(57)【要約】ナノファイバーシート組立体は、少なくとも１つのナノファイバーシートと、組立体内のナノファイバーシートの物理的耐久性を改善するために使用される少なくとも１つのナノファイバーグリッドまたはウェブとを備える。ナノファイバーシート組立体は、ナノファイバーシートの気相物質に対する透過性を保持する。これにより、ナノファイバーシート組立体の技術的適用が、気相物質中に存在するミクロンまたはナノスケールの粒子のためのフィルターを含むことが可能となる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバー組立体であって、
第１のナノファイバー束及び前記第１のナノファイバー束と整列した第２のナノファイバー束を含む第１のナノファイバーグリッドであって、前記第１のナノファイバー束が、第１の束平均直径を有し、第１の平均ピッチで前記第２のナノファイバー束から隔てられており、前記第１のナノファイバー束が、０．０００１〜０．００４８の前記第１の平均ピッチに対する第１の束平均直径の比を有する、第１のナノファイバーグリッドと、
前記第１のナノファイバーグリッド上の第２のナノファイバーグリッドであって、前記第２のナノファイバーグリッドが、第４のナノファイバー束と整列した第３のナノファイバー束を含み、前記第３のナノファイバー束が、第２の平均ピッチで前記第４のナノファイバー束から隔てられており、前記第３のナノファイバー束が、第２の束平均直径を有し、０．０００１〜０．００４８の前記第２の平均ピッチに対する第２の束平均直径の比を有する、第２のナノファイバーグリッドと、
前記第２のナノファイバーグリッド上のナノファイバーシートと
を備え、前記第１のナノファイバー束と前記第３のナノファイバー束との間の角度が、３０°〜９０°である、ナノファイバー組立体。
【請求項２】
前記第１の平均束直径及び前記第２の束平均直径がそれぞれ、２μｍ〜１１μｍである、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項３】
前記第１の平均ピッチ及び前記第２の平均ピッチのうちの１つ以上が、９５０μｍ〜２４００μｍである、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項４】
前記第１の平均ピッチ及び前記第２の平均ピッチのうちの１つ以上が、９３５μｍ〜９７５μｍであり、
前記第１の束平均直径及び前記第２の束平均直径のうちの１つ以上が、１．８μｍ〜２．０μｍである、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項５】
前記第１の平均ピッチ及び前記第２の平均ピッチが、１ｍｍ〜２ｍｍである、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項６】
前記ナノファイバー組立体を介して直角に投影され、１０ｎｍ〜１２５ｎｍの波長を有する放射線の透過率が、９０％を超える、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項７】
前記放射線が、１００ワット〜２５０ワットの電力で送信される、請求項６に記載のナノファイバー組立体。
【請求項８】
１０ｎｍ〜１２５ｎｍの波長を有する透過放射線の強度が、１００ｍｍの長さ及び１５０ｍｍの幅を有する前記ナノファイバー組立体の面積に対して０．５未満の３σばらつきを有する、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項９】
前記ナノファイバー組立体を介して直角に投影され、１３．５ｎｍの波長を有する放射線の透過率が、９０％を超える、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１０】
１３．５ｎｍの波長を有する放射線の鏡面散乱が、１％未満である、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１１】
前記ナノファイバー組立体が、９０ｍｍ〜１１０ｍｍの長さ及び１４０ｍｍ〜１５５ｍｍの幅を有する、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１２】
前記ナノファイバー組立体の周囲に取り付けられたフレームをさらに備える、請求項１１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１３】
前記第１のナノファイバー束、前記第２のナノファイバー束、前記第３のナノファイバー束、及び前記第４のナノファイバー束内に配置された銀ナノ粒子をさらに備え、前記銀ナノ粒子が、５０ｎｍ以下の直径を有する、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１４】
１０μｍ〜２５μｍの寸法を有する前記第１のナノファイバーグリッド上の前記第２のナノファイバーグリッドによって画定される間隙をさらに備える、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１５】
５５０ｎｍの波長を有する放射線の前記ナノファイバー組立体を介する透過率が、少なくとも８６％である、請求項１に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１６】
１００ｎｍ〜２５０ｎｍの平均直径を有する銀ナノ粒子をさらに備え、前記ナノファイバー組立体が、５５０ｎｍの波長を有する放射線の９９％の透過率を有する、請求項１５に記載のナノファイバー組立体。
【請求項１７】
ナノファイバーシートを処理する方法であって、
懸垂したナノファイバーシートに水と有機溶媒の溶液を提供するステップと、
前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記有機溶媒の前記溶液の液滴に曝露するステップであって、前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートの自立部分が収縮することを引き起こす、ステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記収縮した懸垂したナノファイバーシートを水と追加の有機溶媒の追加の溶液の液滴に曝露するステップであって、前記追加の溶液が、水と前記有機溶媒の前記溶液よりも高い濃度の前記追加の有機溶媒を有し、前記曝露が、前記自立部分のさらなる収縮を引き起こす、ステップと、
前記さらに収縮した自立部分を２体積％未満の水を含む有機溶媒の液滴に曝露するステップと
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記追加の有機溶媒の前記溶液の液滴に曝露するステップが、前記懸垂したナノファイバーシートが第１の直径を有するナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の直径を有する前記ナノファイバー束を前記追加の溶液の液滴に曝露するステップは、前記第１の直径を有する前記ナノファイバー束が、前記第１の直径よりも小さい第２の直径にさらに収縮することを引き起こし、
前記ナノファイバー束を、２％未満の水を含む前記追加の有機溶媒の液滴に曝露するステップは、前記第２の直径を有する前記ナノファイバー束が、前記第２の直径よりも小さい第３の直径に収縮することを引き起こす、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の直径が少なくとも７μｍであり、前記第３の直径が３μｍ未満である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記曝露の前に、前記懸垂したナノファイバーシートが、前記自立部分で連続シートを形成するための共通の方向に整列した複数のナノファイバーを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記有機溶媒が、イソプロピルアルコールである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶液が、５０体積％の水及び５０体積％のイソプロピルアルコールである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートが、５００ミクロン〜１０００ミクロンの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
平均束直径が５μｍ〜１５μｍである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記曝露されたナノファイバーシートが、５５０ｎｍの波長を有する放射線に対して少なくとも８６％の透過率を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記溶液が、２００ｎｍの平均直径を有する銀ナノ粒子をさらに含み、前記曝露されたナノファイバーシートが、５５０ｎｍの波長を有する放射線の９９％の透過率を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記溶液が、２５体積％のイソプロピルアルコール及び７５体積％の水である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートが、６００μｍ〜１８００μｍの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
平均束直径が１２μｍ〜１００μｍである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記溶液が、７５体積％のイソプロピルアルコール及び２５体積％の水である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートが、１００μｍ〜２５０μｍの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、請求項３３に記載の方法。
【請求項３４】
前記溶液が、９８％を超えるイソプロピルアルコールである、請求項１７に記載の方法。
【請求項３５】
前記懸垂したナノファイバーシートを前記溶液に曝露するステップは、前記懸垂したナノファイバーシートの前記自立部分が、連続性を保持しつつ、厚さが１０００分の１に収縮することを引き起こす、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記懸垂したナノファイバーシートを前記溶液に曝露するステップは、前記懸垂したナノファイバーシートの前記自立部分が、連続性を保持しつつ、少なくとも１００ミクロンの厚さから３０ｎｍ未満の厚さに緻密化することによって収縮することを引き起こす、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
ナノ粒子を前記懸垂したナノファイバーシートの前記緻密化された自立部分に適用するするステップをさらに含み、前記懸垂したナノファイバーシートの前記緻密化された自立部分が、前記ナノ粒子を適用した後に連続性を保持する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記懸垂したナノファイバーシートが、第１のナノファイバーシートと第２のナノファイバーシートを備え、さらに、前記第１のナノファイバーシートが、対応する複数の介在間隙を画定する複数のナノファイバー束を有する不連続性ナノファイバーシートを備え、前記第２のナノファイバーシートが、前記不連続性ナノファイバーシート上に配置された連続性ナノファイバーシートを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項３９】
前記連続性ナノファイバーシートに対向する側の前記不連続性ナノファイバーシートに別のナノファイバーシートを適用するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記曝露が、前記懸垂したナノファイバーシートを、周囲圧力及び２０℃〜３０℃で提供される前記溶液の液滴に曝露することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項４１】
前記曝露の前に、前記溶液中にナノ粒子を懸濁させるステップをさらに含み、前記曝露が、前記懸垂したナノファイバーシートを前記ナノ粒子を含む前記溶液に曝露することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項４２】
前記懸垂したナノファイバーシートが、第１の収縮した自立部分を含む第１のナノファイバーシートと、第２の収縮した自立部分を含む第２のナノファイバーシートとを備え、さらに、前記第１のナノファイバーシートが、前記第１の収縮した自立部分及び前記第２の収縮した自立部分が重なるように前記第２のナノファイバーシートに積層される、請求項１７に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１のナノファイバーシートの前記ナノファイバーが、第１の方向に配向され、前記第２のナノファイバーシートの前記ナノファイバーが、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向され、積層されたナノファイバー組立体を形成する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の方向と前記第２の方向が直交する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記有機溶媒の前記溶液に曝露する前に、前記懸垂したナノファイバーシートを純粋なＩＰＡ蒸気に曝露するステップをさらに含み、前記懸垂したナノファイバーシートを純粋なＩＰＡに曝露することは、前記懸垂したナノファイバーシートが間隙または束を形成せずに緻密化することを引き起こす、請求項１７に記載の方法。
【請求項４６】
前記懸垂したナノファイバーシートを前記溶液の液滴に曝露するステップが、前記溶液のエアロゾルを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項４７】
前記懸垂したナノファイバーシートの周縁部をフレームに取り付けて前記懸垂したナノファイバーシートを形成するステップをさらに含み、前記懸垂したナノファイバーシートが、前記フレーム及び前記フレーム内の前記自立部分に重なる接着された周縁部を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項４８】
前記溶液が、周囲雰囲気中の湿気からの平衡量の水を有する純粋なＩＰＡである、請求項１７に記載の方法。
【請求項４９】
ナノファイバーシートを処理する方法であって、
間隙によって隔てられ、第１のピッチを有する少なくとも２つのナノファイバーシートをフレーム内に懸垂させるステップと、
前記懸垂したナノファイバーシートを溶媒の液滴に曝露するステップであって、前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートの自立部分が、束へと収縮し第２のピッチで隔てられることを引き起こす、ステップと
を含む、方法。
【請求項５０】
前記少なくとも２つのナノファイバーシートをナノファイバーフォレストを処置することによって製造するステップをさらに含み、前記処置が、前記ナノファイバーフォレストのナノファイバーをレーザーに曝露して、未処置のナノファイバーの第１のストリップ及び未処置のナノファイバーの第２のストリップを隔てる処置されたナノファイバーのストリップを形成することを含み、前記第１のストリップ及び前記第２のストリップが、前記第１のピッチを有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
処置されたナノファイバーの前記ストリップは、ナノファイバーシートへと引き出されない、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記溶媒が、１００％の水のエアロゾルである、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記間隙が、１ｍｍ〜４ｍｍである、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１のピッチが、１ｍｍ〜４ｍｍである、請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１のピッチに対する前記束の直径の比が、０．００３〜０．００５である、請求項５１に記載の方法。
【請求項５６】
フォレストへと引き出すことができないナノファイバーフォレストの領域を含むように前記ナノファイバーフォレストを処置するステップであって、前記領域が、前記ナノファイバーフォレストの第１のストリップ及び第２のストリップを第１のピッチで隔てている、ステップと、
前記第１のストリップ及び前記第２のストリップを、前記第１のピッチで第１のナノファイバーシート及び第２のナノファイバーシートへと引き出すステップと、
前記第１のナノファイバーシート及び前記第２のナノファイバーシートをフレームに取り付けるステップと、
前記第１のナノファイバーシート及び前記第２のナノファイバーシートを溶媒に曝露して、第１のナノファイバー束及び第２のナノファイバー束の第１のグリッドを形成するステップであって、前記第１のナノファイバー束及び前記第２のナノファイバー束が、第２のピッチである、ステップと
を含む、方法。
【請求項５７】
請求項３６の方法を繰り返して第２のグリッドを形成するステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１のグリッドを前記第２のグリッド上に配置して組立体を形成するステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１のピッチが、０．５ｍｍ〜１ｃｍである、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
前記第２のピッチが、２０００μｍ〜２１００μｍである、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記溶媒が、水のエアロゾルであり、前記曝露が、圧縮空気を使用して前記エアロゾルを形成することを含む、請求項５６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、ナノファイバーに関する。具体的には、本開示は、ナノファイバーシート組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のナノファイバーまたはカーボンナノチューブの「フォレスト」とは、基板上に互いに実質的に平行に配置され、基板の表面に対して実質的に垂直に配向した複数のナノファイバーまたはカーボンナノチューブの配列を指す。ナノファイバーのフォレストは、成長基板上に触媒粒子を配置し、基板及び触媒粒子を炉内で加熱し、加熱された触媒及び基板に燃料化合物を供給することによって複数のナノチューブを成長させることを含む、様々な方法のいずれかで形成され得る。複数のナノファイバーは、触媒粒子から実質的に平行な配列に、しばしば垂直に成長する。ナノファイバーのフォレストは、ナノファイバーのシートへと引き出され得る。
【発明の概要】
【０００３】
例１（Example 1）は、ナノファイバーシートを処理するための方法であって、懸垂（suspended）したナノファイバーシートに、水と有機溶媒の溶液を提供（provide）するステップと、前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記有機溶媒の前記溶液の液滴に曝露するステップとを含み、前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートの自立部分（freestanding portion）が収縮することを引き起こす、方法を含む。
【０００４】
例２（Example 2）は、前記収縮した懸垂したナノファイバーシートを水と追加の有機溶媒の追加の溶液の液滴に曝露するステップであって、前記追加の溶液が、水と前記有機溶媒の前記溶液よりも高い濃度の前記追加の有機溶媒を有し、前記曝露が、前記自立部分のさらなる収縮を引き起こす、ステップと、前記さらに収縮した自立部分を２体積％未満の水を含む有機溶媒の液滴に曝露するステップとをさらに含む、例１の主題を含む。
【０００５】
例３（Example 3）は、前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記有機溶媒の前記溶液の液滴に曝露するステップが、前記懸垂したナノファイバーシートが第１の直径を有する複数のナノファイバー束（nanofiber bundles）へと収縮することを引き起こす、例２の主題を含む。
【０００６】
例４（Example 4）は、前記第１の直径を有する前記ナノファイバー束を前記追加の溶液の液滴に曝露することが、前記第１の直径を有する前記ナノファイバー束が、前記第１の直径よりも小さい第２の直径にさらに収縮することを引き起こし、前記ナノファイバー束を、２％未満の水を含む前記追加の有機溶媒の液滴に曝露することが、前記第２の直径を有する前記ナノファイバー束が、前記第２の直径よりも小さい第３の直径に収縮することを引き起こす、例３の主題を含む。
【０００７】
例５（Example 5）は、前記第１の直径は、少なくとも７μｍであり、前記第３の直径は、３μｍ未満である、例４の主題を含む。
【０００８】
例６（Example 6）は、前記曝露の前に、前記ナノファイバーシートが、前記自立部分で連続シートを形成するための共通の方向に整列した複数のナノファイバーを含む、先行例のいずれかの主題を含む。
【０００９】
例７（Example 7）は、前記有機溶媒が、イソプロピルアルコールである、先行例のいずれかの主題を含む。
【００１０】
例８（Example 8）は、前記溶液が、５０体積％の水及び５０体積％のイソプロピルアルコールである、先行例のいずれかの主題を含む。
【００１１】
例９（Example 9）は、前記曝露は、前記ナノファイバーシートが、５００ミクロン〜１０００ミクロンの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、例８の主題を含む。
【００１２】
例１０（Example 10）は、平均束直径が、５μｍ〜１５μｍである、例８の主題を含む。
【００１３】
例１１（Example 11）は、前記曝露されたナノファイバーシートが、５５０ｎｍの波長を有する放射線に対して少なくとも８６％の透過率を有する、先行例のいずれかの主題を含む。
【００１４】
例１２（Example 12）は、前記溶液が、２００ｎｍの平均直径を有する銀ナノ粒子をさらに含み、前記曝露されたナノファイバーシートが、５５０ｎｍの波長を有する放射線の９９％の透過率を有する、先行例のいずれかの主題を含む。
【００１５】
例１３（Example 13）は、前記溶液が、２５体積％のイソプロピルアルコール及び７５体積％の水である、例１〜７のいずれかの主題を含む。
【００１６】
例１４（Example 14）は、前記曝露が、前記ナノファイバーシートが、６００μｍ〜１８００μｍの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、例１〜７、１３のいずれかの主題を含む。
【００１７】
例１５（Example 15）は、平均束直径が、１２μｍ〜１００μｍである、例１〜７、１３、１４のいずれかの主題を含む。
【００１８】
例１６（Example 16）は、前記溶液が、７５体積％のイソプロピルアルコール及び２５体積％の水である、例１〜７のいずれかの主題を含む。
【００１９】
例１７（Example 17）は、前記曝露が、前記ナノファイバーシートが、１００μｍ〜２５０μｍの平均間隙サイズを有する複数の間隙を画定する複数のナノファイバー束へと収縮することを引き起こす、例１〜７、１６のいずれかの主題を含む。
【００２０】
例１８（Example 18）は、前記溶液が、９８％を超えるイソプロピルアルコールである、例１〜７のいずれかの主題を含む。
【００２１】
例１９（Example 19）は、前記ナノファイバーシートを前記溶液に曝露することが、前記ナノファイバーシートの前記自立部分が、連続性を保持しつつ、厚さが１０００分の１に収縮することを引き起こす、例１〜７、１８のいずれかの主題を含む。
【００２２】
例２０（Example 20）は、前記ナノファイバーシートを前記溶液に曝露することが、前記ナノファイバーシートの前記自立部分が、連続性を保持しつつ、少なくとも１００ミクロンの厚さから３０ｎｍ未満の厚さに緻密化することによって収縮することを引き起こす、例１〜７、１８、１９のいずれかの主題を含む。
【００２３】
例２１（Example 21）は、ナノ粒子を前記ナノファイバーシートの前記緻密化された自立部分に適用するするステップをさらに含み、前記ナノファイバーシートの前記緻密化された自立部分が、前記ナノ粒子を適用した後に連続性を保持する、例１〜２０のいずれかの主題を含む。
【００２４】
例２２（Example 22）は、前記ナノファイバーシートが、第１のナノファイバーシート及び第２のナノファイバーシートを含み、さらに、前記第１のナノファイバーシートが、対応する複数の介在間隙（intervening gaps）を画定する複数のナノファイバー束を有する不連続性ナノファイバーシートを含み、前記第２のナノファイバーシートが、前記不連続性ナノファイバーシート上に配置された連続性ナノファイバーシートを含む、例１〜２１のいずれかの主題を含む。
【００２５】
例２３（Example 23）は、前記連続性ナノファイバーシートに対向する側の前記不連続性ナノファイバーシートに別のナノファイバーシートを適用するステップをさらに含む、例２２の主題を含む。
【００２６】
例２４（Example 24）は、前記曝露が、前記ナノファイバーシートを、周囲圧力及び２０℃〜３０℃で提供される前記溶液の液滴に曝露することを含む、例１〜２３のいずれかの主題を含む。
【００２７】
例２５（Example 25）は、前記曝露の前に、前記溶液中にナノ粒子を懸濁させるステップをさらに含み、前記曝露は、前記ナノファイバーシートを前記ナノ粒子を含む前記溶液に曝露することをさらに含む、例１〜２４のいずれかの主題を含む。
【００２８】
例２６（Example 26）は、前記ナノファイバーシートが、第１の収縮した自立部分を含む第１のナノファイバーシートと、第２の収縮した自立部分を含む第２のナノファイバーシートとを含み、さらに、前記第１のナノファイバーシートが、前記第１の収縮した自立部分及び前記第２の収縮した自立部分が重なるように前記第２のナノファイバーシートに積層される、例１〜２５のいずれかの主題を含む。
【００２９】
例２７（Example 27）は、前記第１のナノファイバーシートの前記ナノファイバーが、第１の方向に配向され、前記第２のナノファイバーシートの前記ナノファイバーが、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向され、積層されたナノファイバー組立体を形成する、例２６の主題を含む。
【００３０】
例２８（Example 28）は、前記第１の方向と前記第２の方向が直交する、例２７の主題を含む。
【００３１】
例２９（Example 29）は、前記懸垂したナノファイバーシートを水と前記有機溶媒の前記溶液に曝露する前に、前記懸垂したナノファイバーシートを純粋なＩＰＡ蒸気に曝露するステップをさらに含み、前記懸垂したナノファイバーシートを純粋なＩＰＡに曝露することは、前記懸垂したナノファイバーシートが間隙または束を形成せずに緻密化することを引き起こす、先行例のいずれかの主題を含む。
【００３２】
例３０（Example 30）は、前記懸垂したナノファイバーシートを前記溶液の液滴に曝露することが、前記溶液のエアロゾルを含む、先行例のいずれかの主題を含む。
【００３３】
例３１（Example 31）は、前記ナノファイバーシートの周縁部をフレームに取り付けて前記懸垂したナノファイバーシートを形成するステップをさらに含み、前記ナノファイバーシートは、前記フレーム及び前記フレーム内の前記自立部分に重なる接着された周縁部を有する、先行例のいずれかの主題を含む。
【００３４】
例３２（Example 32）は、前記溶液が、周囲雰囲気中の湿気からの平衡量の水を有する純粋なＩＰＡである、先行例のいずれかの主題を含む。
【００３５】
例３３（Example 33）は、ナノファイバーシートを処理するための方法であって、間隙によって隔てられ、第１のピッチを有する少なくとも２つのナノファイバーシートをフレーム内に懸垂させるステップと、前記懸垂したナノファイバーシートを溶媒の液滴に曝露するステップであって、前記曝露は、前記懸垂したナノファイバーシートの自立部分が、束へと収縮し第２のピッチで隔てられることを引き起こす、ステップとを含む、方法である。
【００３６】
例３４（Example 34）は、前記少なくとも２つのナノファイバーシートストリップをナノファイバーフォレストを処置することによって製造するステップをさらに含み、前記処置は、前記フォレストのナノファイバーをレーザーに曝露して、未処置のナノファイバーの第１のストリップ及び未処置のナノファイバーの第２のストリップを隔てる処置されたナノファイバーのストリップを形成することを含み、前記第１のストリップ及び前記第２のストリップは、前記第１のピッチを有する、例３３の主題を含む。
【００３７】
例３５（Example 35）は、前記レーザーに曝露されたナノファイバーの前記ストリップは、ナノファイバーシートへと引き出されない、例３４の主題を含む。
【００３８】
例３６（Example 36）は、前記溶媒が、１００％の水のエアロゾルである、例３３〜３５のいずれかの主題を含む。
【００３９】
例３７（Example 37）は、前記溶媒が、１００％の水のエアロゾルである、例３３〜３６のいずれかの主題を含む。
【００４０】
例３８（Example 38）は、前記間隙が、１ｍｍ〜４ｍｍである、例３３〜３７のいずれかの主題を含む。
【００４１】
例３９（Example 39）は、前記束の直径の前記ピッチに対する比が、０．００３〜０．００５である、例３３〜３８のいずれかの主題を含む。
【００４２】
例４０（Example 40）は、フォレストへと引き出すことができないナノファイバーフォレストの領域を含むように前記ナノファイバーフォレストを処置するステップであって、前記領域が、前記ナノファイバーフォレストの第１のストリップ及び第２のストリップを第１のピッチで隔てている、ステップと、前記第１のストリップ及び前記第２のストリップを、前記第１のピッチで第１のナノファイバーシート及び第２のナノファイバーシートへと引き出すステップと、前記第１のナノファイバーシート及び前記第２のナノファイバーシートをフレームに取り付けるステップと、前記第１のナノファイバーシート及び前記第２のナノファイバーシートを溶媒に曝露して、第１のナノファイバー束及び第２のナノファイバー束の第１のグリッドを形成するステップであって、前記第１のナノファイバー束及び前記第２のナノファイバー束は、第２のピッチである、ステップとを含む、方法。
【００４３】
例４１（Example 41）は、例３６の方法を繰り返して第２のグリッドを形成するステップをさらに含む、例４０の主題を含む。
【００４４】
例４２（Example 42）は、前記第１のグリッドを前記第２のグリッド上に配置して組立体を形成するステップをさらに含む、例４１の主題を含む。
【００４５】
例４３（Example 43）は、前記第１のピッチが、０．５ｍｍ〜１ｃｍである、例４０〜４２のいずれかの主題を含む。
【００４６】
例４４（Example 44）は、前記第２のピッチが、２０００μｍ〜２１００μｍである、例４０〜４３のいずれかの主題を含む。
【００４７】
例４５（Example 45）は、前記溶媒が、水のエアロゾルであり、前記曝露が、圧縮空気を使用して前記エアロゾルを形成することを含む、例４０〜４４のいずれかの主題を含む。
【００４８】
例４６（Example 46）は、第１のナノファイバー束及び前記第１のナノファイバー束と整列した第２のナノファイバー束を含む第１のナノファイバーグリッドであって、前記第１のナノファイバー束は、第１の束平均直径を有し、第１の平均ピッチで前記第２のナノファイバー束から隔てられており、前記第１のナノファイバー束は、０．０００１〜０．００４８の前記第１の平均ピッチに対する第１の束平均直径の比を有する、前記第１のナノファイバーグリッドと、前記第１のナノファイバーグリッド上の第２のナノファイバーグリッドであって、前記第２のナノファイバーグリッドは、第４のナノファイバー束と整列した第３のナノファイバー束を含み、前記第３のナノファイバー束は、第２の平均ピッチで前記第４のナノファイバー束から隔てられており、前記第３のナノファイバー束は、第２の束平均直径を有し、０．０００１〜０．００４８の前記第２の平均ピッチに対する第２の束平均直径の比を有する、前記第２のナノファイバーグリッドと、前記第２のナノファイバーグリッド上のナノファイバーシートと、を含み、前記第１のナノファイバー束と前記第３のナノファイバー束との間の角度は、３０°〜９０°である、ナノファイバー組立体である。
【００４９】
例４７（Example 47）は、前記第１の平均束直径及び前記第２の束平均直径がそれぞれ、２μｍ〜１１μｍである、例４６の主題を含む。
【００５０】
例４８（Example 48）は、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチのうちの１つ以上が、９５０μｍ〜２４００μｍである、例４６〜４７のいずれかの主題を含む。
【００５１】
例４９（Example 49）は、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチのうちの１つ以上が、９３５μｍ〜９７５μｍであり、前記第１の束直径及び前記第２の束直径のうちの１つ以上が、１．８μｍ〜２．０μｍである、例４６〜４８のいずれかの主題を含む。
【００５２】
例５０（Example 50）は、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチが、１ｍｍ〜２ｍｍである、例４６〜４９のいずれかの主題を含む。
【００５３】
例５１（Example 51）は、前記第１の束直径及び前記第２の束直径が、１．８μｍ〜２．０μｍである、例４６〜５０のいずれかの主題を含む。
【００５４】
例５２（Example 52）は、前記ナノファイバー組立体を介して直角に投影され、１０ｎｍ〜１２５ｎｍの波長を有する放射線の透過率が、９０％を超える、例４６〜５１のいずれかの主題を含む。
【００５５】
例５３（Example 53）は、前記放射線が、１００ワット〜２５０ワットの電力で送信される、例４６〜５２のいずれかの主題を含む。
【００５６】
例５４（Example 54）は、１００ｍｍの長さ及び１５０ｍｍの幅を有する前記ナノファイバー組立体の面積に対する１０ｎｍ〜１２５ｎｍの波長を有する透過放射線の強度が、０．５未満の３σばらつきを有する、例４６〜５３のいずれかの主題を含む。
【００５７】
例５５（Example 55）は、前記組立体を介して直角に投影され、１３．５ｎｍの波長を有する放射線の透過率が、９０％を超える、例４６〜５４のいずれかの主題を含む。
【００５８】
例５６（Example 56）は、１３．５ｎｍの波長を有する放射線の鏡面散乱が、１％未満である、例４６〜５５のいずれかの主題を含む。
【００５９】
例５７（Example 57）は、前記組立体が、９０ｍｍ〜１１０ｍｍの長さ及び１４０ｍｍ〜１５５ｍｍの幅を有する、例４６〜５６のいずれかの主題を含む。
【００６０】
例５８（Example 58）は、前記ナノファイバー組立体の周囲に取り付けられたフレームをさらに含む、例４６〜５７のいずれかの主題を含む。
【００６１】
例５９（Example 59）は、前記第１のナノファイバー束、前記第２のナノファイバー束、前記第３のナノファイバー束、及び前記第４のナノファイバー束内に配置された銀ナノ粒子をさらに含み、前記銀ナノ粒子は、５０ｎｍ以下の直径を有する、例４６〜５８のいずれかの主題を含む。
【００６２】
例６０（Example 60）は、１０μｍ〜２５μｍの寸法を有する前記第１のナノファイバーグリッド上の前記第２のナノファイバーグリッドによって画定される間隙をさらに含む、例４６〜５９のいずれかの主題を含む。
【００６３】
例６１（Example 61）は、５５０ｎｍの波長を有する放射線の前記組立体を介する透過率が、少なくとも８６％である、例４６〜６０のいずれかの主題を含む。
【００６４】
例６２（Example 62）は、１００ｎｍ〜２５０ｎｍの平均直径を有する銀ナノ粒子をさらに含み、前記ナノファイバー組立体は、５５０ｎｍの波長を有する放射線の９９％の透過率を有する、例４６〜６１のいずれかの主題を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ（１）】実施形態における、ナノファイバーシートの平面図である。
【図１Ａ（２）】実施形態における、ナノファイバーグリッドの平面図である。
【図１Ｂ】実施形態における、図１Ａ（１）のナノファイバーシートの側面図である。
【図１Ｃ】実施形態における、図１Ａ（２）のナノファイバーグリッドの側面図である。
【図２Ａ】実施形態における、ナノファイバーグリッドと接触したナノファイバーシートを含むナノファイバーシート組立体の平面図である。
【図２Ｂ】実施形態における、図２Ａのナノファイバーシート組立体の側面図である。
【図２Ｃ】実施形態における、例示的なナノファイバーシート組立体の側面図である。
【図３】実施形態における、ナノファイバーシート組立体を作製するための例示的な方法を示す方法フロー図である。
【図４Ａ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図４Ｂ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図４Ｃ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図４Ｄ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図４Ｅ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図４Ｆ】実施形態における、図３に示された例示的な方法に従って製作されたナノファイバーシート組立体の図を示している。
【図５Ａ】実施形態における、ナノファイバーシート組立体における構成要素として使用可能なナノファイバーメッシュの平面図である。
【図５Ｂ】実施形態における、ナノファイバーメッシュの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５Ｃ】実施形態における、ナノファイバーメッシュの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】Ａ及びＢは、実施形態における、ナノファイバーシート組立体の模式側面図を示している。
【図７】実施形態における、ナノファイバーシート組立体を製作するための例を示す方法フロー図である。
【図８】実施形態における、極端紫外線（ＥＵＶ）放射線で使用されるフィルターを調製するための例示的な方法を示す方法フロー図である。
【図９】実施形態における、ＥＵＶ放射線フィルターで使用されるフィルターを調製するための別の例示的な方法を示す方法フロー図である。
【図１０】Ａ〜Ｄは、実施形態における、図９に示された例示的な方法に対応する製作のいくつかの段階の模式図である。
【図１１】実施形態における、基板上の例示的なナノファイバーのフォレストの顕微鏡写真である。
【図１２】実施形態における、ナノファイバー成長のための例示的な反応器の模式図である。
【図１３】実施形態における、シートの相対的寸法を特定し、シートの表面に平行な平面内に端から端まで整列されたシート内のナノファイバーを模式的に示すナノファイバーシートの例図である。
【図１４】ＳＥＭ顕微鏡写真であり、実施形態における、ナノファイバーのフォレストから横方向に引き出されているナノファイバーシートの画像であり、複数のナノファイバーは、図１３に模式的に示されているように端から端まで整列している。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図面は、例示の目的のみのために本開示の様々な実施形態を描いている。多数の変形、構成、及び他の実施形態は、以下の詳細な論述から明らかになる。さらに、理解されるように、図面は、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、記載された実施形態を示された特定の構成に限定することも意図していない。例えば、いくつかの図は一般に、直線、直角、及び平滑な表面を示しているが、開示される技術の実際の実行は、完全な直線及び直角に及ばない場合があり、いくつかの特徴は、製作プロセスの現実世界の制限を考慮すると、表面トポグラフィーを有し得るか、またはそうでなければ非平滑であり得る。要するに、図面は、単に例示的な構造を示すために提供されているに過ぎない。
【００６７】
［概要］
ナノファイバーシートは、いくつかの場合では、シートが連続構造であっても、ガス及びガス混合物（例えば、空気、アルゴン、窒素）に対して透過性であり得る。しかしながら、これらの連続シートは、固体または液体粒子に対して不透過性であり得る。これにより、ナノファイバーシートを、気相中に存在する固相粒子または液相液滴のためのフィルターとして機能させることが可能となる。しかしながら、ナノファイバーシートは一般に、物理的に壊れやすく、空気中の粒子と接触した場合または気流（例えば、空気取り扱い装置、物体の移動に由来する）によって乱された場合でさえ、しばしばしわになり、歪み、または引き裂かれるので、ナノファイバーシートは一般に、フィルターには使用されていない。
【００６８】
ナノファイバーシートの物理的にデリケートな性質のいくつかの側面を克服し得る技術が本明細書に開示されており、これにより、ナノファイバーシート組立体を気相から液相及び固相粒子を濾過するために使用することが可能になる。本明細書に開示されるナノファイバーシート組立体の実施形態は、ナノファイバーシートの物理的耐久性を改善するだけでなく、ナノファイバーシートを連続ポリマーシートまたは連続ガラスシートなどの従来の基板上に配置することによって阻害されるであろう気相物質に対するナノファイバーシートの透過性を同時に維持する。さらに、本明細書には、ナノファイバーシートの物理的安定性を改善し、これにより様々な条件及び様々な技術的適用の下でのそれらの耐久性を改善する技術が開示されている。
【００６９】
本開示のいくつかの実施形態は、少なくとも２つのナノファイバーシートからナノファイバーシート組立体を形成するための技術を含む。ナノファイバーシート組立体におけるナノファイバーシートの１つ以上は、少なくとも２つの異なる溶媒の溶液の蒸気及び／またはエアロゾルの液滴に曝露され得る。これは、ナノファイバーグリッドまたはナノファイバーウェブを生成し得、更には、その上に配置された第２のナノファイバーシートの機械的安定性を改善するために使用され得る。蒸気及びエアロゾルという用語は、所定の条件下で、これらの異なる相の物質が単独で、または互いに組み合わせて同じ結果をもたらし得ることを理解して、本明細書で互換的かつ同等に使用されることが理解される。
【００７０】
少なくとも２つの溶媒は、一つ又は複数のナノファイバーシートの化学的性質、表面エネルギー、及び／または疎水性に基づいて選択され得る。いくつかの例では、溶液は、
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）及び水を含む。溶液の組成（例えば、ＩＰＡ及び水の相対的割合）は、ナノファイバーシートの厚さ、表面トポグラフィー、ナノファイバーシートが群化されたナノファイバーの束を形成する程度、ならびに群のナノファイバーの束（単純化のため「束」）間の間隙の平均サイズ及び／または形状を制御するために選択され得る。いくつかの例では、圧力下及び周囲温度（例えば、２０℃〜２５℃）で提供される純粋な水滴は、ナノファイバーシートにおける繊維束間に大きな長手方向の間隙を生じさせ得る。いくつかの例では、８０℃〜１００℃の温度で周囲圧力（すなわち、加圧ガスで加速されていない）で提供される純粋な水滴は、束化されていない且つ間隙を含まない緻密化ナノファイバーシートを生じさせ得る。いくつかの例では、純粋なＩＰＡは、ナノファイバーシートを緻密化する（すなわち、束及び間隙の形成を引き起こさずにシートの密度を高める）ように適用され得る。シートの緻密化は、水スチーム液滴またはＩＰＡ液滴を介するかにかかわらず、ナノファイバーシートの物理的連続性も維持しつつ（すなわち、緻密化の結果として間隙が形成されない）、ナノファイバーシートの厚さを１０００分の１も減少させ得る。いくつかの例では、ＩＰＡを有する溶液中の水の量を増加させることは一般に、３０℃未満の温度及び２ｐｓｉを超える圧力で提供された場合に間隙サイズを増大させる。
【００７１】
ナノファイバーグリッド（例えば、細長い準長方形または正方形の間隙によって隔てられたナノファイバーの平行な束）またはウェブ（例えば、不規則な多角形の間隙によって隔てられたナノファイバーの相互接続された束のネットワーク）であって、そのナノファイバーの束が間隔によって隔てられているものを形成するために処理されるナノファイバーシートの構造に応じて、直径が０．５ミクロン、０．１ミクロン、０．０５ミクロン、または０．００５ミクロンもの小さな粒子が、本開示の実施形態によって捕捉され得る。いくつかの例では、２つ以上のウェブ及び／またはグリッドは、異なる配向で互いに重ねて配置され得る。これらの例は、単一のシート及び／またはグリッドに見られる間隙サイズよりも小さな幅、長さ、及び／または面積を有する間隙サイズを有するナノファイバーメッシュを製造し得る。
【００７２】
本開示の他の技術では、少なくとも２つの異なる溶媒の溶液の蒸気液滴はまた、様々なナノ粒子のいずれかを含むように製剤化され得る。本明細書に記載の技術に従って処理された得られたナノファイバーシート組立体は、他の方法によって製作された単層ナノファイバーシートまたはナノファイバーシート組立体にとってまれな高い放射線（光学的光を含む）透過率及び機械的耐久性の組み合わせを有し得る。放射線及びガス透過性と組み合わされたこの機械的耐久性の結果として、本開示のナノファイバーシート組立体は、そのため、高い光学的光透過率のガスフィルターまたは基板に使用され得る。本開示のナノファイバーシートはまた、入射放射線の８０％以上も透過する高い放射線透過率を示す。いくつかの例では、本開示のいくつかの実施形態を介して透過した放射線は、光を偏光させ得る。別段記載されない限り、放射線透過率は、基板の平均平面に対して垂直（直角）方向に透過した場合に、基板を通過する放射線の量として測定される。
【００７３】
本開示の他の技術では、ナノファイバー組立体は、ナノファイバー糸へと紡績することができないナノファイバーフォレスト内の線またはナノファイバーフォレスト内のストリップを「スコアリング」することによって製作され得る。このスコアリングは、例えば、レーザーまたはフォレストの機械的もしくは熱的処置を使用して実施され得る。これらの「紡績不可能な」領域は、ナノファイバー糸へと紡績され得るナノファイバーフォレストの領域を隔てる。この技術は、紡績可能なストリップから生じるナノファイバー束の幅及びナノファイバー組立体内のナノファイバー束間の間隔（または「ピッチ」）を制御するために使用され得る。
【００７４】
同様に、本明細書の実施形態は、ナノファイバーフィルター、ナノファイバー薄膜、及び／またはナノファイバー膜と称され得る。
【００７５】
ナノファイバー、ナノファイバーフォレスト、及びナノファイバーシートに関する情報は、図８〜１０の文脈でのナノファイバーシート組立体の記載に従う図８〜１４の文脈で提示される。
【００７６】
［ナノファイバーシート組立体の構造］
図１Ａ（１）、図１Ａ（２）、図１Ｂ、及び図１Ｃは、本開示のナノファイバーシート組立体に使用される例示的な構成要素の様々な図を示している。図１Ａ（１）は、第１のナノファイバーシート１０４の平面図を示し、図１Ａ（２）は、（第２のナノファイバーシートから形成された）ナノファイバーグリッド１０８のナノファイバー束の平面図を示している。ナノファイバーシート１０４及びナノファイバーグリッド１０８は、いくつかの実施形態では、ナノファイバーシート組立体を形成するために一緒に組み立てられ得る。なお、これらの図、及び以下に記載される他の図は、説明の明確性を重視して描かれており、縮尺どおりに描かれていない。
【００７７】
ナノファイバーシート１０４は、図１１〜図１４の文脈において後述する方法に従ってナノファイバーのフォレストから作製され得る。図１Ａ（１）、図１Ａ（２）、図１Ｂ、及び図１Ｃに示されるように、ナノファイバーグリッド１０８は、介在間隙１１６Ａ及び１１６Ｂ（集合的に１１６）を画定する複数のナノファイバー束１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ（集合的に１１２）を備える。ナノファイバー束１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃは、束群１２０を介して外周に接続されている。束群１２０は、ナノファイバー束１１２の配置への前駆体ナノファイバーシートの遷移におけるナノファイバーとして形成される。例えば、一実施形態では、ナノファイバーシート（ナノファイバーシート１０４とは区別されるが、類似している）は、前駆体ナノファイバーシートの周縁部をフレームに取り付けるか、または接続させることによってナノファイバーグリッド１０８へと処理され得る。一例では、フレームは、前駆体ナノファイバーシートの周縁部の後続の処理（例えば、溶媒蒸気）への曝露を防止するマスクとして作用し、それと同時に前駆体ナノファイバーシートの内部部分が自立する（すなわち、任意の他の構造によって物理的に支持されず、その自重を支持する）ことを可能にする。別の例では、フレームは、前駆体ナノファイバーシートの周縁部を安定化させ、これによりシートが溶媒蒸気（または有機溶媒／水溶液の蒸気）に曝露された場合に周縁部におけるナノファイバーシートの収縮を防止する。次いでナノファイバーシートの自立部分は、１種以上の溶媒中の液滴及び／または粒子に曝露され得る。この曝露は、以下により詳細に説明するように、ナノファイバー束１１２及び介在間隙１１６の形成を引き起こす。
【００７８】
ナノファイバーシート１０４及びナノファイバーグリッド１０８の両方の断面図が図１Ｂ及び図１Ｃに示されており、これらは縮尺どおりに描かれておらず、むしろ説明を容易にするために描かれている。
【００７９】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、本開示の様々なナノファイバーシート組立体の平面図及び断面図を示している。本開示のナノファイバーシート組立体のいくつかの例は、図１Ａ（１）、図１Ａ（２）、図１Ｂ、及び図１Ｃに示されたものと類似する要素を組み合わせることによって形成され得る。例えば、図２Ａは、ナノファイバー組立体２００の平面図を示している。ナノファイバー組立体２００は、ナノファイバーグリッド１０８とナノファイバーシート１０４を備える。これらの要素はいずれも上述されている。これらの２つの要素は、ナノファイバー組立体２００を形成するために互いに接触して配置される。いくつかの例では、界面は、接着剤がなくてもよく、組立体２００を形成するには単なる物理的接触で十分であるが、その理由は、ナノファイバーグリッド１０８及びナノファイバーシート１０４が別の力、構造または組成物を加えなくても互いに接着するからである。他の例では、接着剤は、強固な接続を促進するためにナノファイバーグリッド１０８とナノファイバーシート１０４との間に配置され得る。また他の例では、強固な接続を促進するように、ナノファイバーグリッド１０８及びナノファイバーシート１０４の一方または両方に材料（ポリマーまたは接着剤など）が浸透され得る。ナノファイバー組立体２００の一部が図２Ｂにおいて断面で示されている。
【００８０】
いくつかの例では、ナノファイバーグリッド１０８は、ナノファイバーシート１０４のための構造的支持体として作用し得る。この構造的支持は、外部摂動（例えば、気流または気体中に浮遊する粒子との接触）に応答して、さもないと壊れやすいナノファイバーシート１０４が引き裂かれること、損傷すること、または意図せずに束化することを防止し得る。一例では、ナノファイバーグリッド１０８は、グリッド１０８の束１１２とナノファイバーシート１０４との間の物理的接触によってナノファイバーシート１０４の連続性を維持するのに役立つ。物理的接触により、グリッド１０８の束１１２は、摂動に応答してナノファイバーシート１０４がしわになる、折り畳まれる、及び／または引き裂かれる傾向を打ち消すように作用し得る安定化力をナノファイバーシート１０４に提供することが可能になる。ナノファイバーグリッドは、支持されているナノファイバーシートの平均間隙の面積の２倍超もしくは２倍未満、１０倍超もしくは１０倍未満、１００倍超もしくは１００倍未満または１０００倍超もしくは１０００倍未満の開口部を含み得る。
【００８１】
上記で示されたように、グリッド１０８との接触からナノファイバーシート１０４に加えられた安定性により、ナノファイバー組立体２００は、ガスがナノファイバーシート１０４を通って流れることができるが、粒子状物質がナノファイバーシート１０４を通過することを防止するフィルターとして使用することが可能になる。さらに、ナノファイバー組立体２００は、多くの波長の放射線に対して高い透過率を有するので、ナノファイバー組立体２００は、ナノサイズの粒子であっても、組立体の一方の側から他方の側への透過を効果的に防止し得るだけでなく、入射放射線の一部の波長の８５％、９０％、または９５％超の透過を可能にし得る。ナノサイズの粒子の効果的な濾過と高い透過率とのこの組み合わせは、多数の技術的用途及び産業において有利である。
【００８２】
図２Ｃは、例示的なナノファイバーシート組立体２０４の別の実施形態の断面図を示している。ナノファイバーシート組立体２０４は、ナノファイバー組立体２００と共通する多くの要素を有する。例えば、ナノファイバーシート組立体２０４は、介在するナノファイバーグリッド１０８によって隔てられ、それと接触する２つのナノファイバーシート１０４Ａ、１０４Ｂを備える。図２Ｃに示されるように、２つのナノファイバーシートを備えることは、放射線透過率を大幅に低下させることなく、濾過率を改善し（すなわち、ナノファイバーシート組立体の一方の側から他方の側への相対的な空気中粒子濃度の低下を改善し）、機械的安定性を改善し得る（すなわち、動作の単位時間あたりの損傷の可能性の低減またはナノファイバーシート組立体が損傷することなく耐えることが可能な粒子サイズもしくは衝撃力の増加）。
【００８３】
［ナノファイバーシート組立体形成技術］
本明細書に示されるものなどのナノファイバーシート組立体の機械的耐久性は、ナノファイバーグリッド（または類似の構造、例えば、以下に記載されるようなナノファイバーウェブまたはナノファイバーメッシュ）によって提供される機械的支持に少なくとも比例する。しかしながら、束間の所望の間隔を有するか、または所望の束直径を有する（これらの両方が、ナノファイバーシート組立体の機械的安定性に影響を及ぼし得る）ナノファイバーグリッドを形成することは、困難であり得る。しばしば、ナノファイバーシートを水または有機溶媒に曝露することは、先に連続したナノファイバーシートの制御不能な収縮を生じさせる。この制御不能な収縮は、非常に可変する寸法の束及び対応する間隙（例えば、不規則な多角形、円、楕円の混合物）を形成するナノファイバーグリッドを生成する。この高い可変性は、所望の用途に好適であるためには過度に大きなまたは過度に可変性の間隙サイズを有するナノファイバーグリッドのため、製造中の歩留まり損失を増加させるだけでなく、濾過の有効性を低下させ得る。
【００８４】
この処理可変性を克服するために、本明細書に開示される技術は、選択可能な束の直径及び間隙幅を有するナノファイバーグリッドを生成し得る溶媒の溶液の使用を含む。選択された寸法は、適用された溶液の温度、適用された溶液の粒子もしくは蒸気液滴の速度、蒸気液滴の平均サイズ、適用された溶液の熱容量、及び／または適用された溶媒溶液の粒子もしくは蒸気液滴へのナノファイバーシートの曝露の継続時間のうちの１つ以上と組み合わせて、適用された溶液の組成に応答して生成され得る。間隙サイズ及び／または束直径を選択するように溶液を構成し、他のプロセスパラメータ（例えば、曝露の時間、液滴速度、液滴温度）を選択することにより、より予測可能な機械的安定性、より一貫した間隙サイズ、より予測可能な放射線に対する透過率、及びより予測可能な粒子状濾過有効性を有するナノファイバーシート組立体を形成することが可能となる。
【００８５】
図３は、本開示のいくつかの実施形態において、選択可能なナノファイバー束の直径、間隙幅、及び束の構成（例えば、グリッド、ウェブ、メッシュ、またはそれらの組み合わせ）を有するナノファイバーシート組立体を製造するための１つの例示的な方法３００を示している。対応する図４Ａ〜図４Ｆは、方法３００の説明を容易にするために提示された例示的な構成を示している。
【００８６】
方法３００は、後の処理中に互いに向かって収縮することに抵抗するために、任意に、ナノファイバーシートの周縁部をフレームに取り付ける（３０４）か、そうでなければナノファイバーシートの対向する縁部の一部または全部を固定することによって開始する。この構成を、図４Ａに示す。図示するように、フレーム４００とナノファイバーシート４０４が取り付けられて一体となっている。この取り付けにより、フレーム４００と重なって取り付けられた周縁部４０８が形成される。周縁部４０８内が自立部分４１２である。
【００８７】
ナノファイバーシートの任意の取り付け（３０４）（または対向する縁部の一部または全部の他の固定）は、多数の方法のいずれかで実施され得る。一例では、ナノファイバーシート４０４は、いかなる機械的または化学的な薬剤も用いずに自然にフレーム４００に接着する。別の例では、ナノファイバーシートの取り付けられた周縁部４０８は、フレームの２つの嵌合部分の間に挟まって（impinge）、これにより、その後の処理中にナノファイバーシート４０４の周縁部４０８の収縮または移動を防止し得る。別の例では、ナノファイバーシート４０４の周縁部４０８は、接着剤、接着フィルムもしくはテープ、真空、電荷、またはいくつかの他の接着手段を使用してフレーム（例えば、フレーム４００）に付着され得る。取り付け方法にかかわらず、取り付け（３０４）は、処理中にナノファイバーシート４０４の取り付けられた周縁部４０８の構造の収縮または変化を防止する。また、取り付け（３０４）は、説明の便宜上、フレーム４００内でナノファイバーシート４０４の自立部分４１２を画定する。この自立部分４１２は、フレーム４００と直接接触しておらず、また、いかなる他の機械的支持体とも接触しておらず、それ故、束化（bundling）が制約されていない。自立部分４１２は、引き裂かれたり、折り畳まれたり、またはそうでなければ非平面形状に変形することなく、その自重を支持することができる。他の種類の取り付け（３０４）は、フレームではない構造を含み得る。
【００８８】
方法３００は、次に、溶媒または溶媒の混合物を提供する（３０８）ことが行われる。溶媒の混合物は、任意の数の溶媒の組み合わせであり得、例えば、２つ、３つまたは４つの異なる溶媒を含み得る。一実施形態では、溶媒の１つは水であり、第２の溶媒は水混和性有機溶媒というセットである。水混和性有機溶媒は、室温で水に１体積％を超えて可溶な有機溶剤である。水混和性溶媒の例には、極性プロトン性及び極性非プロトン性溶媒が含まれる。適切な溶媒の特定の分類には、アルコール、アルデヒド及びグリコールが含まれる。いくつかの場合では、混和性溶媒は、イソプロパノール（ＩＰＡ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、メタノール（ＭｅＯＨ）、プロパノール、ブタノールまたはそれらの混合物などの低分子量アルコールである。特定の場合では、溶媒は、イソプロパノールなどの第２級アルコールである。水と有機溶媒の溶液の組成は、ナノファイバーグリッドに所望のナノファイバー束の直径及び間隙幅に基づいて選択され得る。一例では、溶液は、純粋なＩＰＡである。別の例では、溶液は、水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との混合物である。別の例では、溶液は、水及びアセトンの溶液である。また別の例では、溶液は、純粋な水である。
【００８９】
１種の溶媒及び／または複数の溶媒は、様々な技術を使用してナノファイバーシートに提供され得る（３０８）。いくつかの例では、１つ又は複数の技術としては、適用される溶液の温度、適用される溶液の蒸気液滴の速度、適用される溶液の液滴の平均サイズ（例えば、直径）、及び／または適用される溶媒溶液の粒子もしくは蒸気液滴へのナノファイバーシートの曝露の継続時間のうちの１つ以上を変化させる。例えば、液体（１種の溶媒または複数の溶媒に任意の懸濁粒子を加えたもの）は、空気中に浮遊した溶媒（または溶媒溶液）の液滴を含むエアロゾルの形態であり得る。エアロゾルの液滴は、例えば、１ｍｍ未満、１００μｍ未満、５０μｍ未満または２０μｍ未満の平均直径を有し得る。エアロゾルは、例えば、スプレーノズル、マイクロバブルまたは超音波を使用して生成され得る。他の場合では、ナノファイバーシートは、対象となる１種の溶媒または複数の溶媒で飽和された気体環境を含む容器内に配置され得る。溶媒は、例えば、環境を冷却することによってまたはナノファイバーシート自体を冷却することによってナノファイバーシート上に凝縮し得る。いくつかの実施形態では、ナノファイバーシートは、環境に導入されたときに、気体環境よりも冷却され得る。いくつかの場合では、気相溶媒の混合物が使用され得る。例えば、気体環境は、水及びＩＰＡの両方を含み得る。いくつかの場合では、これらの溶媒混合物は、共沸混合物としてナノファイバーシート上に共凝縮し得る。
【００９０】
いくつかの例では、上述したそれらの要因に加えて、ナノファイバーシート構造（例えば、束の直径、束間の間隙のサイズ、間隙サイズの規則性）に対する影響は、溶媒の液滴の温度及び溶媒（または溶媒溶液）の熱容量によって影響され得る。例えば、加速ガスを用いずに（すなわち、「低速度」で）大気圧で提供される気化した水滴（例えば、水を１００℃に加熱することによって生成される）は、特に１０秒未満、５秒未満または２秒未満の曝露時間で束及び間隙を生じることなくシートを緻密化し得ることが観察された。代わりに、これらの「高温、低速度」の水滴は、ナノファイバーシートの結束及び引張強度を改善することが観察された。すなわち、前述の「高温／低速度」の気化水滴で処置されると、ナノファイバーシートは緻密化され、束化及び引き裂きに対してより抵抗性となった。いくつかの例では、これは、緻密化されたシート内の繊維間のファンデルワールス引力の増加による可能性がある。この強度の増加はまた、時に、ナノファイバーシートが後に、束化を生じさせる可能性がより高い液滴（例えば、加圧ガスを使用して提供される液滴）で処置された場合に予想されるよりも小さな束直径及び小さな間隙サイズとして観察され得る。
【００９１】
理論によって縛られることを望まないが、いくつかの例では、周囲圧力で１００℃の水蒸気によって送達される熱は、より低い熱容量／より低い沸点を有するより低い温度の水蒸気または溶媒の蒸気に対して相対的に緻密化するナノファイバーシートの能力を改善し得ると考えられる。言い換えれば、水の沸点がＩＰＡよりも１７．４℃高く（１００℃対８２．６℃）、水の熱容量がＩＰＡのものよりもほぼ５０％高い（２０℃で４．１８６ジュール／グラム−℃対２．６８ジュール／グラム−℃）ので、例えば、ＩＰＡの液滴よりも水の液滴によってより多くの熱がナノファイバーシートに伝えられる。この熱は、シートの緻密化を促進し得、これはシート強度をさらに増加させ得る。上記のように、より低い溶媒液滴の温度及びより低い溶媒液滴の速度はまた、ナノファイバーシートの緻密化を促進し、束化を生じさせる（またはより小さな直径の束及び束間のより小さな間隙を生じさせる）可能性が低い。
【００９２】
説明の便宜上、以下の記載は、水及びＩＰＡの例に焦点を当てる。本開示の実施形態から逸脱することなく、水及び有機溶媒以外の溶液が、本明細書に記載されるように、ナノファイバーシートに適用され得ることが理解される。さらに、以下に詳細に記載される３つの溶液組成物は、記載の便宜上選択されており、他の組成物が類似の結果をもたらすように選択され得ることが理解される。
【００９３】
いくつかの実験では、水に対するＩＰＡの相対部分が大きいほど、ナノファイバーグリッド内の得られる間隙サイズが小さくなることが観察された。一方の極端な例では、低い蒸気液滴速度で高温蒸気として提供される純粋なＩＰＡ（すなわち、ＩＰＡスチーム）は、フレーム内のナノファイバーシート内に間隙を形成せず、むしろ自立部分のナノファイバーシートを緻密化し、シートの表面トポグラフィーの高さを減少させることが観察された。これは図４Ｂに模式的に示されており、ナノファイバーシート４１６の厚さＴから、緻密化されたナノファイバーシート４２０の厚さＴ’への減少は、純粋なＩＰＡ（周囲雰囲気中の湿気からの平衡量の水以外）の低速度液滴（例えば、蒸気速度が正圧によって加速されるのではなく、主にブラウン運動に起因する）の蒸気に曝露された場合、１０００分の１もの大きさであり得る。表１に示される実験例の文脈で以下により詳細に記載される条件下で純粋なＩＰＡ溶液によって処理した場合、ナノファイバーシートの厚さが１００μｍから２５ｎｍもの薄さまで減少し得ることが観察された。光透過率もまた、ＩＰＡで処置すると有意に改善され、５０％超、７５％超または９０％超増加し得る。高温で低速度の水スチームについて同様の効果が観察された。
【００９４】
他方の極端な例では、０℃〜２０℃の温度で送達され、圧力を使用して（例えば、１ｐｓｉ〜５ｐｓｉに加圧されたガスを使用して）加速される純粋な水は、フレーム内のナノファイバーシートの自立部分内に最大の間隙を形成することが観察された。これは、図４Ｃの平面図に模式的に示されており、これは、ナノファイバーシートが水滴に曝露された場合に形成される比較的大きく不規則な間隙を示している。不規則な間隙を有するこの種類のナノファイバーシートは、本明細書ではナノファイバー「ウェブ」と称される。
【００９５】
また他の例では、第１の溶媒または溶媒の第１の溶液が、フレーム内のナノファイバーシートの自立部分に適用され得る。第１の溶媒または第１の溶液の適用に続いて、異なる組成の溶媒または溶媒の溶液の１つ以上の別々の適用がなされ得る。この技術は、異なる組成の溶媒及び／または溶媒の溶液の複数の適用が、ナノファイバーシートから形成された束の直径を徐々に減少させるように繰り返され得る。
【００９６】
一例では、８０％の水と２０％のＩＰＡの溶液の第１の組成物は、圧縮ガス（例えば、空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素、及び／またはそれらの組み合わせ）によってエアロゾルとしてナノファイバーシートに適用され得、ナノファイバーシートが本明細書の他の場所に記載されるようにナノファイバー束を形成することを引き起こす。第２の組成物である、等量の水とＩＰＡ（すなわち、５０％のＩＰＡと５０％の水）の溶液は、第１の組成物の適用から形成された束にエアロゾルとして適用され得る。およそ１００％のＩＰＡ（例えば、少なくとも９８％のＩＰＡ、または周囲雰囲気からのＩＰＡに溶解した平衡量の水を有する）の第３の組成物は、第２の組成物の適用から形成された束にエアロゾルとして適用され得る。第２の組成物、及び第３の組成物は、上述したように第１の組成物の適用から最初に形成されたナノファイバー束に適用された場合、ナノファイバー束の直径を漸次的に減少させ得る。第１、第２、及び第３の組成物がそれぞれ上述したように構成された実験例（８０％の水と２０％のＩＰＡ；５０％の水と５０％のＩＰＡ；１００％のＩＰＡ）では、第１の組成物の適用後に形成されたナノファイバー束が７μｍの直径を有していたことが判明した。また、この実験例では、純粋なＩＰＡの第３の組成物の適用後、直径が２μｍに減少したことが判明した。
【００９７】
任意に、ナノ粒子が、水と有機溶媒の溶液に添加され得る（３１２）。ナノ粒子は、溶媒中の分散物としてナノファイバーシートに添加されると（３１２）、他の利益の中でも、ナノファイバー束によって画定される間隙のサイズを増加させ、フレーム内のナノファイバーシートの電気伝導性を増加させ、ナノファイバーシートの機械的損傷に対する抵抗性を増加させ得る。さらに、ナノ粒子は、溶液中でコロイド状の懸濁液を形成し得るので、ナノ粒子を分散させ、懸濁させるために最初の撹拌しか必要とされない。溶液に添加され得る（３１２）ナノ粒子の例示的な例には、中でも、銀、銅、金、鉄、ニッケル、ネオジム、白金、パラジウム、グラフェン、酸化グラフェン、フラーレン、小有機分子、ポリマー、オリゴマー、セラミックゾルゲル前駆体を含むがこれらに限定されない様々な金属のいずれかのナノフレーク、ナノロッド、及び球状ナノ粒子が含まれる。いくつかの場合では、粒子は、束化したナノファイバー内に包み込まれ、粒子を、例えば、酸化を引き起こし得る環境への曝露から隔離する。
【００９８】
他の実施形態では、材料は、溶媒に懸濁または分散されるのではなく、溶解され得る。例えば、硝酸銀などの可溶性の銀塩は、水、ＩＰＡ、またはそれらの組み合わせに溶解され得る。硝酸銀溶液のエアロゾルをナノファイバーシートに接触させ、ナノファイバー上に硝酸銀を堆積させ得る。次いで硝酸銀をその場で反応させて、例えば、金属銀を生成し得る。いくつかの他の例では、ナノファイバーシート上及び／またはナノファイバーシート内にコーティング及び／またはナノ粒子を形成するために、ナノファイバーシート上及び／またはナノファイバーシート内でその場での反応（強い酸、塩基、及び／または３５０℃までの温度が関与するものを含む）が実施され得る。
【００９９】
別の例では、シートを、主に水の第１の溶液に、次いで主にＩＰＡの第２の溶液（これらの両方は、加圧ガス（例えば、空気、Ａｒ、またはＮ２）によって加速された液滴として提供され得る）に順次曝露することによって大きな束（例えば、１０μｍ以上）が生成され得る。一例では、周囲温度（例えば、２０℃〜２５℃）の水の第１の溶液（または少なくとも８０％の水と別の溶媒の溶液）が、２ｐｓｉまたは４０ｐｓｉの間で加圧されたガスを使用してナノファイバーシートに提供されて束及び間隙の形成を引き起こす。上記のように、一般に、水の濃度が高いほど、水の液滴を加速するために使用されるガスの圧力が高いほど、及び／または適用される液滴の温度が低いほど、間隙及び束がより大きく、より均一になる。ＩＰＡの第２の溶液（または少なくとも８０％のＩＰＡと別の溶媒の溶液）が、ナノファイバー束に提供される。第２の溶液は、水に可溶な水よりも高い蒸気圧を有する任意の溶媒から構成され得る。束化したナノファイバーシートの第２の溶液への曝露は、第１の溶液に由来するナノファイバー束中の任意の残留水の除去を容易にする。この水の除去は、束の直径のさらなる減少、及びその結果として、繊維間ファンデルワールス力の強度の増加を引き起こすことによって束の強度を改善し得る。
【０１００】
ナノファイバーシート４０４がフレームに取り付けられる（３０４）例では、ナノファイバーシート４０４、より具体的には自立部分４１２は、提供される溶液に曝露される（３１６）。溶液に曝露される（３１６）（方法３００の要素を提供する（３０８）際の上述した形態のいずれかで）と、ナノファイバーシート４０４の自立部分４１２は、上述したように束及び間隙を形成して、第１のナノファイバーグリッドまたはウェブを形成し得る。また、上述したように、束の直径及び束によって画定される間隙は、例えば、有機溶媒に対する水の相対的な割合、有機溶媒の組成、分散粒子の粒子サイズ、及び溶液の液滴の速度に対応するサイズ及び形状を有する。ナノファイバーシートを任意の組成の溶媒に曝露すること（３１６）は、シートのナノファイバーが一緒に引き出され、これによりシートを緻密化することを引き起こす。しかしながら、多くの要因によっては、この緻密化は、ナノファイバーシートの自立部分にわたって均一ではない場合がある。すなわち、シートは、均一に（図４Ｂに示されているように）または不均一に緻密化し得る。不均一な緻密化は、中でも、図４Ｃ〜図４Ｆに示されている間隙を形成するナノファイバーの束化をもたらし得る。例えば、ナノファイバーシートの自立部分にわたる均一性は一般に、より高いナノファイバーフォレスト（成長基板から成長基板上のフォレストの露出表面まで測定される）を使用する場合に改善される。例えば、高さが２００ミクロン以上のナノファイバーフォレストは、高さが１００ミクロンのナノファイバーフォレストよりも均一な自立部分を生成する。
【０１０１】
ナノファイバー束の直径、ナノファイバー束間の間隙サイズ、及び束自体の構成を決定するのに寄与し得る要因の一部を以下に提供する。例えば、上記の図４Ｂに示されるように、低速度のＩＰＡスチームを使用する純粋なＩＰＡの適用は、いくつかの例では、ナノファイバーシートを単に緻密化し、ナノファイバーシートを連続的かつ非束化のままにし得る。このようにシートを緻密化することは、引張強度、耐久性を改善し、及び／または本開示のナノファイバーシート組立体の構成要素のいずれかの間隙（及び／またはメッシュ）サイズを減少させ得る。ＩＰＡ濃度が５０体積（ｖｏｌ）％以上であり、温度が２０℃〜２５℃であるＩＰＡと水の溶液では、ナノファイバーシートは、図４Ｃに示されているものなどのウェブを形成し得ることが示された。図４Ｃのウェブに示される間隙の平均幅Ｌ１及びＬ２は、いくつかの例では、次の範囲のいずれかの範囲内で変化し得る。すなわち、５０μｍ〜１００μｍ、５μｍ〜５００μｍ、１００μｍ〜１０００μｍ、２５０μｍ〜７５０μｍ、７５０μｍ〜１０００μｍ、１０μｍ〜２５μｍ、１０μｍ〜５０μｍ、５０μｍ〜１００μｍである。前述の範囲のいずれかの標準偏差は、次のいずれかの間であり得る。すなわち、５０μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜２５０μｍ、１００μｍ〜５００μｍである。ＩＰＡ濃度が５０体積％未満である（すなわち、水濃度が５０体積％を超える）ＩＰＡと水の溶液の場合、構造は、ウェブから、図４Ｄ、図４Ｅ、及び図４Ｆに示されるもののようなグリッドに変化する。図４Ｃに示されたウェブとは異なり、図４Ｄ、図４Ｅ、及び図４Ｆに示されたグリッドは、介在間隙を画定するナノファイバーの略平行な束によって特徴付けられる。図４Ｄは、高濃度の水（例えば、７５体積％を超える）及び比較的低濃度のＩＰＡ（例えば、２５体積％未満）を有する溶液への曝露によって生成されるナノファイバーグリッド４２２の一例を示している。この例では、４２４Ａ及び４２４Ｂのナノファイバー束（ナノファイバーシートの溶液への曝露によって形成される）は、寸法Ｄ１の間隙で隔てられている。いくつかの例では、Ｄ１は、次の範囲のいずれかの範囲内であり得る、すなわち、４００μｍ〜２５００μｍ、１０００μｍ〜２０００μｍ、８００μｍ〜２２００μｍ、６００μｍ〜２０００μｍである。これらの平均幅Ｄ１の標準偏差は、例えば、５００μｍ〜８００μｍであり得る。いくつかの実施形態では、束４２４Ａ、４２４Ｂの直径は、５μｍ〜２５μｍであり得る。図４Ｅに示された別の例では、ＩＰＡ及び水の濃度は、それぞれ５０体積％（＋／−５％以内）でおおよそ等しい。この例では、ナノファイバー束の数が増加し４２８Ａ、４２８Ｂ、４２８Ｃ、ナノファイバー束間の間隙の間隔Ｄ２が減少する。例えば、間隙Ｄ２の間隔は、１００μｍ〜２０００μｍであり得、ナノファイバー束４２８Ａ、４２８Ｂ、４２８Ｃの直径は、５μｍ〜２０μｍであり得る。また別の例では、ＩＰＡ濃度は７５体積％であり得、水濃度は２５体積％であり得る。この例では、溶液は、ナノファイバーシートがウェブではなくグリッド４３０を形成することを引き起こし、この場合、束４３２Ａ、４３２Ｂ、４３２Ｃ、及び４３２Ｄは、Ｄ３の幅を有する間��によって隔てられている。例では、Ｄ３は、１μｍ〜２５０μｍであり得、束４３２Ａ、４３２Ｂ、４３２Ｃ、及び４３２Ｄの直径は、５μｍ〜１５μｍであり得る。
【０１０２】
溶液の組成に加えて、他の要因が、ナノファイバー束の平均直径及びナノファイバー束によって画定される平均間隙サイズに影響を及ぼし得る。これらの要因の中には、溶液に曝露されたナノファイバーシートの密度（例えば、質量／体積またはナノファイバーの数／体積）、ナノファイバーシートの厚さ、ならびに蒸気の平均液滴サイズ及び液滴サイズ分布が含まれる。
【０１０３】
別の要因は、溶液の液滴がナノファイバーシートに提供される速度である。一般に、正圧で供給される（すなわち、２０℃〜３０℃での分子のブラウン運動に関連するものよりも大きい速度を有する）ナノファイバーシートに曝露された蒸気の液滴が、ナノファイバー束間により大きな間隙を生じさせることが観察された。例えば、液滴が周囲温度（例えば、２０℃〜３０℃）に関連するブラウン運動に起因する速度のみを有する蒸気を有するチャンバ内にナノファイバーシートが封入されると、ナノファイバーシートが劇的に薄くなった場合（上記で示されるように、例えば、１０００分の１も）であっても、シート内のナノファイバー束の形成、及び関連する間隙が減少または排除される。
【０１０４】
一般に、ナノファイバーシートに接触する液滴のより高い速度、ナノファイバーシートに接触するより大きな液滴、ナノファイバーシートに接触する溶液の液滴中のより高い水濃度、及びナノファイバーシートのより密度はすべて、ナノファイバー束間の間隙サイズを増大させる傾向がある。
【０１０５】
別の例では、ナノファイバーシートは、順次適用される一連の溶液で処置され得、その溶液の各々は、より低い濃度の水を有する。これは、ナノファイバーシートと水と溶媒の溶液との接触によって最初に形成される束からの水の除去を容易にする効果を有し得る。漸次的により低くなる水含有量の溶液にグリッドを順次曝露することはまた、ナノファイバー束の直径を減少させる効果を有し得る。例えば、ナノファイバーシートは、８０％の水と２０％のＩＰＡの溶液で処置され、これにより上述したようにナノファイバー束をナノファイバーグリッドに形成し得る。次いで、グリッドのナノファイバー束は、５０％の水と５０％のＩＰＡの溶液に曝露され得る。この曝露の後、グリッドのナノファイバー束は、例えば、１００％のＩＰＡまたは１００％のアセトンなどの水を含まない溶媒にさらに曝露され得る。グリッドのナノファイバー束内の残留水（より高い水含有量を有する溶液によって先に堆積される）は、ＩＰＡ（またはアセトン）によって溶解され、ＩＰＡ（またはアセトン）の蒸発時に除去され得る。このプロセスの実験例は以下に記載されている。連続的に減少する水の割合でナノファイバーシート及びグリッドに適用される他の溶液は、エチレングリコール、ＩＰＡ、及び水の１つ以上の組み合わせを含み得る。また他の例では、本明細書に記載の任意の溶液の任意の１つ以上で処理された束は、オーブン内で加熱され、及び／または真空チャンバ内で処置されるか、またはその両方により、適用された一つ又は複数の溶媒を除去し得、これは束の直径をさらに減少させ得る。
【０１０６】
少なくとも１つのナノファイバーグリッドは、上述のように、ナノファイバーシート組立体を形成するためにナノファイバーシート上に取り付けられるか、または積層され得る（３２０）。いくつかの例では、少なくとも１つを超える追加のグリッド（またはウェブ）は、ナノファイバーメッシュを形成するために第１のナノファイバーグリッド（またはウェブ）上に積層され得る。追加のグリッドのナノファイバー束の配向は、例示的には、第１グリッドのナノファイバー束の配向に対して、平行、垂直、または０°と９０°の間の角度であり得る。いくつかの例では、ナノファイバーシート及び／またはナノファイバーグリッド（または配列）は、入射放射線の散乱を最小化し、透過率を増加させるために、互いに対して３０°の角度で積層され得る。いくつかの他の例では、積層されたナノファイバーシート及び／またはナノファイバーグリッドは、放射偏光の一方向を増強するように、同じ方向（構成ナノファイバーの方向に基づく）に整列され得る。いくつかの例では、積層されたナノファイバーシート及び／またはナノファイバーグリッドは、放射偏光の直交方向を増強するために、積層体において互いに対して９０°に配向され得る。
【０１０７】
２つの積層されたグリッドの例示が図５Ａに示されている。図示するように、組立体５００は、フレーム５０４内に懸垂した自立部分５１２と、取り付けられた周縁部５０８と、第１のナノファイバーグリッド５１６（水平に配向された束を有する）と、第２のナノファイバーグリッド５２０（垂直に配向された束を有する）とを備える。図５Ａに示された例では、２つのナノファイバーシートは、束がナノファイバー束の直交配列を形成するように配向されている。いくつかの例では、束によって画定される間隙Ｗ１、Ｗ２の寸法は、次の範囲のいずれかの範囲内であり得る。すなわち、１０μｍ〜２５μｍ、２５μｍ〜７５μｍ、２００μｍ〜１５００μｍ、５００μｍ〜１０００μｍ、２００μｍ〜１１００μｍ、３００μｍ〜１０００μｍである。実験例のグリッドのＳＥＭ顕微鏡写真が図５Ｂ及び図５Ｃに示されている。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに例示され、示されている長方形及び／または正方形の間隙は、必須ではなく、単に例示の目的にすぎないこと、及びナノファイバーウェブ（不規則な形状及び／または不規則な多角形である間隙を有する）の組み合わせが、多くの異なる形状の間隙を生じさせ得ることが理解される。追加のナノファイバーグリッドの積層は、間隙サイズ及び／または間隙形状の効果的な縮小をもたらし得る。例えば、同様の平均間隙サイズの３つのグリッドが互いに対して１２０°の角度で積層された場合、粒子サイズ保持率（グリッドがフィルターとして使用される場合）は、直交に配置された同じグリッドの２つと比較して、例えば、１０％、２０％または３０％小さい場合がある。さらに、３つの積層されたグリッドに関連した間隙の形状は、三角形または不規則な多角形であり得る（主に長方形及び／または正方形とは対照的に）。
【０１０８】
第１のナノファイバーグリッド５１６及び第２のナノファイバーグリッド５２０は、上述した技術を使用して互いに独立して形成されて得るか、または第１のナノファイバーグリッド５１６及び第２のナノファイバーグリッド５２０は、順次形成され得る。すなわち、第１のナノファイバーグリッド５１６は、前駆体ナノファイバーシートが配置される基板として使用され得る。次いで上述した技術を使用して前駆体ナノファイバーシートを第２のナノファイバーグリッド５２０に変換し得る。
【０１０９】
図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示される実施形態の代替的な類型では、ナノファイバーグリッドは、上述した技術に従って形成され得、ナノファイバーシートは、ナノファイバーグリッドのいずれかの側に取り付けられ得る。これは、断面図の図６Ａ及び図６Ｂに模式的に描かれている。示されるように、組立体６００は、ナノファイバーグリッド６０８（または配列）、フレーム６０４、及びナノファイバーシート６１２、６１６を備える。
【０１１０】
ナノファイバーグリッド６０８は、本明細書に記載の技術のいずれかを使用して調製され得る。例えば、ナノファイバーグリッド６０８の前駆体であるナノファイバーシートは、前駆体のナノファイバーシートが直径Ｄ（その値は本明細書の他の場所でも記載されている）を有する複数の束へと収縮するように、水と有機溶媒（例えば、ＩＰＡ）の溶液に曝露され、これによりナノファイバーグリッド６０８を形成し得る。次いで厚さＷ３及びＷ４をそれぞれ有するナノファイバーシート６１２、６１６は、ナノファイバーグリッド６０８の対向する側に配置される。ナノファイバーシート６１２、６１６の一方または両方は、改変シート６１２’、６１４’について厚さがＷ３’及びＷ４’に減少することを引き起こす（上述したように、Ｗ３及びＷ４よりも１０００倍も薄くなり得る）ように、例えば、ＩＰＡ（例えば、純粋なＩＰＡ）の低速度液滴に曝露され得る。さらに、ナノファイバーシート６１２、６１６は、組立体の電気的特性を変化させるために絶縁性または導電性にされ得る。例えば、導電性を改善するために銀粒子が堆積され得るか、または電気抵抗を増大させるためにシートが絶縁性ポリマーで被覆され得る。
【０１１１】
図７に示される代替的な方法７００では、ナノファイバーシートの縁部が、上述したように、フレームに取り付けられる（７０４）（または別の構造に固定／固定化される）。次いでナノファイバーシートは、低い速度を有する（例えば、正圧で供給されない）純粋なＩＰＡ蒸気（例えば、周囲雰囲気からのＩＰＡ中の平衡量以下の水を含む）の液滴に曝露され得る（７０８）。上述したように、純粋なＩＰＡ、特に、低速度の純粋なＩＰＡの液滴は、ナノファイバーシートを緻密化させ、束化させないことができる（図４Ｂに示されるように）。より緻密なナノファイバーシートは、より緻密ではないシートから製造されたものと比較して、より小さな間隙サイズを有するウェブまたはグリッドを提供し得るので、ＩＰＡ緻密化シートは、より小さな間隙を有し、かつ外部摂動に対してより耐久性があるナノファイバー組立体を製造するために使用され得、これによりフィルターとしての組立体の実用性を改善することができる。図３には示されていないが、この緻密化は、例示的な方法３００にも同様に適用可能であることが理解される。
【０１１２】
一実施形態では、ナノ粒子は、ナノファイバーシートの一つ又は複数の表面上に均一に適用され得る（７１２）。一例では、これは、ナノファイバーシートを曝露する（７０８）前にナノ粒子をＩＰＡまたは他の溶媒中に懸濁させ、次いでナノ粒子ＩＰＡ懸濁液の低速度エアロゾルを気化するか、またはそうでなければ生成することによって達成される。ナノ粒子は、先に記載されたもののいずれかを含む。ＩＰＡとＩＰＡ懸濁液の液滴の低速度との組み合わせにより、多くの場合、ナノファイバーシートの束化を引き起こすことなく、フレーム内のナノファイバーシートの１つ以上の表面上にナノ粒子を均一に堆積させることができる。
【０１１３】
次いでナノ粒子が均一に配置されたナノファイバーシートは、上述したように、水と有機溶媒の溶液に曝露され得る（７１６）。これにより、上述したように、束化、引き裂き、またはナノファイバーシートにおける穴もしくは他の不連続性の形成を阻害するグリッドまたは機械的支持として作用し得るナノファイバーグリッドが形成される。溶液の組成は、所望のナノファイバーシートの束化の程度（または、言い換えれば、放射線透過率の程度）に応じて選択され得る。例えば、おおよそ等量のＩＰＡと水（例えば、５０体積％のＩＰＡと５０体積％の水）の溶液が、先に記載された範囲のいずれかの範囲内の間隙を形成するために提供され得る。代替的に、純水を提供して、先に記載された範囲のいずれかの範囲内の間隙を形成することもできる。液滴が提供される速度を増加させることは、束化及び放射線透過率（例えば、光学的光透過率）を増大させることが理解される。また、水とＩＰＡの様々な割合の溶液であっても、または全く異なる溶媒から構成される溶液であっても、本開示の範囲から逸脱することなく、他の組成が適用され得ることが理解される。また、上述したように、少なくとも１つの追加のナノファイバーグリッド及び／またはナノファイバーシートがグリッド上に積層され得る（７２０）。
【０１１４】
［実験例］
表１及び表２における以下の実験結果は、ナノファイバーグリッドを形成する様々な態様に対するＩＰＡ／水溶液組成物の影響を示している。
【表１】
2021511276.tif 000002
【表２】
2021511276.tif 000003
アスタリスク（＊）で示された表２のサンプルを、表２に列挙された組成の溶液に曝露される前に、純粋なＩＰＡの緻密化蒸気に曝露した（方法７００の要素７０８に対応する）。上述したように、シートを緻密化するためにＩＰＡの蒸気にナノファイバーシートを曝露することは、シートの密度を増加させ、これは今度は、その後の溶液への曝露時に、より小さな間隙サイズを生じさせる（そして、構造をウェブとする可能性をより高くする）。
【０１１５】
［極端紫外線（ＥＵＶ）放射線透過性ナノファイバーフィルター］
いくつかの実施形態では、本開示のナノファイバー組立体は、１０ｎｍ〜１２５ｎｍの波長を有する放射線（しばしば、「極端ＵＶ」、「ＥＵＶ」、または「ＸＵＶ」と称される）の入射強度の７５％超、８０％超、８５％超、９０％超、または９５％超を透過しつつ、ナノスケールの粒子（例えば、直径または長さが１５０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、及び／または３０ｎｍ未満）の透過を防止するナノファイバーフィルターを製造するための代替的な例示的方法で製作され得る。一例では、１３．５ｎｍの放射線の入射強度の７５％超、８０％超、８５％超、９０％超、または９５％超が透過する。さらに、この代替的な例示的方法に従って調製されたナノファイバーフィルターはまた、上述したＥＵＶ及び濾過特性を維持するのに十分な完全性を維持しつつ、フィルターの一方の側から他方に対する１気圧の圧力差及び／または５００Ｈｚのオーダーの振動に耐えるのに十分に機械的耐久性を有し得る。いくつかの例では、少なくとも１００ｍｍ×１５０ｍｍである本開示のナノファイバーフィルターは、突出の最大程度から非突出の基準面（例えば、ナノファイバーフィルターが接続されるフレームの同一平面上の部分）まで測定された１Ｐａ〜５Ｐａの圧力に応答して、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満、または０．１ｍｍ未満曲がる。いくつかの実施形態では、本開示のナノファイバーフィルターは、２００ｎｍ未満、１７５ｎｍ未満、または１５０ｎｍ未満の直径（または粒子の形状が球状または楕円形でない場合は長さ）の粒子を濾過し得る。いくつかの実施形態では、本開示のナノファイバーフィルターは、「深紫外線」または「ＤＵＶ」入射放射線（２４８ｎｍ及び／または１９３ｎｍの波長を有するエキシマーレーザーを含む、１０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を含む）の８０％超を透過し得る。いくつかの実施形態では、本開示のナノファイバーフィルターは、赤外（「ＩＲ」）入射放射線（例えば、７００ｎｍ〜１ｍｍの波長を含む）の７５％超、８０％超、８５％超、または９０％超を透過し得る。いくつかの実施形態では、本開示のナノファイバーフィルターは、上述のＥＵＶ、ＤＵＶ、及び／またはＩＲ強度の任意の組み合わせを透過し得る。上記で示された波長（ＥＵＶ、ＤＵＶ、ＩＲ）のうちの任意の１つ以上で本開示のナノファイバーフィルターを横切る透過強度のばらつき（「３σ」ばらつきとして定量化される）は、０．５、０．２、または０．１未満であり得る。さらに、入射放射線は、少なくとも１００ワット、１５０ワット、２００ワット、２５０ワット、またはそれ以上の電力レベルで送信され得る。
【０１１６】
図８は、上述したように、ＥＵＶフィルターを調製するための例示的な方法８００を示す方法フロー図である。方法８００は、図７及び例示的な方法７００の文脈で上述したように、ナノファイバーシートの縁部をフレームに取り付ける（８０４）ことによって開始する。次いで、取り付けられたナノファイバーシートは、溶媒蒸気に曝露される（８０８）。様々な例では、溶媒は、１００％のＩＰＡ（周囲雰囲気からの平衡量の水を有する）、１００％の水、またはＩＰＡの水に対する次の体積比、８０：２０、５０：５０、２０：８０、１０：９０、もしくはそれらの間の比のいずれかの溶液であり得る。ナノファイバーシートを曝露すること（８０８）は、いくつかの実施形態で上述した方法を使用して実施され得る。他の実施形態では、ナノファイバーシートを曝露すること（８０８）は、熱（例えば、溶媒及び／または溶媒の溶液の沸点と等しいまたはそれ以上の温度）を使用して溶媒または溶媒の溶液を気化させることによって実施され得る。いくつかの場合では、熱的に生成された蒸気は、圧縮ガス（例えば、圧縮空気、圧縮窒素、圧縮アルゴン）を１ｐｓｉ、５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉまたはそれらの間で使用してナノファイバーシートに向かって加速され得る。一般に、圧力は、蒸気液滴を加速するのに十分に高いものとすべきであるが、ナノファイバーシートの束化または引き裂きを引き起こすほど高くないものとすべきである。実験的に、大気圧で、または１ｐｓｉ〜１．５ｐｓｉもの高さの圧縮ガスによって加速してナノファイバーシートを曝露するために使用された純粋な水のスチーム（すなわち、少なくとも１００℃）は、ナノファイバーシートの束化を引き起こさず、むしろナノファイバーシートの緻密化を引き起こすだけであったことが判明した。上記で説明したように、理論によって縛られることを望まないが、スチーム（すなわち、沸騰水からの蒸気）は、ナノファイバーシートに熱を提供し、それを束化するのではなく、緻密化することを引き起こし得る。同様に、２０体積％以下のＩＰＡの少なくとも８０体積％の水に対する比のＩＰＡと水の溶液のスチーム／蒸気は、束化を引き起こさず、むしろ、先に緻密化されたシートの厚さを２５％も減少させる緻密化を引き起こした。これらの処置はいずれも、ナノファイバーシートの引張強度を増加させ、その後の処置では束化に対する抵抗性を増加させることが観察された。ナノ粒子は、上述したように、シートに任意に適用され得る（８１２）。
【０１１７】
図９は、上述したように、ＥＵＶフィルターを調製するための別の例示的な方法９００を示す方法フロー図である。いくつかの例では、方法９００に従って調製されたＥＵＶフィルターは、ナノスケールの粒子の濾過を依然として提供しつつ、連続的な緻密化されたナノファイバーシートと比較して、ＥＵＶ放射線の散乱を減少させた（すなわち、より高いＥＵＶ強度透過率）。いくつかの例では、１３．５ｎｍでのＥＵＶ散乱は、入射放射線の１％未満、０．５％未満、または０．２５％未満である。
【０１１８】
方法９００は、ナノファイバーのフォレストがナノファイバーシートへと引き出すことができないナノファイバーの領域を含むようにナノファイバーのフォレストを処置する（９０４）ことによって開始する。ナノファイバーシートへと引き出すことができないこれらの処置された領域は、以下に記載されるフォレスト合成及びシート引き出し技術を使用してナノファイバーシートへと引き出され得るナノファイバーフォレストの平行ストリップと交互に配置される。例示的な処置されたフォレスト１０００は、図１０Ａの平面図に示されている。例示的なフォレスト１０００は、ナノファイバーシート状のストリップ１００４Ａ、１００４Ｂ、１００４Ｃへと引き出され得るナノファイバーのフォレストのストリップを含む。ストリップ１００４Ａ、１００４Ｂ、及び１００４Ｃと交互になるものは、シートへと引き出し不可能になるように処置された（９０４）フォレスト１０００の領域１００８Ａ、１００８Ｂである。これらの引き出し不可能な領域１００８Ａ、１００８Ｂを作成するようにフォレスト１０００を処置すること（９０４）には、他の技術の中でも、レーザーまたは他の熱源で領域１００８Ａ、１００８Ｂにおけるナノファイバーを燃焼させること、領域１００８Ａ、１００８Ｂにおけるナノファイバーを機械的に乱すことが含まれ得る。処置される（９０４）と、領域１００８Ａ、１００８Ｂは、ナノファイバーシートへと引き出さすことができない。処置（９０４）は、レーザー及び／または燃焼処置に限定される必要はなく、むしろ、領域１００８Ａ、１００８Ｂがシートへと引き出されるのを防止し得る任意の処置技術を含み得ることが理解される。
【０１１９】
引き出し可能なストリップ１００４Ａ、１００４Ｂ、及び１００４Ｃは、それぞれ幅α１、α２、α３を有し得、それぞれβ１、β２の第１のピッチ（中心から中心までの距離）であり得る。例では、幅α１、α２、α３は、次の範囲のいずれかの範囲内であり得る。すなわち、０．５ｍｍ〜１０ｃｍ、０．５ｍｍ〜１ｃｍ、０．５ｍｍ〜３ｃｍ、５ｃｍ〜１０ｃｍである。例では、第１のピッチβ１、β２は、次の範囲のいずれかの範囲内であり得る。すなわち、０．５ｍｍ〜１０ｃｍ、０．５ｍｍ〜１ｃｍ、０．５ｍｍ〜３ｃｍ、５ｃｍ〜１０ｃｍである。いくつかの例では、引き出し可能なストリップの幅（例えば、１００４Ａ、１００４Ｂ、１００４Ｃのうちの任意の１つの幅）の、引き出し不可能な領域（１００８Ａ、１００８Ｂ）の幅に対する比は、１：１である。他の例では、引き出し可能なストリップの引き出し不可能なストリップに対する幅の比は、２：１、３：１、またはそれ以上であり得る。他の例では、この比は、引き出し不可能なストリップの幅が引き出し可能なストリップの幅よりも大きくなるように反転され得る。例えば、引き出し可能なストリップの幅は１ｍｍであり得、引き出し不可能なストリップは１ｍｍであり得る（すなわち、１：１の比）。別の例では、引き出し可能なストリップの幅は５００μｍであり得、引き出し不可能なストリップは１５００μｍであり得る（すなわち、１：３の比率）。
【０１２０】
次いで以下に記載されるナノファイバーシートを引き出すための技術を使用して引き出し可能なナノファイバーストリップ１００４Ａ、１００４Ｂ、１００４Ｃからナノファイバーシートが引き出される（９０８）。これは、ナノファイバーシート状のストリップ１０１２Ａ、１０１２Ｂ、１０１２Ｃへと引き出されるストリップ１００４Ａ、１００４Ｂ、１００４Ｃを示す図１０Ｂに例示されている。図１０Ｂにも示されているように、処置された（９０４）領域１００８Ａ、１００８Ｂは、上述した処置の結果、ナノファイバーシートへと引き出されない。図１０Ｂはまた、フレーム１０１６に取り付けられた（９１２）ナノファイバーストリップ１０１２Ａ、１０１２Ｂ、１０１２Ｃを示している。この取り付け（９１２）及びフレーム１０１６は、中でも、図３、図４Ａ、及び図５Ａの文脈で上述したものと類似している。
【０１２１】
フレーム１０１６に取り付けられた（９１２）ナノファイバーストリップ１０１２Ａ、１０１２Ｂ、１０１２Ｃは次いで、溶媒に曝露されて（９１６）、ナノファイバー束の第１のグリッド１０１８を形成する。これは、図１０Ｃに示されている。上述したように、ナノファイバーストリップ１０１２Ａ、１０１２Ｂ、１０１２Ｃの曝露（９１６）は、特に溶媒（または上述したような溶媒の溶液）の除去時に、ストリップが束１０２０Ａ、１０２０Ｂ、及び１０２０Ｃへと収縮及び緻密化することを引き起こす。図１０Ｃにおいてγ１及びγ２として示される、束１０２０Ａ、１０２０Ｂ、及び１０２０Ｃの間の第２のピッチは、それぞれピッチβ１、β２の関数である。同様に、束１０２０Ａ、１０２０Ｂ、及び１０２０Ｃの直径は、対応するシート１００４Ａ、１００４Ｂ、及び１００４Ｃの幅α１、α２、α３の関数である。束の直径及び第２のピッチγ１、γ２はまた、束１０２０Ａ、１０２０Ｂ、１０２０Ｃが引き出されるナノファイバーのフォレストの高さの関数でもある。一般に、ナノファイバーのフォレストにおけるナノファイバーが短いほど、束の直径が小さくなり、隣接する束１０２０Ａ、１０２０Ｂ、１０２０Ｃの間のピッチγ１、γ２が大きくなる。例えば、２８６μｍの高さを有するナノファイバーを有するナノファイバーフォレストは、束間の第１のピッチが両フォレストで同じであっても、３５０μｍのナノファイバーを有するフォレストの場合より大きな第２のピッチで、より小さな直径を有する束を生成し得る。いくつかの例では、寸法γ１及びγ２は、次の範囲のいずれかの範囲内であり得る。すなわち、２０ｎｍ〜３００ｎｍ、２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、２０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜３００ｎｍ、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、１００ｎｍ〜３００ｎｍ、１００ｎｍ〜２００ｎｍ、２００ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１２２】
このプロセスは、第２のグリッドを形成するために繰り返され得る（９２０）。図１０Ｄに示されるように、第１のグリッド１０１８は次いで、組立体１０２６を形成するために、第２のグリッド１０２２と接触して配置され得る（９２４）。第１のグリッド及び第２のグリッドは、互いに直角に配置されて正方形の間隙を形成するが、２つのグリッドは、互いに任意の角度で配置され得ることが理解される。
【０１２３】
１つの実験例では、１２０μｍの高さを有するフォレスト（４５グラム／ｃｍ３のフォレスト密度を有する）が、レーザーを使用して処置されて、紡績不可能なストリップの線によって隔てられた２ｍｍの幅を有するストリップを生成した。一般に、１００μｍを超える高さを有するフォレストが使用され得ることが理解される。方法９００に従ってフォレストを処理して第１のグリッドを生成した。ストリップを１００％の水のエアロゾル（エアロゾルを形成するために２ｐｓｉ〜４０ｐｓｉの圧縮空気を使用することによって生成された）に曝露した後、グリッドは、９．９μｍの束直径及び２０５０μｍのピッチ（９．９／２０５０＝０．００４８の幅／ピッチ比として特徴付けられる）を有していた。別の同様の例では、紡績可能なフォレストの３ｍｍのストリップが、紡績不可能なフォレストの隔離線と共に形成して、１１μｍ／２６２４μｍ＝０．００４２の幅／ピッチまたは「Ｗ／Ｐ」値を生成した。別の実験例では、１２２μｍの高さを有するフォレスト（７６グラム／ｃｍ３のフォレスト密度を有する）が、レーザーを使用して処置されて、紡績不可能なフォレストの線によって隔てられた３ｍｍの幅の紡績可能なストリップの幅を有するストリップを生成した。ストリップを１００％の水のエアロゾルに曝露した後、グリッドは、１１μｍの束直径及び２６２４μｍのピッチを有していた。これにより、０．００４２の束幅／ピッチ比がもたらされた。別の例では、フォレストをレーザーで処置して、介在する１．５ｍｍの幅の紡糸不可能な筋を伴って１ｍｍの幅の紡績可能なストリップを生成した。１００％の水のエアロゾルに曝露した場合、束直径のＷ／Ｐ値は、約５ｕｍ／２４００ｕｍ（０．２１％）であった。一般に、束の幅／ピッチ比が小さいほど、ＥＵＶの透過率が高くなり、放射線の散乱が少ないことが判明した。いくつかの例では、紫外線、オゾン（Ｏ３）、プラズマ（例えば、アルゴンプラズマ、酸素プラズマ）を使用してフォレストを処置して、フォレストの幅（またはストリップの幅）とナノファイバー束の直径との関係を変化させ得る。
【０１２４】
別の実験例では、一連の溶液を順次使用してナノファイバーシート及び束を処置したが、一連の各溶液は、ナノファイバーに適用された先行の溶液よりも低い水含有量を有していた。これにより、異常に小さい直径のナノファイバー束が異常に細いピッチで生成された。例えば、各ストリップに対応する寸法α（すなわち、幅）が２５０μｍであり、介在する非紡績可能な部分が７５０μｍである（ピッチβを１０００μｍにする）ように、ナノファイバーシートを図１０Ａに示され、記載された例に従って処理した。これらのストリップを、図１０Ｂの文脈で示され、上述したプロセスに従って、複数のナノファイバーシートへと引き出した。ナノファイバーシートを、８０％の水と２０％のＩＰＡの溶液の蒸気に曝露した。これは、ナノファイバーシートがナノファイバー束へと収縮することを引き起こし、これにより上述したようにナノファイバーグリッドを形成した。次いでナノファイバーグリッドを５０％の水と５０％のＩＰＡの第２の溶液の蒸気に曝露した。次いでナノファイバーグリッドを１００％のＩＰＡである第３の溶液の蒸気に曝露した。上述したように、減少する水含有量の溶液へのこの順次の曝露は、ナノファイバー束のサイズを減少させた。これにより、１０００μｍの束間の隔離で２μｍ（通常の測定誤差及び自然変動に応じて±１０％）の直径を有するナノファイバー束が製造された。言い換えれば、ナノファイバーの直径は、隣接する束間の隔離距離（図１０Ｃにおいてγとして指定された間隔に対応する）の２％未満であった。類似の実験例では、２５０μｍの寸法を有する紡績可能なストリップ及び７００μｍの非紡績可能な領域幅でナノファイバーのフォレストを調製した。これらを上述したように引き出し、８０％の水と２０％のＩＰＡの第１の溶液、続いて５０％の水と５０％のＩＰＡの第２の溶液を使用して順次処置した。最終溶媒としてアセトンまたはＩＰＡのいずれかで処置されたサンプルの実験結果が以下の表３に示されている。
【表３】
2021511276.tif 000004
【０１２５】
一例では、上記の表に記載されたグリッドのナノファイバー束と接触し、それに対して横断するナノファイバー束は、２．５μｍの直径を有していた。
【０１２６】
図１０Ａ〜図１０Ｃの文脈で記載された方法に従って処理され、一連の３種の溶媒を使用して束化されたナノファイバー束及びグリッドの例では、電気伝導性を増加させる（または同等に熱抵抗を低下させる）ために処置され得る。一例では、５０ｎｍ以下の直径を有する銀のナノ粒子をグリッドにおける束に適用して、４４Ω／平方の電気抵抗を有するグリッドを製造し得る。一例では、１４０ｎｍ以下の直径を有する銀のナノ粒子をグリッドにおける束に適用して、１０Ω／平方の電気抵抗を有するグリッドを製造し得る。
【０１２７】
［ナノファイバーフォレスト］
本明細書で使用される場合、用語「ナノファイバー」は、１μｍ未満の直径を有する繊維を意味する。本明細書の実施形態は、主にカーボンナノチューブから製作されるものとして記載されているが、他の炭素同素体（グラフェンであるか否かにかかわらない）、及び窒化ホウ素などのナノスケール繊維の他の組成物が、以下に記載される技術を使用して緻密化され得ることが理解される。本明細書で使用される場合、用語「ナノファイバー」及び「カーボンナノチューブ」は、炭素原子が一緒に連結して円筒構造を形成する単壁カーボンナノチューブ及び／または多壁カーボンナノチューブの両方を包含する。いくつかの実施形態では、本明細書で参照されるカーボンナノチューブは、４〜１０個の壁を有する。本明細書で使用される場合、「ナノファイバーシート」または単に「シート」は、シートのナノファイバーの長手方向軸が、シートの主要表面に対して垂直ではなく、シートの主要表面に対して平行になるように、引き出しプロセス（引用することによりその全体が本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００７／０１５７１０号に記載されている）により整列されたナノファイバーのシートを指す（すなわち、シートの堆積されたままの形態では、しばしば「フォレスト」と称される）。これはそれぞれ、図１３及び図１４に例示され、示されている。
【０１２８】
カーボンナノチューブの寸法は、使用される製造方法に応じて大きく変化し得る。例えば、カーボンナノチューブの直径は、０．４ｎｍ〜１００ｎｍであり得、その長さは、１０μｍ〜５５．５ｃｍ超の範囲であり得る。カーボンナノチューブはまた、非常に高いアスペクト比（長さの直径に対する比）を有することが可能であり、一部は１３２，０００，０００：１以上もの高さである。広い範囲の寸法の可能性を考慮すると、カーボンナノチューブの特性は、高度に調節可能、つまり「調整可能」である。カーボンナノチューブの多くの魅力的な特性が確認されているが、カーボンナノチューブの特性を実用的な用途で利用するには、カーボンナノチューブの特徴を維持または増強することを可能にする拡縮可能で制御可能な製造方法が必要である。
【０１２９】
それらの独自の構造により、カーボンナノチューブは、異常な機械的、電気的、化学的、熱的及び光学的な特性を保持しており、これによりある種の用途に非常に適したものとなる。特に、カーボンナノチューブは、優れた電気伝導性、高い機械的強度、良好な熱安定性を示し、また、疎水性である。これらの特性に加えて、カーボンナノチューブはまた、有用な光学的特性を示し得る。例えば、カーボンナノチューブは、狭く選択された波長の光を発光または検出するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光検出器で使用され得る。カーボンナノチューブはまた、光子輸送及び／またはフォノン輸送に有用であることが証明され得る。
【０１３０】
本開示の様々な実施形態に従って、ナノファイバー（カーボンナノチューブを含むがこれに限定されない）は、本明細書で「フォレスト」と称される構成を含む様々な構成で配置され得る。本明細書で使用される場合、ナノファイバーまたはカーボンナノチューブの「フォレスト」は、基板上に互いに実質的に平行に配置された、おおよそ等しい寸法を有するナノファイバーの配列を指す。図１１は、基板上のナノファイバーの例示的なフォレストを示している。基板は、任意の形状であり得るが、いくつかの実施形態では、基板は、フォレストが組み立てられる平面状の表面を有する。図１１に見られるように、フォレスト内のナノファイバーは、高さ及び／または直径がおおよそ等しいものであり得る。
【０１３１】
本明細書に開示されるようなナノファイバーフォレストは、比較的緻密であり得る。具体的には、開示されるナノファイバーフォレストは、少なくとも１０億ナノファイバー／ｃｍ２の密度を有し得る。いくつかの特定の実施形態では、本明細書に記載されるようなナノファイバーのフォレストは、１００億／ｃｍ２〜３００億／ｃｍ２の密度を有し得る。他の例では、本明細書に記載されるようなナノファイバーのフォレストは、９００億ナノファイバー／ｃｍ２の範囲の密度を有し得る。フォレストは、高密度または低密度の領域を含み得、特定の領域は、ナノファイバーの空隙であり得る。フォレスト内のナノファイバーはまた、繊維間接続性を示し得る。例えば、ナノファイバーのフォレスト内の隣接するナノファイバーは、ファンデルワールス力によって互いに引き寄せられ得る。それにもかかわらず、フォレスト内のナノファイバーの密度は、本明細書に記載の技術を適用することによって増加し得る。
【０１３２】
ナノファイバーのフォレストを製作する方法は、例えば、国際公開第２００７／０１５７１０号に記載されており、引用することによりその全体が本明細書の記載の一部をなすものとする。
【０１３３】
ナノファイバー前駆体フォレストを製造するために様々な方法が使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ナノファイバーは、図１２に模式的に示されているように、高温炉内で成長し得る。いくつかの実施形態では、触媒は、基板上に堆積され、反応器内に配置され、次いで反応器に供給される燃料化合物に曝露され得る。基板は、８００℃またはさらに１０００℃を超える温度に耐えることができ、不活性材料であり得る。基板は、下地のシリコン（Ｓｉ）ウェハ上に配置されたステンレス鋼またはアルミニウムを含み得るが、Ｓｉウェハの代わりに他のセラミック基板（例えば、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＯ２、ガラスセラミック）が使用され得る。前駆体フォレストのナノファイバーがカーボンナノチューブである例では、燃料化合物としてアセチレンなどの炭素系化合物が使用され得る。一つ又は複数の燃料化合物は、反応器に導入された後、次いで、触媒上への蓄積を開始し得、ナノファイバーのフォレストを形成するために基板から上方に成長することによって組み立て得る。反応器はまた、一つ又は複数の燃料化合物及びキャリアガスが反応器に供給され得るガス入口と、使用済みの燃料化合物及びキャリアガスが反応器から放出され得るガス出口とを含み得る。キャリアガスの例には、水素、アルゴン、及びヘリウムが含まれる。これらのガス、特に水素は、ナノファイバーのフォレストの成長を容易にするために反応器に導入され得る。また、ナノファイバーに組み込まれるドーパントをガス流に添加され得る。
【０１３４】
多層ナノファイバーフォレストを製作するために使用されるプロセスでは、１つのナノファイバーフォレストが基板上に形成され、続いて第１のナノファイバーフォレストと接触して第２のナノファイバーフォレストが成長する。多層ナノファイバーフォレストは、基板上に第１のナノファイバーフォレストを形成し、第１のナノファイバーフォレスト上に触媒を堆積させ、次いで追加の燃料化合物を反応器に導入して第１のナノファイバーフォレスト上に位置する触媒から第２のナノファイバーフォレストの成長を促進することなどの多数の好適な方法によって形成され得る。適用される成長方法論、触媒の種類、及び触媒の位置に応じて、第２のナノファイバー層は、第１のナノファイバー層の上に成長し得るか、または、触媒を例えば水素ガスでリフレッシュした後、基板上に直接成長し、これにより第１のナノファイバー層の下に成長し得る。それにもかかわらず、第２のナノファイバーのフォレストは、第１及び第２のフォレストの間に容易に検出可能な界面が存在するものの、第１のナノファイバーのフォレストのナノファイバーとおおよそ端から端まで整列し得る。多層ナノファイバーのフォレストは、任意の数のフォレストを含み得る。例えば、多層前駆体フォレストは、２つ、３つ、４つ、５つまたはそれ以上のフォレストを含み得る。
【０１３５】
［ナノファイバーシート］
フォレスト構成での配置に加えて、本出願のナノファイバーはまた、シート構成で配置され得る。本明細書で使用される場合、用語「ナノファイバーシート」、「ナノチューブシート」、または単に「シート」は、ナノファイバーが平面内で端から端まで整列されているナノファイバーの配置を指す。例示的なナノファイバーシートの説明図は、寸法のラベルを有する図１３に示されている。いくつかの実施形態では、シートは、シートの厚さの１００倍を超える長さ及び／または幅を有する。いくつかの実施形態では、長さ、幅、またはその両方は、シートの平均厚さの１０３倍、１０６倍、または１０９倍を超える。ナノファイバーシートは、例えば、およそ５ｎｍ〜約３０μｍの厚さ、ならびに意図された用途に好適な任意の長さ及び幅を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノファイバーシートは、１ｃｍ〜１０メートルの長さ及び１ｃｍ〜１メートルの幅を有し得る。これらの長さは、単に例示のために提供されている。ナノファイバーシートの長さ及び幅は、製造装置の構成によって制約され、ナノチューブ、フォレスト、またはナノファイバーシートのいずれかの物理的または化学的特性によっては制約されない。例えば、連続プロセスは、任意の長さのシートを製造し得る。これらのシートは、製造されたときにロールに巻き付けられ得る。
【０１３６】
図１３に見られるように、ナノファイバーが端から端まで整列している軸は、ナノファイバーの整列の方向と称される。いくつかの実施形態では、ナノファイバーの整列の方向は、ナノファイバーシート全体を通して連続的であり得る。ナノファイバーは、必ずしも互いに完全に平行ではなく、ナノファイバーの整列の方向は、ナノファイバーの整列の方向の平均的または一般的な尺度であることが理解される。
【０１３７】
ナノファイバーシートは、シートを製造することが可能な任意の種類の好適なプロセスを使用して組み立てられ得る。いくつかの例では、カーボンナノチューブ（例えば、単壁カーボンナノチューブ、多壁カーボンナノチューブ、またはその両方の混合物）は、溶媒中に分散され得、溶媒はその後、除去されて整列していないナノファイバーのナノファイバーシートを形成する。いくつかの例示的な実施形態では、ナノファイバーシートは、ナノファイバーのフォレストから引き出され得る。ナノファイバーのフォレストから引き出されているナノファイバーシートの例が図１４に示されている。これらの種類のナノファイバーシートのいずれかは、ナノファイバーシートが、（以下に記載されるように）１つ以上のナノファイバーウェブ及び／またはグリッドと接触して配置される以下の実施形態のいずれかで使用され得る。
【０１３８】
図１４に見られるように、ナノファイバーは、フォレストから横方向に引き出され、次いで端から端まで整列されてナノファイバーシートを形成し得る。ナノファイバーシートがナノファイバーのフォレストから引き出される実施形態では、フォレストの寸法は、特定の寸法を有するナノファイバーシートを形成するように制御され得る。例えば、ナノファイバーシートの幅は、シートが引き出されたナノファイバーのフォレストの幅におおよそ等しい場合がある。また、例えば、所望のシート長さが達成されたときに引き出しプロセスを終了することによってシートの長さが制御され得る。
【０１３９】
ナノファイバーシートは、様々な用途に活用され得る多くの特性を有する。例えば、ナノファイバーシートは、調整可能な不透明度、高い機械的強度及び柔軟性、熱及び電気伝導性を有し得、疎水性も示し得る。シート内のナノファイバーの高度な整列を考慮すると、ナノファイバーシートは、極端に薄い場合がある。いくつかの例では、ナノファイバーシートは、（通常の測定公差内で測定された場合）およそ１０ｎｍ厚のオーダーであり、ほぼ二次元になる。他の例では、ナノファイバーシートの厚さは、２００ｎｍまたは３００ｎｍもの高さであり得る。このように、ナノファイバーシートは、構成要素に最小限の追加の厚さを追加し得る。
【０１４０】
ナノファイバーフォレストと同様に、ナノファイバーシートにおけるナノファイバーは、シートのナノファイバーの表面に、ナノファイバー単独とは異なる化学活性を提供する化学基または要素を付加することによって処置剤によって機能化され得る。ナノファイバーシートの機能化は、先に機能化されたナノファイバーに対して実施され得るか、または先に機能化されていないナノファイバーに対して実施され得る。機能化は、ＣＶＤ、及び様々なドーピング技術を含むがこれらに限定されない本明細書に記載の技術のいずれかを使用して実施され得る。
【０１４１】
ナノファイバーのフォレストから引き出されたときのナノファイバーシートはまた、いくつかの場合では、高い純度を有し得、その場合、ナノファイバーシートの重量パーセントの９０％超、９５％超または９９％超がナノファイバーに起因する。同様に、ナノファイバーシートは、９０重量％超、９５重量％超、９９重量％超または９９．９重量％超の炭素を含み得る。
【０１４２】
［さらなる検討事項］
本開示の実施形態の前述の記載は、例示の目的で提示されており、網羅的であることは意図されておらず、また、特許請求の範囲を開示された正確な形態に限定することは意図されていない。当業者は、上記の開示に照らして多くの改変及び変形が可能であることを理解し得る。
【０１４３】
本明細書で使用された言葉は、主に可読性及び教示の目的のために選択されており、本発明の主題の外延を線引きしたり、境界を決めるために選択されなかった場合がある。そのため、本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ、本明細書に基づく出願で発行される任意の請求項によって限定されることが意図されている。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記述される本発明の範囲を例示することは意図されているが、限定することは意図されていない。
【図１Ａ（１）】
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【図１Ａ（２）】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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