(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブを含むナノファイバーシートであって、前記カーボンナノチューブが前記ナノファイバーシートの端から端へと平面に並んでおり、１０００オーム／スクウェア未満の電気抵抗を有するナノファイバーシートと、
前記ナノファイバーシートに接着しており、ホットメルトポリマーを含んでなるポリマー層であって、熱により形状適応可能なポリマー層と
を備えるナノファイバー複合材であって、
前記ナノファイバーシートの表面上に金属層を更に備え、前記金属層の少なくとも一部が前記ポリマー層を介して露出しているナノファイバー複合材。
【請求項２】
カーボンナノチューブを含むナノファイバーシートであって、前記カーボンナノチューブが前記ナノファイバーシートの端から端へと平面に並んでおり、１０００オーム／スクウェア未満の電気抵抗を有するナノファイバーシートと、
前記ナノファイバーシートに接着しており、熱により形状適応可能なポリマー層と
を備えるナノファイバー複合材であって、
前記ナノファイバーシート中の前記カーボンナノチューブの表面上に炭化物形成金属の緩衝層を備え、前記緩衝層上に銅の形状適応層を更に備えるナノファイバー複合材。
【請求項３】
前記ナノファイバーシートが１００ｎｍ未満の平均厚さを有する請求項１又は２に記載のナノファイバー複合材。
【請求項４】
前記ナノファイバーシートが前記ポリマー層に埋め込まれている請求項１又は２に記載のナノファイバー複合材。
【請求項５】
複数のナノファイバーシートを備える請求項１に記載のナノファイバー複合材。
【請求項６】
前記複数のナノファイバーシートが互いに電気的に接触している請求項５に記載のナノファイバー複合材。
【請求項７】
前記複数のナノファイバーシートが互いに電気的に絶縁されている請求項５に記載のナノファイバー複合材。
【請求項８】
前記形状適応可能なポリマー層が前記複数のナノファイバーシートの間に重ねられている請求項５に記載のナノファイバー複合材。
【請求項９】
カーボンナノチューブを含むナノファイバーシートであって、前記カーボンナノチューブが前記ナノファイバーシートの端から端へと平面に並んでおり、１０００オーム／スクウェア未満の電気抵抗を有するナノファイバーシートと、
前記ナノファイバーシートに接着しており、ホットメルトポリマーを含んでなるポリマー層であって、熱により形状適応可能なポリマー層と
を備えるナノファイバー複合材であって、
前記複合材が、前記ナノファイバー複合材の表面に対して９０°の可視光の５０％超、７５％超、９０％超、９５％超、９８％超、または９９％超を透過するものである、ナノファイバー複合材。
【請求項１０】
ガラス、またはセラミック、または透明ポリマーを更に備える請求項１又は２に記載のナノファイバー複合材。
【請求項１１】
カーボンナノチューブを含むナノファイバーシートであって、前記カーボンナノチューブが前記ナノファイバーシートの端から端へと平面に並んでおり、１０００オーム／スクウェア未満の電気抵抗を有するナノファイバーシートと、
前記ナノファイバーシートに接着しており、ホットメルトポリマーを含んでなるポリマー層であって、熱により形状適応可能なポリマー層と
を備えるナノファイバー複合材であって、
前記熱により形状適応可能なポリマー層がポリビニルブチラールまたはエチレン−ビニルアセテートを含む、ナノファイバー複合材。
【請求項１２】
前記複合材が、乗り物用のフロントガラスまたは窓を備える請求項１又は２に記載のナノファイバー複合材。
【請求項１３】
ナノファイバー複合材の使用方法であって、
少なくとも１つのカーボンナノファイバーシートと少なくとも１つの熱により形状適応可能なポリマーとを備える複合材に熱を加えるステップであって、前記カーボンナノファイバーシートは、カーボンナノチューブが前記カーボンナノファイバーシートの端から端へと平面に並んでいるものであり、前記熱により形状適応可能なポリマーは、ホットメルトポリマーを含んでなり、前記ナノファイバー複合材は金属化されている、ステップと、
前記ナノファイバー複合材の形状を変えて、その下にある装置の形状に適応させるステップと、
前記ナノファイバー複合材を冷まして、前記ナノファイバー複合材が前記装置に接合する形状に前記ナノファイバー複合材を硬化させるステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記ナノファイバー複合材の形状を変えるステップが、真空を用いることを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノファイバー複合材の表面を加圧して、前記ナノファイバー複合材を前記装置の形状に適応させるステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱が、ジュール加熱、誘導加熱、放射加熱、伝導加熱、または対流加熱によって加えられる請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱が、前記ナノファイバー複合材中のナノファイバー層を加熱することにより加えられる請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノファイバー複合材が、前記装置に到達する電磁放射線の量を減らす請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノファイバーシート層とポリマー層とを備える複数層複合材に関し、より詳しくは、カーボンナノチューブのシートと変形可能なポリマーとの複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で構成されるシートは、薄さ、強さ、及び柔軟性（flexible）を有することができ、また特異的な電気特性を有し得る。しかしながら、このようなシートは、成形や、追加的な構成要素との一体化が困難であり、そのため複合材中でのＣＮＴの使用は限定的であった。
【発明の概要】
【０００３】
一態様として、本発明はナノファイバー複合材を提供するものであって、このナノファイバー複合材は、ナノチューブを含むナノファイバーシートと、ナノファイバーシートに接着しており、熱により形状適応可能なポリマー層（heat conformable polymer layer）とを備える。ナノファイバー複合材のナノチューブは、カーボンナノチューブを含み得る。ナノチューブは単層であっても多層（multiwalled）であってもよい。ナノファイバーシートは１００ｎｍ未満の厚さを有していてもよい。ナノファイバーシートは、ナノファイバーフォレストから引き出すことができ、またこれはポリマー層の中に埋め込まれていてもよい。ナノファイバーシートは１０００オーム毎スクウェア未満の電気抵抗を有していてもよい。複合材は、ナノファイバーシートの表面上に金属層を備えていてもよい。任意の複数のナノファイバーシートを使用してもよく、これらシートは互いに電気的に接触していても、又は互いに電気的に絶縁されていてもよい。形状適応可能なポリマー層は、複数のナノファイバーの間に重ねられていてもよく、いくつかの複合材においては金属層の一部がポリマーを介して露出していてもよい。ポリマーは、ＡＢＳ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＰＰ、ＰＶＢ、ＰＶＡ、ＨＩＰＳ、ＰＥＴＧ、ＰＣ、アクリルポリマー、並びにこれらの混合物及びコポリマーから選択することができる。形状適応可能なポリマーは、２００℃未満、１５０℃未満、１００℃未満、７５℃未満、または５０℃未満のＴｇを有し得る。形状適応可能なポリマーは、２００℃超、１５０℃超、１００℃超、５０℃超、または２５℃超のＴｇを有し得る。ナノファイバー複合材は、入射可視光の５０％超、７５％超、９０％超、９５％超、９８％超、または９９％超を透過し得る。これは、ガラス、セラミック、または透明ポリマーを更に含んでいてもよい。ナノファイバー複合材は、ポリビニルブチラール（butural）またはエチレン−ビニルアセテートを含んでいてもよく、これは乗り物用のフロントガラスまたは窓であってもよい。フロントガラスまたは窓は、２つの電気接点を含んでいてもよい。
【０００４】
別の態様として、本発明はナノファイバー複合材の製造方法を提供するものであって、この方法は、熱により形状適応可能なポリマーのＴｇよりも高い温度でナノファイバーシートを、熱により形状適応可能なポリマーと接合させてナノファイバー複合材を形成するステップと、ナノファイバー複合材を形状適応可能なポリマーのＴｇ未満まで冷却してナノファイバー複合材を形成するステップとを含む。ナノファイバーシートはカーボンナノチューブを含んでいてもよく、これは単層または多層のナノチューブであってもよい。ナノファイバーシートのナノファイバーは金属化（metallize）されていてもよい。本方法は、複数のナノファイバーシートを１つ又は複数の層の熱により形状適応可能なポリマー層と接合させるステップを含んでもよい。一対の対向するローラーに、ナノファイバーシート及び熱により形状適応可能なポリマーを通過させることで、ナノファイバーシートとポリマーを一体に組み込む（embed）ようにしてもよい。複数のナノファイバーシートは、熱により形状適応可能な層に接合されていてもよく、複数の形状適応可能なポリマーは１つ又は複数のナノファイバーシートに接合されていてもよい。
【０００５】
更に別の態様として、本発明は使用方法を提供するものであって、この方法は、少なくとも１枚のナノファイバーシート及び少なくとも１つの熱により形状適応可能なポリマーを備える複合材に熱を加えるステップと、ナノファイバー複合材の形状を変えて、その下にある装置（underlying device）の形状に適応（conform）させるステップと、ナノファイバー複合材を冷ましてナノファイバー複合材が装置に接合する形状にナノファイバー複合材を硬化させるステップとを含む。複合材の形状は、ナノファイバー複合材の形状を装置に適応させるために、重力もしくは真空（vacuum）によって、又はナノファイバー複合材の表面を加圧することによって、変えてもよい。装置は電子デバイスであってもよく、ナノファイバー複合材は装置に到達する電磁放射線の量を減らすことができる。ナノファイバーシートはカーボンナノチューブを含んでいてもよく、シート中のナノチューブは金属化されていてもよい。熱は、ジュール加熱、誘導加熱、放射加熱、伝導加熱、または対流加熱によって加えられてもよい。ナノファイバー複合材は、ナノファイバー層を加熱することによって加熱されてもよく、これはジュール加熱または誘導加熱によるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】カーボンナノチューブフォレストの一実施形態を示す顕微鏡写真である。
【図２】カーボンナノチューブフォレストを成長させるための炉の一実施形態を示す概略図である。
【図３】ナノファイバーシートの一実施形態の大きさを概略的に示す図である。
【図４】カーボンナノチューブフォレストからカーボンナノチューブシートを横方向に引き出す方法の一実施形態を示す写真である。
【図５】ナノファイバーの軸線に沿って見下ろす、ナノファイバー複合材の一実施形態を概略的に示す断面図である。
【図６Ａ】一実施形態におけるチタン緩衝層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【図６Ｂ】一実施形態におけるチタン緩衝層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【図６Ｃ】一実施形態におけるチタン緩衝層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【図６Ｄ】一実施形態におけるチタン緩衝層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【図７Ａ】一実施形態におけるチタン緩衝層及び銅の金属層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示すＴＥＭ像である。
【図７Ｂ】一実施形態におけるチタン緩衝層及び銅の金属層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示すＴＥＭ像である。
【図７Ｃ】一実施形態におけるチタン緩衝層及び銅の金属層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示すＴＥＭ像である。
【図７Ｄ】一実施形態におけるチタン緩衝層及び銅の金属層が上に堆積したカーボンナノファイバーを示すＴＥＭ像である。
【図８】銅の形状適応層（conformal layer）が上に堆積し、カーボンナノファイバーと銅層との間に炭化物形成金属（carbide-forming metal）の緩衝層はない、カーボンナノファイバーを示すＴＥＭ像である。
【図９Ａ−９Ｄ】ナノファイバー複合材の一実施形態の構成を示す図である。
【図９Ｅ−９Ｇ】ナノファイバー複合材の一実施形態の構成を示す図である。
【図１０】ナノファイバー複合材の別の実施形態の断面図である。
【図１１Ａ−１１Ｂ】ナノファイバー基材の別の実施形態を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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示している。様々な変形例、構成、及び他の実施形態は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
［カーボンナノファイバー及びカーボンナノファイバーシートの特性］
本明細書において、用語「ナノファイバー」とは、１μｍ未満の平均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作製されるものとして述べられているが、グラフェン、ミクロンもしくはナノスケールのグラファイト繊維及び／又はプレートのいずれかに関わらず他の炭素同素体も、更には窒化ホウ素などのナノスケール繊維の他の組成物も、以下に記載される技術を使用してナノファイバーシートを作製するために使用し得ることが認識されるであろう。本開示の目的のためには、炭素系材料（例えばカーボンナノチューブ）と非炭素系材料の両方を「ナノファイバー」とみなすことができる。
【０００９】
本明細書において、用語「ナノファイバー」及び「カーボンナノチューブ」には、中で炭素原子が互いに結合して円筒構造を形成している、単層カーボンナノチューブ及び／又は多層カーボンナノチューブの両方が包まれる。多層ナノチューブは２つ又は複数の層を有する。いくつかの実施形態においては、本明細書において言及されているカーボンナノチューブは４〜１０つの層（wall）を有する。本明細書において、「ナノファイバーシート」または単純に「シート」とは、引き出し工程（国際公開第２００７／０１５７１０号に記載されており、これはその全体がここに引用することにより本明細書の記載の一部をなすものとする）によって配向したナノファイバーのシートであり、その結果、シートのナノファイバーの長手方向の軸がシートの主表面に対して垂直（すなわち、堆積したままの形態のシート、しばしば「フォレスト」と呼ばれる）ではなく、シートの主表面に対して平行であるシートのことをいう。
【００１０】
カーボンナノチューブの寸法は、使用する製造方法に応じて大きく変動し得る。例えば、１層、２層、３層、４層、またはそれ以上の層を有するカーボンナノチューブの直径は、０．４ｎｍ〜１００ｎｍであってもよく、いくつかの場合においては１ｎｍ〜８０ｎｍ、１０ｎｍ〜７０ｎｍ、または２０ｎｍ〜５０ｎｍであってもよい。いくつかの実施形態においては、カーボンナノチューブの長さは１０μｍから５５．５ｃｍ超の範囲であってもよく、いくつかの実施形態においては２０μｍ〜５０μｍであってもよい。カーボンナノチューブは、いくつかでは１３２，０００，０００：１以上もの大きさになる、非常に大きいアスペクト比（長さ対直径の比率）を有することもできる。幅広い寸法の可能性が備わっていることから、カーボンナノチューブの特性は高度に調整または調節することが可能である。カーボンナノチューブの数多くの興味深い特性が明らかになっているものの、カーボンナノチューブの特性を実際の用途に利用するためには、カーボンナノチューブの特徴を維持または向上させることができる、スケール拡張可能で制御可能な製造方法が必要とされる。
【００１１】
これらの特異的な構造のため、カーボンナノチューブは、特定の用途に特に適した特有の機械的、電気的、化学的、熱的、及び光学的特性を有している。具体的には、カーボンナノチューブは優れた電気伝導度、高い機械的強度、良好な熱安定性を示し、また疎水性でもある。これらの特性に加えて、カーボンナノチューブは有用な光学特性も示し得る。例えば、カーボンナノチューブは発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び狭い選択された波長で光を放出または検出するための光検出器において使用することができる。カーボンナノチューブは光子の輸送及び／又はフォノンの輸送のために有用であることも示され得る。
【００１２】
カーボンナノチューブの数多くの興味深い特性が明らかになっているものの、カーボンナノチューブの特性を実際の用途に利用するためには、カーボンナノチューブの特徴を維持または向上させることができる、スケール拡張可能で制御可能な製造方法が必要とされる。本明細書においては、様々な構成でのカーボンナノチューブの制御された集積を与える方法及び装置が開示される。例えば、基材上へのまたは自立形態での、配向したカーボンナノチューブの集積方法が開示される。他の特徴に加えて、本開示の方法は、配向を破壊することなしにカーボンナノチューブをうまく移動させることができ、カーボンナノチューブの構造の密度を制御することができ、また光チューニングの機会を付与する。
【００１３】
［ナノファイバーフォレスト］
主題の開示の様々な実施形態によれば、ナノファイバー（カーボンナノチューブが含まれるが、これに限定されない）は、本明細書で「フォレスト」と呼ばれる構造を含む様々な構造で配置されていてもよい。本明細書において、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、基材の上でお互いに実質的に配向した配列の、ほぼ等しい寸法を有するナノファイバーの配列のことをいう。ナノファイバーは、特にこれらの根元で基材に対して実質的に垂直である。図１は基材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。基材は任意の形状であってもよいが、いくつかの実施形態においては基材は平らな表面を有し、その上にフォレストが集積している。図１から分かるように、フォレスト中のナノファイバーは高さ及び／又は直径がほぼ等しくてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態においては、フォレストのナノファイバーはほぼ同じ角度で基材に対してそれぞれ配向していてもよい。例えば、フォレストのナノファイバーは基材に対して４５°〜１３５°の平均角度を有していてもよい。具体的な実施形態においては、フォレストの平均的なナノファイバーは基材から７５°〜１０５°に配向していてもよく、選択された実施形態においては、平均的なナノファイバーは基材から約９０°に配向していてもよい。
【００１５】
本明細書に開示のナノファイバーフォレストは、比較的密であってもよい。特には、３、４、５、またはそれ以上の層を有するものなどの本開示のナノファイバーフォレストは、基材上で少なくとも１０９ナノファイバー／ｃｍ２の密度を有していてもよい。いくつかの具体的な実施形態においては、本明細書に記載のナノファイバーフォレストは、１０９ナノファイバー／ｃｍ２超、１０１０ナノファイバー／ｃｍ２超、２×１０１０ナノファイバー／ｃｍ２超、または３×１０１０ナノファイバー／ｃｍ２超の密度を有していてもよい。別の実施形態においては、ナノファイバー／ｃｍ２単位でのナノファイバーフォレストの密度は、１０９〜３×１０１０、１０１０〜３×１０１０、１０１０〜５×１０１０であってもよい。フォレストは、高密度または低密度の領域を含んでいてもよく、特定の領域はナノファイバーの隙間であってもよい。フォレスト中のナノファイバーは、ファイバー間の接続性も示してもよい。例えば、ナノファイバーフォレスト中の隣接するナノファイバーは、ファンデルワールス力などの近接力によって互いに引き寄せられていてもよい。
【００１６】
［ナノファイバーフォレストの例示的な製造方法］
主題の開示に従って、ナノファイバーフォレストの製造のために様々な方法を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、ナノファイバーは高温炉の中で成長させることができる。いくつかのそのような実施形態においては、触媒は反応器の中に配置されている基材の上で堆積されてもよく、その後反応器に供給される燃料化合物に曝されてもよい。基材は８００℃超１０００℃までの温度に耐えることができ、これは不活性材料であってもよい。基材は、Ｓｉウェハーの代わりに他のセラミック基材が使用されてもよいものの（例えばアルミニウム、ジルコニア、ＳｉＯ２、及びガラスセラミック）、下にあるシリコン（Ｓｉ）ウェハー上に配置したステンレス鋼またはアルミニウムが含まれていてもよい。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においては、アセチレン、メタン、及びエタンなどの脂肪族炭化水素を含む炭素を主体とする化合物が炭素原子源として使用されてもよい。反応器に入れられた後、燃料化合物（複数可）はその後分解し、得られる炭素原子は触媒上に堆積することができ、基材から上方へ成長することによってナノチューブの集積を開始してナノファイバーのフォレストを形成する。
【００１７】
ナノファイバーの成長のための例示的な反応器の略図が図２に示されている。図２から分かるように、反応器には、ナノファイバーフォレストの成長を促進するために基材を配置することができる加熱ゾーンが含まれていてもよい。反応器には、燃料化合物（複数可）及びキャリアガス（複数可）を反応器へ供給することができるガス吸入口と、使用済みガスを反応器から放出することができるガス排出口も含まれていてもよい。キャリアガスの例としては、窒素、水素、アルゴン、及び／又はヘリウムが挙げられる。更に、ナノファイバーに取り込まれるドーパントもガス流に添加されてもよい。ドーパントの例としては窒素及びホウ素が挙げられるが、これらに限定されない。ナノファイバーフォレストの堆積時にドーパントを添加する例示的な方法は、米国特許第８９２６９３３号の第２８７段落に記載されており、この特許はここに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。フォレストに添加剤をドープまたは供給する他の例示的な方法としては、表面コーティング、ドーパント注入、または他の堆積及び／又はｉｎ  ｓｉｔｕ反応(例えばプラズマ誘起反応、気相反応、スパッタリング、化学蒸着）が挙げられる。例示的な添加剤としては、特にはポリマー（例えばポリ（ビニルアルコール）、ポリ（フェニレンテレフタルアミド）型樹脂、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリアクリロニトリル、ポリ（スチレン）、ポリ（エーテルエーテルケトン）、及びポリ（ビニルピロリドン、またはこれらの誘導体および組み合わせ）、元素または化合物の気体（例えばフッ素）、ダイヤモンド、パラジウム、及びパラジウム合金が挙げられる。
【００１８】
ナノファイバー成長時の反応条件は、得られるナノファイバーフォレストの特性を調整するために変更することができる。例えば、望ましい仕様を有するナノファイバーフォレストを製造するために、必要に応じて触媒の粒径、触媒のパターン、反応温度、ガス流速、及び／又は反応時間を調整することができる。いくつかの実施形態においては、基材上の触媒の位置は、望ましいパターニングを有するナノファイバーフォレストを形成するために制御される。例えばいくつかの実施形態においては、触媒はあるパターンで基材上に堆積させられ、パターン化された触媒から成長する得られるフォレストは、同様にパターン化される。典型的な触媒としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または酸化アルミニウム（例えばＡｌ２Ｏ３）の緩衝層上の鉄が挙げられる。触媒は、化学蒸着（ＣＶＤ）、レーザー支援ＣＶＤ、プラズマ誘起ＣＶＤ、電子ビーム（ｅＢｅａｍ）蒸着、スパッタリング、熱蒸発、電気化学的な方法、または原子層堆積（ＡＬＤ）などの任意の適切な方法を使用して基材上に堆積させることができる。パターンを形成するために、いくつかの実施形態においては触媒はパターンの形態で堆積させることができ、他においては触媒はナノチューブファイバーのパターンを得るために特定の領域で除去するか無力化することができる。緩衝層も同様にあるパターンで基材に設けられていてもよく、例えばコーティング、ローラーによる塗布、浸漬、インクジェット印刷、パッド印刷によって、あるいは上述した物理蒸着法または化学蒸着法を使用することによって、設けることができる。
【００１９】
形成された後、ナノファイバーフォレストは任意選択的に修飾されてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、ナノファイバーフォレストは酸化剤または還元剤などの処理剤に曝露させてもよい。いくつかの実施形態においては、フォレストのナノファイバーは任意選択的には処理剤によって化学的に官能化されていてもよい。処理剤は、物理蒸着、原子堆積、化学蒸着（ＣＶＤ）、及び液体または気体の浸透など（ただしこれらに限定されない）の任意の適切な方法によってナノファイバーフォレストに導入されてもよい。いくつかの実施形態においては、ナノファイバーフォレストは修飾されることでパターン化されたフォレストを形成していてもよい。フォレストのパターン化は、例えばフォレストから選択的にナノファイバーを除去することによって行うことができる。除去は、レーザーアブレーションなどの化学的または物理的な手段によって行うことができる。
【００２０】
［ナノファイバーシートの詳細な説明］
フォレスト構造の中での配置に加えて、主題の用途のナノファイバーは、シート構造に配列されていてもよい。本明細書において、用語「ナノファイバーシート」、「ナノチューブシート」、または単純に「シート」とは、ナノファイバーが端から端へ平面に並んでおり、シートの厚さの１００倍よりも大きい長さ及び／又は幅を有する、ナノファイバーの配列のことをいう。ナノファイバーシートは、例えば約５ｎｍ〜２０μｍの厚さ、並びに意図される用途に好適な任意の長さ及び幅を有していてもよい。いくつかの実施形態においては、ナノファイバーシートは１００ｍ超の長さと１ｍ超の幅を有していてもよい。図示の相対的な寸法を有する例示的なナノファイバーシートが図３に示されている。図３から分かるように、ナノファイバーが端から端へ並んでいる方向は、ナノファイバーの配向の方向と呼ばれる。いくつかの実施形態においては、ナノファイバーの配向の方向はナノファイバーシート全体にわたって連続的であってもよい。
【００２１】
ナノファイバーシートは、互いの上に積層されて多層シートを形成していてもよい。ナノファイバーシートは、ナノファイバーの配向と同じ方向を有するように積層されていてもよく、あるいはナノファイバーの配向と異なる方向を有するように積層されていてもよい。任意の数のナノファイバーシートが互いの上に積層されて多層ナノファイバーシートを形成していてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、ナノファイバーシートは２、３、４、５、１０、またはそれ以上の個別のナノファイバーシートを含んでいてもよい。隣接しているシートのナノファイバーの配向の方向は、１°未満、５°未満、または１０°未満異なっていてもよい。別の実施形態においては、隣接しているシートのナノファイバーの配向の方向は、４０°超、４５°超、６０°超、８０°超、または８５°超異なっていてもよい。特定の実施形態においては、隣接しているシートのナノファイバーの配向の方向は９０°であってもよい。
【００２２】
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タイプの適切な方法を使用して組み立てることができる。いくつかの例示的な実施形態においては、ナノファイバーシートはナノファイバーフォレストから引き出されてもよい。ナノファイバーフォレストから引き出されるナノファイバーシートの例が、図５に示されている。図４から分かるように、ナノファイバーはフォレストから横方向に引き出され、その後端から端へ並んでナノファイバーシートを形成してもよい。ナノファイバーシートがナノファイバーフォレストから引き出される実施形態においては、フォレストの寸法を制御することで特定の寸法を有するナノファイバーシートを形成することができる。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るナノファイバーフォレストの幅とほぼ同じであってもよい。また、シートの長さは、例えば望ましいシートの長さを得られた時点で引き出し工程を終了させることによって制御することができる。
【００２３】
形成後、ナノファイバーシートは１つ又は複数の後処理工程を受けてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、ナノファイバーシートは任意選択的には緻密化されてもよい。これに限定するものではないが、ナノファイバーシートを液体に曝した後に液体を除去する（例えば蒸発により）などの任意の適切な緻密化方法を、ナノファイバーシートを緻密化するために使用することができる。液体は、例えば液体の吸収、液体のエアロゾルへのシートの曝露、蒸気の凝縮、またはこれらの組み合わせなどの様々な方法でナノファイバーシートに導入することができる。液体は水性であっても非水性であってもよく、またプロトン性溶媒であっても非プロトン性溶媒であってもよい。具体的な液体としては、これらに限定されるものではないが、トルエン、スチレン、エタノール、エチレングリコール、アセトン、メタノール、イソプロピルアルコール、クロロホルム、クロロベンゼン、及びｎ−メチルピロリドンが挙げられる。２種、３種、またはそれ以上の液体の混合物も使用することができる。緻密化はシートの厚さに影響を与え得る。いくつかの特定の実施形態においては、ナノファイバーシートは、緻密化前に１０〜２０μｍの引き出されたままの状態での厚さを有していてもよく、緻密化後に１０〜５０ｎｍの厚さを有していてもよい。緻密化前、ナノファイバーシートの体積密度は０．００１〜０．００５ｇ／ｃｍ３、０．００１〜０．００３ｇ／ｃｍ３、または約０．００１５ｇ／ｃｍ３の範囲であってもよい。緻密化技術を用いることにより、カーボンナノチューブのシートの様々な実施形態の体積密度を、１０×超、２０×超、５０×超、１００×超、５００×超、または１０００×超の倍率で増加させることができる。体積密度は大きく増加し得るものの、それに伴う面密度の増加はゼロかほぼゼロであり得ることに留意すべきである。これは、緻密化されたシートが、緻密化される前の元のシートと本質的に同じ長さ及び幅を有し得ることを意味する。様々な実施形態においては、緻密化によって１０％未満、５％未満、または１％未満の面積収縮が生じ得る。
【００２４】
ナノファイバーシートは、様々な用途に利用できる数多くの特性を有する。例えば、ナノファイバーシートは、調節可能な不透明性、高い機械的強度及び柔軟性、熱及び電気伝導性を有することができ、また疎水性も示し得る。シートの中にナノファイバーの高度な配向が存在することで、ナノファイバーシートは非常に薄くすることができ、それによりこれはほぼ二次元になる。いくつかの実施形態においては、ナノファイバーシートは１０〜２００ｎｍの厚さである（通常の測定公差内で測定される）。これらの厚さは、３９０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲の可視光に完全に透明とすることができる。シートは電磁放射線の多くの他の波長に対しても透明であってもよい。本明細書において、その波長の入射放射線の９５％超を透過する場合に、製品は波長または波長範囲に対して透明である。ナノファイバーシートの組み入れは、構成要素または表面に対して最小限の追加的な面積及び／又は体積の付加に過ぎないものとすることができる。本明細書に開示のナノファイバーシートは高純度であってもよく、いくつかの場合においては、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％超の炭素を含んでいてもよい。ナノファイバー及びシートは脂肪族炭素の隙間であってもよく、また単層チューブ、及び２、３、４、５、またはそれ以上の層を含むものなどの多層チューブを形成する、専らアリール構造であってもよい。様々な実施形態においては、ナノチューブとしてはアームチェアー、ジグザグ、及びカイラル構造のいずれかを挙げることができ、あるいはこれらに限定することができる。
【００２５】
本開示のナノファイバー複合材は、様々な特徴及び特性を有し得る。例えば、接着性ナノファイバー複合材は、いくつかの実施形態においては低い電気抵抗を有し得る。具体的には、いくつかの実施形態においては、例示的な接着性ナノファイバー複合材の電気抵抗は、１０００Ω／スクウェア未満、１００Ω／スクウェア未満、１０Ω／スクウェア未満、１Ω／スクウェア未満であってもよく、いくつかの場合においては０．９Ω／スクウェア未満、０．８Ω／スクウェア未満、０．７Ω／スクウェア未満、０．６Ω／スクウェア未満、０．５Ω／スクウェア未満、または０．１Ω／スクウェア未満であってもよい。本開示のナノファイバー複合材は任意の望ましい厚さを有していてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、本開示のナノファイバー複合材は１ｍｍ未満、１００未満、１０μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、０．２μｍ未満、０．１μｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、または３０ｎｍ未満の厚さを有する。ナノファイバーシート対接着剤の比率は、体積基準で１：５未満、１：１０未満、１：１００未満、または１：１０００未満であってもよい。ナノファイバーシート対接着剤の比率は、質量基準で１：５未満、１：１０未満、１：１００未満、１：１，０００未満、または１：１０，０００未満であってもよい。
【００２６】
［変形可能な複合材］
様々な実施形態として、ナノチューブシートはポリマーシートの外表面に接合させることができ、これはポリマーシートの中に埋め込まれていてもよく、あるいはポリマーシートの中に部分的に埋め込まれていてもよい。別の実施形態においては、２つ又は３つ以上のポリマーシートの間に１つ又は複数のナノチューブシートが挟まれているサンドイッチ構造を採用することができる。サンドイッチ構造においては、２つ又は３つ以上のナノチューブシートが互いに直接接触していてもよい。２つ又は３つ以上のポリマーシートの間の中に１つ又は複数のナノチューブシートがあるこの交互構造は、一体に積層されている構造が２、３、４、または５回など、任意の回数繰り返されていてもよい。同じ構造の中で、異なる種類のナノチューブシート及び異なる種類のポリマーシートを使用することができる。例えば、ナノチューブシートは溶融により形状適応可能なポリマーと導電性ポリマーとの間に挟まれていてもよく、あるいは溶融により形状適応可能なポリマーと熱硬化性ポリマーとの間に挟まれていてもよい。
【００２７】
ナノファイバー複合材は、熱により形状適応可能なポリマーである１種又は複数のポリマーを含んでいてもよい。ホットメルトポリマーは、加熱すると軟らかくなって形状に適応する、熱により形状適応可能なポリマーのうちの１種である。冷却されると、これらは硬化してこれらの形状を保持することができる。いくつかの場合においては、ポリマーはそのＴｇよりも高い温度まで加熱され、その結果これらは柔軟になる。熱により形状適応可能なポリマーは、冷却後または架橋後に２つの表面の間に接着を付与する接着剤であってもよい。本明細書に記載のほとんどの複合材については、ナノファイバー層は幅広い温度範囲にわたって柔軟性を有しており、そのため剛性は１種又は複数のポリマーである構成要素によって付与されるであろう。様々な実施形態で熱可塑性物質、熱硬化性物質、または両方の組み合わせを用いることができるものの、本明細書において、用語「ホットメルトポリマー」とは、熱可塑性物質及び可逆的に硬化できる他のポリマーのことをいう。熱可塑性物質としては、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、アクリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、及びエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）が挙げられる。ホットメルトポリマーは、５０℃超、７５℃超、１００℃超、１５０℃超、２００℃超、２５０℃超、または３００℃超のＴｇを有していてもよい。これら及び他の実施形態においては、ポリマー（複数可）は、５００℃未満、３００℃未満、２００℃未満、１００℃未満、または７５℃未満のＴｇを有していてもよい。カスタマイズされた軟化点にするために、異なるポリマーのコポリマー、混合物、及び組み合わせを使用してもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態においては、ホットメルトポリマーはホットメルト接着剤（ＨＭＡ）であってもよい。ホットメルト接着剤は、ＨＭＡによって接合される２つの材料間に接着力を付与するポリマーである。ホットメルト接着剤は、典型的には熱い状態の時には流動可能であり、硬化すると接着性の結合力を付与する。いくつかの場合においては、ホットメルト接着剤は可逆的に使用することができ、接着された構成要素は材料の再加熱後に取り外すことができる。別の実施形態においては、ホットメルト接着剤は熱硬化性物質を用いるなどの不可逆的であってもよく、材料同士は高温への曝露に関係なく永久的に互いに結合され得る。ホットメルト接着剤として機能し得るポリマーとしては、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレンアクリレート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、スチレンブロックコポリマー、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、シリコーン、及びポリピロールが挙げられる。ポリオレフィンは結晶性であってもアモルファスであってもよく、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などのポリエチレン、ポリプロピレン、アモルファスポリプロピレン、並びにポリブテンが挙げられる。ポリウレタンには熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）と反応性ポリウレタンの両方が含まれる。
【００２９】
複合材は、１つ又は複数のポリマーの平面状シートと結合しているナノチューブシートを含んでいてもよい。これらの場合においては、ポリマーは典型的にはナノチューブシートの表面積の９０％超、９５％超、または９９％超を被覆するであろう。別の場合においては、ポリマーは離散的なパターンでナノチューブシートと結合していてもよい。例えば、ポリマーは縞模様、点、円形、または他の規則的もしくは不規則的なパターンでナノチューブシートに付着していてもよい。いくつかの場合においては、材料の完全な層が片側に設けられている一方で、パターンがナノチューブシートの反対側に設けられていてもよい。ポリマーのパターンは、ナノチューブシートの表面積の１００％未満、８０％未満、５０％未満、２５％未満、または１０％未満を被覆していてもよい。ポリマーは接着または電気絶縁が望ましいナノチューブシートの一部に付着していてもよい一方で、ナノチューブシートの他の部分では、基材、接点、または他の導電性材料と電気的に接触できるようにポリマーの隙間を残すことができる。金属の層も、シート全体を被覆しないパターンでナノチューブシートに設けられていてもよい。別の場合においては、金属はポリマーの隙間が残されているナノチューブシートの領域に付着していてもよい。例えば、ポリマーのパターンがポリマーの２つの接点の隙間を残していてもよく、例えば２つの電極などの電気接点を設けるために、金属がこれらの場所の上に堆積していてもよい。
【００３０】
ナノチューブシートは、任意選択的にはポリマー複合材の形成の前または後のいずれかに処理されてもよい。例えば、金属層は、ナノチューブシートの一部に、パターン形状で、または全体に堆積されていてもよい。ナノチューブシートは、ポリマー複合材の形成の前または後のいずれかに緻密化されてもよい。ナノチューブシートの表面特性も、例えばナノチューブ及びナノチューブシートの表面エネルギーを変化させることによって変えることができる。例えば、より大きい表面エネルギーとより大きい接着能力を有するナノチューブシートを製造するために、オゾン処理などによりシートの少なくとも一部の露出している表面を酸化させることによって、シートをポリマーとより相性よくすることができる。別の実施形態においては、複合材の形成の前または後のいずれかに、ナノチューブシートの１つ又は複数の箇所に電気コネクタを取り付けてもよい。電気コネクタは、金属層及び／又は緩衝層によってナノチューブシートと接続していてもよい。
【００３１】
一連の実施形態においては、ナノチューブシートは、熱により形状適応可能なポリマーシートなどのポリマーシートの中に埋め込まれていてもよい。ナノチューブシートは引き出されたままであってもよく、あるいは緻密化されていてもよい。ナノチューブシートは基材の上に配置されていてもよく、また基材はＰＴＦＥまたはシリコーンなどの低表面エネルギー基材であってもよい。１つ又は複数のポリマーのシートがナノチューブシート上に配置されていてもよく、ポリマーは例えばそのＴｇ以上までポリマーを加熱することによって軟らかくされてもよい。軟らかくされたポリマーは、ナノチューブシートのナノチューブの間の隙間に浸み込むことができる。ナノチューブの一部が金属で被覆されている場合には、ポリマーは好ましくは金属で被覆されているナノチューブを避ける一方で、被覆されていないナノチューブと接触していてもよい。ポリマーとナノチューブとの間の浸透を増加させるために、ナノチューブ／ポリマーの積層体に圧力を加えてもよく、あるいは真空を利用してもよい。例えば、積層体はプレス機の中に入れてもよく、あるいは一対のローラーに通してもよい。
【００３２】
別の一連の実施形態においては、複合材は、ナノファイバーシートと、熱により形状適応可能なポリマーとを備える。熱により形状適応可能なポリマーは、加熱すると軟らかくなることができ、形状を変えることができ、またこれは接着剤であっても接着剤でなくてもよい。熱により形状適応可能なポリマーは、加熱されると、より順応性かつ柔軟性になることができ、冷却されると硬くなり順応性が低くなることができる。いくつかの熱により形状適応可能なポリマーは、加熱されると液化して流動することができる。ポリマーは、例えば熱可塑性ポリマーであっても熱硬化性ポリマーであってもよい。ポリマーとナノファイバーシート（例えばカーボンナノチューブシート）は、異なる層の中に配置されてもよく、あるいは互いの中に埋め込まれてもよい。導電層、顔料、染料、絶縁体、接着促進剤、レオロジー調整剤、電気接点及び放出シートなどの、追加的な材料が複合材中に含まれていてもよい。導電性材料としては、ナノファイバーシート上、ポリマー上、または複合材上に堆積できる金属を挙げることができる。金属層は、化学蒸着（ＣＶＤ）、圧力支援化学蒸着（ＰＣＶＤ）、電子ビーム（ｅＢｅａｍ）蒸着、スパッタリング、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び／又は電気めっきなどの、当業者に公知の方法によって堆積させることができる。ナノファイバーシートは個別に金属化されてもよく、あるいはいくつかの実施形態においては２枚以上のナノファイバーシートが積層配置にある際に金属化されてもよい。金属の堆積によって繊維の直径が増加し、いくつかの場合においては繊維の直径が２×、５×、１０×、１５×、または２０×よりも増加し得る。積層配置のナノファイバーシートが金属化されるいくつかのそのような実施形態においては、金属は最上部のシートのナノファイバーの上だけでなく、１つ又は複数の下にあるナノファイバーシートにも堆積していてもよい。いくつかの実施形態においては、２層以上の金属層がナノファイバーシート（複数可）の上に堆積していてもよい。接着性ナノファイバー複合材が金属化されている実施形態においては、金属の堆積の前にナノファイバーシート（複数可）の上に緩衝層が堆積されてもよい。いくつかのそのような実施形態においては、緩衝層はＣＶＤ、ＰＣＶＤ、ｅＢｅａｍ蒸着、スパッタリング、ＡＬＤ、及び／又は電気めっきなどのナノファイバーシートの金属化に使用される任意の手法を用いて堆積されてもよい。様々な実施形態においては、緩衝層は接着、摩耗、導電性、または反射性を改善することができる。緩衝層を形成するために、緩衝層１１０に関して本明細書に記載の任意の材料が使用されてもよい。電気接点は、導電層との電気的な接続であってもよい。金属層は、それら自体が導電層を与えてもよく、あるいはナノファイバーシートへの電気コネクタとして機能してもよい。例えば、ＣＮＴシートはポリマーの中に埋め込まれることができ、その一方で一体化された金属層がＣＮＴシートと外部の電気接点との間に低い抵抗の電気接点を付与する。金属層がない場合、ポリマー層はアクセスを遮断してＣＮＴシートとの効率的な電気的な接触を妨げ得る。ポリマーによってＣＮＴシートを絶縁可能にする表面特性をＣＮＴシートが��し得る一方で、金属層はポリマーとの相性があまりよくない場合があり、そのためポリマーが付着せず、ＣＮＴシートにポリマーがない電気インターフェースが付与され得る。
【００３３】
ＣＮＴシートなどのナノファイバーシートは、引張強度及び柔軟性などの非常に優れた特性を示すことができるが、多くの場合においてはこれらのシートは隣接する材料との摩擦によって容易に摩耗し得る。ポリマーとナノファイバーシートとを含む複合材は、ナノファイバーシートの強度特性を保持しながらも摩擦からこれを保護することができる。ポリマーは、ナノファイバーの片面または両面に積層することができ、あるいはいくつかの実施形態においては、ポリマーをナノファイバーシートの中に埋め込むことができ、あるいはナノファイバーシートをポリマーの中に埋め込むことができる。いくつかの別の実施形態においては、ポリマー層はナノファイバーシート上に押し出すことができる。更なる実施形態においては、ポリマー層とナノファイバーシートは、ポリマーが押し出される際に、共押出に類似した方法で互いに接合させることができる。例えば、ナノファイバーシートはポリマー押出機と並行して進むプロセスで本明細書に記載の方法を使用して形成することができる。ナノファイバーシートとポリマーシートが製造されるのに伴って、これらは一体に積層されて複合材を形成することができる。ポリマーシートはダイに存在しているときに典型的には流動可能であることから、あるいはそのガラス転移温度（Ｔｇ）未満であることから、２つの構成要素が一対のローラーを通過するのに伴ってこれはナノファイバーシートの中に埋め込まれることができる。速度、圧力、及び温度を調整することで例えば複合材の厚さ及びナノファイバーシート中に埋め込まれるポリマーの量を決定することができる。いくつかの実施形態においてはナノチューブシートを２つのポリマー層に囲まれた中間層にするために、ナノファイバーシートまたはポリマーのいずれかの追加的な層を付加することができる。ナノファイバーシートは複合材が形成される前または後に緻密化されてもよい。いくつかの場合においては、ポリマーがナノチューブシートを緻密化させることもできる。
【００３４】
別の一連の実施形態においては、ナノファイバーシートをポリマーに浸して吸収させるために、ナノファイバーシートを液体ポリマーまたはプレポリマーの中に浸漬してもよい。プロセスは、ナノファイバーシートが液体状のもしくは分散されているポリマーまたはプレポリマーを通過する、連続的なベルトプロセスとすることができる。飽和したシートを、その後、例えばニップ、ドクターブレード、または一対の対向するローラーを通過させることで、過剰のポリマーを取り除くことができ、また複合材の厚さを決定することができる。複合材を取り扱ったり貯蔵したりできるようにするために、その後、ポリマー成分を固化、重合、または硬化させてもよい。
【００３５】
多くの実施形態においては、ナノファイバー複合材は、複数の形状に形状を適応させることができる。複合材は、規則的な表面または不規則な表面へと迅速に成形できる、熱により成形可能な導電性のシートを提供することができる。複合材は、導電性ナノファイバーシートを横切る電流をかけることによって、ジュール加熱することができる。別の用途においては、複合材は、例えば熱風または赤外放射線を使用して外的に加熱することができる。また別の実施形態においては、複合材は、複合材に磁場をかけることによって誘導加熱することができる。複合材の構成要素である導電性ナノファイバーシートによって、複合材を電子部品または電磁放射線に対して感受性のある他の装置の周りのＥＭＩシールドにおいて使用できるようにすることができる。ナノファイバー複合材はアンテナとしても使用することができる。複合材の柔軟性によって、導電シートで包み込むことが困難であり得る不規則な形状の物体の周りにこれを成形することが可能になる。
【００３６】
図９Ａ〜９Ｇの実施形態に示すように、ナノファイバーシートは、伸縮可能な複合材を得るために、座屈（buckled）した形状適応可能なポリマーと組み合わせることができ、様々な形状に適合させることができるように、１つ又は複数の方向に伸ばすことができる。図９Ａにおいて、弾性層（elastic layer）９００は、最終製品の望ましい能力に応じて１つ又は複数の方向に引っ張った状態で配置される。弾性材料の例としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ラテックス、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、及び天然ゴムなどのゴム材料が挙げられる。弾性材料の追加的な例としては、シリコーン樹脂、フルオロカーボン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、及びポリアミド樹脂などの樹脂材料（例えば熱可塑性エラストマー）が挙げられる。
【００３７】
図９Ｂでは、ホットメルト接着剤であってもよい、熱により形状適応可能なポリマー層９１０が、引っ張られている状態の弾性層９００に塗布され、複合材９５０が形成される。図９Ｃは、系の張力が解放された後に図９Ｂの複合材９５０がどのように見えるかを概略的に示している。図９Ｄでは、弾性層９００は複合材から取り除かれ、熱により形状適応可能なポリマー９１０の座屈した層が残される。図９Ｅでは、ナノファイバー層９５０が座屈した熱により形状適応可能なポリマー９１０の上に配置されて複合材９６０が形成されている。ナノファイバー層９５０は、例えば化学的または機械的な緻密化によって、この段階で任意選択的に緻密化することができる。２つの層は、例えば熱がかけられることによって一体に接着されてもよい。いくつかの場合においては、ナノファイバー層９５０が露出しないように、熱により形状適応可能なポリマーの追加的な層がナノファイバー層９５０の上に配置されてもよい。図９Ｆ及び９Ｇは、複合材を様々な用途で利用するために、複合材９６０をどのように伸ばすことができるかの例を示している。いくつかの場合においては、複合材９６０は熱により形状適応可能なポリマー層９１０を柔らかくするために加熱することができる。しかし、多くの実施形態においては、複合材９６０は弾性ではないものの、熱により形状適応可能な層９１０が予め撓んでいることにより伸びることができる。撓みは顕微鏡スケールであり、多くの場合は肉眼では観察できないことに留意すべきである。座屈したナノファイバーシートがどのように見えるかについての顕微鏡写真の図１１Ａ及び１１Ｂを参照のこと。ナノファイバーシートは、座屈したシート上に任意の配向で配置することができる。例えば、ナノファイバーは、これらの軸が熱により形状適応可能な層の伸長方向の軸に沿うように配向していてもよく（図９Ｅ中の左から右）、あるいはこれらが伸長方向の軸に９０°になるように配向していてもよい（図９Ｅの紙面奥方向）。０°〜９０°の任意の構成も使用することができる。熱により形状適応可能な層に対して同じまたは異なる配向で複数のナノファイバーシートが積層されてもよい。いくつかの実施形態においては、ナノファイバーシートと熱により形状適応可能な層との間にバインダーを使用することができる。
【００３８】
図１０に示されているような別の実施形態においては、複合材１０００は、ガラスの２枚のシートである１０１０ａ及び１０１０ｂの間に挟まれたナノファイバーシート１０３０を備える。ナノファイバーシートはカーボンナノチューブシートであってもよい。接着剤シート１０２０ａ及び１０２０ｂ、並びに金属（金属）などの追加的な層を備えてもよい。接着剤は一緒に挟まれた構成要素を保持できる一方で、金属層は電気伝導度、ＩＲ吸収性、またはＩＲ反射性などの機能性を付加し得る。ナノファイバーシートは導電性であるだけでなく、特には可視光に対して半透明または透明であってもよい。結果として、可視光はガラス／ポリマー接着剤／ナノファイバーシート／ポリマー接着剤／ガラスの３、４、５、またはそれ以上の層の複合材（任意の順序）を通過することができる。別の実施形態においては、１枚の接着剤シートが使用されてもよく、あるいは接着剤はナノファイバーシートに埋め込まれて２つの構成要素を含む単一の層とされてもよい。ナノファイバーシートの電気伝導度は、良好な光透過性を維持しながらも、電子機器による盗聴からの保護を付与することができ、また電磁放射線の透過の防止に役立ち得る。更に、ナノファイバー層は向上した強度及び粉砕からの保護をもたらし、その結果防爆性の窓が得られる。用途としては、例えば電子的及び物理的の両方の攻撃を受けうる政府及び個人の建物用の窓が挙げられる。別の実施形態においては、複合材はフロントガラスまたは窓として機能することができ、ナノファイバー層に流れる電流によってフロントガラスが加熱されることで、迅速に除霜または除氷をすることができる。追加的な層としては、例えば接着剤、顔料、または染料を挙げることができる。接着剤としては、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）及びポリビニルホルマール（ＰＶＦ）などのポリビニルアルコールから製造されるものなどのポリマーが挙げられる。これら及び他の接着剤は、シートの形態で設けられてもよい。これらのポリマーは対向するガラスシートの間に積層することができ、また熱、圧力、または両方をかけることによって結合させることができる。接着剤層１０２０ａ及び１０２０ｂは、溶融または軟化されることで粘着性になることができる。冷却されると、接着剤は永久的または一時的に層と一体に結合することができる。加熱工程によって接着剤の透明性を改善することができ、これにより使用されるフロントガラスまたは窓の使用を有用なものにすることができる。いくつかの実施形態においては、接着剤は例えば熱硬化型、放射線硬化型、または蒸発硬化型のポリマー系であってもよい。１つ又は複数のガラスシートは、サファイヤのような透明セラミックまたはポリカーボネートなどの透明ポリマー等の他の透明な材料で置き換えることができる。結果として、ナノファイバーシートは一体にしっかりと接合した２枚の対向する透明材料片の間に保持されることができる。複合材１０００は、ナノファイバーシートに電流を付与するために、または電気接地を付与ために、１つ、２つ、またはそれ以上の電気接点も含むことができる。
【００３９】
本明細書で論じられている実施形態は、主に１枚のナノファイバーシートと１つのポリマー層とを含む複合材構成で論じられている。しかしながら、ナノチューブシート、ポリマー層、または両方の複数の層を含む複合材を使用してもよい。例えば、１枚のナノファイバーシートを、同じでも異なっていてもよい２つのポリマー層の間に挟むことができる。それぞれ１層、２層、３層、４層、またはそれ以上の層を含む、ナノファイバーシートとポリマー層の交互の層が製造されてもよい。複数の層の複合材においては、最も外側の対向する層は、２つのポリマー層、２つのナノファイバー層、またはポリマー層とナノファイバー層の組み合わせであってもよい。別の実施形態においては、複合材の一方または両方の外層は、金属、ガラス、ガラス繊維、またはセラミックなどの第３の材料であってもよい。
【００４０】
本開示の実施形態の前述の説明は、例示の目的で述べてきたものであり、網羅するものではないし、特許請求の範囲を開示の形態に厳密に限定することも意図していない。当該技術分野の当業者であれば、上述の開示を踏まえて、多くの変形例及び改変例が可能であることを理解できるであろう。
【００４１】
本明細書で使用されている表現は、基本的には読みやすさ及び教示の目的のために選択されており、本発明の範囲について輪郭を描いたり、境界線を引くために選択されたものではない場合がある。そのため、本発明の範囲は、この詳細な説明によっては限定されず、本出願に基づいて発行される特許請求の範囲によって限定される。したがって、実施形態の開示は、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲についての例示であって、限定することを意図したものではない。
【図１】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ−９Ｄ】
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【図９Ｅ−９Ｇ】
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【図１０】
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【図１１Ａ−１１Ｂ】
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