(57)【要約】導電性および／または半導電性高アスペクト比分子構造のネットワークを備えたフィルム（１０３）を備えた装置が提供される。この装置はまた、フィルム（１０３）の自立領域（１０１）が少なくとも２つの指示位置間に延伸するように少なくとも２つの指示位置で前記フィルム（１０３）を支持するように配置されたフレーム（１０２）を備える。２以上の電気接点エリアがフィルム（１０３）に電気的に結合され、これらの電気接点エリアは、０．０１乃至１０アンペアの電流でフィルム（１０３）の自立領域（１０１）に電荷を通すように配置される。【選択図】図１ａ
2021502233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性および／または半導電性高アスペクト比分子構造、ＨＡＲＭ構造、のネットワークを備えたフィルム（１０３）と、
前記フィルム（１０３２）の自立領域が少なくとも２つの指示位置間に延伸するように少なくとも２つの支持位置において前記フィルムをサポートするように配置されたフレーム（１０２）と、
前記フィルム（１０３）に電気的に結合された２以上の電気接点と、
を備え、前記２以上の電気接点エリアは、０．０１アンペア乃至１０アンペアの電流で前記フィルム（１０３）の前記自立領域（１０１）に電荷を通過させるように配置した、装置（１００、２００、３００、６００）。
【請求項２】
前記２以上の電気接点エリアは、０．０１アンペア乃至０．７アンペアの電流で前記フィルム（１０３）の前記自立領域に電荷を通すように配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
２以上の周辺ロケーションで前記フィルム（１０３）に電気的に結合された２以上の電極（１０４、１０４’）を備え、前記２以上の電気接点エリアは、前記２以上の電気接点エリアに設けられ、前記２以上の電極（１０４、１０４’）は、前記フィルム（１０３）の前記自立領域（１０１）全体に電荷を通すように形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記２以上の電極（１０４、１０４’）は、前記フレーム（１０２）に取り付けられる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記フレーム（１０２）は、電気導電材料と、前記導電材料を少なくとも２つの導電エリアに分割する非導電性エリアを備え、前記２以上の電気接点エリアは、前記フレーム（１０２）の前記導電性エリアに設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記２以上の電気接点エリアは、０乃至２０キロヘルツの周波数のパルスで前記フィルム（１０３）の前記自立領域（１０１）に電荷を通すように配置される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記フィルム（１０３）は、必須的にランダムに配向されたＨＡＲＭ構造のネットワークを備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記フィルム（１０３）内の前記ＨＡＲＭ構造は、実質的に同じ方向に配向され、前記電気接点エリアは、前記フィルム（１０３）の前記自立領域（１０１）内の前記電流の前記方向が実質的に前記ＨＡＲＭ構造の配向に平行である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記フレーム（１０２）は、前記自立領域（１０１）の境界に沿って前記フィルム（１０３）を支持するように配列された、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ＨＡＲＭ構造は、カーボンナノチューブ分子、カーボンナノバッド分子、グラフェンリボン、カーボン（グラファイト）ファイバフィラメントのグループから選択される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記フィルム（１０３）は１ナノメータ乃至１０マイクロメータの厚みを有する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記自立領域（１０１）は、ポリマー、金属または金属酸化物コーティングでコーティングされる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項の装置を備えたエアーフィルタ。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一項の装置を備えた液体循環フィルタ。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか一項の装置を備えたフォトマスク。
【請求項１６】
請求項１乃至１２のいずれか一項の装置を備え、前記自立領域（１０１）は、検出エレメントとして使用される、センサ。
【請求項１７】
ＨＡＲＭ構造のネットワークを備えたフィルムの自立領域を維持するための方法において、
前記フィルムの２以上の周辺位置で２以上の電極に前記フィルムを電気的に結合するステップと、
０．０１乃至１０アンペアの電流で前記フィルムの自立領域に電荷を通すステップと、
を備えた、方法。
【請求項１８】
０乃至２０ｋＨｚの周波数の、０．０５ｍｓ乃至１０００ｍｓ以上の長さのパルスで前記フィルムの前記自立領域に前記電流が印加される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ポリマー、金属、または金属酸化物コーティングで前記フィルムの自立領域を変更するステップをさらに備えた、請求項１７乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜（thin film）技術に関する。特に、この発明は、高アスペクト比分子構造を有するフィルム（films）を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高アスペクト比を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）または他の名のスケール構造のような高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭ構造）は、ユニークな電気的、光学的、熱的および機械的特性を有するので、それらの特性は、多くのアプリケーションに関して有望な材料である。上述した高アスペクト比分子（ＨＡＲＭ）構造は、種々のアプリケーションにおいて有効であり得るスタンドアロン、すなわち、自立部分を含むことができる。フィルムの自立部分（free-standing portions）は、空気圧または熱輻射圧に敏感である。この圧力の下では、フィルムは、破裂しその機能を失う可能性がある。さらに、自立ＨＡＲＭ構造ネットワークは、重力と小さな空気の変動によって構造をゆっくりと引き離すため、長期間使用すると、たるんだり、あるいは垂れ下がったりする傾向がある。
【発明の概要】
【０００３】
この発明による装置は、独立請求項１の記載により特徴づけられる。この発明による方法は、独立請求項１５の記載により特徴づけられる。この発明の第１の態様によれば、装置が提供される。装置は、導電性および／または半導電性高アスペクト比分子構造（ＨＡＲＭ−構造）のネットワークを備えたフィルムと、フィルムの自立領域が、少なくとも２つの支持位置間に延伸するように少なくとも１つのサポート位置を支持するように配置されたフレームと、前記フィルムに電気的に結合された２以上の電気接点エリアと、を備える。
【０００４】
この２以上の電気接点エリアは、０．０１乃至１０アンペアの間の電流でフィルムの自立領域間に電荷を通過させるように配置されている。第１の比に従うフレームは、ＨＡＲＭ構造のネットワークを備えたフィルムが製造される基板の一部であり得る。代替的に、フィルムは、製造された後で、フレーム上に載置することができる。フレームは、少なくとも２つの位置でフィルムを支持し、自立スタンドアロン領域を形成し、そこに、ＨＡＲＭ構造を備えるフィルムが形成される。
【０００５】
支持位置は、フィルムに対して十分な支持を提供する限り、構造内のどこでも位置することができる。例えば、支持位置は、フィルムの側面であってもよく、あるいはコーナー付近の領域であってもよいし、あるいは「フラッグポール（flag pole）を形成する１つの側面に沿って互いに隣り合っていてもよい。「少なくとも２つの」支持位置は、フレームがフィルムを支持する少なくとも２つの接触点を意味する。複数の支持点を含む任意のより広いエリアは、また、例えば、フレームが連続した円形形状を有し、自立領域がその円の中にある場合、この比によりカバーされることを意味する。
【０００６】
フレームは、第１の態様に従う任意の他の延長された途切れの無い形状を有することもできる。フレームは、プラスチック、ガラス、金属、木材、布地などのような任意の適切な材料で形成することができる。２以上の電気接点エリアは、フィルムの自立領域間に電荷を通すように配置される。電気接点エリアは、導電性材料で形成することができ、フィルムの自立領域全体から均一な応答を出力する形状を有することができる。これは、自立領域の特徴的なサイズと一致するかまたは超えるサイズを有する電気接点エリアにより提供し得る。
【０００７】
０．０１アンペアと１０アンペアとの間の電流は、ネットワーク内のＨＡＲＭ構造間に磁力を提供するのに十分である。これは、フィルム内のたるみを防止し、張力を増加させる技術的効果を提供し、最初に配置されたのと同じ平面にすることができる。第１の態様の一実施形態において、２以上の電気接点エリアは、０．０１乃至０．７アンペアの間の電流でフィルムの自立領域に電荷を通すように配置される。このレンジは、一般的に使用されるＨＡＲＭ構造を備えたほとんどのフィルムに対して十分であり得る。
【０００８】
他の実施形態において、電荷は、０．０１乃至２．３アンペアの間の電流でフィルムの自立領域に電荷を通すことができる。この電流の範囲は、相対的に大きな面積の自立領域を有するフィルムに関して有効であり得る。適用された電流は、また抵抗加熱を介してフィルム内に熱を生じさせる可能性がある。電流に対して１０Ａの提示された上限は、厚みのあるフィルム（thick films）を抵抗加熱による燃焼から防止する。より薄いフィルムの場合、０．７Ａの上限は、この目的のために十分であり、また、フィルムを抵抗加熱による燃焼から防止する。フィルムの自立領域は、また、熱が基板を介して放散される、シリコン層上にＨＡＲＭ構造が載置される他の構造よりも、より良い熱放射を提供することができる。
【０００９】
第１の態様の一実施形態において、装置は、２以上の周辺ロケーションにおいてフィルムに電気的に結合された２以上の電極を備える。２つ以上の電気接点エリアが、２以上の電極内に、または、２以上の電極を介して提供され、２以上の電極は、フィルムの自立領域全体に電荷を通すように形成される。これらの電極は、フィルムを取り囲むように、あるいは、電荷が自立領域全体を通ることができる形状を有するように形成することができる。電極は、フィルムが堆積される前にフレームに適用することができるが、その後に塗装(paint）することもできる。
【００１０】
この実施形態において、２以上の電極は、これらの電極をフィルムと電気的に接触可能にする位置でフレームに取り付けることができる。あるいは、電極をフィルムだけに電気的に接続して、フレームには取り付けないようにすることもできる。他の実施形態において、フレームは、導電性材料と、導電性材料を少なくとも２つの導電性領域に分離する非導電性エリアを備えることができる。２以上の電気接点エリアは、フレームの導電性エリア内に提供される。このようにして、フレーム自身が、接点として機能するように構成することができ、これにより、より少ない部品でこの構造を容易に製造することを可能にする。
【００１１】
一実施形態において、２以上の電気接点エリアは、０ヘルツ（Ｈｚ）乃至２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の間の周波数のパルスで自立領域に電荷を通すように配置される。パルスは、交流であっても直流であってもよい。いくつかのアプリケーションでは、電流を再び印加する必要があるまでに、単一のパルスでフィルムを数時間あるいは数日間存続させることができるので、範囲は０から開始する。あるいは、電気接点エリアは、フィルム内に張力を回復または維持するのに十分な所定の周波数で短いバーストのパルスを提供するように配置することができる。パルス化された動作モードは、パルス間でフィルムをクールダウンさせ、オーバヒートを回避し、電力もより少なくて済むので、有利であり得る。２０ＫＨｚの上限は、人間の耳で検知し得るレンジをカバーし、これよりも高い周波数は、熱音響スピーカのアプリケーションに使用することができる。殆どのアプリケーションの場合、周波数は３ｋＨｚ未満である。
【００１２】
代替実施形態において、電流は、フィルムの自立領域の寿命まで連続的に印加することができる。一実施形態において、フィルムは、必然的にランダムに配向されたＨＡＲＭ構造のネットワークを備える。ランダムに配向されたＨＡＲＭ構造は、好適な電流方向を持たない可能性がある。それゆえ、電気接点エリアは、自立領域の任意の側面に設けることができる。個々の分子のランダムな配向は、ＨＡＲＭ構造のネットワークの特性に有利な効果をもたらすことができる。これらの効果は、これに限定されないが、高い電気的および熱的導電性と、等方性の電気的および熱的導電性と、良好な機械的安定性および耐久性と、厚みおよび気孔率（porosity）における高い均一性と、大きな表面積および化学反応性と、良好な固体、熱、電気、光学および流体の機械的等方性を含む。
【００１３】
他の実施形態において、フィルム内のＨＡＲＭ構造は、実質的に同じ方向に配向され、電気接点エリアは、フィルムの自立領域内の電流の方向が実質的にＨＡＲＭ構造の配向に平行であるように、フィルムに電気的に結合される。そのような配向を備えた構造の一例は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ）が整列したバッキーペーパ(buckypaper）である。電気接点エリアのこの配置は、フィルム内の張力を増加または回復するために電流を通過させると、より高い効率性を提供する。
【００１４】
他の実施形態において、電気接点エリアは、フィルムの自立領域内の電流の方向がＨＡＲＭ構造の配向に対する角度であるように電気的にフィルムに結合することができる。一実施形態において、フレームは、自立領域の外周（perimeter）に沿ってフィルムを支持するように配置される。第１の態様に関連して上述したように、支持位置は、連続していてフィルムのエリアにわたって拡散することができる。外周に沿って自立領域を支持することは、領域の任意の側面に電気接点エリアを位置決めする自由度を提供し、一般的には、信頼性のある支持を提供する。これは、必然的に、装置、例えば、囲まれた自立領域が使用されるフィルタのインプリメンテーションを容易にする。
【００１５】
一実施形態において、ＨＡＲＭ構造は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）分子、カーボンナノバッド（carbon nanobud）（ＣＮＢ）分子、グラフェンリボン（graphene ribbons）、カーボン（グラファイト）ファイバフィラメントのグループから選択される。カーボンナノチューブ分子は、単層ナノチューブ、二層ナノチューブ、およびナノチューブで形成された他の分子を含む。カーボンナノチューブ分子は、共有結合によるフラーレン（fullerene）に取り付けられたカーボンナノチューブを含む。
【００１６】
一実施形態において、フィルムは、１ナノメータ乃至１０マイクロメータの厚みを有する。第１の態様に従う厚みのフィルムを通して通過する電流は、自立領域内に張力を作るのに十分である。フィルムは、また、インプリメンテーションに応じてＨＡＲＭ構造のサイズと密度を変化させることができる。第１の態様の１つのインプリメンテーションにおいて、エアーフィルタは、上述した実施形態のいずれかの装置を備えることができる。第１の態様の他のインプリメンテーションにおいて、液体環境フィルタは、上述した実施形態のいずれかの装置を備えることができる。空気および液体環境フィルタは、空気または液体が通過する任意の粒子フィルタを意味する。
【００１７】
第１の態様の他のインプリメンテーションにおいて、フォトマスクのためのペリクル（pellicle）は、上述した実施形態のいずれかの装置を備えることができる。ペリクルは、生産フローの期間にフォトマスクを覆う薄い透明な薄膜（membrane）であり得る。ペリクルは、ダストカバーとして機能し、粒子および汚染がマスクに落ちるのを防止する。ペリクルは、光がリソグラフィースキャナーからマスクに透過するのに十分な透明度である。自立領域を有するＨＡＲＭ構造を備えたフィルムは、多孔質構造を有するため、フォトマスクの外皮に有効である。自立領域は下部に基板を有していないので、光に対してより透明度が高くなり得る。他のインプリメンテーションにおいて、第１の態様に従う装置は、光検出器、アブソーバ、レーザおよび自立領域を有するフィルムを用いることにより利益を得ることができる任意の他のデバイスまたは構造に使用することができる。
【００１８】
第１の態様に従う装置は、センサにも使用することができ、ここでは、自立領域は、検出素子として使用される。自立領域を有するフィルムの１つのアプリケーションは、熱放射器であり、この発明に従う装置は、そのような熱放射器の寿命を延ばすことができる。放射器は、自立領域の抵抗加熱により熱を印加するように構成することができる。第２の態様によれば、ＨＡＲＭ構造のネットワークを備えるフィルムの自立領域を維持する方法が提供される。この方法は、フィルムの２以上の周辺ロケーションの２以上の電極に結合し、０．０１乃至１０アンペアの電流でフィルムの自立領域に電荷を通過させることを備える。
【００１９】
第１の態様と同様に、このレンジ内の電流は、ネットワーク内のＨＡＲＭ構造間の磁力、それゆえ、フィルムの自立領域内の張力を作るのに十分である。第２の態様の一実施形態において、電流は、０．０５ｍｓ乃至１０００ｍｓの長さの、０Ｈｚ乃至２０ｋＨｚの周波数のパルスでフィルムの自立領域に印加される。一実施形態において、方法は、さらに、自立領域を備えたフィルム、またはフィルムのみの自立領域を、ポリマー、金属、または金属酸化物コーティングで変更することを備える。これらのコーティングは、フィルムの機械的、光学的、熱的または電気的特性を変更又は改良することができる。
【００２０】
他の実施形態において、フィルムは、金属、塩、または半導体化合物でコーティングすることができる。コーティングは例えば、化学物質に対して放熱および耐久性を増加させるために使用することができる。粒子フィルタまたはガスフィルタのような機械的フィルタリングのアプリケーションでは、この発明による装置および方法は、良好な機能性と再生可能性（renewability）を提供する。センサの検出部として自立ＨＡＲＭ構造のネットワークを有するセンサアプリケーションは、化学的相互作用または機械力により生じた表面変化に敏感に反応することができ、大きな検出表面積および良好な感度を有することができる。上記実施形態による装置および方法は、センサで使用する自立ＨＡＲＭ構造のネットワークの寿命を増大させることができる。
【００２１】
この発明による装置と方法は、自立領域を有するフィルムを利用する種々のデバイス構造に容易に組み込むことができる。上述した発明の実施形態は、互いに任意の組み合わせで使用することができる。いくつかの実施形態を一緒に結合してこの発明のさらなる実施形態を形成することができる。この発明に関係する製品、方法または使用は、ここに記載した発明の複数の実施形態の少なくとも１つを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】一実施形態に従う装置の説明図である。
【図１ｂ】ある角度における一実施形態に従う装置を示す
【図２】異なる実施形態に従う装置の説明図である。
【図３】フレームに電気接点が設けられた他の実施形態に従う装置の説明図である。
【図４】一態様に従う方法のブロック図である。
【図５】カーボンナノチューブのネットワークの透過型電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）により生成された画像である。
【図６】メッシュを備えた一実施形態に従う装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して例示実施形態を用いてこの発明を詳細に記載する。、この発明は、ＨＡＲＭ構造を備えたフィルムの自立領域を増加させた張力が、そこに電流を通過させることにより達成されるという概念に基づく。2つの実質的に平行な通電ＨＡＲＭ構造の間に形成される磁場の引力は、アンペールの力の法則に従って表示される。同じ方向に通電する２つのＨＡＲＭ構造が互いの磁場内に載置されると、電流が十分な場合、それらは、物理的に互いに引き合う。並列なＨＡＲＭ構造のネットワークを通過する電流は、個々のパス間で分割されるため、個々のＨＡＲＭ構造を通過する電流は、前記ＨＡＲＭ構造の数、またはフィルムの密度に依存する。フィルム内の導電経路のすべてをカウントすること、または個々に電流を測定することは容易ではないので、個々のＨＡＲＭ構造を通過する正確な電流を知ることは不可能であり、それゆえ、２つのＨＡＲＭ構造間に現れる正確な引力は測定できない場合がある。しかしながら、使用されるＨＡＲＭ構造フィルムのほとんどの密度の場合、フィルムに印加されると、個々の構造間に十分な磁力を生じる電流レンジがある。これは、フィルムに必要とされる張力を作る。この電流レンジは、０．０１乃至０．７アンペアである。
【００２４】
いくつかの実施形態において、０．０１乃至０．７アンペアのレンジ内の電流を通すことは、技術的結果を達成するのに十分である。また、フィルム内の張力を増加させるのに必要な電流は、また、フィルムの自立領域のアスペクト比およびサイズに依存することができる。例えば、接点間の自立領域のサイズがほぼ１００ミリメートルである、より大きなサンプルの場合、２．３アンペアまでの電流は、自立領域内の張力を迅速に作るために最適であり得る。単純化の理由から、コンポーネントを反復する場合には、以下の例示インプリメンテーションにおいて、アイテム番号が維持される。
【００２５】
図１ａおよび１ｂは、この発明のインプリメンテーションに従う装置を概略的に示す。図１ａは、フィルム１０３を備えた装置１００の上面図を示す。フィルム１０３は、導電性および／または半導電性のＨＡＲＭ構造のネットワークを含み、この図面および他の図面においてハッシュパターン（hashed patterns）で示される。装置は、さらにフィルム１０３が配置されるフレーム１０２を備える。フレーム１０２は、少なくとも２つの支持位置１１２でフィルム１０３を支持するように配置される。図１ａに示されるインプリメンテーションにおいて、支持位置１１２はフィルム１１３の対向する位置にあり、それらの間に延伸する自立領域１０１を形成する。
【００２６】
また、装置１００は、黒でマークした２つの電気接点エリアを備え、この例では、フィルム１０３の周辺位置に位置する２つの電極１０４、１０４’に設けられ、フィルム１０３に電気的に結合される。電極１０４、１０４’は、電源１０５に接続され、０．０１乃至１０アンペアの電流でフィルム１０３の自立領域に電荷を通すように配置される。電流は交流であっても、または直流であってもよい。この例では、電極１０４、１０４’は、それらの形状が自立領域１０１の形状とサイズに一致するため、自立領域１０１全体に電荷を通過させるように形成される。残りの図面に示される他のインプリメンテーションと同様に、図１ａおよび１ｂのレイアウトは、限定的な構成ではなく、電極１０４、１０４’、フレーム１０２および自立領域１０１は、電荷が自立領域の所望な部分を通過する限り異なっていてもよい。電極１０４、１０４’は、フレーム１０２に取り付けてもよいし、あるいはフィルム１０３に結合してもよい。自立領域１０１内の電流の一般的方向は、概略的に矢印１０６で示される。
【００２７】
図１に示すネットワーク内の導電性および／または非導電性ＨＡＲＭ構造は、必須的にランダムに配向することができる。あるいは、ＨＡＲＭ構造のネットワークは実質的に同じ方向に配置してもよく、それはこの場合には、矢印１０６の方向である。これは、フィルム１０３の自立領域１０１内の電流の方向１０６が実質的にＨＡＲＭ構造の配向に平行であるようにＨＡＲＭ構造の、そのような配向されたネットワークに電極１０４、１０４’が取り付けられるからである。電荷は、０乃至２０ｋＨｚの周波数のパルスで自立領域１０１を通過することができる。
【００２８】
図１ｂは、図１ａに示す装置に類似した装置１００のオフセット図を示す。この図は一般的に自立領域１０１を形成を形成するフレーム１０２により支持されるフィルム１０３を備えた装置１００のフィルタアプリケーションを示す。矢印１０７は、フィルタリングする必要がある粒子を有した空気または任意の液体を指し、矢印１０７’は、粒子を有さないフィルタリングされた空気または液体を指す。任意のそのようなフィルタの動作中、自立領域１０１は、張力を失う可能性があり、そこを通過する空気または液体媒体によりそれに印加される力のために、たるみ始める。重力もまた、時間につれ、たるみを生じさせる可能性がある。このたるみは、性能およびフィルタの寿命を低減させる。連続的にまたはパルスで、電極１０４、１０４’を介してフィルムに０．０１乃至１０Ａの電流を印加することにより、張力を自立領域１０１内に作ることができ、自立領域１０１を再び平らにすることができる。
【００２９】
図２は、他のインプリメンテーションに従う装置２００の上面図である。この場合、装置２００は、また導電性および／または半導電性のＨＡＲＭ構造のネットワークを含むフィルム２０３を備え、円形の自立領域２０１を有する。装置２００は、フィルム２０３が配置されたフレーム２０２を備える。フレーム２０２は、円形のギャップを備え、円の周囲に沿ってフィルム２０３を支持し、それにより円形自立領域２０１を形成する。装置２００はまた、黒でマークされた２つの電気接点を備え、この例では、（図１ａ−１ｂの装置１００と同様に）、フィルム２０３の周辺位置に位置し、フィルム２０３に電気的に結合された２つの電極１０４、１０４’に設けられている。電極１０４、１０４’はまた電源１０５に結合されている。自立領域２０１の円形形状は、望ましい様々なアプリケーションに使用することができる。さらに、円形形状は、フレーム２０２により自立領域２０１の周辺全体に沿って等価な支持を提供する。装置２００のような装置の製造は、製造プロセスのどの時点においても基板（フレーム２０２）内に円形ギャップを作ることで十分であり、電極１０４、１０４’は、自立領域２０１に対して任意の角度で容易に位置することができるので、費用効果をより高くすることができる。
【００３０】
図３は、この発明のさらなるインプリメンテーションに従う装置３００を示す。装置３００は、導電性および／または半導電性ＨＡＲＭ構造のネットワークを含むフィルム３０３を備える。装置はさらにフィルム３０３が配置されるフレーム３０２を備える。フレーム３０２は、方形ギャップを備え、方形の周辺に沿ってフィルム３０３を支持するように配置され、それにより方形の自立領域３０１を形成する。方形形状は、ここでは、単なる例示として使用され、フィルム３０３の自立領域３０１が、この発明の異なるインプリメンテーションにおいて、任意の形状であり得ることを示す。
【００３１】
このインプリメンテーションでは、フレーム３０２は、フレームの導電性エリア３０４を形成する電気的に導電性の材料を備える。２以上の電気接点エリア３０４が、フレーム３０２の導電性エリア２０４に提供される。この場合、支持位置は、連続しており、その周辺に沿って自立領域３０１を取り囲んでいる。導電性エリア３０４は、フレームの非導電性エリア３１２により分離され、電荷が自立領域３０１を通過することを可能にする。フレーム自体が電気接点を提供するので、フレーム３０２は、電源１０５に直接接続される。
【００３２】
図４は、一態様に従うＨＡＲＭ構造のネットワークを備えたフィルムの自立領域を維持する方法のブロック図である。この方法は、ブロック４０１において、フィルムを、フィルムの２以上の周辺ロケーションの２以上の電極に電気的に結合することを備える。電流がフィルムの所望エリアを通過することを可能にする任意の適切な方法で、電極を結合することができる。例えば、電極は、図１ａ、１ｂおよび２に示すように結合することができる。
【００３３】
この方法はさらに、ブロック４０２において、０．０１乃至１０アンペアの電流でフィルムの自立領域に電荷を通過させることをさらに備える。これは、上述したようにＨＡＲＭ構造間に磁力を作り、前記ＨＡＲＭ構造のネットワークを備えるフィルムの自立領域の張力を増加させる。これにより、一般には、自立領域とフィルムの耐久性と寿命が改善される。この方法により提供されるフィルムの「メンテナンス」は、アプリケーションに応じて、頻繁に、自動的に、または必要に応じて手動で開始するように実行することができる。電流は、０．０５乃至１０００ミリ秒の長さのパルスで、および０乃至２０ｋＨｚの周波数で、フィルムの自立領域に印加することができる。自立領域を備えたフィルムに対してより高い電流が必要な場合、電極、フィルムおよび外部環境の望ましくない過熱を防止するためにパルスを必要とするかもしれない。また、この方法は、ブロック４０３において、フィルムの特性をさらに改善するためにポリマー、金属、または金属酸化物コーティングでフィルムの自立領域を変更することを備えることができる。
【００３４】
図５は、低密度フィルムの自立領域からカーボンナノバッド（ＣＮＢｓ）５０１の高倍率透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮像されたスナップショットである。この例では、ネットワーク内のＣＮＢｓは、ランダムに配列され、任意の個々のＣＮＢｓ５０１は、その長さ方向に沿った種々の位置に多くの異なる隣接ナノバッドを有することができ、それらの間で様々な距離を有することができる。ほぼ０．５Ａの電流は、ＣＮＢｓ５０１間に磁力を作り、図５に示すフィルムに張力を作る。他の例の実験とインプリメンテーションは、下記セクションで提供される。
【００３５】
図６は、装置６００がフィルタとして使用されるインプリメンテーションを示す。図１ｂは、図１ｂに示す装置と類似の装置１００のオフセット図を示す。装置６００は、非導電性メッシュ６０１により支持された自立領域６０３を有するフィルムを備える。矢印６０７は、フィルタする必要がある粒子を有する空気または液体を指し、矢印６０７’は、粒子を有さないフィルタされた空気または液体を指す。電極１０４、１０４’を介してフィルムに０．０１乃至１０Ａの電流を連続的に、またはパルスとし印加することにより、自立領域意６０３に張力を作ることができ、自立領域６０３を平らにすることができる。このセットアップにおいて、支持メッシュ６０１は、より大きな圧力変化に対して自立フィルムにより高い耐久性を与え、個々のメッシュの開口部へのフィルムの欠陥の伝搬を制限する。
【００３６】
例
実験で使用されたカーボンナノバッド（ＣＮＢ）の一例は、以下の特性により特定することができる。
５５０ｎｍでの光透過率：８６．５％
シート抵抗：252 ohm / square（ドープなし）および100 ohm / square（pドープ）
ＣＮＢフィルムサイズ：３０×３３ｍｍ
自立領域：５．３０９ｃｍ２（直径２６ｍｍの円）
ＣＮＢフィルムは、ＣＮＢフィルムの自立領域により覆われた円形の孔（ギャップ）を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板により支持されていた。銀の接点が、支持されたＣＮＢフィルムのエッジに取り付けられた。この結果、ドープなしフィルムの場合、４８ｍＡ（ＤＣ）付近の電流において、自立フィルムの張力の第１のサインが観察され、それ以上では、張力の大きさとスピードおよび平坦化が増大した。８０ｍＡで、フィルムはその状態に応じて約６秒以内に張力と滑らかさを回復した。ほぼ１００ｍＡ（ＤＣ）で、３秒以内に張力と滑らかさを取り戻し、１２０ｍＡを超えると、フィルムは１秒足らずで張力と滑らかさを取り戻した。
【００３７】
フィルタ
高い気孔率と強度により、ランダムに配向された自立ＣＮＴまたはＣＮＢフィルムは、エアロゾル、空気または流体フィルタとして利用することができる。このために、フィルムは孔を完全にカバーするように孔を有したフレームに取り付けることができる。この場合、粒子は、フィルムを介して流れを通過させることにより捕らえることができる。上記実施形態による本発明を使用することにより、フィルムのたるみおよび潜在的な亀裂を遅延および／または防止することができる。ＨＡＲＭＳ構造間の細孔サイズはまた、実施形態に従って自立領域を横切って電荷を通過させることによって調整することができ、その結果、フィルタ効率をオンデマンドで制御することができる。
【００３８】
白熱灯
自立領域を有するＣＮＴまたはＣＮＢフィルムは、白熱灯のフィラメントとして使用することができる。光りを得るために、ＨＡＲＭ構造のフィルムは２つのタングステンワイヤ間に吊り下げ、直流または交流のいずれかを用いて１２００℃乃至１４００℃まで抵抗加熱することができる。それらのランダムな配向および多数の相互接続により、１４００℃においても元の状態を保つことができ、放射された光は、フィルム全体に対して均一状態を維持することができる。フィルムは、白熱灯の光源として、摩耗して変形する可能性がある。
【００３９】
本発明の態様による装置および方法は、摩耗の進み具合を大幅に遅らせ、フィラメントが使用されていないときのフィラメントのたるみを防止することができる。可飽和吸収体（Saturable absorber）自立領域を有するＳＷＮＴの他の使用は、レーザコンポーネント−可飽和吸収体としてである。モード同期ファイバーレーザーキャビティの重要な要素は、パルス動作を開始する非線形要素である。この発明の実施形態は、そのような吸収体における自立領域の平坦化と張力の維持を可能にする。
【００４０】
化学センサ
自立領域を有するＣＮＴまたはＣＮＢの他のアプリケーションは、電極材料としての電気分析にある。高い導電性、大きな表面積、高い電気化学的安定性、低バックグラウンド電流、および電極触媒性により、ＣＮＴｓまたはＣＮＢｓは、電極として電気化学センシングに使用することができる。例えばグルコースおよびドーパミンの電気化学的検出のためのこのような電極の寿命は、実施形態による装置を使用することによって延長することができる。化学センサにおける自立領域の維持とは別に、実施形態は、電荷を通過させることにより、試料を過熱するために使用することができ、それにより、調べている化学物質を蒸発させることによりセンサをクリーニングすることができる。当業者には明白であるように、この発明は、上述した例に限定されるものではなく、これらの実施形態は、特許請求の範囲内において自由に変更することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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