(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）マトリックス材料内に分散した、厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体を含有する混合物を提供する工程、
（ｂ）前記混合物を、受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に沿って受け入れ多孔質媒体中に流れ移送する工程、及び
（ｃ）前記受け入れ多孔質媒体内の前記マトリックス材料を固化して、前記高アスペクト比ナノ構造体が前記受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に沿って配列するように複合材料を形成する工程
を備えるナノ構造マルチスケール複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記混合物を、第１の多孔質媒体から前記受け入れ多孔質媒体に移送する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受け入れ多孔質媒体が、前記受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に対して交差するように配向したマイクロスケール構造体を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物は、前記流れ移送工程前に固体状態にあり、ついでこれを流れ移送中に一時的に液化させる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高アスペクト比ナノ構造体を、電場又は磁場の印加により前記マトリックス材料内で配列させる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記高アスペクト比ナノ構造体が、繊維状ナノカーボンである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記高アスペクト比ナノ構造体が、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド、及びそれらの組合せからなる群の中から選ばれた繊維状ナノカーボンである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記混合物を第１の多孔質媒体から前記受け入れ多孔質媒体中に移送し、前記第１の多孔質媒体が、前記受け入れ多孔質媒体よりも大きな多孔率を有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記マトリックス材料が、ポリマーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマーが、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ビスマレイミド、ポリイミド、シアナートエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン及びそれらの組合せからなる群の中から選ばれる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記受け入れ多孔質媒体が、マイクロスケール範囲内の大多数の繊維を有するマイクロスケールファイバーシステムを含み、前記マイクロスケールファイバーシステム中の少なくとも複数の繊維が、前記受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に対して交差する長さ次元をもって配向する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロスケールファイバーシステムが、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリマー繊維、天然繊維、ボロン繊維、ナノチューブ撚糸、ナノファイバー撚糸、紡績ナノチューブマイクロファイバー、紡績ナノファイバーマイクロファイバー、セラミック繊維又はそれらのいずれかの組合せのからなる群の中から選ばれる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流れ移送工程が、前記混合物への圧縮力の適用を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記流れ移送工程が、固体状態からの前記マトリックス材料の液化を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記流れ移送工程中に、液化が、前記混合物の前記受け入れ多孔質媒体に向いている表面で開始し、前記混合物の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側を向く外側表面に向けて外側へ進行する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
液化を、熱の適用により生じさせる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
液化中に、液化速度を減少させるために、前記混合物の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側の外側表面を強制的に冷却する請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）固化したマトリックス材料内に分散した厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体を含有する、厚さ方向を有する固体状態の混合物構造体を提供する工程、
（ｂ）液化工程と同時に、前記混合物を受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に沿って受け入れ多孔質媒体中に流れ移送する工程であって、前記液化工程は、前記マトリックス材料を前記混合物構造体の厚さ方向において漸進的に液化させるものであり、前記マトリックス材料の液化は、前記流れ移送中に、前記混合物構造体の、前記受け入れ多孔質媒体に向いている表面で開始し、前記混合物構造体の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側を向いている外側表面に向かって外側へ進行するところの工程、
（ｃ）前記高アスペクト比ナノ構造体が前記受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に沿って配列されるように前記受け入れ多孔質媒体内の前記マトリックス材料を固化して複合材料を形成する工程
を含むナノ構造のマルチスケール複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
関連出願の相互参照
この非仮出願は、２０１３年７月２９日に出願した米国仮出願６１／９５８，４８５の利益と優先権を主張する。かかる先の出願及び本明細書で参照するすべての文献は、本明細書に完全に説明されたごとく参照により本明細書に援用する。
【０００２】
技術分野
この開示は、一般的に、改善された一体性を有する複合材料をもたらすナノ構造マルチスケール複合材料の製造方法に関する。より具体的には、本開示は、マトリックス材料中に分散した、配列した高アスペクト比のナノ構造体を提供し、配列したナノ構造体とマトリックス材料との混合物を隣接する受け入れ多孔質媒体中に移送し、ついでナノ構造体の配列を実質的に維持しながら、マトリックス材料を受け入れ多孔質媒体内で固化させる方法に関する。
【０００３】
背景
ナノスケールの粒子を組み込んだ複合材料は、よく知られている。ナノ材料は、ナノテクノロジーについて物質科学に基づくアプローチを取る分野である。ナノスケールの構造体を組み込んだ材料は、ナノスケールの次元(dimension)を有する形態的特徴から生じる独特の性質を有し得る。この点に関し、用語「ナノスケール」は、しばしば、少なくとも１つの次元において１ナノメートルよりも小さいものと定義される。しかしながら、実際には、そして現存する商業製品において、いくつかのナノ構造体は、１ナノメートルよりも有意に大きな最小次元を有する場合がある。他方、最近のナノテクノロジーの発展は、また、１ナノメートルよりも実質的に小さい次元を有するいくつかの構造体を作り出している。したがって、本開示の目的のためには、「ナノスケール」は、０．１ナノメートルから１０００ナノメートルまでと定義されることを理解すべきである。「ナノスケールの材料」は、繊維、粒子等のナノスケールの構造体「ナノ構造体」を、非結合状態で、又は強凝集体若しくは弱凝集体として含有する天然の、偶発的な、又は製造された材料である。
【０００４】
ナノテクノロジーの重要な側面は、多くのナノスケール材料に存在する表面積対体積の大幅に増大した比であり、これは、新しい量子力学的効果を可能にしている。一つの例は、粒子がマトリックス内に分散した固体の性質が、粒子サイズの大幅な減少の結果改変され得るところの「量子サイズ効果」である。例としてだけであるが、導電性及び蛍光発光のような特性は、ナノ構造体の存在により、それら構造体の大幅に増大した表面積対体積比故に、有意に影響を受け得る。これらの有意な影響は、典型的には、マクロ次元からミクロ次元になることによっては作用し始めることはない。しかしながら、それらは、ナノスケールのサイズ範囲が達せられると、顕著なものとなる。
【０００５】
いくつかの物性も、ナノスケールシステムへの変化とともに変わる。例としてだけであるが、バルク材料内のナノ構造体は、当該材料の機械的性質例えば剛性又は弾性に強く影響を及ぼし得る。いくつかの用途において、伝統的なポリマーをナノ構造体により強化して、金属の軽量な代替として用い得る新規な材料をもたらすことができることが見いだされている。このようなナノテクノロジーにより増強された材料は、安定性の向上及び改善された機能性を伴った重量削減を可能とし得る。他の機能例えば生体材料の処理のための触媒活性も、ナノスケール構造体の存在により強く影響を受け得る。
【０００６】
いくつかのタイプのナノ材料は、先端複合構造体を作り出すために使用されてきている。高性能で軽量の構造体を望んでいる工業界は、ますます、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に重点を置いてきている。かかるＦＲＰ材料は、典型的に、約１マイクロメートルから１０００マイクロメートルにわたる有効直径を有する多数のマイクロスケールファイバーを含んでいる。実際には、かかるマイクロスケールファイバーは、ＦＲＰ積層品内のいずれかの好ましい面内方向に配向され、ＦＲＰ積層品の強度をその好ましい面内方向において強化することができる。いくつかの特別のＦＲＰ積層部品は、特別の設計の必要性故に、又はテーパー形状のようなＦＲＰ積層部品の非均一な厚さ故に、いずれの面内方向にも配向されていないマイクロスケールファイバーを有し得る。ＦＲＰ材料は、その高い強度対重量比故に、その金属製対応物よりも優れていると考えられている。しかしながら、ＦＲＰ積層品における結合用ポリマーマトリックスの相対的弱さのために、これらの軽量材料の耐久性及び損傷許容性の改善がなお望まれている。この点に関し、ほとんどのＦＲＰ積層品の弱さは、局所のマイクロスケールファイバーの配向に垂直な方向における効果的な繊維強化の欠如により引き起こされる。例えば、面内方向に配向したマイクロスケールファイバーを有する典型的なＦＲＰ積層品において、弱い方向は、厚さ方向である。その結果、多くの厚さ方向関連のＦＲＰ積層品の性質は、繊維によるよりも、ポリマーマトリックスの性質によって支配される。
【０００７】
いくつかの研究は、ナノファイバー、ナノチューブ、ナノロッド又はナノプレートレットのようなナノ構造体のポリマーマトリックスへの適切な添加がポリマーマトリックスの性能を大幅に向上させ得ることを立証している。性能を改善するためにナノ構造体をＦＲＰ材料中に導入するとき、マルチスケール複合材料積層品を改善するために使用し得る２つの主要プロセスがある：（１）繊維／マトリックス界面の標的強化、及び（２）バルクマトリックスの一般的強化である。界面の強化は、連続繊維システムの表面にナノ構造体を堆積させることにより達成し得る。例示の堆積プロセスは、電気泳動、化学気相堆積、及びサイジングを含む。バルクマトリックスの強化は、典型的には、マイクロスケールファイバーシステムの含浸前に、マトリックス溶液中にナノ構造体を添加し、それによりいわゆる「ナノ複合材料」を形成することによって行われる。
【０００８】
これらのナノ複合材料の合成においてなされた進展にも拘らず、このテクノロジーは、系統的な改善がなお達成されなければならないという非常に初期の段階にとどまっている。高アスペクト比のナノ構造体の配向の制御（すなわち、配列）の欠如は、確かに、マルチスケール複合材料における高アスペクト比ナノ構造体による強化の効果を減少させるものと信じられる。さらに、化学気相堆積（ＣＶＤ）等の堆積技術は、コストと複雑さ故に、特に良好な解決策というものではない。
【０００９】
マトリックスの特性を調節するために使用することができる既知の高アスペクト比ナノ構造体の例は、カーボンナノチューブ、繊維状ナノカーボン、金属ナノロッド、ナノクレイ、及びグラファイトナノプレートレットを含む。水又は生の（neat）ポリマー溶液中の高アスペクト比ナノ構造体の配列は、電場又は磁場により達成し得ることが知られている。しかしながら、もっともよく理解されているように、ＦＲＰ又は他のマイクロスケール複合材料における高アスペクト比ナノ構造体の配列を達成するために電場又は磁場を使用する技術は確認されていない。特定の理論に制限されるものではないが、ＦＲＰ材料中の高アスペクト比ナノ構造体を配列させるために電場又は磁場処理を使用し得ないことの１つの可能な理由は、ＦＲＰマトリックス中に存在するマイクロスケールファイバーアレイからの望まれない干渉であるかもしれないと思われる。
【００１０】
本開示において、以下の定義が適用される。
【００１１】
「ナノ構造体」は、その次元の少なくとも１つを前記ナノスケール範囲（すなわち、０．１ナノメートルから１０００ナノメートルまで）内に有する構造であり、
「高アスペクト比ナノ構造体」は、その次元の少なくとも１つがその最も小さい次元のよりも少なくとも５倍長いナノ構造体であり、
「繊維状ナノカーボン」は、大部分量のカーボンを有する組成を持ち、その有効直径が前記ナノスケール範囲（すなわち、０．１ナノメートルから１０００ナノメートルまで）内にある長形状（long-shaped）の高アスペクト比ナノ構造体である。
【００１２】
開示の概要
本開示は、ナノ構造体をマトリックス材料内で配列させて、配列した混合物を規定し、ついでナノ構造体が受け入れ多孔質媒体内で共通の方向に主に配列されるように、ナノ構造体の配列を実質的に維持しつつＦＲＰ、布帛等の受け入れ多孔質媒体中に移送させるという方法を提供することによって、先行技術に対する利点及び代替を提供するものである。
【００１３】
１つの例示の側面によると、本開示は、第１の多孔質媒体により担持されたマトリックス材料内の高アスペクト比ナノ構造体を配列させて、第１の多孔質媒体によって担持された、厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体／マトリックス材料混合物を生成し、しかる後、配列したナノ構造体を有する混合物を受け入れ多孔質媒体中に移送し、ナノ構造体の配列を維持しつつマトリックス材料を固化させて、高アスペクト比ナノ構造体が複合材料の主に厚さ方向の次元に配列され得るナノ複合材料を形成する方法を提供する。
【００１４】
他の例示の側面によると、本開示は、また、厚さ方向の次元における粒子配列を維持しながら、配列したナノ構造体を有する混合物の液化による隣接する受け入れ多孔質媒体中への移送のための例示方法を提供する。
【００１５】
他の側面によると、本開示は、厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体／マトリックス材料の液化及び固化を助けるために熱制御を使用する方法を提供する。この点に関し、制御された液化及び固化を促進し、配列、液化及び固化を助けるために、指向性の加熱及び冷却を用いることができる。
【００１６】
１つの例示の特徴によると、本開示は、高アスペクト比のナノ構造体をマトリックス材料内で配列させて、厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体／マトリックス材料混合物を作り、しかる後厚さ方向の次元における粒子の配列を維持しつつ、配列したナノ構造体を有する前記混合物を隣接する受け入れ多孔質媒体中に移送する方法を提供し、ここで、前記配列した高アスペクト比ナノ構造体／マトリックス材料は、複合材料製造プロセス中に、固体と液体との間でその状態を変化させ得るものである。
【００１７】
他の例示の特徴によると、マトリックス材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり得る。
【００１８】
他の例示の特徴によると、受け入れ多孔質媒体は、マイクロファイバーシステムを含有し得る。
【００１９】
他の例示の特徴によると、配列した高アスペクト比ナノ構造体は、電場又は磁場により配列され得る。
【００２０】
他の例示の特徴によると、配列した高アスペクト比ナノ構造体は、細長い構造体例えば繊維状ナノカーボン、カーボンナノチューブ及び金属ナノロッドであり得るが、それらに限定されない。
【００２１】
他の例示の特徴によると、配列した高アスペクト比ナノ構造体は、板状、例えばグラフェン、ナノプレートレット及びナノクレイであり得るが、それらに限定されない。
【００２２】
上に述べた所望の配列特徴を提供することに加え、本開示の他の実施可能な特徴は、（ｉ）ナノ構造体の好適な形状、（ｉｉ）布帛、ＦＲＰ等におけるナノ構造体とマイクロスケールファイバーアレイとの間の有利な相互作用（例えば、高アスペクト比ナノ構造体とマイクロスケールファイバーとの間の絡み合い、取り囲むマトリックスから引き抜かれた高アスペクト比ナノ構造体、及び複合材料中のクラックを埋めるときの長い高アスペクト比ナノ構造体によるギャップ埋め効果であるが、それらに限定されない）及び（ｉｉｉ）所望の負荷条件例えば種々の静的負荷条件、低速又は高速衝撃等でナノ構造体とマイクロスケールファイバー強化システムとの間の良好な負荷移送を提供し得る、ナノ構造体とマトリックスシステムとの間の有利な界面を含む。
【００２３】
本開示の他の側面、利点及び特徴は、本開示の以下の詳細な記述を読むことによって及び／又は記載された実施形態の使用によって明らかになるであろうことを理解すべきである。したがって、かかる記述は、例示的で、説明のためだけのものであることを理解すべきであり、本開示は、いずれもの図示され、記載された実施形態に限定されるものではない。反対に、本開示が、この開示の原理をその真の精神及び範囲内に包含し得るようにすべての代替及び修飾にまで及ぶものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
さて、本開示の例示の実施形態を、例だけとして、添付の図面を参照して記載するが、図面は、ここでこの明細書の一部に組み込まれ、明細書の一部を構成するものであり、上に記載した一般的な記載とともに、以下に示す詳細な説明は、本開示の原理を説明する役目をなすものである。
【図１】図１は、粒子の運動を分析しつつ流体システム内での繊維状ナノカーボン等の導電性高アスペクト比ナノ構造体の電場誘起配列のための装置構成の概略図である。
【図２】図２は、収容媒体として多孔質スポンジを用いた、エポキシ溶液内での繊維状ナノカーボン（繊維状ナノカーボン）の電場誘起配列のための例示の装置構成を示す概略断面図である。
【図３】図３は、３つの別々の電場密度におけるＤＣ電場パルス列中での機械的混合／音波処理ＣＮＦ／エポキシ試料の配列についての時間依存性標準偏差の傾向線であり、より高い電場密度は、安定までのより短い時間を与えている。
【図４】図４は、１Ｈｚ−９ｋＶ／ｃｍのＤＣ電場パルス中での、機械的混合／音波処理ＣＮＦ／エポキシ試料及び機械的混合のみの試料の配列からの時間依存性標準偏差の傾向線であり、音波処理試料は、安定までのより短い時間と、より高いレベルの均一性を示している。
【図５】図５は、厚さ方向の次元における流れを可能にする程度の多孔率によって特徴づけられるカーボン布帛、ＦＲＰ、Ｅガラス等の受け入れ多孔質媒体中への配列した高アスペクト比ナノ構造体を有する混合物の移送を示す概略図である。
【図６】図６は、図５に示す配列した高アスペクト比ナノ構造体を有する混合物の強制移送後の受け入れ多孔質媒体を示す概略断面図である。
【図７】図７は、第１の多孔質媒体から厚さ方向の次元における流れを可能にする程度の多孔率によって特徴づけられる受け入れ多孔質媒体の１つ以上の隣接層中への配列した高アスペクト比ナノ構造体を有する混合物の強制移送のための１つの例示の真空系の装置を示す概略図である。
【図８】図８は、配列した高アスペクト比ナノ構造体を有する予備成形フィルムのＥガラス、カーボン布帛等の受け入れ多孔質媒体中への商業規模の移送のための例示の処理ラインについての概略図である。
【図９】図９は、複合材料の形成のための、混合物の配列及び受け入れ媒体中への流れ移送の例示工程を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９の手法から生じる、Ｅガラスマイクロファイバー複合材料中に配置されたＺ配列ナノファイバーを示す顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、炭素繊維／エポキシプリプレグの表面を通して押し出されたカーボンナノファイバーを示す顕微鏡写真である。
【図１２】図１２は、２つのｚ配列カーボンナノファイバー刺通プリプレグの複合材料積層品を示す顕微鏡写真である。
【００２５】
例示の実施形態及び手法を詳細に説明する前に、本発明は、その適用又は構成において、以下の記述で説明し、及び図面に描写した詳細に限定されるものではないことを理解すべきである。それどころか、本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の方法で実行され、実施され得るものである。また、本明細書で使用した述語及び用語は、説明だけの目的のためのものであり、限定的であるとみなすべきではない。本明細書における「含む」及び「備える」のような用語及びそのバリエーションの使用は、その後に掲げられた事項及びその均等事項並びに富化的な事項及びその均等事項を包含することを意図している。
【００２６】
詳細な説明
先に示したように、本開示は、ナノ構造のマルチスケール複合材料を製造するための方法を提供する。例示のプラクティスによると、その方法は、マトリックス材料内に分散した高アスペクト比ナノ構造体を配列させて、高アスペクト比ナノ構造体の実質的な厚さ方向配列を有する前駆体ナノ構造体／マトリックス混合物を生成する工程を含む。前記混合物は、固化しても、液体状態のままであってもよく、その後、マイクロスケールファイバー構造体を含み得る受け入れ多孔質媒体中に流れ移送させる。次に、このマトリックス材料を、受け入れ多孔質媒体内で固化して、マルチスケール複合材料を形成する。高アスペクト比ナノ構造体は、その配向を受け入れ多孔質媒体内で維持する。それにより、高アスペクト比ナノ構造体は、この方法により、実質的にｚ軸配列し、受け入れ多孔質媒体を刺通する。この点に関し、ｚ軸は、受け入れ多孔質媒体に入る間の混合物の流れ方向に実質的に相当し、混合物が入り込む受け入れ多孔質媒体の表面に実質的に垂直の方向に沿っていることを理解すべきである。したがって、受け入れ多孔質媒体が、その厚さ方向がｚ軸方向にも配向しているならば、高アスペクト比ナノ構造体は、当該方法が終了した後には、受け入れ多孔質媒体の厚さ方向に配列するものである。
【００２７】
ナノ構造体及び受け入れ多孔質媒体の厚さ方向の相対的配向は、受け入れ多孔質媒体を通る混合物の流れ方向を変えることによって調整することができることを理解すべきである。すなわち、ｚ軸方向と受け入れ多孔質媒体の厚さ方向との関係は、受け入れ多孔質媒体中の実質的にいずれもの所望のナノ構造体の配列を達成するために変えることができる。この点に関し、多くの平坦で、均一の厚さの積層品にとって、所望のナノ構造体の配列は、積層品の厚さ方向にあると期待されることが企図されている。しかしながら、厚さ方向におけるナノ構造体の配列は、すべての複合材料にとって必ずしも望まれるものではないことを認識すべきである。
【００２８】
１つの例示のプラクティスによると、高アスペクト比ナノ構造体が導電性であるか、又は効果的に分極し得る誘電体材料を組み込んでいるならば、受け入れ媒体中への導入前に、混合物におけるナノ構造体の配列が磁場又は電場の印加により実質的に制御され得ることが観察されている。例のみであり、限定ではないが、かかるナノ構造体は、繊維状ナノカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド、及びカーボンを含有するいずれもの他の長形状のナノ構造体等の高アスペクト比繊維状ナノカーボンを含み得る。高アスペクト比粒子と低アスペクト比粒子の組合せを含み得る種々のナノ構造体のいずれもの所望の混合物も、所望により、使用することができる。
【００２９】
マトリックス材料は、液化し得、その後再固化し得るいずれもの好適なポリマーであり得ることが企図されている。例のみであり、限定ではないが、好適なマトリックス材料は、大部分成分として、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ビスマレイミド、ポリイミド、シアナートエステル及びそれらの組合せを含有するもののような熱硬化性ポリマーを含み得る。さらなる例であり、限定ではないが、マトリックス材料は、大部分成分としてナイロン、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド及びポリエーテルイミド並びにそれらの組合せを含有するもののような熱可塑性ポリマーであり得ることが企図されている。また、マトリックス材料は高アスペクト比ナノ構造体以外のフィラー又は成分を含み得ることも企図されている。
【００３０】
１つの例示のプラクティスによると、混合物マトリックス材料内でのナノ構造体の配列は、受け入れ多孔質媒体の多孔率よりも実質的に高い多孔率を有する超多孔質媒体内で行うことができる。例のみとして、１つのかかる超多孔質媒体は、セルローススポンジである。
【００３１】
１つの例示のプラクティスにおいて、配列した混合物は、布帛等のいわゆるマイクロスケールファイバーシステム中に移送させることができ、ここで、前記システム中の大部分の繊維は、１マイクロメートルから１０００マイクロメートルまでの範囲内の直径によって特徴づけられる。また、そのようなマイクロスケールファイバーシステム中の繊維は、ナノ構造体から形成された、１マイクロメートルから１０００マイクロメートルまでの範囲内の直径によって特徴づけられるマイクロ直径のロープ（例えば、ナノチューブを撚り合せて形成したマイクロ直径糸）であり得ることが意図されている。また、配列した混合物は、限定ではないがガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維（例えば、ケブラー（KEVLAR）（登録商標）、ポリマー繊維（例えば、ナイロン及びポリエチレン）、天然繊維（例えば、亜麻、ジュート、サイザル麻、竹）、ボロン繊維、ナノチューブ撚糸、ナノファイバー撚糸、紡績（spun）ナノチューブマイクロファイバー、紡績ナノファイバーマイクロファイバー、セラミック繊維又はそれらのいずれかの組合せのような材料から形成された布帛等のマイクロスケールファイバーシステム中に移送され得ること企図されている。
【００３２】
１つの例示の手法によると、配列したナノ構造体及びマトリックス材料の固化した混合物は、移送プロセス中の混合物への力の印加により受け入れ多孔質媒体中に流れ移送されているときに漸進的（次第に）に液化され得る。例のみであり、限定ではないが、かかる印加された力は、圧力による力、剪断力、重力、電気力、磁力、分子間力、及び多孔質媒体における流れのための力等の成分を含み得る。印加された力は、混合物のいずれもの成分例えばナノ構造体、マトリックス材料、他の添加した成分（例えば、他のフィラー、界面活性剤、化学反応剤等）又は混合物の成分のいずれもの組合せに対して作用し得る。また、混合物の受け入れ多孔質媒体中への流れ移送が、印加された力、厚さ制御、液化、層流流体及びそれらの組合せ以外の要因により調節することができることも企図されている。
【００３３】
混合物の受け入れ多孔質媒体への移送に続いて、混合物中のマトリックス材料を固化させることができる。例示のプラクティスによると、かかる固化は、熱制御を通じて行うことができる。例のみであり、限定ではないが、熱硬化性ポリマーマトリックス材料のマトリックス材料固化プロセスは、加熱によって熱硬化性ポリマーを反応させて固体状態にすることによって実質的に行うことができる。同様に、熱可塑性ポリマーマトリックス材料のマトリックス材料固化プロセスは、冷却によって熱可塑性ポリマーを固体状態にすることによって実質的に行うことができる。当業者に理解されるであろうように、溶融温度（すなわち、融点）以上で液相にあり、溶融温度未満で固体である不完全に硬化した熱硬化性樹脂については、熱可塑性樹脂のように、熱を適用することによりこれを液化し、融点未満に冷却することによってこれを固化させることができる。マトリックス材料の固化を行うために、所望ならば、熱制御以外の機構を使うことができることも企図されている。例であるが、かかる代替の機構は、光反応性ポリマー材料等のための光を含み得る。
【００３４】
さて、図面を参照すると、図１は、取り囲んでいるマトリックス材料１２内での高アスペクト比の繊維状ナノカーボン等のナノ構造体１０の電場誘起配列のための例示の装置構成を示す。図１の装置構成は、また、コンピュータ１６にリンクした顕微鏡又は他の光学センサの使用により、配列プロセスの観察及び記録を可能にしている。この点に関し、コンピュータ１６は、電場の適用中のナノ構造体の配列の相対的な程度を分析し、記録するために使用することができる。いうまでもなく、配列のかかる観察及び記録は、好ましい操作パラメータを確立するために有用であり得るが、配列手法の最終プラクティスに必須のものではないことを理解すべきである。
【００３５】
１つの例示のプラクティスによると、繊維状ナノカーボンは、液状のエポキシマトリックス、例えばエピクロロヒドリンとビスフェノールＦから製造された低粘度の液状エポキシ樹脂であるエポン（EPON）TM樹脂８６２（ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル）中に分散させることができる。この分散は、機械混合及びその後の音波処理よって行うことができる。この点に関し、繊維状ナノカーボンの電場誘起配列のための繊維状ナノカーボンのエポキシ内の分散プロセスは、当業者に理解されるであろうし、また本明細書に参照により内容が組み込まれている本発明者らの刊行物"QUANTITATIVE DISPERSION QUALITY ANALYSIS OF FIBROUS CARBON NANOFILLERS USING ELECTRIC FIELD ALIGNMENT." Proceedings of SAMPE 2013 (Society of the Advancement of Material and Process Engineering)、ロングビーチ、ＣＡ、２０１３年５月６〜９日)に詳述されている。液化し得、その後再固化し得るいずれもの好適なポリマーをマトリックス材料として使用することができ、例のみであり、限定ではないが、大部分成分として、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ビスマレイミド、ポリイミド、シアナートエステル及びそれらの組合せを含有するもののような熱硬化性ポリマー、及び大部分成分としてナイロン、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド、及びポリエーテルイミド並びにそれらの組合せを含有するもののような熱可塑性ポリマーが含まれることを理解すべきである。
【００３６】
図１及び図２の共同参照により示されているように、１つの例示のプラクティスによると、エポキシ又は他の好適なマトリックス材料内の繊維状ナノカーボン又は他の高アスペクト比ナノ構造体の混合物を、荷電板２０と対向する接地板２２との間の電位差によって確立された電場に供することができる。例のみであり、限定ではないが、電場は、プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）によって制御されたリレーに結合した０〜２５ｋＶの出力を有する高電圧ＤＣ電源を使用することによって確立することができる。１つの例示のプラクティスによると、電源は、約０．０１Ｈｚ〜約１Ｈｚの周波数で矩形波出力を発生させるとするＰＬＣからの指令に応答してリレーを開閉することにより、点滅される。いうまでもなく、所望により、異なる電圧電位及び周波数を用いることができる。
【００３７】
先に示したように、例示の高アスペクト比ナノ構造体は、導電性であるか、又は効果的に分極させることができる誘電体材料を組み込んでいる。例のみであり、限定ではないが、かかるナノ構造体は、繊維状ナノカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド、及び金属添加物又は不純物を有するか有しない、カーボンを含有するいずれもの他の長形状のナノ構造体を含み得る。ナノ構造体材料は、エポキシ又は他のマトリックス材料よりもはるかに導電性であるので、電場は、図１において矢印で示すように、高アスペクト比ナノ構造体をして、荷電板２０及び接地板２２に垂直に走行する電場の方向に実質的に沿って整列させる。
【００３８】
さて、図３及び図４を参照すると、低導電率マトリックスにおけるナノ構造体配列に対する電場強度の効果を確認するために、例示の混合物中の繊維状ナノカーボンの配列角度を、図１の装置構成を使って確認した後、異なる時間で、配列角度の標準偏差を算出した。理解されるように、すべての繊維状ナノカーボンが平行関係で完全に配列していれば、角度の標準偏差は、ゼロに減少する。図３は、例示の混合物中のナノ構造体の標準偏差が、電場への暴露時間が増加するにつれ、ゼロに向かって徐々に減少することを示している。図３は、また、より強い電場の印加が、高アスペクト比ナノ構造体の良好な配列を達成するために必要な時間を短縮し得ることを示している。音波処理は、ナノ構造体をマトリックス材料中に分散させる助けとなると信じられる。図４は、混合物のブレンド手順の一部として混合物を音波処理に供することが、また、粒子配列の速度及び質を改善し得ることを示している。
【００３９】
図２に最もよくみられるように、１つの例示のプラクティスによると、先に記載したような液状マトリックス内の繊維状ナノカーボン等の高アスペクト比ナノ構造体の電場配列は、混合物の貯蔵を許容するような実質的な内部空隙容積を規定するセルローススポンジ材料又はポリマースポンジ材料のような超多孔質媒体２４内に配置された混合物をもって、行うことができることが見いだされている。この点に関し、スポンジ材料は、多くの用途に望ましいものであるが、同様に、他の多孔質収容媒体例えば繊維質編織布、不織バット等も使用できることが企図されている。プラクティスにおいて、超多孔質媒体２４は、配列手順中において液状混合物のための閉じ込めキャリヤーとして作用する。しかしながら、それにもかかわらず、混合物は、以下に説明するように、配列に続いて排出され得る。
【００４０】
図２に示すような１つの例示の装置構成によると、スポンジ材料又は他の超多孔質媒体２４は、スポンジ材料の厚さ方向の次元が電場（図１）と一般に整列されるように、荷電板２０と接地板２２との間に配置することができる。記載するであろうように後の工程において混合物の移送を促進することが所望ならば、ダム構造２６例えばシーラントテープ等をスポンジ材料の側面に沿って配置することができ、またスポンジ材料の下側にわたって取り外し可能な多孔質剥離層２８を配置することができる。所望ならば、スポンジ材料中の液状マトリックス材料の比較的低い粘度を提供するレベルにスポンジ材料内の温度を維持するために、加熱要素３０を設けることができる。
【００４１】
もちろん、図２に示した構成は、例示的なものに過ぎず、電場内に混合物の閉じ込めを可能とする本質的にどのような構成をも用いることができることを理解すべきである。例のみであり、限定ではないが、電場を妨害することなく漏出を防止する適切な容器内に混合物が配置されているならば、超多孔質媒体２４の使用を排除することができることが企図されている。すなわち、粒子の配列中の超多孔質媒体２４の使用は、多くの用途に有用であるが、かかる超多孔質媒体２４は、必ずしも必須なものではない。例のみであり、限定ではないが、実質的な過剰の材料が存在しないので、薄い皮膜形成装置等の使用は、超多孔質媒体の使用を避けるためによく機能し得る。
【００４２】
図５及び図６は、配列したナノ構造体１０例えば繊維状ナノカーボン等を有する混合物の、厚さ方向の次元における流れを可能とする程度の多孔率により特徴づけられる受け入れ多孔質媒体３２例えば炭素繊維布帛、Ｅガラス等中への強制移送を示す概略図である。この点に関し、移送される混合物は、高アスペクト比ナノ構造体が受け入れ多孔質媒体３２中への流れの方向に実質的に配列されるように、記載した電場配列のような配列手順を事前に受けているものである。好ましくは、高アスペクト比ナノ構造体は、平均角度標準偏差が約３０度未満、より好ましくは約２０度未満であるような配列レベルを有する。
【００４３】
先に示したように、受け入れ多孔質媒体は、当該ファイバーシステムにおける大部分の繊維が１マイクロメートルから１０００マイクロメートルのマイクロスケールの範囲内の有効直径により特徴づけられているいわゆるマイクロスケールファイバーシステム例えば布帛等であり得る。また、そのようなマイクロスケールファイバーシステム中の繊維は、ナノ構造体から形成された、マイクロスケール範囲内の直径によって特徴づけられるマイクロ直径のロープ（例えば、ナノチューブを撚り合せて形成したマイクロ直径糸）であり得ることが意図されている。例のみであり、限定ではないが、受け入れ多孔質媒体は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリマー繊維（例えば、ナイロン及びポリエチレン）、天然繊維（例えば、亜麻、ジュート、サイザル麻、竹）、ボロン繊維、ナノチューブ撚糸、ナノファイバー撚糸、紡績ナノチューブマイクロファイバー、紡績ナノファイバーマイクロファイバー、セラミック繊維又はそれらのいずれかの組合せのような材料から形成された布帛等のマイクロスケールファイバーシステムであり得る。
【００４４】
図示のように、指向性熱源３４は、混合物とは反対側を向く受け入れ多孔質媒体３２の側面に熱を加えるために用いることができる。そのような指向性熱源は、混合物と受け入れ多孔質媒体３２との間の界面における、及び受け入れ多孔質媒体３２中の、温度を混合物中の液状マトリックス材料１２の比較的低い粘度を提供する範囲内に維持することにより、混合物の、受け入れ多孔質媒体中への及び該媒体を通る流れを促進し得るものと信じられる。わかるように、液状マトリックス材料を比較的低い粘度状態に維持することによって、受け入れ多孔質媒体中への流入が促進され得る。かかる指向性熱源は、また、界面の前の混合物の温度を、界面及び受け入れ多孔質媒体３２へ移動する前に混合物中のナノ構造体の配列を保存する上で有益である範囲内に維持することに役立つ。
【００４５】
印加された力は、混合物に対して働いて、所望の流れ方向の流れを促進し得る。例のみであり、限定ではないが、かかる力は、圧力による力、剪断力、重力、電気力、磁力、分子間力、及び多孔質媒体中の流れのための力等の形態にあり得る。印加された力は、混合物のいずれかの成分、例えばナノ構造体、マトリックス材料、他の添加した成分（例えば、他のフィラー、界面活性剤、化学反応剤等）又は混合物の成分のいずれかの組合せに対して作用し得る。
【００４６】
図６に最もよくみられるように、混合物の受け入れ多孔質媒体３２中への移送後、高アスペクト比ナノ構造体１０の流れ方向に沿った配列は、実質的に維持されていることが見いだされている。高アスペクト比ナノ構造体１０は、かくして、受け入れ多孔質媒体３２に対して刺通関係を確立し、そこでは、ナノ構造体は、混合物の受け入れ多孔質媒体３２中への流れの方向に実質的に配列している。
【００４７】
例のみであり、限定ではないが、図７は、配列した高アスペクト比ナノ構造体を有する混合物の、厚さ方向の次元における流れを可能にする程度の多孔率により特徴づけられる受け入れ多孔質媒体例えばＥガラス布帛等の１つ以上の層中への強制移送のための１つの例示の真空系装置を示す概略図である。図示した例示のプラクティスに従い、エポキシ又は他のマトリックス内の配列した繊維状ナノカーボン又は高アスペクト比粒子を有する混合物は、混合物を液体状態に戻し、その液体状態の混合物を、受け入れ多孔質媒体３２として働く隣接するマイクロスケールファイバーシステム中に移送することによって、マイクロスケールファイバーシステム（Ｅガラス、炭素繊維等）中に移送することができる。所望ならば、多孔質剥離層２８（図２）を、混合物を含有するスポンジ又は他の超多孔質媒体２４とマイクロスケールファイバーシステム又は他の受け入れ多孔質媒体３２との間に配置して、移送後の引き離しの容易さを促進することができる。プラクティスにおいて、混合物の再液化及び受け入れ多孔質媒体３２中への移送後でさえ、高アスペクト比ナノ構造体は、流れ方向におけるその配列を実質的に維持し得ることが見いだされている。この点に関し、漸進的な層流による移送はそのような配列の維持を実質的に促進することが見いだされている。
【００４８】
図７に示す例示のプラクティスに従い、配列した繊維状ナノカーボンとエポキシとの混合物の、Ｅガラス繊維システムの形態の受け入れ多孔質媒体３２の隣り合う層中への液状移送のために、潰れる真空バッグシステムを用いた。いうまでもなく、いずれもの他の好適な受け入れ多孔質媒体を用いることができる。図示のように、移送中に、ホットプレートによりアセンブリの底側から熱を適用することができ、それにより、配列した混合物のマトリックス溶融プロセスを意図的に制御して、受け入れ多孔質媒体に近い側から開始させた。再液化と同時に、繊維状ナノカーボンとエポキシとの混合物は、大気圧と真空バッグ内の真空圧との圧力差により生じる一方向圧縮により、直ちにＥガラスマイクロスケールファイバーシステム中に追い込まれた。
【００４９】
固体状態の配列した混合物を使用する場合、セットアップの一側からの加熱による制御された界面液化プロセスは、マイクロスケールファイバーシステム中に移送される間、繊維状ナノカーボンの配列制御の安定性をさらに向上させるものと信じられる。具体的には、固体混合物の表面で局所液化が生じるにつれ、高アスペクト比ナノ構造体の部分は、ナノ構造体の自由にされた先端がその取り巻く液相マトリックスとともに受け入れ多孔質媒体に向かって引かれるので、取り巻く固体相マトリックス材料内に固定されたままである。このことは、取り巻くマトリックスが液体状態への戻りを受けるとき、底面(base ends)が最終的に解放されるまで、繊維状ナノカーボン又は他の高アスペクト比ナノ構造体が流れ移送の方向に引っ張られるようにさせる。すなわち、流れ方向における温度勾配は、配列を助成する好ましい粘度勾配になる。
【００５０】
いうまでもなく、図７に示す真空バッグプロセスは、単なる例示であり、いくつもの他の移送システムが、同様に利用され得るものであり、大量生産プロセスに一層適切であり得ることを理解すべきである。例のみであり、限定ではないが、そのような代替の移送システムは、ロール掛け、圧縮、スタンピング、テーパーダイス引抜き成形、及び高アスペクト比ナノ構造体の配列方向に沿った液化混合物の移送中に一方向流れを提供し得る類似のプロセスを含み得る。
【００５１】
例のみであり、限定ではないが、図８は、樹脂マトリックス材料内の配列した繊維状ナノカーボン又は他の高アスペクト比ナノ構造体の混合物から形成された固体フィルム１５０の、受け入れ多孔質媒体１３２例えばＥガラス、炭素繊維布帛等中への流れ移送のための１つの例示の商業規模のシステムを概略的に示す。図８の例示のシステムにおいて、取り外し可能なフィルム分離層１５２例えばワックス紙等を有する固体フィルム１５０は、受け入れ多孔質媒体１３２に対して実質的に並列関係で移送ステーション１５４に配送される。固体フィルム１５０を形成する混合物は、記載したように樹脂マトリックス材料が液体状態にある状況で、配列手順例えば電場配列に事前に供されている。配列したナノ構造体を有する混合物は、取り扱いの容易さのため、フィルムに形成される。理解されるように、フィルム分離層１５２は、ロール構造に形成されるときフィルムの層が互いに粘着することを防止するために、フィルム１５０の１つの面にわたって配置され得る。図示のように、移送ステーション１５４へ配送されると、フィルム分離層１５２は、受け入れ多孔質媒体１３２から離れて向かうであろう。
【００５２】
図示のように、移送ステーション内で、固体フィルム１５０とは反対側を向く受け入れ多孔質媒体１３２の下側に向かって方向付けされた熱源１３４によって熱を適用することができる。この点に関し、熱源１３４は、例のみであるが、放射加熱器、強制空気加熱器等のいずれもの好適な形態のものであり得る。また、所望により、受け入れ多孔質媒体の下側のロール又は他の加力要素を加熱することができることも企図されている。所望ならば、強制冷却を、受け入れ多孔質媒体１３２とは反対側を向く固体フィルムの上側にわたって適用することができる。例のみであり、限定ではないが、そのような強制冷却は、強制空気冷却、冷ローラー等の使用により適用することができる。
【００５３】
先に記載したように、受け入れ多孔質媒体１３２の下側に対する指向性熱の適用は、固体フィルム１５０を受け入れ多孔質媒体１３２と固体フィルム１５０との間の界面で液化させ、それにより固体状態のフィルムからの混合物を受け入れ多孔質媒体１３２中及び該媒体にわたって流れさせるために使用し得る。固体フィルム１５０の上表面にわたる強制冷却の適用は、界面から離れた位置でフィルムの固体状態という特徴を維持する上で有用であり得、それにより界面で開始し、界面から離れて外側に移動する固体フィルム１５０の一層漸進的な指向性液化を促進する。先に示したように、このような漸進的な制御された液化は、移送中に高アスペクト比ナノ構造体の配列を維持するのに役立つ。図８の例示のシステムにおいて、移送ステーションは、液化した混合物の受け入れ多孔質媒体１３２中への移送を促進するために、複数の加力ロール１６０の配置を含み得る。いうまでもなく、本質的にどのような他の加力テクニックでも所望により同様に使用することができる。
【００５４】
図示した例示のプロセスにおいて、混合物材料の受け入れ多孔質基材中への移送が完了したら、フィルム分離層１５２を取り外すことができる。次に、固体フィルムを構成する混合物がしみ込んだ受け入れ多孔質媒体１３２の複合材料１６２を、冷却させて、引き取りロール１６４への配送前に、マトリックス材料の再固化を促進することができる。所望ならば、複合材料の層が互いに粘着することを防止するために、複合材料分離層１６６例えばワックス紙等も引き取りロール１６４に配送することができる。
【００５５】
本開示の側面は、以下の非限定的例を参照することによってさらに理解することができる。
【００５６】
例１
マイクロスケールＥガラス繊維システムを修飾して水平（緯糸）Ｅガラス繊維トウを除去したので、個々に切り取った垂直繊維トウに対し、顕微鏡分析を行うことができた。ついて、図７の真空力装置を用いて、繊維状ナノカーボンとエポン（登録商標）８５２エポキシのあらかじめ配列させた混合物を超多孔質スポンジからマイクロスケールＥガラス繊維システム中へ移送させた。ついで、得られた複合材料を十分に硬化させて、繊維状ナノカーボンが厚さ方向に主に配列した、Ｅガラス繊維とエポン（登録商標）８５２エポキシのマトリックスの単一層複合材料を生成した。図１０は、Ｅガラス繊維システム／エポン８５２／ｚ配列繊維状ナノカーボンの破砕単一層複合体の高倍率での詳細な顕微鏡写真画像を示す。図１０に示されているように、繊維状ナノカーボンは、複合材料の厚さ方向に実質的に配列し、また、多くの繊維状ナノカーボンがＥガラス繊維アレイを刺通していた。
【００５７】
例２
例１の製造方法をすべての点で繰り返したが、Ｅガラス繊維システムを炭素繊維システムで置き換えた。ＣＮＦの配列と、炭素繊維アレイに対する厚さ方向の刺通が得られた。
【００５８】
例３
複合積層体を、エポキシ内炭素繊維の２つのＺ配列ＣＮＦ刺通プリプレグで形成した。個々のプリプレグを、エポキシ内のカーボンナノファイバーの電場誘起配列を用い、その後、図７に関して記載した真空力装置を用いてマイクロスケール炭素繊維アレイ中に移送することによって各々調製した。図１１に示すように、得られた固化ＣＮＦ配列プリプレグにおいて、ＣＮＦは、表面を通して延びている。次に、２つ以上のこのような予備成形プリプレグを、プリプレグ間の界面での局所的再溶融、その後の固化により融合構造を形成することによって複合積層体に合体させることができる。得られた積層構造を図１２に示す。図１２において、大きな円は、図から突き出る「Ｘ」方向に一般に配向した１つの層中のマイクロスケールカーボンマトリックス繊維である。水平な円筒は、隣接するプリプレグ層中のマイクロスケールカーボンマトリックス繊維である。図示のように、プリプレグからのＣＮＦの一部は、プリプレグ層間の界面をよぎって刺通関係で伸びている。
【００５９】
いうまでもなく、上記の変形及び修飾は、本開示の範囲内にある。したがって、本明細書に開示し、定義された開示は、記載した又は本テキスト及び／又は図面から明らかな個々の特徴の２つ以上のすべての代替組合せにまで及ぶものである。これらの異なる組合せのすべては、本開示の種々の代替側面を構成する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］（ａ）マトリックス材料内に分散した、厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体を含有する混合物を提供する工程、
（ｂ）前記混合物を、流れ移送方向に沿って受け入れ多孔質媒体中に流れ移送する工程、及び
（ｃ）前記受け入れ多孔質媒体内の前記マトリックス材料を固化して、前記高アスペクト比ナノ構造体が実質的に前記流れ移送方向に沿って配列するように複合材料を形成する工程
を備えるナノ構造マルチスケール複合材料の製造方法。
［２］前記混合物を、第１の多孔質媒体から前記受け入れ多孔質媒体に移送する［１］に記載の方法。
［３］前記第２の多孔質媒体が、前記流れ移送方向に対して交差して配向したマイクロスケール構造体を含む［１］に記載の方法。
［４］前記混合物は、前記流れ移送工程前に固体状態にあり、ついでこれを流れ移送中に一時的に液化させる［１］に記載の方法。
［５］前記高アスペクト比ナノ構造体を、電場又は磁場の印加により前記マトリックス材料内で配列させる［１］に記載の方法。
［６］前記高アスペクト比ナノ構造体が、繊維状ナノカーボンである［１］に記載の方法。
［７］前記高アスペクト比ナノ構造体が、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド、及びそれらの組合せからなる群の中から選ばれた繊維状ナノカーボンである［６］に記載の方法。
［８］前記混合物を第１の多孔質媒体から前記受け入れ多孔質媒体中に移送し、前記第１の多孔質媒体が、前記受け入れ多孔質媒体よりも大きな多孔率を有する［１］に記載の方法。
［９］前記マトリックス材料が、ポリマーを含む［１］に記載の方法。
［１０］前記ポリマーが、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、ビスマレイミド、ポリイミド、シアナートエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン及びそれらの組合せからなる群の中から選ばれる［１］に記載の方法。
［１１］前記受け入れ多孔質媒体が、マイクロスケール範囲内の大多数の繊維を有するマイクロスケールファイバーシステムを含み、前記マイクロスケールファイバーシステム中の少なくとも複数の繊維が、前記流れ移送方向に対して交差する長さ次元をもって配向する［１］に記載の方法。
［１２］前記マイクロスケールファイバーシステムが、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリマー繊維、天然繊維、ボロン繊維、ナノチューブ撚糸、ナノファイバー撚糸、紡績ナノチューブマイクロファイバー、紡績ナノファイバーマイクロファイバー、セラミック繊維又はそれらのいずれかの組合せのからなる群の中から選ばれる［１１］に記載の方法。
［１３］前記流れ移送工程が、前記混合物への圧縮力の適用を含む［１］に記載の方法。
［１４］前記流れ移送工程が、固体状態からの前記マトリックス材料の液化を含む［１］に記載の方法。
［１５］前記流れ移送工程中に、液化が、前記混合物の前記受け入れ多孔質媒体に向いている表面で開始し、前記混合物の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側を向く外側表面に向けて外側へ進行する［１４］に記載の方法。
［１６］液化を、熱の適用により生じさせる［１４］に記載の方法。
［１７］液化中に、液化速度を減少させるために、前記混合物の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側の外側表面を強制的に冷却する［１４］に記載の方法。
［１８］  ［１］の方法により製造されたマルチスケール複合材料。
［１９］（ａ）固化したマトリックス材料内に分散した厚さ方向に配列した高アスペクト比ナノ構造体を含有する、厚さ方向を有する固体状態の混合物構造体を提供する工程、
（ｂ）液化工程と同時に、前記混合物を流れ移送方向に沿って受け入れ多孔質媒体中に流れ移送する工程であって、前記液化工程は、前記マトリックス材料を前記混合物構造体の厚さ方向において漸進的に液化させるものであり、前記マトリックス材料の液化は、前記流れ移送中に、前記混合物構造体の、前記受け入れ多孔質媒体に向いている表面で開始し、前記混合物構造体の、前記受け入れ多孔質媒体とは反対側を向いている外側表面に向かって外側へ進行するところの工程、
（ｃ）前記高アスペクト比ナノ構造体が前記流れ移送方向に沿って実質的に配列されるように前記受け入れ多孔質媒体内の前記マトリックス材料を固化して複合材料を形成する工程
を含むナノ構造のマルチスケール複合材料の製造方法。
［２０］  ［１９］の方法によって製造されたマルチスケール複合材料。
【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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