】
【数１】
2007516314.tif 000030
【０１０２】
ここで、σｃは複合材料（コンポジット）の導電率、νはＳＷＮＴ体積分率、νｃはパーコレーションしきい値、およびβは臨界指数である。高分子およびＳＷＮＴの密度は類似しており、そのため高分子中のＳＷＮＴの質量分率ｍおよび体積分率νは等しいと仮定される。図２Ｂに示すように、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンの導電率は、上記式（１）のパーコレーションの振る舞いと非常に合っている。ｍｃ＝０．０４５％およびβ＝１．５４の直線は相関係数０．９９４でデータへの優れた適合性を示し、０．０４５重量％のＳＷＮＴローディングで極度に低いパーコレーションしきい値を示している。この非常に低いパーコレーションしきい値は、高アスペクト比の可溶性ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓの分散性が優れていることを意味している。比較のため、純粋なポリスチレンの導電率は約１０−１４Ｓ／ｍであり（Ｃ．  Ａ．  Ｈａｒｐｅｒ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ，  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ，  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、第４版（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、２００２））、自然な状態の（官能基化されていない）ＨｉＰｃｏ−ＳＷＮＴバッキーペーパーの導電率は約５．１×１０４  Ｓ／ｍである。バッキーペーパーは、ホスト高分子が不在のため、本明細書におけるナノコンポジットではない。
【０１０３】
非常に低いパーコレーションしきい値に加え、７重量％のＳＷＮＴローディングでのナノコンポジットの導電率は６．８９Ｓ／ｍに達し、これは純粋なポリスチレンの場合（１０−１４Ｓ／ｍ）より１４桁も高い。７重量％のＳＷＮＴローディングでの導電率６．８９Ｓ／ｍは、ｉｎ  ｓｉｔｕ重合により生成された（Ｈ．  Ｊ．  Ｂａｒｒａｚａら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  ２、７９７  （２００２））官能基化されていないＳＷＮＴ（８．５ｗｔ％）／ポリスチレンナノコンポジットの場合（１．３４×１０−５Ｓ／ｍ）より５桁高い。ｉｎ  ｓｉｔｕ重合技術とは対照的に、官能基化されたカーボンナノチューブを使って高度に分散したナノコンポジットを得るこの方法は、種々のホストマトリックスに適用でき、長時間の超音波処理が不要である。
【０１０４】
図３Ａおよび図３Ｂでは、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリカーボネートナノコンポジットの導電率（測定された体積導電率）を、図２Ａおよび図２Ｂと同じ手順で生成されたナノコンポジットに対するＳＷＮＴローディングの関数として示している。ＰＰＥ−ＳＷＮＴ／ポリカーボネートの導電率は、一般に同じＳＷＮＴローディングにおけるＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンの場合より高い。例えば、導電率は７重量％のＳＷＮＴローディングで４．８１×１０２Ｓ／ｍに達し、これは純粋なポリカーボネート（約１０−１３Ｓ／ｍ、Ｃ．  Ａ．  Ｈａｒｐｅｒ、同書）の場合より１５桁高い。ポリカーボネートナノコンポジットの場合、図３Ｂに示すように、０．１１重量％のＳＷＮＴローディングで非常に低いパーコレーションしきい値が測定された（ｍｃ＝０．１１％、β＝２．７９）。
【０１０５】
図２Ａおよび図３Ａは、静電散逸、静電塗装、およびＥＭＩ遮蔽など電気的用途の導電率レベルも示している（Ｍｉｌｌｅｒ、Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｗｏｒｌｄ、５４、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ、７３  （１９９６））。図３Ａに示すように、静電散逸および静電塗装などの用途にはポリカーボネート中０．３ｗｔ％のＳＷＮＴローディングで十分であり、ＥＭＩ遮蔽用途には３ｗｔ％のＳＷＮＴローディングで十分である。前記導電率レベルの達成には非常に低いｆ−ｓ−ＳＷＮＴローディングしか必要とされないため、ナノコンポジットにおいてホスト高分子の他の好適な物理特性および処理可能性への悪影響は最小限に抑えられる。
【０１０６】
これまでの技術（Ｍ．  Ｊ．  Ｂｉｅｒｃｕｋら、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ８０、２７６７  （２００２）；  Ｐａｒｋ，  Ｃ．ら、Ｃｈｅｍ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．、３６４，  ３０３  （２００２）；  Ｂａｒｒａｚａ，  Ｈ．Ｊ．ら、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｅｒｓ、２、７９７  （２００２））と対照的に、本工程は種々の異なる高分子マトリックス組織化に適用でき、ナノチューブの分散は非常に均一である。高い導電率レベルは、カーボンナノチューブの電気特性がナノコンポジットによって左右されないことを示している。さらに、長時間の超音波処理を行わずに済むため、カーボンナノチューブの長さが温存される。  
【実施例２】
【０１０７】
高分子および官能性・可溶性ナノ材料のナノコンポジットの熱伝導率
本実施例の非共有結合性の官能基化された可溶性ＳＷＮＴｓ／高分子ナノコンポジットは、当該高分子自体と比べ改善された熱伝導率を示している。
【０１０８】
０．５重量％〜１０重量％の種々の量のＳＷＮＴローディングを伴うナノコンポジットについて、熱伝導率を測定した。ナノコンポジットの膜は、ＰＴＦＥ基板に溶液流延法を施すことにより作成し、自立構造の膜を基板から剥した。典型的な膜厚は約５０〜１００ミクロンであった。面外熱伝導率は、市販のＨｉｔａｃｈｉ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ（日立熱伝導率測定システム）（日立製作所、〒１０１−８０１０東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地）を使って測定した。結果として、１０重量％のＳＷＮＴローディングでのｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／ポリカーボネートナノコンポジット膜は、純粋なポリカーボネート膜の場合と比べ、室温で面外熱伝導率の〜３５％の増加を示した。  
【実施例３】
【０１０９】
高分子および官能性・可溶性ナノ材料のナノコンポジットの機械特性
本実施例では、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴおよび高分子からなるナノコンポジットの機械特性が、この高分子自体の場合と比べて改善された。
【０１１０】
用語ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）（Ｍｉｓｓｉｓｓｉｐｐｉ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．、米国ミシシッピ州ベイセントルイス（Ｂａｙ  Ｓａｉｎｔ  Ｌｏｕｉｓ））は、有機溶媒に可溶性を示し融解処理可能な（ｍｅｌｔ  ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ）熱可塑性剛体棒状高分子の分類を指す。ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）は置換ポリ（１，４−フェニレン）に基づいたもので、各フェニレン環が置換された有機基Ｒを有する。ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）の基本構造をＩ．に示す。
【０１１１】
【化２８】
2007516314.tif 000031
【０１１２】
ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）−１０００のモノマーはＩＩ．に示しており、ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）−１２００のモノマーはＩＩＩ．に示す。
【０１１３】
ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）−１２００のクロロホルム溶液を、ＰＰＥ−ＳＷＮＴのクロロホルム溶液と混合した。この溶液をガラスなどの基板上に流延し、乾燥させて膜を形成させた。この膜を溶媒に適切な温度でさらに減圧乾燥した。クロロホルムの場合は、周囲温度が適している。
【０１１４】
Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  （Ｍｏｄｅｌ  ５５６７、Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ、１００  Ｒｏｙａｌｌ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｃａｎｔｏｎ、マサチューセッツ州、０２０２１、米国）を使って、このナノコンポジットの機械特性を測定した。その結果、２重量％のＳＷＮＴｓによるナノコンポジット強化で、ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）材料自体と比べ、〜２９％の引張強度増加が得られ（１５４〜１９９ＭＰａ）、及び〜５１％のヤング率増加が得られた（３．９から５．９ＧＰａ）。
【０１１５】
さらに、ＰＴＦＥ基板上での溶液流延により、純粋なポリカーボネート膜およびｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ（２重量％のＳＷＮＴｓ）／ポリカーボネート膜を作成した。機械的測定は、上記の説明に従い行った。図６Ａは、純粋なポリカーボネート膜について引張応力および引張歪みの関係における機械特性を示したものであり、図６Ｂは、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ（２重量％のＳＷＮＴｓ）／ポリカーボネート膜について引張応力および引張歪みの関係における機械特性を示したものである。例えば２重量ｔ％のＳＷＮＴｓ充填では、ポリカーボネートの引張強度が７９％増加し、破壊歪み（引張歪み）は約１０倍増加した。
【０１１６】
膜を流延する方法のほか、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）ナノコンポジットは、圧縮成形、押し出し成形、または紡糸など他の方法でも製造できる。１つの方法では、ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）−１２００のクロロホルム溶液をＰＰＥ−ＳＷＮＴのクロロホルム溶液と混合して、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）ナノコンポジットの均一な溶液を形成した。激しく撹拌しながらＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）ナノコンポジット溶液にエタノールを加えて、ナノコンポジットを沈殿させた。ろ過し乾燥させた後、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）ナノコンポジットの均一な粉末が得られた。結果として生じたナノコンポジット粉末を、２００〜４００℃（好ましくは３１５℃）で〜３０分間圧縮成形し、種々の成形固体を製造した。
【０１１７】
図４は、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／ポリカーボネートナノコンポジットの破面を示したものである。破砕後もナノチューブがマトリックス内に残っており、ホスト高分子との間に強い相互作用があることを示している。多くの場合、生のナノチューブはマトリックスとの相互作用が弱く、破砕により吐出され、その後材料に空隙が生じてしまう。  
【実施例４】
【０１１８】
２つのホスト高分子および官能性・可溶性ナノ材料からなるナノコンポジットの改善された特性
本実施例では、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓおよび２つのホスト高分子からなるナノコンポジットの機械特性および電気特性が、ポリ高分子１つの場合と比べ、改善された。
【０１１９】
ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／エポキシと、ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓ／エポキシおよびポリカーボネートとを、ホスト高分子としてそれぞれ有するナノコンポジットを、電気特性および機械特性について比較した。これらのナノコンポジットは、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓとから組織化し、ポリカーボネート混合の有無で差別化した。処理工程は、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓおよびエポキシ樹脂の分散、硬化剤、および最終組成５重量％のポリカーボネート（ポリカーボネートを含む組成で）の順に行い、この混合物がよく分散してナノコンポジットを形成するまで撹拌または振盪した。膜の場合は、この混合物で溶液流延法またはスピンコーティングを行い、蒸発により溶媒を除去して、優れたナノチューブ分散を伴うナノコンポジット膜を生成した。
【０１２０】
その結果得られた溶媒流延法での約５０μｍ厚の膜について、機械特性および電気特性を表１に示す。
【０１２１】
【表１】
2007516314.tif 000032
【０１２２】
ｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓをエポキシに加えたことの効果は表１のデータから明らかである。この表において、エポキシ膜だけの電気導電率は１０−１４Ｓ／ｍで、官能性・可溶性ナノチューブを加えたエポキシの電気導電率は５．３×１０−２Ｓ／ｍであり、約１２桁の増加が示されている。エポキシおよびｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓを有する膜では、エポキシだけの場合と比べ機械特性に中程度の改善が見られ（ヤング率は、ナノコンポジットの場合０．７５ＧＰａ、エポキシ膜の場合０．４２ＧＰａ。引張強度は、ナノコンポジットの場合２２．２ＭＰａ、エポキシ膜の場合１６．０ＭＰａ）、これは可能性として膜内の空隙によるものと考えられる。
【０１２３】
ポリカーボネートをｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓおよびエポキシに加えたことの効果は、表１のデータから明らかである。この表では、機械特性が約２倍に改善されたことがわかる（ヤング率は、２高分子複合材料（コンポジット）の場合１．２３ＧＰａ、１高分子複合材料の場合０．７５ＧＰａ。引張強度は、２高分子複合材料の場合４６．３ＭＰａ、１高分子複合材料の場合２２．２ＭＰａ）。２高分子ナノコンポジットを有する膜では、１高分子ナノコンポジットの場合と比べ、電気導電率に約２０倍の改善が得られる（２高分子ナノコンポジットの場合１．１７Ｓ／ｍで、１高分子ナノコンポジットの場合０．０５３Ｓ／ｍ）。
【０１２４】
本発明の他の実施形態は、本明細書または本明細書に開示された実施形態の実施例を考慮することにより、当業者に明確に理解される。ただし、以上の明細書は単に本発明の例示と見なし、本発明の真の範囲および要旨は以下の請求項により示すものである。
【０１２５】
本明細書において、用語「ａ」および「ａｎ」は、別段の断りがない限り、「１つの」、「少なくとも１つの」、または「１つまたはそれ以上の」を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
本発明をより深く理解するため、添付の図面と併せて以下の説明が参照される。
【図１】図１Ａは、５重量％のＳＷＮＴを使って本発明の実施形態により作成された、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジット膜の表面を示した走査型電子顕微鏡画像である。図１Ｂは、５重量％のＳＷＮＴを使って本発明の実施形態により作成された、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジット膜の断面を示した走査型電子顕微鏡画像である。
【図２】図２Ａは、本発明に従って形成された実施形態について、（体積導電率の測定値としても知られている）ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）でのＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジットの室温導電率およびＳＷＮＴｓ重量ローディングの関係を示した図である。破線は、ＥＭＩ遮蔽、静電塗装、および静電散逸に必要なおおよその導電率下限を表す。質量分率０％での導電率は約１０−１４Ｓ／ｍである。図２Ｂは、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリスチレンナノコンポジット室温導電率をＳＷＮＴ質量分率低下の関数として示した図である。パーコレーションしきい値ｍｃは０．０４５％である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態により作成された、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリカーボネートナノコンポジットの室温導電率およびＳＷＮＴ重量ローディングの関係を示した図である。破線は、ＥＭＩ遮蔽、静電塗装、および静電散逸に必要なおおよその導電率下限を表す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＰＰＥ−ＳＷＮＴｓ／ポリカーボネートナノコンポジット室温導電率をＳＷＮＴ質量分率低下の関数として示した図である。パーコレーションしきい値ｍｃは０．１１０％である。
【図４】図４は、１重量％のＳＷＮＴでロードしたｆ−ｓ−ＳＷＮＴｓポリカーボネートナノコンポジット膜の切断端における破面の電界放出走査型電子顕微鏡画像を示した図である。
【図５】本発明の特定の実施形態に係るＣＮＴ高分子複合材料（コンポジット）の熱伝導応用例を示した図。図５Ａでは典型的にラップトップ用途に使われる構造を示し、図５Ｂでは典型的にデスクトップおよびサーバーの用途に使われる構造を示している。上向きの大きな矢印は、各構造における一次熱伝道経路を示している。成分指定については例２を参照。
【図６】図６Ａは、溶液流延法により作成された純粋なポリカーボネート膜の引張応力と引張歪みとの関係を示した図である。図６Ｂは、溶液流延法により生成された、２ｗｔ％のＳＷＮＴを有するｆ−ｓ−ＳＷＮＴ／ポリカーボネート膜の引張応力と引張歪みとの関係を示した図である。
【図１】
2007516314.tif 000033
【図２】
2007516314.tif 000034
【図３Ａ】
2007516314.tif 000035
【図３Ｂ】
2007516314.tif 000036
【図４】
2007516314.tif 000037
【図５】
2007516314.tif 000038
【図６】
2007516314.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月17日(2006.4.17)
【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】
ナノコンポジットであって、
高分子マトリックスまたはナノポリマーマトリックスを有するホストマトリックスと、
前記ホストマトリックス内に分散された、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルとから成るものであり、
前記ナノコンポジットは、
（ａ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値、
（ｂ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値、若しくは、
（ｃ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性、
の少なくとも１つを有するものである、ナノコンポジット。
【請求項２】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ナノコンポジットの官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、さらに前記ナノコンポジットは、複合体ナノコンポジットを形成するために第２の充填剤を有するものであって、
前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外の物質である。
【請求項３】
請求項１のナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、第１のマトリックスを有し、前記ナノコンポジットはさらに、第２のマトリックスを有するものであって、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１および第２のマトリックス内に分散されているものであり、
前記ナノコンポジットは、
（ａ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値、
（ｂ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値、若しくは、
（ｃ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性、
の少なくとも１つを有するものである。
【請求項４】
請求項３のナノコンポジットにおいて、
前記第１のマトリックスはエポキシ、ポリスチレン、或いはポリカーボネートを有するものである。
【請求項５】
請求項４のナノコンポジットにおいて、
前記第１のマトリックスはエポキシを有し、前記第２のホストマトリックスはポリカーボネートを有するものである。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかのナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、無機ポリマー、フッ素樹脂、セラミックマトリックス、或いは金属マトリックスの少なくとも１つを有するものである。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかのナノコンポジットにおいて、
前記ホストマトリックスは、シリコーン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリフォスファゼン、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、エチレン・テトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリ（硫化フェニレン）、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリエチレン、塩化ポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはそれらの組合せを有するものである。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかのナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、
（ａ）官能基化されて、可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンなのロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドットまたはそれらの組合せ、或いは、
（ｂ）官能基化されて、可溶性にされた単層窒化ホウ素ナノチューブ、多層窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノ粒子、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素ナノ繊維、窒化ホウ素ナノロープ、窒化ホウ素ナノリボン、窒化ホウ素ナノフィブリル、窒化ホウ素ナノニードル、窒化ホウ素ナノホーン、窒化ホウ素ナノコーン、窒化ホウ素ナノスクロール、窒化ホウ素ナノドットまたはそれらの組合せ、
（ｃ）官能基化されて、可溶性にされたグラファイトナノプレートレット、官能基化されて可溶性にされたフラーレン材料またはそれらの組合せ、
の少なくとも１つを有するものである。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかのナノコンポジットにおいて、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、
（ａ）０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以下のナノコンポジット、
（ｂ）０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以下のナノコンポジット、或いは、
（ｃ）０．１重量或いは容積％以上および１０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジット、
の量を有するものである。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかのナノコンポジットから成る製造品。
【請求項１１】
ナノコンポジットを調合する方法であって、
高分子マトリックス、ナノポリマーマトリックス、或いはモノマーを有するホストマトリックス内に、官能基化され可溶性にされたナノマテリアルを分散させる工程を有し、この分散はナノコンポジットを形成するものであり、
前記ナノコンポジットは、
（ａ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値、
（ｂ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値、若しくは、
（ｃ）前記ホストマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットのものと比べて、強化された機械特性、
の少なくとも１つを有するものである、方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、第１の充填剤であり、
前記分散させる工程はさらに、
複合体ナノコンポジットを形成するために前記ホストマトリックス内に第２の充填剤を分散させる工程を有し、
ここにおいて前記第２の充填剤は、連続する繊維、不連続な繊維、ナノ粒子、マイクロ粒子、マクロ粒子またはそれらの組合せから成り、前記第２の充填剤は、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外の物質である。
【請求項１３】
請求項１１の方法において、
前記ホストマトリックスは、第１のマトリックスを有し、
前記方法はさらに、官能基化され可溶性にされたナノマテリアル及び第１のマトリックスと共に第２のマトリックスを分散させる工程を有し、
前記ナノコンポジットは、
（ａ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い電気伝導率パーコレーション閾値、
（ｂ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットよりも低い熱伝導率パーコレーション閾値、若しくは、
（ｃ）前記第１および第２のマトリックスと、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアル以外のナノマテリアルとを有するナノコンポジットと比べて、強化された機械特性、
の少なくとも１つを有するものである。
【請求項１４】
請求項１２の方法において、
前記第１のマトリックスはエポキシ、ポリスチレン、或いはポリカーボネートを有するものである。
【請求項１５】
請求項の１４の方法において、
前記第１のマトリックスはエポキシを有し、前記第２のマトリックスはポリカーボネートを有するものである。
【請求項１６】
請求項１１〜１３のいずれかの方法において、
前記ホストマトリックスは、
（ａ）熱可塑性ポリマー或いはそれらのモノマー、
（ｂ）熱硬化性ポリマー或いはそれらのモノマー、
（ｃ）無機ポリマー或いはそれらのモノマー、
（ｄ）フッ素樹脂、
（ｅ）セラミックマトリックス、或いは、
（ｆ）金属マトリックス
の少なくとも１つを有するものである。
【請求項１７】
請求項１１〜１３のいずれかの方法において、
前記ホストマトリックスは、シリコーン、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリゲルマン、ポリスタンナン、ポリフォスファゼン、ポリテトラフルオロエチレン、フルオロエチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシアルカン、クロロトリフルオロエチレン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、或いはエチレン・テトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジエン、ポリ（硫化フェニレン）、アラミド、セルロース、レーヨン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、炭素繊維、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリシアノアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（アリーレンエチニレン）、ポリ（フェニレンエチレニン）、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、エチレン・ビニルアルコール、フッ素樹脂、アイオノマー、ポリアクリル酸塩、ポリブタジエン、ポリブチレン、塩化ポリエチレンポリエチレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミド-イミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリスルホン、ポリエチレン・テレフタレート、エポキシ樹脂、ポリウレタン、或いは上述したいずれかのモノマー、またはそれらの組合せを有するものである。
【請求項１８】
請求項１１の方法において、
前記ホストマトリックスは、モノマーを有し、
前記方法はさらに、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で前記モノマーを重合させる工程を有するものである。
【請求項１９】
請求項１８の方法において、
前記ホストマトリックスはさらに、第２のモノマーを有し、
前記方法はさらに、前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルの存在下で前記第２のモノマーを重合させる工程を有するものである。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれかの方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、
（ａ）官能基化されて、可溶性にされた単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノシート、カーボンナノ繊維、カーボンナノロープ、カーボンナノリボン、カーボンナノフィブリル、カーボンナノニードル、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノスクロール、カーボンナノドットまたはそれらの組合せ、或いは、
（ｂ）官能基化されて、可溶性にされた単層窒化ホウ素ナノチューブ、多層窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノ粒子、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素ナノ繊維、窒化ホウ素ナノロープ、窒化ホウ素ナノリボン、窒化ホウ素ナノフィブリル、窒化ホウ素ナノニードル、窒化ホウ素ナノホーン、窒化ホウ素ナノコーン、窒化ホウ素ナノスクロール、窒化ホウ素ナノドットまたはそれらの組合せ、
（ｃ）官能基化されて、可溶性にされたグラファイトナノプレートレット、官能基化されて可溶性にされたフラーレン材料またはそれらの組合せ、
の少なくとも１つを有するものである。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれかの方法において、
前記官能基化され可溶性にされたナノマテリアルは、
（ａ）０．０１重量或いは容積％以上および７５．０重量或いは容積％以下のナノコンポジット、
（ｂ）０．０４重量或いは容積％以上および５０．０重量或いは容積％以下のナノコンポジット、或いは、
（ｃ）０．１重量或いは容積％以上および１０．０重量或いは容積％以上のナノコンポジット、
の量を有するものである。
【国際調査報告】
2007516314.tif 000040
2007516314.tif 000041
2007516314.tif 000042
2007516314.tif 000043
2007516314.tif 000044
2007516314.tif 000045