(57)【要約】ナノ構造強化物品、ならびに関連のシステムおよび方法が、一般に、記載される。いくつかの実施形態において、複数の繊維（例えば、炭素繊維、グラスファイバーなど）は、複数の細長いナノ構造物（例えば、カーボンナノチューブ）と関連づけられて、粘着性構造物を形成し得る。いくつかの実施形態において、上記複数の繊維は、第１のスケール（例えば、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する）を有し得、上記細長いナノ構造物は、第２の比較的小さなスケールを有し得る（例えば、約１００ｎｍ未満の最大断面直径を有する）。
2014506192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品であって、該物品は、
複数の繊維であって、ここで該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、該複数の繊維は、該最小断面寸法の平均を有する、複数の繊維；および
該複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成する複数の細長いナノ構造物であって、ここで該細長いナノ構造物のうちの少なくとも一部は、該複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍の長さを有する、複数の細長いナノ構造物、
を含む、物品。
【請求項２】
物品であって、該物品は、
複数の繊維であって、ここで該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する、複数の繊維；および
該複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、該細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の全ての末端は、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にない、複数の細長いナノ構造物、
を含む、物品。
【請求項３】
物品であって、該物品は、
複数の繊維であって、ここで該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する、複数の繊維；および
該複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、該細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の長手方向の軸は、いかなる隣接する繊維とも交差しない、複数の細長いナノ構造物、
を含む、物品。
【請求項４】
物品であって、該物品は、
複数の繊維であって、ここで該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する、複数の繊維；および
該複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、該細長いナノ構造物の長さは、少なくとも２つの繊維に及ぶ、複数の細長いナノ構造物、
を含む、物品。
【請求項５】
物品であって、該物品は、
少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する第１の繊維；
少なくとも約１μｍの最小断面寸法および第２の長手方向軸を有する第２の繊維；ならびに
該第１の繊維と該第２の繊維との間に配置された細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束であって、その結果、該細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物のアセンブリは、該第１の繊維および該第２の繊維と接触した状態にある、細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束、
を含む、物品。
【請求項６】
物品を作製するための方法であって、該方法は、
複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程、
を包含し、ここで：
該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、
該複数の繊維は、該最小断面寸法の平均を有し、そして
該細長いナノ構造物のうちの少なくとも一部は、該複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍の長さを有する、方法。
【請求項７】
物品を作製するための方法であって、該方法は、
複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程
を包含し、ここで：
該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、
該複数の細長いナノ構造物は、該複数の繊維の間に配置され、その結果、該細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の全ての末端が、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にない、方法。
【請求項８】
物品を作製するための方法であって、該方法は、
複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程、
を包含し、ここで：
該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、
該複数の細長いナノ構造物は、該複数の繊維との間に配置され、その結果、該細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の長手方向軸は、いかなる隣接する繊維とも交差しない、方法。
【請求項９】
物品を作製するための方法であって、該方法は、
複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程、
を包含し、ここで：
該複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、
該複数の細長いナノ構造物は、該複数の繊維の間に配置され、その結果、該細長いナノ構造物の長さは、少なくとも２つの繊維に及ぶ、方法。
【請求項１０】
前記繊維は、繊維のトウとして配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１１】
前記繊維は、織られている、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１２】
前記細長いナノ構造物は、細長いナノ構造物の複数のストリップとして配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１３】
前記繊維は、炭素、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ガラス、バサルト、セルロース物質、金属、および／もしくはポリマーを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１４】
前記ナノ構造物は、ナノチューブ、ナノ繊維、および／もしくはナノワイヤを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１５】
前記ナノ構造物は、炭素ベースのナノ構造物を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１６】
前記炭素ベースのナノ構造物は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ繊維、および／もしくはカーボンナノワイヤを含む、請求項１５に記載の物品もしくは方法。
【請求項１７】
前記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％は、少なくとも約１０：１のアスペクト比を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１８】
前記繊維のうちの少なくとも約５０％は、少なくとも約１０：１のアスペクト比を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項１９】
前記細長いナノ構造物のうちの少なくとも一部の長手方向軸は、実質的に整列されている、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２０】
前記繊維のうちの少なくとも一部の長手方向軸は、実質的に整列されている、前記請求項のいずれかに記載の物品もしくは方法。
【請求項２１】
前記整列されている細長いナノ構造物の長手方向軸および前記隣り合って整列されている繊維の長手方向軸によって画定される最小角度は、約４５度〜約９０度の間である、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２２】
結合物質は、前記繊維の間、前記ナノ構造物の間、および／もしくは前記繊維と前記ナノ構造物との間に存在する、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２３】
前記結合物質は、モノマー、ポリマー、セラミック、および金属のうちの少なくとも１種を含む、請求項２２に記載の物品もしくは方法。
【請求項２４】
前記結合物質は、エポキシ、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、およびシランのうちの少なくとも１種を含む、請求項２３に記載の物品もしくは方法。
【請求項２５】
前記細長いナノ構造物の長手方向軸は、実質的にまっすぐである、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２６】
前記細長いナノ構造物の長手方向軸は、曲がっている、および／もしくは湾曲している、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２７】
前記繊維の長手方向軸は、実質的にまっすぐである、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２８】
前記繊維の長手方向軸は、曲がっている、および／もしくは湾曲している、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項２９】
前記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％は、前記長手方向軸の長さの大部分が、前記細長いナノ構造物が接触した状態にある前記繊維に対して接線方向にあるように配置された長手方向軸を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の物品もしくは方法。
【請求項３０】
前記細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束は、前記第１の繊維および前記第２の繊維と直接接触した状態にある、請求項５に記載の物品。
【請求項３１】
前記細長いナノ構造物のうちの少なくとも１つの長手方向軸は、前記第１の繊維の長手方向軸に対して、および／もしくは前記第２の繊維の長手方向軸に対して実質的に平行である、請求項５および３０のいずれか１項に記載の物品。
【請求項３２】
前記第１の繊維の長手方向軸は、前記第２の繊維の長手方向軸に対して実質的に直交している、請求項５および３０〜３１のいずれか１項に記載の物品。
【請求項３３】
前記第１の繊維および前記第２の繊維は、織布もしくは不織布の一部である、請求項５および３０〜３２のいずれか１項に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１０年１２月１日に出願された米国仮特許出願第６１／４１８，７８４号（発明の名称「Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）に対して米国特許法§１１９（ｅ）の下、優先権を主張する。この出願は、その全体がすべての目的のために本明細書において参照として援用される。
【０００２】
（技術分野）
ナノ構造強化構造物、ならびに関連のシステムおよび方法が、一般に記載される。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
細長いナノ構造物は、材料の構造特性を増強するために使用され得る。例えば、カーボンナノチューブは、複合材において使用され得、上記複合材は、２種以上の成分を含む異種構造物であり、上記組み合わせは、各成分の個々の特性、および関連する場合には、相乗効果を利用する。より大きなスケールの繊維（例えば、炭素繊維）がまた、類似の目的で使用されてきた。例えば、複合材はまた、結合物質内でより大きなスケールの繊維（例えば、炭素繊維）を配置することによって作製され得る。しかし、カーボンナノチューブおよび／もしくはより大きなスケールの繊維を含む多くの構造物は、不完全な機械的、熱的、および／もしくは電気的特性を有する。よって、改善された材料および方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（要旨）
ナノ構造強化構造物の形成に関連する物品および方法が提供される。本発明の主題は、いくつかの場合には、相互関係のある生成物、特定の問題に対する代替の解決手段、ならびに／または１種以上のシステムおよび／もしくは物品の複数の異なる用途を含む。
【０００５】
一局面において、物品が提供される。特定の実施形態において、上記物品は、複数の繊維であって、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記複数の繊維は、上記最小断面寸法の平均を有する複数の繊維；および上記複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成する複数の細長いナノ構造物であって、ここで上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも一部は、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍の長さを有する複数の細長いナノ構造物を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、上記物品は、複数の繊維であって、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する複数の繊維；および上記複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の全ての末端は、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にない、複数の細長いナノ構造物を含む。
【０００７】
上記物品は、特定の実施形態において、複数の繊維であって、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する複数の繊維；および上記複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の長手方向軸は、いかなる隣接する繊維とも交差しない複数の細長いナノ構造物を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、上記物品は、複数の繊維であって、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する複数の繊維；および上記複数の繊維と関連づけて配置されて、粘着性構造物を形成し、その結果、上記細長いナノ構造物の長さは、少なくとも２つの繊維に及ぶ複数の細長いナノ構造物を含む。
【０００９】
特定の実施形態において、上記物品は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する第１の繊維；少なくとも約１μｍの最小断面寸法および第２の長手方向軸を有する第２の繊維；ならびに上記第１の繊維と上記第２の繊維との間に位置づけられた細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束であって、その結果、上記細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物のアセンブリは、上記第１の繊維および上記第２の繊維と接触した状態にある、細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束を含む。
【００１０】
一局面において、物品を作製するための方法が記載される。上記方法は、特定の実施形態において、複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程を包含し、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記複数の繊維は、上記最小断面寸法の平均を有し、そして上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも一部は、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍の長さを有する。
【００１１】
いくつかの実施形態において、上記方法は、複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程を包含し、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記複数の細長いナノ構造物は、上記複数の繊維の間に配置され、その結果、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の全ての末端が、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にない。
【００１２】
上記方法は、いくつかの実施形態において、複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程を包含し、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記複数の細長いナノ構造物は、上記複数の繊維の間に配置され、その結果、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％の長手方向軸は、いかなる隣接する繊維とも交差しない。
【００１３】
特定の実施形態において、上記方法は、複数の繊維および複数の細長いナノ構造物を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程を包含し、ここで上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記複数の細長いナノ構造物は、上記複数の繊維の間に配置され、その結果、上記細長いナノ構造物の長さは、少なくとも２つの繊維に及ぶ。
【００１４】
いくつかの実施形態において、上記方法は、第１の繊維、第２の繊維、ならびに細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束を互いと関連づけて、粘着性構造物を形成する工程を包含し、ここで上記第１の繊維および上記第２の繊維の各々は、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有し、上記細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束は、上記第１の繊維と第２の繊維との間に位置づけられ、その結果、上記細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物のアセンブリは、上記第１の繊維および上記第２の繊維と接触した状態にある。
【００１５】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図面と関連して考慮した場合に、本発明の種々の非限定的実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。本明細書および参考として援用される文書が、矛盾するおよび／もしくは一致しない開示を含む場合には、本明細書が優先するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の非限定的実施形態は、添付の図面を参照しながら、例示によって記載される。添付の図面は模式図であり、一定の縮尺で描かれているとは解釈されない。図面において、図示される各々の同一もしくはほぼ同一の構成要素は、代表的には、単一の数字によって表される。明瞭にする目的で、あらゆる構成要素が全て数字で表示されているわけではなく、図示が当業者に本発明を理解させるために必要とされない場合には、本発明の各実施形態の構成要素は全て示されるわけではない。
【図１】図１は、実施形態の１セットに従う、繊維および細長いナノ構造物の配置を含む物品の一部の例示的模式図である。
【図２Ａ】図２Ａ〜２Ｂは、綿毛状繊維（ｆｕｚｚｙ  ｆｉｂｅｒ）複合材物品の模式的斜視図および模式的断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａ〜２Ｂは、綿毛状繊維（ｆｕｚｚｙ  ｆｉｂｅｒ）複合材物品の模式的斜視図および模式的断面図である。
【図３Ａ】図３Ａ〜３Ｃは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の例示的模式図である。
【図３Ｂ】図３Ａ〜３Ｃは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の例示的模式図である。
【図３Ｃ】図３Ａ〜３Ｃは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の例示的模式図である。
【図４Ａ】図４Ａ〜４Ｂは、特定の実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図４Ｂ】図４Ａ〜４Ｂは、特定の実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ａ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｂ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｃ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｄ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｅ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｆ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｇ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｈ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｊ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｋ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｌ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図５Ｍ】図５Ａ〜５Ｍは、いくつかの実施形態に従う、細長いナノ構造物および繊維の配置の模式図である。
【図６Ａ】図６Ａ〜６Ｄは、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図であり、および（Ｂ）〜（Ｄ）ポリマー結合剤を染みこませた、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）および複数の炭素繊維を含む、割れた複合材の例示的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図６Ｂ】図６Ａ〜６Ｄは、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図であり、および（Ｂ）〜（Ｄ）ポリマー結合剤を染みこませた、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）および複数の炭素繊維を含む、割れた複合材の例示的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図６Ｃ】図６Ａ〜６Ｄは、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図であり、および（Ｂ）〜（Ｄ）ポリマー結合剤を染みこませた、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）および複数の炭素繊維を含む、割れた複合材の例示的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図６Ｄ】図６Ａ〜６Ｄは、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図であり、および（Ｂ）〜（Ｄ）ポリマー結合剤を染みこませた、複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）および複数の炭素繊維を含む、割れた複合材の例示的な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図７Ａ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図７Ｂ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図７Ｃ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図７Ｄ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図７Ｅ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図７Ｆ】図７Ａ〜７Ｆは、いくつかの実施形態に従う、（Ａ）カーボンナノチューブおよび炭素繊維のアセンブリの例示的模式図、（Ｂ）炭素繊維アセンブリの写真、（Ｃ）電子試験配置および対応する結果の模式図、（Ｄ）機械的試験装置の写真、（Ｅ）曲げ弾性率および曲げ強さの例示的プロット、ならびに（Ｆ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図８Ａ】図８Ａ〜８Ｂは、実施形態の１セットに従う、（Ａ）樹脂適用装置の模式図、および（Ｂ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【図８Ｂ】図８Ａ〜８Ｂは、実施形態の１セットに従う、（Ａ）樹脂適用装置の模式図、および（Ｂ）割れた複合材構造物の例示的ＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（詳細な説明）
ナノ構造強化構造物、ならびに関連のシステムおよび方法が、一般に記載される。いくつかの実施形態において、複数の繊維（例えば、炭素繊維、グラスファイバーなど）は、複数の細長いナノ構造物（例えば、カーボンナノチューブ）と関連づけられて、粘着性構造物を形成し得る。いくつかの実施形態において、上記複数の繊維は、第１のスケール（例えば、少なくとも約１μｍの最小断面寸法を有する）を有し得、上記細長いナノ構造物は、第２の比較的小さなスケールを有し得る（例えば、約１００ｎｍ未満の最大断面直径を有する）。上記細長いナノ構造物は、例えば、上記ナノ構造物および繊維を、積み重ねる、織る、巻き付ける、曲げる、もしくは別の方法で配置することによって、種々の形態において上記繊維の間および／もしくは周りに配置され得、その結果、上記ナノ構造物および繊維は、互いと関連づけられて、上記粘着性構造物を形成する。いくつかの実施形態において、上記繊維および細長いナノ構造物は、３次元構造を形成するように配置され得る。例えば、細長いナノ構造物は、平行にした（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）かもしくは織られた繊維の間の空間に組み込まれて、複合材のトウ、薄片、および／もしくは積層物を形成し得る。いくつかの実施形態において、結合物質（例えば、エポキシのようなポリマー物質）は、上記粘着性構造物に添加されて、例えば、複合材料を形成し得る。上記複数のナノ構造物および／もしくは繊維（および／もしくは上記複数のナノ構造物および繊維の一部）は、それらの長手方向軸が、実質的に整列されて、いくつかの場合においては、上記サンプルの端から端まで連続しているように提供され得る。
【００１８】
上記細長いナノ構造物は、上記ナノ構造物の大部分の全ての末端が、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にないように、配置され得る。いくつかの場合において、上記細長いナノ構造物は、上記ナノ構造物の大部分の長手方向軸が、いかなる隣接する繊維とも交差しないように配置され得る。
【００１９】
上記細長いナノ構造物の存在は、上記ナノ構造物の非存在下であるが、他は本質的に同じ条件下で観察される機械的、熱的、および／もしくは電気的特性と比較して、有利な機械的、熱的、および／もしくは電気的特性を付与し得、そして／または上記粘着性構造物の機械的、熱的、および／もしくは電気的特性を増強し得る。例えば、細長いナノ構造物を上記粘着性構造物に組み込むと、上記粘着性構造物の破壊靱性、降伏強度、導電率、および／もしくは熱伝導率が増強され得る。
【００２０】
有利なことには、本明細書に記載される物品内の上記細長いナノ構造物は、例えば、上記構造物内の繊維、プライ（ｐｌｙ）、および／もしくは積層物の厚みに対して測定される場合、相対的に長い可能性があり得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物のうちの１つ以上は、上記物品内の上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍の長さを有し得る。いくつかの実施形態において、細長いナノ構造物は、繊維および／もしくは繊維の群の周りに巻かれ得、そして／または繊維の群を介して伸長し得る。上記細長いナノ構造物は、特定の実施形態において、例えば、細長いナノ構造物が、繊維の表面から伸びている綿毛状繊維において観察され得るように、上記複合材物品内の繊維から放射状に（ｒａｄｉａｌｌｙ）伸長しない。
【００２１】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物および上記繊維は、別個に生成され得、比較的温和な条件下で（例えば、室温および／もしくは室内圧力において）上記物品（例えば、複合材物品）を形成するように組み立てられ得る。従って、いくつかのこのような実施形態において、上記細長いナノ構造物が伸ばされ、繊維が形成され、そして／または結合物質が添加される条件（これは、例えば、高温、反応性化学物質、高圧などへの曝露を含み得る）は、上記ナノ構造物、繊維、および／もしくは結合物質の構造完全性に影響を及ぼさない。本明細書に記載される種々の体系はまた、高度複合材加工処理の多くの形態（例えば、プリプレグ形成（ｐｒｅｐｒｅｇｇｉｎｇ）、テーププレグ形成（ｔａｐｅ−ｐｒｅｇｇｉｎｇ）、トウ拡大（ｔｏｗ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）、注入（ｉｎｆｕｓｉｏｎ）、樹脂注入成形（ＲＴＭ）、ハンドレイアップ、樹脂フィルム注入（ＲＦＩ）など）と一致するプロセスを使用して実現され得る。本明細書に記載される繊維および細長いナノ構造物はまた、それらの間隔を空けることが、具体的に目的に合わせて調整されて、例えば、上記組み立てられた物品（例えば、複合材物品）内の特定の領域を選択的に強化するように、組み立てられ得る。
【００２２】
図１は、繊維１１０および細長いナノ構造物１１２の配置を含む物品１００の一部の例示的模式図である。本明細書に記載される実施形態の全てにおいて、単一の繊維および単一の細長いナノ構造物が、図面に記載されるかもしくは図示される場合は常に、任意の単一の繊維が、繊維の束によって置き換えられ得、そして／または任意の単一の細長いナノ構造物が、細長いナノ構造物の束によって置き換えられ得ることは、理解されるべきである。すなわち、特定の適用に依存して、単一の繊維、および／もしくは繊維の束（繊維のストリップ、繊維のトウ（ｔｏｗｓ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒｓ）、繊維のヤーンなどを含む）は、全て交換され得る；そして／または単一のナノ構造物および／もしくはナノ構造物の束（ナノ構造物のストリップ、ナノ構造物のトウ、ナノ構造物のヤーンなどを含む）は、全て交換され得る。例えば、図１を参照すると、いくつかの実施形態において、繊維１１０のうちのいずれかは、繊維の束（例えば、数十本の繊維、数百本の繊維、数千本の繊維など）で置き換えられ得、上記繊維の束は、トウ、ストリップ、ヤーン、もしくは任意の他の適切な形態において配置され得る。いくつかの実施形態において、細長いナノ構造物１１２のうちのいずれかは、細長いナノ構造物の束（例えば、数十の細長いナノ構造物、数百のナノ構造物、数千のナノ構造物など）で置き換えられ得、上記細長いナノ構造物の束は、トウ、ストリップ、ヤーン、もしくは任意の他の適切な形態において配置され得る。
【００２３】
一般に、物体（例えば、細長いナノ構造物、繊維）の束は、補助的な接着剤ありもしくはなしで（すなわち、上記束の物体中もしくは物体上に本質的には存在しない接着剤なしで）、それらが上記束のうちの少なくとも１つの他の部材と接触した状態にあるように、互いに配置された上記複数の物体を含む。特定の実施形態において、上記物体の束は、それ自体が粘着性構造物を形成し得る。例えば、特定の実施形態において、細長いナノ構造物の束は、これらが粘着性構造物を形成するように、互いと絡み合っている（そして例えば、必要に応じて、互いと実質的に整列される長手方向軸を有する）複数のナノ構造物を含み得る。別の例として、繊維の束は、これらが粘着性構造物を形成するように、互いと絡み合っている複数の繊維を含み得る。物体の束の具体例としては、ストリップ、トウ、ヤーンなどが挙げられるが、これらに限定されない。細長い構造物が上記束を形成する特定の実施形態において、上記束内の細長い構造物は、上記束における少なくとも一方の他の細長い構造物と、上記束内の細長い構造物の長手方向軸の実質的に長さ全体にそって接触した状態にあり得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記束は、上記ナノ構造物が、トウの一方の末端から他方の末端へと伸び、上記ナノ構造物の各々が、上記トウ内の少なくとも１つの他のナノ構造物と接触した状態にあるように配置された細長いナノ構造物のトウを含む。同様に、上記束は、上記繊維が、上記トウの一本の末端から他方の末端へと伸び、上記繊維の各々が、上記トウ内の少なくとも１つの他の繊維と接触した状態にあるように配置された繊維のトウを含み得る。
【００２４】
特定の実施形態において、物体（例えば、細長いナノ構造物、繊維）の束は、ストリップに配置され得る。一般に、ストリップは、比較的薄い厚みおよび比較的長い長さと幅を含む。特定の実施形態において、細長いナノ構造物もしくは繊維のストリップは、厚み、上記厚みに対して直交する第１の寸法、ならびに上記厚みおよび上記第１の寸法に対して直交する第２の寸法を含み得る。ここで上記第１の寸法および第２の寸法は、上記厚みより、少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、もしくは少なくとも約１００倍長い。特定の実施形態において、少なくとも上記第１の寸法および第２の寸法のうちの一方は、上記ストリップの厚みより、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、少なくとも約５００倍、もしくは少なくとも約１０００倍長い。特定の実施形態において、上記ストリップ内の成分（例えば、細長いナノ構造物もしくは繊維）は、上記ストリップの方向に沿って実質的に整列され得る。例えば、特定の実施形態において、細長いナノ構造物もしくは繊維は、上記ストリップの最も長い寸法に沿って実質的に整列され得るか、またはそれらは、上記ストリップの厚みおよび最も長い寸法に対して直交する寸法に沿って実質的に整列され得る。
【００２５】
物体（例えば、細長いナノ構造物、繊維）の束はまた、特定の実施形態においては、トウもしくはヤーンに配置され得る。一般に、トウとは、複数の実質的に連続するフィラメント（例えば、並んで配置された細長いナノ構造物もしくは繊維）が、細長い束を形成するように配置される束に言及する。一般に、ヤーンとは、複数の実質的に不連続なフィラメント（例えば、並んでおよび／もしくは端部と端部とを繋いで配置される、細長いナノ構造物もしくは繊維）が、細長い束を形成するように配置される束に言及する。ヤーン内の不連続フィラメントは、粘着性構造物において一緒に、例えば、上記不連続フィラメントをねじるかもしくは別の方法で絡み合わせることによって、保持され得る。トウおよび／もしくはヤーン内の上記フィラメントの長手方向軸は、これらが上記トウおよび／もしくは上記ヤーンの長さに対して実質的に平行であるように配置され得る。
【００２６】
特定の実施形態において、トウおよび／もしくはヤーンは、一方向において比較的長い長さを有しかつ長さに対して直交する方向において比較的短いように構成され得る。例えば、特定の実施形態において、トウおよび／もしくはヤーンは、上記トウおよび／もしくはヤーンの最大断面寸法の少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、もしくは少なくとも約１０００倍である長さを有し得る。特定の実施形態において、繊維および／もしくは細長いナノ構造物のヤーンおよび／もしくはトウは、織られるか、積み重ねられるか、または別の方法で組み立てられて、織布もしくは不織布のような布を形成し得る。いくつかのこのような実施形態において、繊維（例えば、単一の繊維および／もしくは繊維の束）は、布を形成するために組み立てられ得、細長いナノ構造物（例えば、単一の細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束）は、上記繊維の間に位置づけられて、構造的支持および／もしくは増強された導電率を提供し得る。
【００２７】
特定の実施形態において、上記細長いナノ構造物および上記繊維は、これらが粘着性構造物を形成するように互いと関連づけて配置され得る。一般に、粘着性構造物は、曲げられ得るか、動き得るか、または別の方法で壊れることなく操作され得る構造物である。例えば、繊維および細長いナノ構造物は、上記構造物が曲げられるか、動かされるか、もしくは別の方法で操作されるときに上記繊維および／もしくはナノ構造物が互いから実質的に解離しないように、互いに対して空間的に配置されている場合に、粘着性構造物を形成し得る。いくつかの実施形態において、粘着性構造物の成分（例えば、繊維および／もしくは細長いナノ構造物）は、摩擦力が上記成分を一緒に保持するように、上記成分を織るか、絡み合わせるか、または別の方法で配置することによって、一緒に保持され得る。上記粘着性構造物の成分は、特定の実施形態において、ファンデルワールス力より強い力によって、一緒に保持され得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記粘着性構造物の成分は、共有結合によって、および／もしくは接着力によって（例えば、結合剤を使用して）一緒に保持され得る。図１に図示される細長いナノ構造物は、絡み合いなく完全に整列されているとして示され、上記細長いナノ構造物の長手方向軸は、特定の実施形態において絡み合わされ得る。さらに、図１に図示される繊維が絡み合わされてない一方で、上記繊維の長手方向軸は、特定の実施形態において、絡み合わされ得る。
【００２８】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、上記繊維と直接接触した状態にある一方で、他の実施形態においては、１種以上の物質が、上記細長いナノ構造物と上記繊維との間に位置づけられ得る。例えば、特定の実施形態において、上記細長いナノ構造物および上記繊維は、上記ナノ構造物が、図１に図示されるように接線方向に上記繊維と接触するように、直接接触した状態にあり得る。他の実施形態において、結合物質は、上記細長いナノ構造物と上記繊維との間で位置づけられ得る。例えば、上記繊維は、プリプレグ物質の一部であり得る。ここで上記プリプレグ内の結合物質は、上記細長いナノ構造物と上記繊維との間に位置づけられ得る。特定の実施形態において、粘着性構造物内の比較的多数の上記細長いナノ構造物（例えば、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全て）は、上記ナノ構造物と繊維との間の最短距離が、上記構造物内の上記繊維の最小断面寸法の平均約１０倍未満、約５倍未満、もしくは約２倍未満であるように位置づけられ得る。
【００２９】
本明細書に記載される繊維は、少なくとも約５：１の、少なくとも約１０：１の、少なくとも約５０：１の、少なくとも約１００：１の、少なくとも約１０００：１の、またはそれより大きいアスペクト比を有する細長い構造物を含み得る。上記繊維は、種々の適切な物質から作製され得る。例えば、特定の実施形態において、上記繊維は、炭素、ポリマー、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、セルロース物質、バサルト、および／もしくは金属を含み得る。本明細書に記載される繊維は、比較的大きな断面寸法を有し得る。いくつかの実施形態において、物品内の上記複数の繊維の各々は、少なくとも約１μｍ、少なくとも約５μｍ、もしくは少なくとも約１０μｍの最小断面寸法を有し得る。本明細書で使用される場合、構造物の「最小断面寸法」とは、測定され得る個々の構造物の２つの対向する境界の間の最小距離に言及する。いくつかの実施形態において、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均は、少なくとも約１μｍ、少なくとも約５μｍ、もしくは少なくとも約１０μｍであり得る。複数の構造物の「最小断面寸法の平均」は、数平均に言及する。
【００３０】
本明細書で使用される場合、用語「細長いナノ構造物」とは、約１００ｎｍ未満の直径、および約１０より大きい、約１００より大きい、約１０００より大きい、約１０，０００より大きい、もしくはそれより大きいアスペクト比を生じる長さを有する細長い化学的構造物に言及する。当業者は、細長いナノ構造物が、単一分子であり得る（例えば、いくつかのナノチューブの場合には）か、または互いに対して結合される複数の分子を含み得る（例えば、いくつかのナノ繊維の場合には）ことを認識する。いくつかの場合において、上記細長いナノ構造物は、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２５ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、もしくはいくつかの場合において、約１ｎｍ未満の、最大断面直径を有し得る。細長いナノ構造物の「最大断面直径」とは、本明細書で使用される場合、上記細長いナノ構造物の長さ（例えば、カーボンナノチューブの長さ）に対して直角に測定される場合、上記細長いナノ構造物の対向する外側の境界にある２点の間の最大直径に言及する。複数の構造物の「最大断面直径の平均」とは、数平均に言及する。上記細長いナノ構造物は、円筒形もしくは擬円筒形（ｐｓｅｕｄｏ−ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）の形状を有し得る。いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、ナノチューブ（例えば、カーボンナノチューブ）であり得る。細長いナノ構造物の他の例としては、ナノ繊維およびナノワイヤが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３１】
図１に図示される実施形態のセットにおいて、上記複数の繊維は、上記細長いナノ構造物の断面寸法と比較して、比較的大きな断面寸法を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される繊維は、上記組み立てられた物品内の上記細長いナノ構造物の最大断面直径より少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、もしくは少なくとも約１００倍大きい最小断面寸法を有し得る。
【００３２】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、例えば、上記繊維の最小断面寸法に比較して、比較的長くてもよい。図１に図示される実施形態のセットに戻って参照すると、細長いナノ構造物１１２の長さ１１３は、上記繊維の最小断面寸法（下の繊維について寸法１１４として図示される）より実質的に長くてもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも上記細長いナノ構造物の一部は、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、少なくとも約５００倍、もしくは少なくとも約１０００倍の長さ（および特定の実施形態において、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の約１０１５倍未満の長さ）を有し得る。いくつかの実施形態において、構造物内の上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約２５％、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全てが、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、少なくとも約５００倍、もしくは少なくとも約１０００倍の長さ（および特定の実施形態において、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の約１０１５倍未満の長さ）を有し得る。いくつかの場合において、比較的短い細長いナノ構造物は、本明細書で記載される物品に含まれ得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記物品は、上記複数の繊維の最小断面寸法の平均の約５倍未満、約２倍未満、約１倍未満、もしくは約０．５倍未満である長さを有する細長いナノ構造物を含み得る。具体例として、いくつかの実施形態において、本明細書において記載される物品もしくは構造物は、比較的長い細長いナノ構造物（例えば、どこかに記載される長さの任意の分布を有する）および比較的短い細長いナノ構造物（例えば、どこかに記載される長さの任意の分布を有する）の混合物を含み得る。
【００３３】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、「綿毛状繊維」複合材物品（例えば、図２Ａ（模式的斜視図）および図２Ｂ（模式的断面図）に図示されるもの）において認められ得るように、上記繊維から放射状に外側に向かって伸びないように、上記物品内に配置され得る。それらが上記繊維から放射状に外側に向かって伸びないように上記細長いナノ構造物を配向することによって、比較的長い細長いナノ構造物が使用され得る。さらに、上記細長いナノ構造物は、上記細長いナノ構造物が上記繊維から放射状に外側に向かって伸びる場合に達成され得るものと比較して、広く種々の位置を想定し得る。
【００３４】
いくつかの実施形態において、物品内の上記複数の細長いナノ構造物は、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全ての全ての末端が、いかなる隣接する繊維とも直接接触した状態にないように、配置され得る。例えば、図１に図示される実施形態のセットにおいて、細長いナノ構造物１１２は、２つの末端１１６を含み、細長いナノ構造物１１２の各々の末端１１６の各々は、繊維１１０のうちのいずれとも直接接触した状態にない。対照的に、図２Ｂにおいて、ナノ構造物１１２の末端１１６は、繊維１１０と接触した状態にある。上記細長いナノ構造物が２つより多くの末端（例えば、末端部分のうちの１つが二股である細長いナノ構造物の場合には、３つの末端）を含む特定の実施形態において、２つより多くの末端の各々は、繊維との接触がなくてもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、それらの長手方向軸が上記物品内の隣接する繊維と交差しないように配置され得る。本明細書で使用される場合、「長手方向軸」とは、上記細長いナノ構造物の基部の断面の幾何的中心および上記細長いナノ構造物の先端の断面の幾何的中心を含む想像線に言及し、上記細長いナノ構造物の末端を、その末端における上記細長いナノ構造物の湾曲の接線に対応する方向において、超えて持続する。例えば、図１に図示される実施形態のセットにおいて、細長いナノ構造物１１２は、長手方向軸１２０（破線として図示される）を含む。当業者は、幾何的中心という用語、ならびに細長いナノ構造物の基部および先端の断面の幾何的中心をどのように測定するかを理解する。
【００３６】
いくつかの実施形態において、物品内の上記複数の細長いナノ構造物は、上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全ての長手方向軸が、いかなる隣接する繊維とも交差しないように配置され得る。
【００３７】
いくつかの実施形態において、上記物品もしくは構造物内の上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全ては、上記長手方向軸の長さの大部分（例えば、上記ナノ構造物内の長手方向軸の長さのうちの少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、もしくは少なくとも約９９％）が、上記細長いナノ構造物が最も近接して（例えば、接触して）存在する上記繊維に対して接線方向にあるように配置された長手方向軸を含む。すなわち、この実施形態において、ナノ構造物のこのセットの長手方向軸は、最も近接している繊維と交差しない。例えば、図１に図示される実施形態のセットにおいて、細長いナノ構造物１１２の各々は、その長さ全体に沿って、（ナノ構造物１１２が接触した状態にある）繊維１１０に対して接線方向にある長手方向軸１２０を含む。対照的に、図２Ａ〜２Ｂにおいて、ナノ構造物１１２の各々は、少なくとも１つの繊維１１０と交差する長手方向軸を含み；ナノ構造物１１２の各々は、繊維と接触した状態にある１つの末端を含み（上記細長いナノ構造物の長手方向軸と第１の繊維との間の第１の交差を生じる）、そして多くの場合において、上記ナノ構造物は、別の繊維のバルクに向けられている対向する末端を含む（上記細長いナノ構造物の長手方向軸と第２の繊維との間の第２の交差を生じる）。従って、図２Ａ〜２Ｂにおける細長いナノ構造物１１２のいずれも、繊維１１０に対して接線方向にない。
【００３８】
いくつかの実施形態において、上記繊維のおよび／もしくは細長いナノ構造物の長手方向軸は、実質的に直線であり得る。例えば、図１における細長いナノ構造物１１２の長手方向軸１２０は、実質的に直線である。しかし、いくつかの実施形態において、繊維のおよび／もしくは細長いナノ構造物の長手方向軸が、湾曲していても曲がっていてもよいことは、理解されるべきである。例えば、図５Ｂ〜５Ｄに図示される実施形態（これらは、本明細書の他の箇所において詳細に記載される）のセットにおいて、細長いナノ構造物１１２は、Ｌ字型に曲がっている長手方向軸を含む。
【００３９】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、上記物品もしくは構造物内の隣接する繊維の間の空間より実質的に長い可能性がある。よって、上記細長いナノ構造物の長さは、上記構造物内の複数の繊維に及び得る。細長いナノ構造物の長さは、上記ナノ構造物の長さが、ある繊維の第１の側面に１点で接する第１の平面、および上記第１の側面に対向する上記繊維の第２の側面に１点で接する、上記第１の平面に対して平行な、第２の平面と交差する場合に、ある繊維に及ぶといわれる。いくつかの実施形態において、構造物（例えば、複合材構造物）内の上記細長いナノ構造物のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全ては、上記構造物内の少なくとも約２本の繊維、少なくとも約５本の繊維、少なくとも約１０本の繊維、少なくとも約５０本の繊維、少なくとも約１００本の繊維、少なくとも約１０００本の繊維、少なくとも約１０，０００本の繊維、少なくとも約１００，０００本の繊維もしくは少なくとも約１，０００，０００本の繊維に及び得る。例えば、図１に図示される実施形態のセットにおいて、細長いナノ構造物１１２の各々の長手方向軸１２０は、３本の繊維１１０に及ぶ。
【００４０】
図３Ａ〜３Ｂは、細長いナノ構造物および繊維を組み立てる例示的プロセスを概説する模式図を含む。実施形態のこのセットにおいて、細長いナノ構造物（例えば、カーボンナノチューブ）は、成長基材（ｇｒｏｗｔｈ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）３１０上に伸ばされ、横列をなして配置される。上記ナノ構造物は、例えば、上記成長基材上に成長触媒を堆積し、上記触媒を（例えば、フォトリソグラフィー、スクリーン印刷、もしくは任意の他の適切な方法を使用して）パターン形成（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）することによって、横列をなして配置され得る。その結果、上記ナノ構造物は、上記成長基材の上に横列を形成する。上記ナノ構造物が上記触媒を使用して（例えば、化学蒸着を介して）成長する際に、上記触媒の横列に対応するナノ構造物の横列が、形成され得る。当然のことながら、細長いナノ構造物は、他の適切な方法を使用して、横列をなして成長され得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、実質的に均一に分布した森林状のもの（ｆｏｒｅｓｔ）として成長され得、上記ナノ構造物は、上記ナノ構造物の側面に対して第１の外力を適用することによって横列をなして再度位置づけられ得、このことから、隣接したナノ構造物はより近くに一緒に圧縮され得、横列の形成を生じる。いくつかの実施形態において、第２の外力（上記第１の外力に対して直交する）は、上記ナノ構造物に適用されて、ナノ構造物の束を形成し得る。ナノ構造物（例えば、整列されたナノ構造物）を成長させるためのシステムおよび方法は、例えば、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１９１４（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＷＯ ２００７／１３６７５５として２００７年１１月２９日に公開；米国特許出願第１２／２２７，５１６号（２００８年１１月１９日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＵＳ  ２００９／０３１１１６６として２００９年１２月１７日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０７／１１９１３（２００７年５月１８日に出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００８／０５４５４１として２００８年５月８日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９９９６（２００８年８月２２日に出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００９／０２９２１８として２００９年３月５日に公開）；米国特許出願第１１／８９５，６２１号（２００７年８月２４日に出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＵＳ  ２００８／００７５９５４として２００８年３月２７日に公開）（これらの各々は、全ての目的で��れらの全体において本明細書に参考として援用される）に記載される。
【００４１】
図３Ａ〜３Ｂに戻って参照すると、いったん上記ナノ構造物が横列をなして配置されたら、繊維は、上記ナノ構造物の間に挿入され得る。繊維は、任意の適切なプロセスを使用して（例えば、手動挿入によってもしくは自動化システムを使用することによって）、上記ナノ構造物の間に挿入され得る。図３Ｂにおいて、繊維１１０は、これらの長手方向軸がナノ構造物１１２の間の溝内で伸長するように配置された。他の箇所で言及されるように、繊維１１０は、任意の適切な形態因子（例えば、繊維布、繊維のトウ、一方向性の布（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｌｏｔｈ）など）のものであり得る。いくつかの実施形態において、上記繊維が、上記ナノ構造物の間で組み立てられた後、上記ナノ構造物／繊維体系は、上記成長基材から放出され得る。上記ナノ構造物／繊維体系が放出される前もしくは放出された後、結合物質（例えば、エポキシのようなポリマーを含む）は、任意の適切な手順（例えば、毛細管現象による湿潤（ｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ  ｗｅｔｔｉｎｇ）、樹脂注入成形（ｒｅｓｉｎ  ｉｎｆｕｓｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ）（ＲＴＭ）、ハンドレイアップ、酸化的ＣＶＤ（ｏ−ＣＶＤ）、開始性ＣＶＤ（ｉｎｉｔｉａｔｅｄ−ＣＶＤ）（ｉ−ＣＶＤ）など）を使用して、上記ナノ構造物と上記繊維との間に分散され得る。いくつかの実施形態において、上記繊維およびナノ構造物が組み立てられた後、外力が上記アセンブリに適用されて、上記ナノ構造物および上記繊維を空間的に緻密にし得る。いくつかの場合において、外力は、結合物質が上記アセンブリに添加されて、複合材を形成する前および／もしくは形成した後に、上記アセンブリに適用されて、上記ナノ構造物および上記繊維を空間的に緻密にし得る。
【００４２】
図３Ａ〜３Ｂに図示される実施形態が、上記ナノ構造物が横列になって配置される物品を図示する一方で、他の配置もまた考えられることは、理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態において、上記ナノ構造物は、ナノ構造物の束の横列および縦列になって配置され得、および上記繊維は、ナノ構造物の束の横列および／もしくは縦列の間の空間内に配置され得る。図３Ｃは、実施形態のうちの１つのこのようなセットの例示的上面模式図を含む。図３Ｃにおいて、ナノ構造物１１２は、３×４行列において配置されており、繊維１１０は、これらが上記ナノ構造物の間で形成される空間内にあるように、配置された。
【００４３】
成長基材上で成長されたナノ構造物のアセンブリは、図３Ａ〜３Ｂにおいて図示された一方で、他の実施形態において、上記ナノ構造物が、上記ナノ構造物が形成された後であるが、上記繊維もしくは上記ナノ構造物と組み立てられる前に、上記成長基材から除去され得ることは理解されるべきである。例えば、特定の実施形態において、ナノ構造物（例えば、横列、シート、ヤーン、トウなど）は、基材３１０から除去され得、その後、基材の非存在下で（本明細書に記載される任意の形成因子を想定するために）繊維１１０と組み立てられ得る。上記ナノ構造物を除去するという行為は、成長触媒もしくは成長基材の表面から、受容する基材の表面へと直接上記ナノ構造物を移動する工程を包含し得る。いくつかの実施形態において、上記ナノ構造物を除去するという行為は、上記ナノ構造物、上記成長触媒、および／もしくは上記成長基材の表面への、機械的ツール、機械的振動もしくは超音波振動、化学的試薬、熱、または他の外的エネルギー供給源での力の適用を含み得る。いくつかの場合において、上記ナノ構造物は、例えば、圧縮ガスの適用によって除去され得る。いくつかの場合において、上記ナノ構造物は、除去（例えば、剥離）され得、受容する基材への上記ナノ構造物の結合なく、大量に集められ得、上記ナノ構造物は、成長基材からの除去後、それらの元のもしくは「成長したまま（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）」の配向および構造物において（例えば、整列された「森林状のもの」において）残り得る。ナノ構造物を基材から除去するための、またはナノ構造物を第１の基材から第２の基材へ移動させるためのシステムおよび方法は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１９１４（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、および米国特許出願第１２／６１８，２０３号（２００９年１１月１３日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許公開第２０１０／０１９６６９５号として２０１０年８月５日に公開）（これらの各々は、全ての目的でその全体にいて本明細書に参考として援用される）に記載される。
【００４４】
いくつかの実施形態において、上記ナノ構造物は、成長基材の使用なしで生成され得、上記繊維（例えば、個々にしたナノ構造物、ナノ構造物の束、ナノ構造物のストリップとして、もしくは他の形態において）とともに、基材の非存在下で組み立てられ得る。
【００４５】
図１は、細長いナノ構造物のストリップ（もしくは細長いナノ構造物の束のストリップ）が、繊維のストリップ（もしくは繊維の束のストリップ）に隣接して配置される実施形態のセットを図示する。しかし、他の配置もまた、考えられる。例えば、いくつかの実施形態において、積層内、積層間、トウ内、繊維内、および繊維群内の体系は、本明細書に記載される方法を使用して生成され得る。図４Ａに図示される実施形態のセットにおいて、単一の繊維（もしくは単一の繊維の束）は、細長いナノ構造物の横列（もしくはナノ構造物の束の横列）に隣接して配置される。図４Ｂに図示される実施形態のセットにおいて、上記繊維は、３×３行列において配置され、細長いナノ構造物の横列に隣接して位置づけられる。上記細長いナノ構造物が積層内強化のために使用されるいくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、上記積層内界面表面を横断し得る。いくつかの場合において、上記繊維および／もしくは上記細長いナノ構造物のストリップは、図４Ａ〜４Ｂにおいて寸法１８０の方向において非常に長い長さを伸長し得る（例えば、上記繊維の最小断面寸法の平均の少なくとも約１００倍、少なくとも約１０００倍、少なくとも約１０，０００倍、少なくとも約１０６倍、もしくは少なくとも約１０９倍）。なぜなら、繊維および細長いナノ構造物のストリップは、連続して成長され／生成され得るからである。
【００４６】
図５Ａは、細長いナノ構造物および繊維の別の例示的配置の模式図を含む。図５Ａにおいて、繊維１１０および細長いナノ構造物１１２の横列は、互いに積み重ねられる。上記細長いナノ構造物１１２の長手方向軸は、ベクトル５１０にそって伸長し得る一方で、いくつかの実施形態において、他の実施形態において、ナノ構造物１１２の長手方向軸は、ベクトル５１２に沿って（もしくは任意の他の適切な方向に沿って）伸長し得る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ナノ構造物および繊維のアセンブリは、折りたたまれ得るか、曲げられ得るか、撚られ得るか、または別の方法で機械的に操作され得る。例えば、図５Ｂに図示される実施形態のセットにおいて、図５Ａにおけるアセンブリ５００は、矢印５２０の方向に折りたたまれて、点５２２における直角を含むアセンブリ５００Ｂを形成した。ナノ構造物および／もしくは繊維のアセンブリを曲げたり、折りたたんだり、撚ったり、もしくは別の方法で機械的に操作することは、いくつかの実施形態においては、型を使用することによって行われ得る。例えば、図５Ｂに図示される実施形態のセットにおいて、上記アセンブリ５００は、折りたたまれて、アセンブリ５００Ｂを形成し、これは、型５６０内に形成された直角に適合する。図５Ｂにおいては直角が図示されているが、上記ナノ構造物および／もしくは繊維が、任意の適切な角度を生じるように折りたたまれ得ることは、理解されるはずである。いくつかの実施形態において、ナノ構造物および繊維の上記アセンブリは、例えば、矢印５３０の方向において外力を適用することによって緻密にされ得る。
【００４８】
いくつかの実施形態において、上記アセンブリ内の繊維および／もしくはナノ構造物は、折りたたまれ得るか、曲げられ得るか、撚られ得るか、または別の方法で機械的に操作され得る。例えば、図５Ｃに図示される実施形態のセットにおいて、アセンブリ５５０内のナノ構造物１１２は、これらが繊維１１０の間で直角を形成するように曲げられた。図５Ｄは、図５Ｃにおける領域５３１の拡大図を含み、領域５３２内の繊維１１０の間のナノ構造物１１２Ａによって形成される角度を図示する。いくつかの実施形態において、ナノ構造物および繊維のアセンブリは、例えば、外力を矢印５３０の方向において適用することによって、緻密にされ得る。
【００４９】
特定の実施形態において、細長いナノ構造物の束（例えば、ストリップ、トウ、ヤーン、もしくは他の細長いナノ構造物の束）は、複合材構造物内の小さな空間を実質的に満たすために使用され得る。このようにして、上記細長いナノ構造物は、複合材製造において「ヌードル」として公知の充填構造物と類似して、複合材内の空隙空間をふさぐために使用され得る。細長いナノ構造物の束は、伝統的なヌードル構造物の代わりに、もしくはこれに加えて使用され得る。上記細長いナノ構造物をこのようにして位置づけることは、小さな空間内で上記構造物を強化し得る。例えば、図５Ｂに図示される実施形態のセットにおいて、細長いナノ構造物のストリップは、点５２２において直角に隣接した空間を満たすために使用された。他の実施形態において、細長いナノ構造物の束は、比較的小さな角度（例えば、角度６０度以下、角度４５度以下、角度３０度以下、もしくは角度１５度以下）を画定する丸みを帯びた曲がり角もしくは角を満たすために使用され得る。
【００５０】
細長いナノ構造物および繊維の複数のアセンブリは、いくつかの実施形態において、細長いナノ構造物および繊維のより大きなアセンブリを形成するために繋げられ得る。例えば、図５Ｅに図示される実施形態のセットにおいて、アセンブリ５００Ｃは、複数のアセンブリ５００Ｂを繋げることによって形成される。
【００５１】
図５Ｆは、本明細書に記載される方法を使用して形成され得るアセンブリの別のタイプの模式的断面図を含む。図５Ｆに図示される実施形態のセットにおいて、アセンブリ６００は、細長いナノ構造物を折りたたんで、鋭角（例えば、図５Ｆに図示される実施形態のセットにおいては角度約４５度）を形成することによって形成され得、より大きなアセンブリ５００Ｄは、複数のアセンブリ６００を繋げることによって形成され得る。いくつかの実施形態において、ナノ構造物および繊維の上記アセンブリは、例えば、外力を矢印５３０の方向において適用することによって、緻密にされ得る。
【００５２】
図５Ｇは、さらに別の実施形態のセットの模式図を含む。実施形態のこのセットにおいて、細長いナノ構造物１１２は、繊維１１０の間に配置され、例えば、積み重なりもしくは織物の形態にあり得る。他の箇所で言及されるように、細長いナノ構造物のストリップは、図５Ｇに図示されるが、個々にしたナノ構造物、１本以上のナノ構造物の束、もしくは他のナノ構造物の形態が、図５Ｇに図示されるナノ構造物のストリップに加えて、もしくはその代わりに、使用され得ることは、理解されるはずである。図５Ｇに図示されるもののような構造物は、例えば、薄い積層物において、例えば、小型衛星（例えば、ｃｕｂｅＳａｔ）において、有用であり得る。
【００５３】
特定の実施形態において、繊維および細長いナノ構造物は、上記細長いナノ構造物が領域を強化するように、配置され得る（ここで、上記繊維が別の方法で接触した状態になる）。いくつかの実施形態において、粘着性構造物は、第１の繊維および第２の繊維、ならびに細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束を含み、その結果、上記細長いナノ構造物および／もしくは細長いナノ構造物の束が、上記第１の繊維および第２の繊維と接触した状態にあるように上記繊維の間に位置づけられる。例えば、図３Ｂにおいて、細長いナノ構造物の中央のストリップは、上記中央のストリップのいずれかの側面で繊維と直接接触した状態にある。同様に、図５Ａ〜５Ｇにおいて、上記細長いナノ構造物の束の多くは、これらが２本以上の繊維の間にありかつこれらと接触した状態にあるように位置づけられる。
【００５４】
特定の実施形態において、上記細長いナノ構造物（もしくは細長いナノ構造物の束）は、上記細長いナノ構造物が、２本（もしくはより多くの）繊維の間にありかつ上記２本（もしくはより多くの）繊維と直接接触した状態にあるように位置づけられ得る。このような配置の例は、図３Ｂに図示される。他の実施形態において、上記細長いナノ構造物（もしくは細長いナノ構造物の束）は、上記細長いナノ構造物が２本（もしくはより多くの）繊維の間にありかつ上記２本（もしくはより多くの）繊維と間接的に接触した状態にあるように位置づけられ得る。一般に、２つの物体は、上記２つの物質が直接的に接触していないとしても、固体物質内で残っているままである上記２つの物質の間で少なくとも１つの経路が追跡され得る場合に、間接的に接触した状態にある。例えば、繊維と細長いナノ構造物との間に位置づけられた接着剤によって結合される上記繊維および細長いナノ構造物は、間接的に接触した状態にある。なぜなら、固体物質（すなわち、上記接着剤）中に残っていると同時に上記繊維から上記細長いナノ構造物へと経路が追跡され得るからである。
【００５５】
特定の実施形態において、互いと間接的に接触した状態にある２つの細長い物体は、上記２つの細長い物体の間の最短距離が、上記２つの細長い物体の小さい方の最大断面寸法の約５倍未満、約２倍未満、もしくは約１倍未満であるように位置づけられる。例えば、繊維および細長いナノ構造物は、特定の場合には、上記繊維と上記細長いナノ構造物との間の最短距離が、上記細長いナノ構造物の最大断面寸法の約５倍未満、約２倍未満、もしくは約１倍未満である場合に、間接的に接触した状態にあり得る。
【００５６】
いくつかの実施形態において、細長いナノ構造物（もしくは細長いナノ構造物の束）は、繊維の積み重ねもしくは織物（または繊維の束の積み重ねもしくは織物）において認められ得るように、上記繊維が重なり合う１つ以上の位置において、繊維（もしくは繊維の束）の間に位置づけられ得る。このようにして細長いナノ構造物を位置づけると、繊維（もしくは繊維の束）が、互いと直接接触した状態になる程度を阻害し得、それによって、機械的劣化を制限する（そして特定の場合においては、排除する）。一般に、細長い構造物（例えば、繊維）は、それらの長手方向軸が互いと少なくとも約１５度の角度を形成する場合に重なり合い、少なくとも１つの角度から見られる場合に、それらの長手方向軸が交差するといわれる。特定の実施形態において、２つの重なり合っている細長い構造物の間の最短距離は、上記２つの重なり合っている構造物の小さい方の最大断面寸法の約５倍未満、約２倍未満、もしくは約１倍未満である。２つの細長い構造物が重なり合う領域は、一般に、上記長手方向軸が交差する領域に言及する。
【００５７】
図５Ｊ〜５Ｋは、ナノ構造物束が上記繊維と重なり合いの領域内で接触した状態にあるように、上記ナノ構造物束１１２が繊維１１０の間に位置づけられる実施形態の１セットを図示する。図５Ｊは、上面模式図である一方で、図５Ｋは、側面模式図である。図５Ｊ〜５Ｋにおいて、繊維１１０は、織物において配置される。他の実施形態において、上記繊維は、例えば、図５Ｌ（上面図）および図５Ｍ（図５Ｌの側面図）において示されるように、積み重なった形態に配置され得る。
【００５８】
特定の実施形態において、上記細長いナノ構造物（単数または複数）は、長手方向軸が、互いに対してある角度において配置される２本の繊維（もしくは繊維の束）の間に位置づけられ得る。例えば、特定の場合において、上記繊維の長手方向軸は、図５Ｊ〜５Ｍに図示されるように、互いに対して実質的に直交している可能性がある。いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物（単数または複数）は、長手方向軸が、少なくとも約１５度、少なくとも約３０度、少なくとも約４５度、少なくとも約６０度、もしくは少なくとも約７５度という角度を形成する２本の繊維の間で（例えば、重なり合いの領域内で）位置づけられる。
【００５９】
特定の実施形態において、上記細長いナノ構造物（もしくは細長いナノ構造物の束）は、上記ナノ構造物の長手方向軸が少なくとも１つの隣接する繊維と実質的に整列されるように配置され得る。例えば、図５Ｊにおいて、束１１２Ａ内の上記細長いナノ構造物の長手方向軸は、繊維１１０Ａの長手方向軸に対して実質的に平行である矢印８００の方向において実質的に整列され得る。特定の実施形態において、束１１２Ｂ内の上記細長いナノ構造物の長手方向軸は、繊維１１０Ｂの長手方向軸に対して実質的に平行である矢印８１０の方向において実質的に整列される。
【００６０】
本明細書の他の箇所において言及されるように、外力は、アセンブリの前および／もしくは後に、上記ナノ構造物および／もしくは繊維に適用されて、上記アセンブリ内の上記ナノ構造物および／もしくは繊維の密度を増大させ得る。力を上記ナノ構造物、繊維、および／もしくはナノ構造物および繊維のアセンブリに適用することから、比較的高い体積の繊維画分（Ｖｆ）および／もしくは比較的高い体積のナノ構造物画分（ＶＮＳ）を有する物品を生成し得る。いかなる特定の理論にも拘束されることは臨まないが、ナノ構造物（例えば、カーボンナノチューブ）（例えば、垂直のアレイにおいて観察されるもののような整列されたカーボンナノチューブ）の構成の圧縮は、いくつかの実施形態において、比較的容易であり得る。なぜなら、上記ナノ構造物の長手方向軸に対して直交する方向における係数（ｔｈｅ  ｍｏｄｕｌｕｓ）は、比較的低く（例えば、約１ＭＰａ）あり得るのに対して、軸方向における（長手方向軸に沿った）剛性は、数百ＭＰａであり得るからである。外力の、複数のナノ構造物への適用は、例えば、米国特許出願第１２／６１８，２０３号（２００９年１１月１３日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許出願公開第２０１０／０１９６６９５号として２０１０年８月５日に公開）（これは、全ての目的でその全体において本明細書に参考として援用される）に記載される。
【００６１】
上記細長いナノ構造物および／もしくは繊維は、いくつかの実施形態において、比較的高い体積の上記物品もしくは構造物の画分が、上記繊維および／もしくは細長いナノ構造物によってふさがれるように、配置され得る（すなわち、隣接する繊維と細長いナノ構造物との間に開放された空間がほとんどない可能性がある）。いくつかの実施形態において、繊維および／もしくは細長いナノ構造物によってふさがれる上記物品もしくは構造物の体積のパーセンテージは、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％、もしくは少なくとも約６０％であり得る。
【００６２】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、実質的に整列されたナノ構造物を生成するために使用され得るか、またはいくつかの実施形態においては、実質的に整列されたナノ構造物の使用を包含し得る。上記実質的に整列されたナノ構造物は、物質上でもしくは物質内に配置される場合に、上記物質の特性を増強するために十分な長さおよび／もしくは直径を有し得る。いくつかの実施形態において、実質的に整列されたナノ構造物のセットは、成長基材の表面に形成され得、上記ナノ構造物は、上記ナノ構造物の長手方向軸が上記成長基材の表面に関して実質的に非平面であるように、配向され得る。いくつかの場合において、上記ナノ構造物の長手方向軸は、上記成長基材の表面に関して実質的に垂直な方向において配向され、ナノ構造物アレイもしくは「森林状のもの」を形成する。上記ナノ構造物の「森林状のもの」におけるナノ構造物のアラインメントは、いくつかの実施形態において、その後の加工処理（例えば、他の表面へ、繊維の間および／もしくは繊維に沿っての移動、ならびに／または上記森林状のものと、二次的物質（例えば、ポリマー）と合わせること）のときすら、実質的に維持され得る。整列されたナノ構造物および整列されたナノ構造物を含む物品を生成するためのシステムおよび方法は、例えば、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１９１４（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」；および米国特許第７，５３７，８２５号（２００９年５月２６日発行、発明の名称「Ｎａｎｏ−Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ：  Ｕｌｔｒａ−Ｔｏｕｇｈ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」）（これらは、それらの全体において本明細書に参考として援用される）に記載される。いくつかの実施形態において、実質的に整列されたナノ構造物および／もしくは繊維を組み込むことは有利であり得る。なぜなら、整列されたナノ構造物および／もしくは繊維は、結合物質が、上記ナノ構造物および／もしくは繊維との間で（例えば、毛細管による湿潤を介して）散らばり得る程度を増強し得るからである。さらに、いくつかの実施形態において、実質的に整列されたナノ構造物および／もしくは繊維は、他の箇所で記載されるように、整列されていないものと比較して、比較的圧縮しやすい可能性がある。
【００６３】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物の長手方向軸のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全ては、上記整列された細長いナノ構造物の長手方向軸と上記隣接する整列された繊維の長手方向軸とによって定義される最小角度が、約４５度〜約９０度の間、約６０度〜約９０度の間、約７５度〜約９０度の間、約８５度〜約９０度の間、もしくは約８８度〜約９０度の間であるように、上記繊維の長手方向軸のうちの少なくとも約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％、少なくとも約９９％、もしくは実質的に全てに対して位置づけられる。例えば、図１に図示される実施形態のセットにおいて、上記ナノ構造物および繊維は、上記ナノ構造物の長手方向軸のうちの実質的に全てと、上記繊維のうちの実質的に全てとの間で形成される最小角度が、約９０度であるように配置される。図５Ｈに図示される実施形態のセットにおいて、上記ナノ構造物および繊維は、上記ナノ構造物の長手方向軸のうちの実質的に全てと、上記繊維の長手方向軸のうちの実質的に全てとの間で形成される最小角度が約４５度であるように配置される。
【００６４】
本明細書の他の箇所で言及されるように、複合材物品は、上記繊維の間、上記ナノ構造物の間、および／もしくはいくつかの実施形態においては、上記繊維と上記ナノ構造物との間に結合物質を含めることによって、形成され得る。上記結合物質（もしくは結合物質に対する前駆物質）は、任意の適切な方法を使用して、上記ナノ構造物および／もしくは繊維の間に形成され得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記結合物質（もしくは上記結合物質に対する前駆物質）は、毛細管による湿潤、樹脂注入形成（ｒｅｓｉｎ  ｉｎｆｕｓｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ）（ＲＴＭ）、ハンドレイアップ、酸化的化学蒸着（ｏ−ＣＶＤ）、開始性化学蒸着（ｉ−ＣＶＤ）などを介して堆積され得る。
【００６５】
種々のタイプの結合物質が、本明細書に記載される実施形態に従って使用され得る。いくつかの場合において、上記結合物質（例えば、ポリマー結合物質）は、上記ナノ構造物および／もしくは繊維を均一に「湿潤にする」ために選択され得、そして／または１つ以上の積層物を結合するために選択され得る。いくつかの場合において、上記結合物質は、特定の粘度（例えば、５０，０００ｃＰ以下、１０，０００ｃＰ以下、５，０００ｃＰ以下、１，０００ｃＰ以下、５００ｃＰ以下、２５０ｃＰ以下、もしくは１００ｃＰ以下）を有するように選択され得る。いくつかの実施形態において、上記結合物質は、１５０〜２５０ｃＰの間の粘度を有するように選択され得る。
【００６６】
いくつかの場合において、上記結合物質は、モノマー、ポリマー、セラミック、金属、および／もしくはシランを含み得る。上記結合物質は、いくつかの実施形態において、上記ナノ構造物および／もしくは繊維を支持するためにさらに加工処理され得る。
【００６７】
いくつかの場合において、上記ポリマー物質は、熱硬化性物質もしくは熱可塑性物質を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、上記結合物質は、熱硬化性物質（例えば、エポキシ、ゴム強化エポキシ（ｒｕｂｂｅｒ  ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ  ｅｐｏｘｙ）、ＢＭＩ、ＰＭＫ−１５、ポリエステル、ビニルエステルなど）および／もしくは熱可塑性物質（例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアリーレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ならびにこれらのアナログおよび混合物）を含み得る。いくつかの実施形態において、上記結合物質は、ポリウレタンおよび／もしくはポリビニルアルコールを含み得る。
【００６８】
熱硬化性物質の具体例としては、以下が挙げられる：Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ  ＳＵ−８（ＵＶ硬化エポキシ、２０００．１〜２１００のグレード、および３ｃＰ〜１０，０００ｃＰの範囲の粘度）、Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｅｐｏｔｈｉｎ（低粘度、約１５０ｃＰ、室温硬化エポキシ）、Ｗｅｓｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ２０６  ＋  １０９  Ｈａｒｄｅｎｅｒ（低粘度、約２００ｃＰ、室温硬化エポキシ）、Ｌｏｃｔｉｔｅ  Ｈｙｓｏｌ  １Ｃ  （２０分で硬化する導電性エポキシ、粘度２００，０００〜５００，０００ｃＰ）、Ｈｅｘｃｅｌ  ＲＴＭ６（樹脂注入成形エポキシ（ｒｅｓｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｅｐｏｘｙ）、プロセスの間の粘度、約１０ｃＰ）、Ｈｅｘｃｅｌ  ＨｅｘＦｌｏｗ  ＶＲＭ  ３４（構造的ＶＡＲＴＭもしくは真空補助樹脂注入成形エポキシ、プロセスの間の粘度、約５００ｃＰ）。熱可塑性物質の例としては、以下が挙げられる：ポリスチレン、もしくはＭｉｃｒｏｃｈｅｍ  ＰＭＭＡ（ＵＶ硬化熱可塑性物質、１０ｃＰ〜約１，０００ｃＰの範囲のグレード）。一実施形態において、上記ポリマー物質は、ＰＭＭＡ、ＥｐｏＴｈｉｎ、ＷｅｓｔＳｙｓｔｅｍｓ  ＥＰＯＮ、ＲＴＭ６、ＶＲＭ３４、９７７−３、ＳＵ８、もしくはＨｙｓｏｌ１Ｃであり得る。
【００６９】
細長いナノ構造物のアセンブリ（例えば、整列されたナノ構造物）への結合物質の添加は、例えば、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１９１４（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＷＯ ２００７／１３６７５５として２００７年１１月２９日に公開）；米国特許出願第１２／２２７，５１６号（２００８年１１月１９日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＵＳ  ２００９／０３１１１６６として２００９年１２月１７日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０７／１１９１３（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００８／０５４５４１として２００８年５月８日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９９９６（２００８年８月２２日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００９／０２９２１８として２００９年３月５日に公開）；米国特許出願第１１／８９５，６２１（２００７年８月２４日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＵＳ  ２００８／００７５９５４として２００８年３月２７日に公開）；および米国特許出願第１２／６１８，２０３号（２００９年１１月１３日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許出願公開番号２０１０／０１９６６９５として２０１０年８月５日に公開）（これらの各々は、全ての目的でその全体において本明細書に参考として援用される）に記載されている。細長いナノ構造物のアセンブリへ結合物質を添加するための化学蒸着の使用は、例えば、米国特許出願第１２／６３０，２８９号（２００９年１２月３日出願、発明の名称「Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許出願公開番号２０１０／０２５５３０３として２０１０年１０月７日に公開）（これは、全ての目的でその全体において本明細書に参考として援用される）に記載される。
【００７０】
種々のタイプの繊維は、本明細書に記載される物品、システム、および方法と関連して使用されうる。いくつかの実施形態において、上記繊維は、炭素（例えば、炭素繊維の場合）、ポリマー（例えば、押し出しポリマーフィラメント）、Ａｌ２Ｏ３、二酸化ケイ素（例えば、グラスファイバー（例えば、ＳｉＯ２を含むもの））、セルロース物質（例えば、綿、レーヨンなど）、バサルト（例えば、バサルト繊維）および／もしくは金属を含み得る。上記繊維は、任意の適切な様式において配置されうる。例えば、いくつかの場合において、複数の繊維が、１つ以上のトウに配置されうる。いくつかの実施形態において、上記繊維および／もしくは繊維の束は、布を形成するために、織られ得るか、編まれうるか、または別の方法で組み立てられ得る。
【００７１】
いくつかの実施形態において、上記細長いナノ構造物は、細長い炭素ベースのナノ構造物を含み得る。本明細書で使用される場合、用語「細長い炭素ベースのナノ構造物」とは、芳香族環の縮合したネットワークを有しかつ重量で少なくとも炭素を約３０％含む細長いナノ構造物に言及する。いくつかの実施形態において、上記細長い炭素ベースのナノ構造物は、重量で少なくとも約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％、もしくは少なくとも約９５％の炭素、またはこれより多くを含み得る。用語「縮合したネットワーク」とは、例えば、ビフェニル基（ここで２個のフェニル環が単結合によって結合され、縮合していない）を含まなくてもよい。細長い炭素ベースのナノ構造物の例としては、カーボンナノチューブ（例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブなど）、カーボンナノワイヤ、カーボンナノ繊維などが挙げられる。
【００７２】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載される細長い炭素ベースのナノ構造物は、カーボンナノチューブを含み得る。本明細書で使用される場合、用語「カーボンナノチューブ」は、当該分野でその通常の意味を与えられ、主に炭素原子を含む主に六員環（例えば、六員の芳香族環）の縮合したネットワークを含む、実質的に円筒形の分子もしくはナノ構造物に言及する。いくつかの場合において、カーボンナノチューブは、継ぎ目のない円筒形構造物へと形成されるグラファイトのシートに似ているかもしれない。上記カーボンナノチューブがまた、六員環以外の環もしくは格子構造物を含み得ることは、理解されるべきである。上記カーボンナノチューブの末端は、キャップされてもよいし（すなわち、曲がったもしくは非平面の芳香族構造物で）、またはキャップされなくてもよい。いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブは、ナノメートルの桁での最大断面直径およびマイクロメートルの桁での長さを有し得るか、またはマイクロメートルの１０分の１の桁で、１００、１０００、１０，０００、１００，０００、１０６、１０７、１０８、１０９より大きい、もしくはこれより大きいアスペクト比を生じる。カーボンナノチューブの例としては、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）（例えば、同心のカーボンナノチューブ）、その無機誘導体などが挙げられる。いくつかの実施形態において、上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブである。いくつかの場合において、上記カーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブ（例えば、二層カーボンナノチューブ）である。いくつかの場合において、上記カーボンナノチューブは、約１００ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約２５ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、またはいくつかの場合において、約１ｎｍ未満の最大断面直径を有し得る。
【００７３】
以下の特許および特許出願は、全ての目的でそれらの全体において本明細書に参考として援用される：国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１１９１４（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＷＯ ２００７／１３６７５５として２００７年１１月２９日に公開）；米国特許出願第１２／２２７，５１６（２００８年１１月１９日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、ＵＳ  ２００９／０３１１１６６として２００９年１２月１７日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０７／１１９１３（２００７年５月１８日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００８／０５４５４１として２００８年５月８日に公開）；国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００９９９６（２００８年８月２２日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＷＯ  ２００９／０２９２１８として２００９年３月５日に公開）；米国特許出願第１１／８９５，６２１（２００７年８月２４日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」、ＵＳ  ２００８／００７５９５４として２００８年３月２７日に公開）；米国特許第７，５３７，８２５号（２００９年５月２６日発行、発明の名称「Ｎａｎｏ−Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ：  Ｕｌｔｒａ−Ｔｏｕｇｈ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」）；米国特許出願第１１／８９５，６２１号（２００７年８月２４日出願、発明の名称「Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ」、米国特許出願公開番号２００８／００７５９５４として２００８年３月２７日に公開）；米国仮特許出願第６１／１１４，９６７号（２００８年１１月１４日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）；米国特許出願第１２／６１８，２０３号（２００９年１１月１３日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許出願公開番号２０１０／０１９６６９５として２０１０年８月５日に公開）；米国特許出願第１２／６３０，２８９号（２００９年１２月３日出願、発明の名称「Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、米国特許出願公開番号２０１０／０２５５３０３として２０１０年１０月７日に公開）；米国特許出願第１２／８４７，９０５号（２０１０年７月３０日出願、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）；米国仮特許出願第６１／２６４，５０６号（２００９年１１月２５日出願、および発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）；および米国仮特許出願第６１／４１８，７８４号（２０１０年１２月１日出願、および発明の名称「Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）。本明細書に記載される物品、システム、および方法は、上記に示した特許および／もしくは特許出願のうちのいずれかに記載されるものと組み合わされてもよい。本明細書で言及される全ての特許および特許出願は、全ての目的でその全体において本明細書に参考として援用される。
【００７４】
以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を例示すると解釈されるが、本発明の全範囲を例示するものではない。
【実施例】
【００７５】
（実施例１）
本実施例は、カーボンナノチューブおよび炭素繊維を含む複合材料の製作を記載する。第１に、一方向性の炭素繊維（厚み  数μｍおよび長さ  約１００ｍｍを有する）のトウを、航空宇宙グレードのエポキシ樹脂（ＲＴＭ６）中で僅かに濡らした。整列されたカーボンナノチューブのストリップ（約１５０μｍ厚、約１．５ｃｍ幅、および約１ｍｍ長）を、上記僅かに濡らした炭素繊維トウに取り付けた。上記炭素繊維トウ（カーボンナノチューブが取り付けられている）のうちの４本を、図６Ａに示される配向において手で組み立てた。上記カーボンナノチューブストリップは、上記標本の中心においてのみ現れた。なぜなら、それらは、１５ｍｍ長であったのに対して、トウの長さは、約１００ｍｍであったからである。次いで、上記標本を、ハンドレイアッププロセスを使用してＲＴＭ６エポキシ樹脂に浸し、硬化させた。
【００７６】
上記複合材標本を、機械加工し、手で壊した。破断表面を、図６Ｂ〜６Ｄに示されるように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像化した。上記ＳＥＭ画像は、炭素繊維／エポキシ領域およびカーボンナノチューブ／エポキシの領域を明らかに示す（図６Ｂ）。上記炭素繊維フィラメントを、上記破断プロセスの間に上記樹脂から部分的に引っ張り出したところ、きれいな表面を示した。上記カーボンナノチューブ樹脂は、樹脂が豊富な領域、上記炭素繊維トウの中間領域に埋め込まれた（図６Ｃ〜６Ｄ）。上記エポキシ樹脂の破断表面において、上記カーボンナノチューブを、上記樹脂から部分的に引っ張り出した（図６Ｄ）。
【００７７】
（実施例２）
本実施例は、プレプレグおよび整列されたカーボンナノチューブのストリップを含む複合材物品の製作および試験を記載する。
【００７８】
本実施例において、整列されたカーボンナノチューブの４本のストリップおよび５つのプレプレグシートを使用した。上記プリプレグ材料は、整列された、一方向性の炭素繊維を含んだ。上記炭素繊維は、直径  数μｍを有し、これを、硬化されていないポリマー結合物質の中に位置づけた。上記プリプレグシートを、厚み  約１５０μｍを有するより大きなプリプレグシートから切り出した。上記５つの切断されたプロプレグシートの各々は、厚み  約１５０μｍ、幅  約３ｍｍ、および長さ  約３００ｍｍを有した。上記炭素繊維を、長さ方向（すなわち、上記３００ｍｍ寸法）において実質的に整列させた。
【００７９】
上記カーボンナノチューブストリップを、触媒を１００μｍ×１５ｍｍストリップのウェハ上に堆積させ、上記ナノチューブを、標準的化学蒸着（ＣＶＤ）技術を使用して上記触媒から成長させることによって、調製した。上記カーボンナノチューブは、高さ約１．５ｍｍに成長した。成長した後、上記整列されたカーボンナノチューブを、上記成長基材から外して、各々、長さ  約１．５ｍｍ、幅  約１５ｍｍおよび厚み  約１００μｍを有するストリップを形成した。上記カーボンナノチューブを、上記ストリップの長さ（すなわち、上記１．５ｍｍ寸法）に沿って実質的に整列された。
【００８０】
上記プリプレグシートおよび上記カーボンナノチューブストリップを、図７Ａに図示される配向において手で組み立てた。例示目的で、図７Ａは、部分的断面として図示される。上記組み立てられたサンプルにおいて、上記プリプレグストリップは、ｘ方向に（図７Ａに図示される座標軸に言及する）約１５０μｍ、ｙ方向に約３ｍｍ、およびｚ方向に約３００ｍｍ伸長した。上記組み立てられたサンプルにおいて、上記カーボンナノチューブストリップは、ｘ方向において約１００μｍ、ｙ方向において約１．５ｍｍ、およびｚ方向において約１５ｍｍ伸長した。よって、図７Ａに図示されるように組み立てた場合、上記カーボンナノチューブは、上記標本の中心近くに位置した。上記カーボンナノチューブストリップおよびプリプレグシートを組み立てた後、上記組み立てた部分を、矢印７００の方向に圧縮した。
【００８１】
アセンブリの後、上記部分をオートクレーブの中で硬化させ、上記プリプレグストリップ中の上記（硬化していない）エポキシ樹脂を、カーボンナノチューブストリップの中へと流して、階層的な複合材を形成した。「比較」サンプルを、同じようにして製作したが、上記カーボンナノチューブストリップを含めなかった。３つの比較サンプルを製作し、カーボンナノチューブストリップを含む５つのサンプルを製作した。上記製作したサンプルを、図７Ｂに示す。
【００８２】
各サンプルを、２方向において単純なＤＣ電気抵抗について試験した：一方の方向は、上記炭素繊維のアラインメントに沿っており、もう一方の方向は、上記カーボンナノチューブのアラインメントに沿って（そして上記炭素繊維のアラインメントに対して実質的に直交して）いた。これら試験の結果を、図７Ｃに図示する。上記カーボンナノチューブストリップを含むサンプルおよび上記比較サンプル（カーボンナノチューブストリップなし）はともに、上記炭素繊維の配向に沿った方向において測定した場合、約１Ω  ｃｍの面内抵抗を示した。上記炭素繊維の配向に対して直交する方向において測定した場合、上記整列されたカーボンナノチューブストリップを含むサンプルは、約１２Ω  ｃｍの面内抵抗を示した。上記カーボンナノチューブストリップなしの比較サンプルは、約４０Ω  ｃｍより遙かに高い面内抵抗を示した。これら導電率の結果は、上記導電性のカーボンナノチューブの存在が、上記組み立てられたサンプルの導電率を増強することを示した。
【００８３】
さらに、各サンプルを、面内機械的特性について試験した。１ｍｍ／分の負荷率での標準的曲げ試験を行った。これは、上記炭素繊維が整列された上記サンプルの方向において弾性率の抽出を可能にした。上記試験装置を、図７Ｄに示し、その試験結果を図７Ｅにまとめる。上記結果は、曲げ弾性率（Ｅｆ）および強度（σｆ）が、上記カーボンナノチューブの存在によって実質的に影響を受けないことを示す。このことは、本実施例に記載されるプロセスが、上記炭素繊維に実質的に損傷を与えないことを示す。この結果は、重要であった。なぜなら他の、炭素繊維をカーボンナノチューブ（例えば、綿毛状繊維）で改変しようという試みが、いくつかの場合において、上記炭素繊維に損傷を与えたからである。曲げ強さにおける僅かな増大は、統計的有意性の範囲内であり、上記サンプル全体は、上記複合材の面内特性を維持することを示した。さらなる試験（例えば、モードＩ破断および有孔圧縮試験（ｏｐｅｎ−ｈｏｌｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｔｅｓｔｉｎｇ））から、より大きな標本において、カーボンナノチューブの存在の積極的な影響が明らかになると予測される。
【００８４】
最後に、上記サンプルの断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を、図７Ｆに示されるように得た。上記ＳＥＭ画像から、破断したサンプルにおいて、上記カーボンナノチューブの間に位置づけられたポリマー結合物質の存在が明らかになった。
【００８５】
（実施例３）
本実施例は、乾燥繊維および整列されたカーボンナノチューブのストリップを含む複合材物品の製作および試験を記載する。
【００８６】
本実施例において、整列されたカーボンナノチューブの４本のストリップおよび炭素繊維の５本のトウを使用した。上記組み立てられたジオメトリは、実施例２のものに類似であり、図７Ａに図示される。上記炭素繊維トウは、整列された、一方向性の炭素繊維を含み、エポキシも他の結合物質も含まなかった。上記炭素繊維は、数μｍの直径を有した。上記５本の炭素繊維トウの各々は、厚み  約１５０μｍ、幅  約３ｍｍ、および長さ  約３００ｍｍを有した。上記炭素繊維は、上記長さ方向（すなわち、上記３００ｍｍ寸法）において実質的に整列した。
【００８７】
上記カーボンナノチューブストリップを、触媒を１００μｍ×１５ｍｍストリップのウェハ上に堆積させ、上記ナノチューブを、標準的な化学蒸着（ＣＶＤ）技術を使用して上記触媒から成長させることによって調製した。上記カーボンナノチューブは、高さ  約１．５ｍｍへと成長した。成長した後、上記整列されたカーボンナノチューブを上記成長基材から外して、各々、長さ  約１．５ｍｍ、幅  約１５ｍｍおよび厚み  約１００μｍを有するストリップを形成した。上記カーボンナノチューブは、上記ストリップの長さ（すなわち、上記１．５ｍｍ寸法）に沿って実質的に整列した。
【００８８】
上記炭素繊維トウおよび上記カーボンナノチューブストリップを、図７Ａに図示されるものに類似の配向において手で組み立てた。上記組み立てたサンプルにおいて、上記炭素繊維トウは、ｘ方向（図７Ａに図示される座標軸に言及する）において約１５０μｍ、ｙ方向において約３ｍｍ、およびｚ方向において約３００ｍｍ伸長した。上記組み立てたサンプルにおいて、上記カーボンナノチューブストリップは、ｘ方向において約１００μｍ、ｙ方向において約１．５ｍｍ、およびｚ方向において約１５ｍｍ伸長した。
【００８９】
アセンブリ後に、上記サンプルを、標準的な樹脂注入装備の中に入れ、ＲＴＭ６エポキシを、図８Ａに示されるように、上記乾燥アセンブリの中に染みこませた。次いで、上記標本を硬化させた。比較サンプルもまた、類似のプロセスを使用して作製したが、上記カーボンナノチューブストリップを含まなかった。
【００９０】
各サンプルを、実施例２に記載されるものに類似して、いくつかの面内方向における単純なＤＣ電気抵抗について試験した。  上記炭素繊維の配向に対して直交する方向において測定する場合、上記整列されたカーボンナノチューブストリップを含むサンプルは、上記整列されたカーボンナノチューブストリップなしのサンプルの面内電気抵抗より遙かに低い面内抵抗を示した。さらに、上記サンプルの厚み全体の導電率（すなわち、図７Ａのｘ軸に沿った導電率）を測定した。上記カーボンナノチューブのストリップを含むサンプルは、約９×１０−２  Ｓ／ｍの導電率を示した一方で、上記整列されたカーボンナノチューブのストリップなしのサンプルは、わずか約３×１０−２  Ｓ／ｍの導電率を示した。
【００９１】
最後に、上記サンプルのＳＥＭ画像を、図８Ｂに図示されるように撮影した。上記ＳＥＭ画像から、最終複合材において、上記カーボンナノチューブ、および上記カーボンナノチューブの間のエポキシの存在が明らかになった。
【００９２】
本発明のいくつかの実施形態が記載され、本明細書で例示されてきたが、当業者は、種々の他の手段および／もしくは機能を発揮するための構造および／もしくは結果を得ることおよび／もしくは本明細書に記載される利点のうちの１つ以上を容易に想定し、このような変更および／もしくは改変の各々が、本発明の範囲内にあるとみなされる。より一般には、当業者は、本明細書に記載される全てのパラメーター、寸法、物質、および形態が、例示であることが意味され、実際のパラメーター、寸法、物質、および／もしくは形態が、本発明の教示が使用される具体的な適用（単数または複数）に依存することを、容易に理解する。当業者は、単なる慣用的な実験法を使用して、本明細書に記載される本の具体的実施形態に対する多くの等価物を認識し、これを確かめ得る。従って、前述の実施形態が、例示によって提示されるに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にあることは理解されるべきであり、本発明は、具体的に記載され、特許請求されるとおりのもの以外に実施され得る。本発明は、本明細書に記載される各個々の特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法に関する。さらに、２つ以上の個のような特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法の任意の組み合わせは、このような特徴、システム、物品、物質、キット、および／もしくは方法が相補に矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。
【００９３】
不定冠詞「１つの、ある（ａ）」および「１つの、ある（ａｎ）」は、本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、明らかに矛盾することが示されなければ、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるものとする。
【００９４】
語句「および／もしくは」は、本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、そのように結合される要素の「いずれかもしくは両方」、すなわち、いくつかの場合においては接続的に存在し、他の場合においては離接的に存在する要素を意味すると理解されるものとする。他の要素は、明確に矛盾することが示されなければ、具体的に同定される要素に関連しようが関連しなかろうが、必要に応じて、上記「および／もしくは」節によって具体的に同定される要素以外に存在し得る。従って、非限定的例として、「Ａおよび／もしくはＢ」への言及は、開放系の言語（例えば、「含む」）とともに使用される場合、一実施形態において、ＡありＢなし（必要に応じて、Ｂ以外の要素を含む）に言及し得；別の実施形態において、ＢありＡなし（必要に応じて、Ａ以外の要素を含む）に言及し；さらに別の実施形態において、ＡおよびＢの両方（必要に応じて、他の要素を含む）に言及し得る；などである。
【００９５】
本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「もしくは」は、上記で定義されるように「および／もしくは」と同じ意味を有すると理解されるものとする。例えば、列挙中の項目を分離する場合、「もしくは」または「および／もしくは」は、包括的であると解釈されるものとする（すなわち、数値もしくは要素の列挙の少なくとも１つの包含（しかし、１つより多くも含む）、および必要に応じて、列挙されていないさらなる項目の包含）。矛盾すると明らかに示される用語のみ（例えば、「〜のうちの１つのみ」もしくは「〜のうちの正確に１つ」、もしくは特許請求の範囲において使用される場合、「〜からなる」は、数値もしくは要素の列挙の正確に１つの要素の包含に言及する。一般に、用語「もしくは」は、本明細書で使用される場合、排他の用語が前にある場合には、排除選択肢（すなわち、「一方もしくは他方であって、両方ではない」）を示すと解釈されるに過ぎない（例えば、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、もしくは「〜のうちの正確に１つ」）。特許請求の範囲において使用される場合、「〜から本質的になる」とは、特許法の分野において使用されるその通常の意味を有するものとする。
【００９６】
本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、語句「少なくとも１つ」は、１つ以上の要素の列挙に言及して、要素の列挙中の要素のうちのいずれか１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味することが理解されるものとするが、上記要素の列挙内に具体的に列挙された各要素およびあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、上記要素の列挙中の要素の任意の組み合わせを排除しない。この定義はまた、具体的に同定される要素に関連していようが関連していまいが、要素が、必要に応じて、語句「少なくとも１つ」が言及する要素の列挙内で具体的に同定された要素以外に存在し得ることを許容する。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも一方」（もしくは、同等に、「ＡもしくはＢのうちの少なくとも一方」、または同等に、「Ａおよび／もしくはＢのうちの少なくとも一方」）は、一実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて１より多くを含む）のＡありＢなし（および必要に応じて、Ｂ以外の要素を含む）；別の実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて、１より多くを含む）のＢありＡなし（および必要に応じて、Ａ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態においては、少なくとも１つ（必要に応じて、１より多くを含む）のＡおよび少なくとも１つ（必要に応じて、１より多くを含む）のＢ（および必要に応じて他の要素を含む）に言及し得る；など。
【００９７】
特許請求の範囲、および上記の本明細書において、全ての移行句（例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などは、開放系である、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解されるべきである。移行句「〜からなる」および「〜から本質的になる」のみが、米国特許審査手続便覧第２１１１．０３節に示されるように、それぞれ、閉鎖系の表現もしくは半閉鎖系の表現であるとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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