(57)【要約】懸架された導電性ナノメートルスケールビームを利用した電気機械システムが提供され、モーター、発電機、ポンプ、ファン、コンプレッサ、推進システム、送信器、受信器、熱機関、熱ポンプ、磁場センサー、運動エネルギー貯蔵装置および加速度計などの用途に使用され得る。かかるナノメートルスケールビームは、例えば、単一分子、単結晶フィラメントまたはナノチューブとして設けられ得る。両端で懸架されると、これらのナノメートルスケールビームは、電磁力または静電力を介して、ジャンプロープ（または回転するむち）の動きと同様に、懸架の１つの回りを回転させられ得る。この動きを使用して、例えば、好適な方向に作業物質の分子を加速し得る、または作業物質分子の動きから電気を生成し得る、または電磁信号を生成し得る。これらのビームを通して電流を送信および制御する手段も記載される。
2006526507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
ベース部材と、
該ベース部材に固定された第１のナノメートルスケールビームであって、該第１のビームの一部は移動自在であり、該第１のビームは第１の電荷を有する、第１のナノメートルスケールビームと、
該第１のビームの近傍に設置される帯電部材であって、該帯電部材は第２の電荷を有し、該第１および第２の電荷は相互作用して該移動自在な部分の動きを与え、該動きは所望の方向に該複数の分子の少なくとも一部の平均速度を変化させる、帯電部材と
を含むアセンブリ。
【請求項２】
前記第１のビームは両端において前記ベース部材に固定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の電荷は時変である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の電荷は時変である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
エネルギーが外部源から引き出されて前記第１のビームを加速する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
運動エネルギーが、前記複数の分子の少なくとも一部から前記第１のビームへと伝達される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ベース部材に固定される第２のナノメートルスケールビームをさらに含み、該第２のビームは移動自在の第２の部分を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
投入開口部と排出開口部とを有するチャネルをさらに含み、前記第１および第２のビームは該投入開口部と該排出開口部との間の該チャネルに位置付けられる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記所望の方向は、前記投入開口部から前記排出開口部へのラインに沿っている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記動きは周期的である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記動きの軌道は楕円形である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記動きの軌道は実質的に円形である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１のビームはトラフ付近に位置付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記動きの軌道は、少なくとも部分的に前記トラフを通過する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記移動自在な部分は、少なくとも部分的に前記トラフを通過する軌道で動く、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記トラフの外側にある前記動きの軌道は、実質的に前記所望の方向である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ベース部材に開き口をさらに含み、前記第１のビームは該開き口付近に位置付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のビームに衝突されると、前記複数の分子の少なくとも一部が前記開き口を通って加速される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１のビームに衝突されると、前記複数の分子の少なくとも一部が前記開き口から離れるように方向付けられる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記帯電部材に結合された切り替え回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１のビームに結合された切り替え回路をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
ベース部材と、
磁界と、
両端において該ベース部材に固定された第１のナノメートルスケールビームであって、該第１のビームの中間部分は移動自在であり、該第１のビームは該磁界に浸され、時変電流が該第１のビームを流れ、該第１のビームと該磁界との間の電磁的相互作用によって、該ベース部材に相対する該第１のビームの動きを引き起こし、該動きは所望の方向へ該複数の分子の少なくとも一部の平均速度を変化させる、第１のナノメートルスケールビームと、
該時変電流を与える該両端に結合された切り替え回路と
を含むアセンブリ。
【請求項２３】
エネルギーが外部源から引き出されて前記第１のビームを加速する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
運動エネルギーが、前記複数の分子の少なくとも一部から前記第１のビームへと伝達される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ベース部材に固定される第２のナノメートルスケールビームをさらに含み、該第２のナノメートルスケールビームは移動自在の第２の部分を有する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
投入開口部と排出開口部とを有するチャネルをさらに含み、前記第１および第２のビームは該投入開口部と該排出開口部との間の該チャネルに位置付けられる、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記方向は、前記投入開口部から前記排出開口部へのラインに沿っている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記動きは周期的である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２９】
前記動きの軌道は楕円形である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３０】
前記動きの軌道は実質的に円形である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１のビームはトラフ付近に位置付けられる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３２】
前記動きの軌道は、少なくとも部分的に前記トラフを通過する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記動きの軌道は、少なくとも部分的に前記トラフの外側を通過する、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記トラフの外側に位置付けられる前記動きの軌道は、実質的に前記所望の方向である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記ベース部材に位置付けられる開き口をさらに含み、前記第１のビームが該開き口付近に位置付けられる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１のビームに衝突されると、前記複数の分子の少なくとも一部が前記開き口を通って加速される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記第１のビームに衝突されると、前記複数の分子の少なくとも一部が前記開き口から離れるように方向付けられる、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記第１のビームに結合された切り替え回路をさらに含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３９】
ベース部材と、
第１の電荷を与える外部回路であって、該第１の電荷は時変である、外部回路と、
該ベース部材に固定され、移動自在な部分を有するナノメートルスケールビームであって、該ビームは第２の電荷を与えられる、ナノメートルスケールビームと、
該移動自在な部分の近傍に設置された帯電部材であって、該帯電部材は該外部回路に結合され、該帯電部材は該第１の電荷を与えられ、該第１と第２の電荷との間の相互作用によって該ビームが該ベース部材に相対して動く、帯電部材と
を含む、アセンブリ。
【請求項４０】
前記ビームの前記動きは電磁信号を生成する、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ビームの前記動きを検出するための検出回路をさらに含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記検出回路は、電磁信号の結果として前記ビームの前記動きの変化を検出する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
ベース部材と、
静磁界と、
切り替え回路と、
実質的に静的な電荷を帯びるナノメートルスケールビームであって、該ナノメートルスケールビームは、該静磁界に浸され、該ビームの中間部分が移動自在であるように両端において該ベース部材に固定されており、該両端の少なくとも１つは該切り替え回路に結合され、該切り替え回路によって時変電流が該ビームを流れ、該ビームと該磁界との間の電磁的相互作用によって、該移動自在な部分に動きを生じさせる、ナノメートルスケールビームと
を含む、アセンブリ。
【請求項４４】
前記動きが電磁信号を生成する、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記ビームの前記動きを検出するための検出回路をさらに含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記検出回路は、電磁信号によって前記動きの変化を検出する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
ベース部材と、
真空ハウジングと、
少なくとも一方の端が該ベース部材に固定された第１のナノメートルスケールビームであって、該第１のビームの一部分は移動自在であり、該第１のビームは第１の電荷を帯び、少なくとも該第１のビームは該真空ハウジングに設置される、第１のナノメートルスケールビームと、
該移動自在な部分付近に設置された帯電部材であって、該帯電部材は第２の電荷を帯び、該第１と第２の電荷は相互作用して、該移動自在な部分における動きを与える、帯電部材と、
該移動自在な部分の該動きを検出するための検出回路と
を含む、アセンブリ。
【請求項４８】
前記第１のナノメートルスケールビームは、両端において前記ベース部材に固定され、前記移動自在な部分は該両端の間に位置付けられる、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第１の電荷は時変である、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５０】
前記第２の電荷は時変である、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５１】
エネルギーが外部源から引き出されて前記ビームを加速する、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５２】
前記ベース部材に搭載される第２のナノメートルスケールビームをさらに含み、該第２のビームは移動自在である第２の部分を有する、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５３】
前記動きは周期的である、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５４】
前記動きの軌道は楕円形である、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５５】
前記動きの軌道は実質的に円形である、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５６】
前記帯電部材に結合された切り替え回路をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５７】
前記第１のビームに結合された切り替え回路をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５８】
前記移動自在な部分の前記動きが、時変電磁信号の生成に用いられる、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５９】
前記移動自在な部分の前記動きが、運動エネルギーの貯蔵に用いられる、請求項４７に記載のシステム。
【請求項６０】
時変電磁信号を検出するための検出回路をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ベース部材の加速を検出するための検出回路をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項６２】
実質的に静的な磁界を検出するための検出回路をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項６３】
ベース部材と、
磁界と、
真空ハウジングと、
両端が該ベース部材に固定された第１のナノメートルスケールビームであって、該両端の間の該第１のビームの一部分は移動自在であり、該ビームは該磁界に浸され、少なくとも該第１のビームは該真空ハウジングに位置付けられ、該ビームと該磁界との間の電磁的相互作用によって、該移動自在な部分における動きを引き起こす、第１のナノメートルスケールビームと、
該両端の少なくとも一方に結合された切り替え回路であって、時変電流が該第１のビームと切り替え回路とを流れる、切り替え回路と、
該移動自在な部分の該動きを検出する検出回路と
を含むアセンブリ。
【請求項６４】
エネルギーが外部源から引き出されて前記第１のビームを加速する、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記ベース部材に搭載される第２のナノメートルスケールビームをさらに含む、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６６】
前記動きは周期的である、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
前記動きの軌道は楕円形である、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６８】
前記動きの軌道は実質的に円形である、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６９】
前記移動自在な部分の前記動きが、時変電磁信号の生成に用いられる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７０】
前記移動自在な部分の前記動きが、運動エネルギーの貯蔵に用いられる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７１】
時変電磁信号を検出するための検出回路をさらに含む、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７２】
前記ベース部材の加速を検出するための検出回路をさらに含む、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７３】
実質的に静的な磁界を検出するための検出回路をさらに含む、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７４】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
下部基板ベースと、
外部磁界源と、
複数のナノメートルスケールサブアセンブリであって、該ナノメートルスケールサブアセンブリの各々は、
第１の導電接続パッドと、
第２の導電接続パッドと、
該第１および第２の接続パッドとの間に懸架された、導電性および機械的に柔軟性のあるナノメートルスケール部材と、
該第１および第２の接続パッドに結合された制御／ドライバ回路であって、該制御／ドライバ回路は、該懸架部材に時変電流を与えるように動作可能である、制御／ドライバ回路と
を含むナノメートルスケールサブアセンブリと
を含む、アセンブリ。
【請求項７５】
前記複数のサブアセンブリの前記懸架部材の各々はナノチューブである、請求項７４に記載のアセンブリ。
【請求項７６】
前記下部基板から離間し、かつ実質的に平行である上部基板と、
互いに離間し、かつ実質的に平行な第１および第２チャネル側壁であって、該上部および下部基板と該第１および第２のチャネル側壁は、各端部で第１および第２の開口部を有するチャネルを形成するように互いに対して配置される、第１および第２のチャネル側壁と
をさらに含む、請求項７４に記載のアセンブリ。
【請求項７７】
前記下部基板ベースは複数のトラフを含み、前記複数のサブアセンブリのそれぞれは、前記懸架部材の各々が該トラフにおいて懸架されるように構成される、請求項７６に記載のナノメートルスケールアセンブリ。
【請求項７８】
前記制御／ドライバ回路は、前記下部基板ベースの一方の側に加工され、前記トラフはその反対側に位置付けられる、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項７９】
前記トラフは、前記チャネルの一方の端から他端へと向かう２つの連続したトラフが一列にならないように、ずらして配置される、請求項７７に記載のアセンブリ。
【請求項８０】
前記第１および第２の接続パッドの各対に結合された前記制御／ドライバ回路は、前記懸架部材を時計回りまたは反時計回りに回転させることができる回路を含む、請求項７４のアセンブリ。
【請求項８１】
前記第１および第２の接続パッドの各対に結合された前記制御／ドライバ回路は、４つのトランジスタを含む、請求項７４に記載のアセンブリ。
【請求項８２】
前記４つのトランジスタのうちの２つは、前記第１の接続パッドに結合され、該４つのトランジスタのうちの２つは前記第２の接続パッドに結合される、請求項８１に記載のアセンブリ。
【請求項８３】
前記第１および第２の接続パッドの各対に結合された前記制御／ドライバ回路は、前記懸架部材を一方向にのみ回転させることができる回路を含む、請求項７４に記載のアセンブリ。
【請求項８４】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
第１のサブアセンブリであって、
第１の下部基板に搭載される第１の複数のナノメートルスケールアセンブリを含む、第１のサブアセンブリと、
第２のサブアセンブリであって、
第２の下部基板に搭載される第２の複数のナノメートルスケールアセンブリを含む、第２のサブアセンブリと、
該第１および第２のサブアセンブリに結合された制御／ドライバ回路であって、該第１および第２の複数のナノメートルスケールアセンブリにパルス電流を与えるように動作可能である、制御／ドライバ回路と、
上部基板と、
外部熱源から加熱されるチャンバであって、該第１および第２のサブアセンブリは、チャネルが形成されるように該チャンバの対向する面と該上部基板とに結合され、該チャネルは２つの開口端を有する、チャンバと
を含むアセンブリ。
【請求項８５】
前記第１および第２の複数のナノメートルスケールアセンブリのそれぞれは、
１対の第１および第２の接続パッド間に懸架された導電性および機械的に柔軟性のある部材を含む、請求項８４に記載のアセンブリ。
【請求項８６】
前記第１および第２のサブアセンブリに結合された前記制御／ドライバ回路は、前記第１および第２の複数のナノメートルスケールアセンブリの前記懸架された部材を時計回りまたは反時計回りに回転させることができる回路を含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８７】
前記制御／ドライバ回路は、前記第１および第２の複数のナノメートルスケールアセンブリの前記第１および第２の接続パッドに結合される、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８８】
前記第１および第２のサブアセンブリに結合された前記制御／ドライバ回路は、前記第１および第２の複数のナノメートルスケールアセンブリの前記懸架部材を一方向にのみ回転させることができる回路を含む、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項８９】
前記第１の下部基板は、前記第１の下部基板に搭載されかつ懸架された導体部材の数と同数の第１の複数のトラフを含み、該対応する懸架部材はそれぞれ、該第１の複数のトラフの１つの中に懸架され、
前記第２の下部基板は、前記第２の下部基板に搭載されかつ懸架された導体部材の数と同数の第２の複数のトラフを含み、該対応する懸架部材のそれぞれは、該第２の複数のトラフの１つの中に懸架される、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項９０】
前記チャネルは、前記作業物質が前記チャネルの一方の端部に入り、前記第１のサブアセンブリの上を通り、前記チャンバに入り、前記第２のサブアセンブリの上を通り、該チャネルの他方の端部から出るように構成された、請求項８５に記載のアセンブリ。
【請求項９１】
前記第１のサブアセンブリを含む前記チャネルの部分が、前記懸架された導体部材の作用を通してコンプレッサとして動作し、
前記第２のサブアセンブリを含む該チャネルの部分が、該懸架された導体部材の作用を通してタービンとして動作する、請求項９０に記載のアセンブリ。
【請求項９２】
前記第１のサブアセンブリはモーターとして動作し、
前記第２のサブアセンブリは発電機として動作する、請求項９０に記載のアセンブリ。
【請求項９３】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
磁界発生器と、
該磁界によって生成される磁界にさらされるように構成された、第１の基板上に形成される第１のナノメートルスケールサブアセンブリと、
第２の基板上に形成され、向き合う関係で該第１のサブアセンブリから離間する第２のナノメートルスケールサブアセンブリであって、チャネルが第１と第２の端部を有するように該第１および第２のサブアッセンブリの間に形成され、該第２のナノメートルサブアセンブリは該磁界発生器によって生成された磁界にさらされるように構成された、第２のナノメートルサブアセンブリと、
該作業物質の一部を含むチャンバであって、作業流体が該チャンバから該チャネルに通過し得るように、該チャンバは該チャネルの一方の端部に搭載されて、該チャネルに対する開口部を有する、チャンバと
を含むアセンブリ。
【請求項９４】
前記第１および第２のナノメートルサブアセンブリのそれぞれは、
複数のナノメートルアセンブリであって、該複数のナノメートルアセンブリのそれぞれは、第１の接続パッドと第２の接続パッド間に懸架されたナノチューブを含む、複数のナノメートルアセンブリと、
前記それぞれの基板における複数のトラフであって、該ナノチューブのそれぞれは、前記トラフの１つに亘って垂れ下がる、複数のトラフと、
該ナノチューブにパルス信号を与え、該ナノチューブを回転させる制御／ドライバ回路と
を含む、請求項９３に記載のアセンブリ。
【請求項９５】
前記第１の基板は、該第１の基板に搭載されかつ懸架されたナノチューブの数と同数の第１の複数のトラフを含む、請求項９４に記載のアセンブリ。
【請求項９６】
前記第２の基板は、該第２の基板に搭載されかつ懸架されたナノチューブの数と同数の第２の複数のトラフを含む、請求項９５に記載のアセンブリ。
【請求項９７】
前記ナノチューブの回転は、前記チャンバから前記チャネルを通って前記作業物質を引き込む少なくとも部分的な真空を生成する、請求項９４に記載のアセンブリ。
【請求項９８】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
磁界発生器と、
複数の長穴開口部を有する上部基板表面を有するチャンバと、
複数のナノチューブを含む該上部基板表面上に形成されたサブアセンブリであって、各ナノチューブは１対の接続パッド間に懸架され、該接続パッドの各対は、電流パルスを該ナノチューブに印加しかつ該ナノチューブが該磁界発生器によって生成された磁界にさらされるときにおいて、該ナノチューブを回転させる制御／ドライバ回路に結合されており、該ナノチューブの各々は該長穴開口部の１つと位置合わせされている、サブアセンブリと
を含むアセンブリ。
【請求項９９】
前記磁界発生器は少なくとも１つの永久磁石を含む、請求項９８に記載のアセンブリ。
【請求項１００】
前記磁界発生器は少なくとも１つの電磁石を含む、請求項９８に記載のアセンブリ。
【請求項１０１】
前記制御／ドライバ回路は、前記磁界発生器によって与えられた磁界を通して前記ナノチューブを時計回りまたは反時計回りに回転させるように構成される、請求項９８に記載のアセンブリ。
【請求項１０２】
前記制御／ドライバ回路は、単一方向に前記ナノチューブを回転させるように構成される、請求項９８に記載のアセンブリ。
【請求項１０３】
前記ナノチューブの回転は、前記チャンバから前記長穴開口部を通って前記作業物質を引き込む少なくとも部分的な真空を生成する、請求項９８に記載のアセンブリ。
【請求項１０４】
複数の分子を有する作業物質に浸されたアセンブリであって、
磁界源と、
基板ベースと、
該ベースに搭載される複数の第１および第２の接続パッドと、
複数のナノチューブであって、該ナノチューブが該パッドに電気的に結合されるように、また該ナノチューブが該パッド間に懸架されるように、第１および第２の接続パッドの異なるセット間に搭載された、複数のナノチューブと、
該第１および該第２の搭載されたパッドに電気的に接続され、該複数のナノチューブに電流パルスを与える、制御ドライバ回路と
を含むアセンブリ。
【請求項１０５】
前記複数のナノチューブのそれぞれに電荷を印加する電圧発生器をさらに含み、前記アセンブリは該ナノチューブの回転に基づいて電磁型送信機として動作する、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１０６】
前記ナノチューブは、前記制御／ドライバ回路からの前記電流パルスによって振動させられる、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１０７】
前記複数のナノチューブのそれぞれに電荷を印加する電圧発生器をさらに含み、前記アセンブリは、該ナノチューブ上で電磁放射によって誘発される動きを検出することにより電磁型受信器として動作する、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１０８】
前記複数のナノチューブは、前記作業物質の分子に衝突し、少なくとも該分子の一部を前記基板ベース内に駆動し、該衝撃によって、該基板ベースを推進する正味の力が生じるように高速で回転する、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１０９】
前記複数のナノチューブと前記制御／ドライバ回路は前記基板ベースの同じ表面上に形成される、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１１０】
前記複数の懸架された導電部材および前記制御ドライバ／回路は前記基板ベースの反対の表面上に形成される、請求項１０４のアセンブリ。
【請求項１１１】
前記複数のナノチューブのぞれぞれは、前記基板ベースに形成されるトラフ内に位置付けられる、請求項１０４に記載のアセンブリ。
【請求項１１２】
回路を制御するための接続用の複数のピンを有する相互接続ベースと、
少なくとも部分的な真空がハウジング内で形成されるように該相互接続ベースと組み合わさるハウジングと、
ピンとインタフェースが取られた、回路を有する回路カードと、
該回路カードに搭載される第１のナノチューブサブアセンブリであって、該サブアセンブリは、１対の接続パッド間にそれぞれ懸架された複数のナノチューブと、各対の接続パッドに電気的に結合される制御／ドライバ回路とを含む、第１のナノチューブサブアセンブリと
を含むアセンブリ。
【請求項１１３】
前記回路カードに搭載され、少なくとも前記ピンの一部に電気的に結合される第２のナノチューブサブアセンブリをさらに含む、請求項１１２に記載のアセンブリ。
【請求項１１４】
分子レベルエネルギーを利用する方法であって、
磁界をナノチューブアセンブリに加えることであって、該ナノチューブアセンブリは複数のナノチューブを含み、各ナノチューブが１対の導電接続パッド間に懸架される、ことと、
作業物質に該アセンブリを浸すことと、
該接続パッドにパルスされた電流を印加して、該ナノチューブを回転させることと
を包含する、方法。
【請求項１１５】
前記回転するナノチューブは前記作業物質の分子に衝突して当たり、これにより該分子の少なくとも一部が基板に衝突して、この作用により前記アセンブリが所定の方向に推進される、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記回転するナノチューブは、前記作業物質の分子を、その他の方法で移動するよりは高速で前記アセンブリ内のチャネルに沿って進行するように加速させる、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
熱機関であって、該熱機関は、
熱エネルギー源と、
作業物質と、
第１および第２のアセンブリであって、該第１および第２のアセンブリの各々は、
ベース部材と、
該ベース部材に結合される第１の接続パッドと、
該ベース部材に結合される第２の接続パッドと、
第１の電荷が与えられる、該第１の接続パッドと該第２の接続パッドとの間に懸架されたナノチューブと、
第２の電荷が与えられる、該ナノチューブの近傍に位置付けられる帯電部材であって、該第１と第２の電荷は相互作用して、該ナノチューブの移動自在な部分の動きを与える、帯電部材と、
チャネルであって、該作業物質の一部は該チャネルに位置付けられ、該ナノチューブは該作業物質の分子と相互作用する、チャネルと
を含む第１および第２のアセンブリと、
該第１および第２のアセンブリのチャネル間に含まれる中央チャンバであって、該第１のアセンブリが該作業物質の分子を該チャンバ内に追い込み、該追い込まれた分子は該熱源によって加熱される、中央チャンバと
を含む熱機関。
【請求項１１８】
電力は前記第２のアセンブリによって与えられる、請求項１１７の熱機関。
【請求項１１９】
熱機関であって、該熱機関は、
熱エネルギー源と、
作業物質と、
制御／ドライバ回路と、
磁界源と、
第１および第２のアセンブリであって、該第１および第２のアセンブリの各々は、
ベース部材と、
該ベース部材に結合される第１の導電接続パッドと、
該ベース部材に結合される第２の導電接続パッドと、
該制御／ドライバ回路によって電流が与えられる、該第１の接続パッドと該第２の接続パッドとの間に懸架されたナノチューブと、
チャネルであって、該作業物質の一部は該チャネル内に位置付けられ、該ナノチューブは該作業物質の分子と相互作用する、チャネルと
を含む、第１および第２のアセンブリと、
該第１および第２のアセンブリの該チャネル間に含まれる中央チャンバであって、該第１のアセンブリが該作業物質の分子を該チャンバ内に追い込み、該追い込まれた分子は該熱源によって加熱される、中央チャンバと
を含む、熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメートルスケールおよびナノメートルスケールの電気機械アセンブリおよびシステムに関する。詳細には、本発明は、懸架されたナノチューブまたは他の分子スケールの導電性および機械的柔軟性のあるワイヤに基づいた電気機械アセンブリに関する。これらのアセンブリは、モーター、発電機、ポンプ、ファン、コンプレッサ、推進システム、送信器、受信器、熱機関、熱ポンプ、磁場センサー、磁界発生器、慣性エネルギー貯蔵および音響エネルギー変換などの用途の種々のシステムにおいて使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
現在では、カーボンナノチューブなどの分子ワイヤは組み立てられて構造体となる。しかしながら、現在のナノメートルおよびマイクロメートル構造体は、限られた機能性を提供する。それゆえに、多様な用途に利用可能なナノメートルスケールおよびマイクロメートルスケールの電気機械構造体を提供することが望ましい。
【０００３】
電子装置の使用がますます盛んになっていくにつれて、典型的にはかかる装置の中心である構成要素を冷却するための、より効率的かつ／または静かな方法を提供する必要性が増している。例えば、ほとんどのパソコンは、一定の動作範囲内においてはマイクロプロセッサの温度を維持することが求められる１つ以上のファンを含む。これらのファンはしばしば騒々しく、またしばしば、空気取り入れ口より大量の汚れた空気をコンピュータに引き込むことになる。
【０００４】
さらに、従来の真空ポンプおよび熱機関は概ね、絶えず用いることにより摩耗する多数の可動部を有する。これらの真空ポンプおよび熱機関もまた、メートルからマイクロメートルスケールで加工される。それゆえに、ナノメートルスケールで加工可能な、摩耗の低いポンプおよびエンジンを提供することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、例えば、モーター、発電機、ポンプ、ファン、コンプレッサ、推進システム、送信器、受信器、熱機関、熱ポンプ、磁場センサー、磁界発生器、慣性エネルギー貯蔵および音響エネルギー変換として利用可能な分子構造を提供することである。
【０００６】
本発明のナノメートルスケールアセンブリは好適には、電気機械素子として、チューブ状のカーボンフラーレンなどの懸架されたナノチューブまたはナノワイヤを利用する。これらの懸架されたナノチューブは、送信ラインまたはジャンプロープと同様に両端で取り付けられ得るか、または片持ちロッドのように一方の端のみで取り付けられ得る。これらのナノチューブは、それらを磁界に懸架することにより電磁結合することができる。その結果、ナノチューブにおける電流は磁界と相互作用し得る。または、これらのナノチューブは、導電面、プレートまたはパッド付近にそれらを懸架することにより、静電結合することができる。したがって、ナノチューブ上の電荷は、静電力を通して近傍の導電面に存在する電荷と相互作用し得る。
【０００７】
電磁結合されたアセンブリは、両端で懸架されたナノチューブを含み磁界に浸される。ナノチューブは、ナノチューブが２つの電気的接続部間に懸架されるように伸ばされ得る（ｇｒｏｗｎ）か、または組み立てられ得る。パルスＤＣまたはＡＣ電流をナノチューブを通して印加することにより、懸架されたナノチューブはジャンプロープのように振動させられ、２つの電気的接続部におけるアンカー位置間に引かれたラインの回りをスピンすることができる。ナノチューブの動きは、種々の用途の機械的エネルギーとして使用されることができる。反対に、磁界に浸された、可動の懸架されたナノチューブは、ナノチューブに電流を生成することになり、この電流は前述のナノチューブに取り付けられた電子回路によって集められ、利用されることができる。
【０００８】
静電結合されたアセンブリは、表面が前述のナノチューブから電気的に絶縁されている１つ以上のプレート、パッドまたは表面付近に懸架されたナノチューブを含む。ナノチューブは、例えば、ナノチューブが２つの電気接続部間に懸架されるか、または一方の端でのみ電気接続部に取り付けられるように、アセンブリに含まれ得る。近傍のプレートおよびナノチューブに適切な電圧を印加することにより、静電力がナノチューブに加わることができる。このように、両端において取り付けられた、懸架されたナノチューブは、ジャンプロープのように振動させられ、２つの電気的接続部における２つのアンカー位置間に引かれたラインの回りをスピンすることができる。一方の端だけで取り付けられたナノチューブは、接続ポイントに対する法線回りのスピン動作でムチを打つように動かされることができる。このナノチューブの動きは、種々の用途の機械的エネルギーとして使用されることができる。反対に、可動ナノチューブは、静電結合における変化のために近傍のプレートに電圧変動を生じることになり、これが電子回路で利用され、集められ得る。
【０００９】
本発明のナノメートルスケール電気機械アセンブリは、機械的エネルギーが分子スケールで加えられることができるように、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するように構成され得る。この機械的エネルギーを使用して、液体または気体などの流体における分子を駆動させて、分子スケールのポンプ、ファン、コンプレッサまたは推進システムを提供する。さらに、複数のこれらのアセンブリまたはそのアレイを使用して、冷却ファン、ポンプ、コンプレッサまたは推進装置などのシステムおいて、顕微鏡レベルで前述の流体に影響を及ぼし得る。これらのシステムは、熱機関においてコンプレッサなどのより大きいシステムの構成要素として組み込まれることができる。または、前述のナノチューブアセンブリをモーターとして使用し得、前述の機械的エネルギーを使用して、より大きい微小電気機械（ＭＥＭ）装置の一部である他の分子に、動きを直接与える。
【００１０】
本発明のナノメートルスケール電気機械アセンブリは、電気エネルギーを他の目的に使用し得るように、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され得る。この電気エネルギーは、液体または気体などの流体における分子の動きによって供給される機械的エネルギーを使用して生成され、分子スケールのタービン発電機、風力発電機または熱ポンプを提供することができる。さらに、複数のこれらのアセンブリまたはそのアレイを使用して、顕微鏡スケールで電気エネルギーを提供し得る。これらのシステムは、熱機関におけるターボ発電機などのより大きいシステムの構成要素として組み込まれることができる。または、前述のナノチューブアセンブリは、より大きい微小電気機械（ＭＥＭ）装置において他の分子に結合され得、前述のＭＥＭ装置において分子の動きによって駆動される発電機またはオルタネータとして使用されることができる。
【００１１】
ナノメートルスケールアセンブリはチャンバ内に配置され、チャンバを通って所望の経路を下る気体または他の流体などの作業物質の流れを制御するのに利用され得る。ナノチューブに印加される電流またはプレートに印加される電荷のタイミングを逆にして、スピンするナノチューブの方向を変化させ、その結果、反対方向に作業物質を引き寄せ得る。ナノチューブアセンブリは、電磁結合されたアセンブリ用のナノチューブに電流を導くのに利用されるか、または静電結合されたアセンブリ用の近傍プレートに電圧の印加を導くのに利用されるトランジスタのアレイを含み得る。
【００１２】
各ナノチューブは、ナノチューブの回転の円周の半分がトラフ内で発生し、半分はチャンバ内で発生するようにトラフ内に搭載され得る。これは、作業流体が円滑に一方の側から他方側へと運搬されるのに効率的なメカニズムを提供する。このタイプのアセンブリは、例えば、真空ポンプ、冷却ファン、コンプレッサ、推進システム、または所望の方向に作業物質を移動させることより利益を得る他の任意の装置など、種々の異なる用途において使用され得る。
【００１３】
本発明のアセンブリの他の用途は、例えば、推進用途のナノメートルスケールジェットエンジンまたは、電力変換用のナノメートルスケール熱機関を含み得る。かかるシステムにおいて、中央チャンバが多重ナノチューブアセンブリとともに使用されるであろう。ナノチューブアセンブリの１つ以上が、一方の側において中央チャンバに接続されたチャネルに含まれ得、一方、第２のセットのナノチューブアセンブリがもう一方の側において中央チャンバと接続されたチャネルに存在する。作業物質として使用され得る、空気などの気体は、中央チャンバ内に繋がるチャネルにおいてナノチューブアセンブリの作用によって圧縮される。そこで一旦、ガスはなんらかの熱源により加熱され、ナノチューブアセンブリを含むもう一方のチャネルに噴出され、ナノチューブの前述の第２のアセンブリはタービンまたはエキスパンダとして作用する。チャンバへの投入として作用するアセンブリにおけるナノチューブはモーターまたはコンプレッサとして作用し、一方、エキスパンダアセンブリにおけるナノチューブは発電機またはタービンとして動作し、ジェットエンジンまたはタービン発電機のように、中央チャンバ内への熱入力によってパワー出力の正味増加を生み出す。
【００１４】
本発明のアセンブリはまた、環境における電磁的条件の変化に応答することができる。従って、本発明のさらなる目的は磁界用センサーとしてまたは電磁的送信を検出するためのアンテナとして使用することができるナノチューブ電気機械アセンブリを提供することである。
【００１５】
本発明のアセンブリはまた、環境において機械的条件の変化に応答できる。従って、本発明のさらなる目的は、直接衝突または他の機械的エネルギー伝達手段のいずれかを通じて、周囲の音響振動または環境における他の分子の周囲の動きによって与えられる動きから、電気エネルギーを生成できるナノチューブ電気機械アセンブリを提供することである。
【００１６】
本発明のアセンブリは、環境における電磁的条件の変化を引き起こすことができる。従って、本発明のさらなる目的は、磁界発生器として、または電磁放射を送信するためのアンテナとして使用可能なナノチューブ電気機械アセンブリを提供することである。
【００１７】
本発明のアセンブリはまた、フライホイールがマクロスケールエネルギー貯蔵装置において行っているように、分子スケールワイヤの慣性におけるエネルギーを貯蔵することができる。従って、本発明のさらなる目的は、慣性エネルギー貯蔵装置として使用することができるナノチューブ電気機械アセンブリを提供することである。上記説明に一致した電磁結合または静電結合のいずれかのこれらの分子フライホイールは、モーターとして駆動されて慣性エネルギー貯蔵を増加させるか、または発電機として使用されて電力としての前述のエネルギーを放出するかのいずれも可能である。
【００１８】
本発明の上記アセンブリならびに前述の発明の用途の方法を可能とするシステムおよび構成ならびに本発明の利点は、添付図面に従ってなされる次の説明を考察して明らかにする。なお、同じ参照符号は以下の図面を通して同じ部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ１００の一部を示す。図１に示す部分は下部基板ベース１０２、チャネル側壁１０４および１０６、永久磁石１０８、上部基板１１０および６つのナノチューブアセンブリ１１２を含む。また、図１に示すのは、アセンブリ１００が浸される作業物質の分子を表す分子１１４ならびにチャネル側壁１０４および１０６を通る分子１１４の経路を示すインジケータ１１６の説明図でもある。
【００２０】
本発明の電磁結合されたナノチューブアセンブリ１１２はそれぞれ、図２からより容易に理解され得るいくつかの構成要素を含む。図２は、上部基板１１０および永久磁石１０８が取り外されている以外は、図１のナノメートルスケールアセンブリ１００を示す。各ナノチューブアセンブリ１１２はナノチューブ１２０、１対の導電パッド１２２および１２４およびトラフ１２６から形成される。明確にするために、図２の６つのナノチューブアセンブリの１つだけに符号を付しているが、説明はそれぞれに等しく適用される。パッド１２２および１２４は、電気的に絶縁している下部基板１０２に搭載される。
【００２１】
本発明のナノチューブアセンブリ１１２は、本システムまたは本発明に一致する他のシステムにおける用途に対する任意の方法でチャンバ内に配置され得る。但し、図２に示すように、作業物質（気体、液体または他の流動体など）の分子をチャネルの一方の端から他方へと進行させる可能性を高めるために、アセンブリ１１２をずらして配置することが好適であり得る。この構成の利点は、ずらした構成が少なくともチャネルの６０％の範囲となる様子を示した図４から容易に明らかである。それゆえに、かかる構成は、必然的に多くの用途において、装置の全体効率を高めるであろう。従って、装置がポンプとして、または発電機としてのいずれかとして構成された場合、トラフ１２６が互いに一直線になっているよりも、ずらした構成ではより多くのエネルギーがナノチューブと作業流体との間で伝達されるであろう。
【００２２】
各ナノチューブ１２０の端はそれぞれ、パッド１２２および１２４の一方に取り付けられる。ジャンプロープのように垂れ下がるように（例えば、図１〜図４参照）、ナノチューブ１２０にいくらかのたるみを含むことは好適であり得る。または、パッド１２２と１２４の間にいくらかの張りがあるように、ナノチューブ１２０をパッド１２２および１２４に亘って搭載することは好適であり得る。この場合、装置は、回転よりむしろナノチューブの振動を利用するか、または低い張力のナノチューブより、高い周波数でのより小さい回転振幅を利用するであろう。または、パッド１２２および１２４の１つ以上が柔軟性のある部材上にあるように、パッド１２２および１２４に亘ってナノチューブ１２０を搭載することは好適であり得る。この場合、高い回転速度でナノチューブの張力が増加するにつれて、ナノチューブの端はより近くに引っ張られるようになり、これにより、固定して位置付けられたパッドにたるみなしで搭載されたナノチューブを使用して得られる最高の振幅および最高のエネルギーが可能となるであろう。
【００２３】
各ナノチューブ１２０は、例えば、カーボンなどの材料で構成され得る。一例は約１〜２０ナノメートルの直径および２０〜数百ナノメートルの長さを有する単壁カーボンナノチューブ（チューブ状フラーレン）である（当業者は、ナノチューブ１２０のディメンションは本発明の精神に逸脱することなく変更し得ることを理解するであろう）。ナノチューブ１２０に単壁カーボンナノチューブを使用する１つの利点は、それらは単一分子で形成されているので、損傷を与えることなく、また摩擦に対して多くのエネルギーを失うことなく、寸法上の制限内で自在に際限なく屈曲させ得ることである。ナノチューブ１２０に単壁カーボンナノチューブを使用するさらなる利点は、引っ張り強度が非常に高く、高い振動および回転エネルギーを可能とすることである。ナノチューブ１２０に単壁カーボンナノチューブを使用する別のさらなる利点は、これらのナノチューブの高い導電性である。または、各部材１２０は、これに限定されないが、カーボンフィラメント、多重壁カーボンナノチューブまたは単に導電性、柔軟性のあるワイヤ片などの単一分子ではない別の適切な構造体であり得る。または、ナノチューブは、これに限定されないが、チューブ状の炭化ホウ素分子、チューブ状の窒化炭素分子または石英などの単結晶フィラメントを含む多くの他の適切な分子構造体のうちのいずれかであり得る。加えて、主要ナノチューブまたは分子ワイヤに沿った１つ以上のポイントで他の分子構造を結合させて、回転素子の質量または断面サイズを増加させることが好適であり得る。
【００２４】
図３は、図１および図２のライン３−３に沿ったアセンブリ１００の断面平面図を示す。図１および図２に示す構成要素に加えて、図３は、制御／ドライバ電子機器１３０が基板１０２に固着された実質的に底層として構成され得る様子を示す。パッド１２２および１２４は（図３では図示せず）、トラフ１２６から基板１０２を通って延在して、電子機器１３０とナノチューブ１２０との間の直接電気接続を提供することに注意すべきである。同様に、本発明の静電結合された実施形態は、同様の電子機器が基板を通って、トラフの壁または床に存在する導電プレートまたはパッドに接続されることが可能であろう。
【００２５】
図３は、アセンブリ１００の動作を示すのに有用である。通常動作時では、アセンブリ１００は、気体または他の流体などの作業物質に浸されるか、または前述の作業物質が導管、配管または他の手段を介して中央チャンバに導入される。外部磁界は永久磁石１０８によって与えられる。永久磁石は磁界源として示されるが、当業者は、本実施形態ならびに本明細書の他の実施形態において、外部磁界は電磁界コイルなどの永久磁石以外の他の源によって与えられ得るか、または本発明の他のナノチューブアセンブリなどの手段もしくは米国特許第６，１５７，０４２号におけるような他のナノスケール磁界発生器により、懸架されたナノチューブアセンブリ毎に局部的に生成され得ることを理解するであろう。
【００２６】
制御／ドライバ電子機器１３０は、パルスＤＣまたはＡＣ電流をナノチューブ１２０に与え、前述の電流と磁界との相互作用によってナノチューブ１２０を回転させる。例えば、図３は、ナノチューブのすべてが駆動され時計方向に回転し、これにより作業流体の分子を図３を左から右に横切って進行させることになり、端部１２８でチャネルを出る。説明のために、分子１１４およびインジケータ１１６は、分子１１４の現在位置およびその位置に達するのに取られた経路１１６を示すことを意図する。同様に、本発明の静電気実施形態に関しては、トラフの側面の１つ以上に位置付けられたプレートまたはパッドに印加された電圧は、各ナノチューブアセンブリから実質的に同一の回転動作を得るように、制御／ドライバ電子機器を使用して順序づけられ得る。
【００２７】
ナノチューブ１２０が単壁カーボンナノチューブの場合、これらの分子は非常に小さく、軽くかつ強いので、数ギガヘルツまでの速度で回転し得る。最大半径でのナノチューブ１２０の速度は、秒速およそ数千メートルであり得、これは作業物質の分子を約マッハ５まで加速し得る。アセンブリ１００が例えば、真空ポンプ、ファン、コンプレッサまたは推進システムとして構成される場合、かかる速度は特に有用であり得る。他の分子チューブ、ロッドまたはワイヤは同様の強度を有し得るので、高速および高エネルギー伝達を可能とするであろう。
【００２８】
制御／ドライバ電子機器１３０はまた、異なるナノチューブ１２０は互いに位相がずれているが、他のナノチューブに対して、システム、この場合アセンブリ１００、の動作に有益な方法で時間調整されるように、電流パルスにシーケンシングを与え得る。例えば、図３は６つのナノチューブアセンブリ１１２を示し、それらには１３２〜１４２の偶数が付けられている。６つのナノチューブ１２０のいずれも同じ角度で回転しないように（すなわち、互いに位相をずらして）、電子機器１３０は電流パルスのタイミングを制御する。図３は、隣接するナノチューブから３０度位相をずらして回転する位置にある６つの各ナノチューブを示す。
【００２９】
全体的に見ると、図３の６つのナノチューブは作業流体の分子上に加わる力およびモーメントを最大にするように時間調整される。例えば、ナノチューブ１３２はアセンブリ１００内のチャネルの表面に平行して回転する。ナノチューブ１３４は、チャネルを通る作業流体の分子を押し始めている。ナノチューブ１３６は入ってくる分子を遮断するように作用させないためにさらに３０度で回転し、ナノチューブ１３４によって押された分子を受けるように時間調整される。ナノチューブ１３８、１４０および１４２はそれぞれ、さらに３０度回転され、作業流体の分子が端部１２８から出て行くと、ナノチューブ１４２は回転してトラフ１２６内に戻る。
【００３０】
図５および図６は、制御／ドライバ電子機器１３０の一例の説明図を提供する。図５は、電子機器１３０が基板１０２の底部に実質的に固着され得る様子を示す。駆動または切り替えトランジスタを、その関連付けられたナノチューブに近接して位置付けることは、低い相互接続抵抗を維持するのに求められる電力を最小限にするために、多くの用途にとって好適であり得る。基板１０２上の電子機器１３０の形成は、種々の従来方法のいずれかにより達成され得る。本例で示されるように、各ナノチューブ１２０は、４つのトランジスタ１５２〜１５８、センサーリード１６０、制御ライン１５３、１５５、１５７および１５９ならびにトランジスタ１５２、１５４、１５６および１５８から形成されるドライバ回路１５０を備える。明確にするために、ドライバ回路１５０の個々の要素の例１つだけに符号を付けているが、ドライバ回路１５０の各例は、本明細書で示す、または記載するものと実質的に同様である。ドライバ回路１５０の各例は、ナノチューブアセンブリ１１２の１つに関連付けられている。制御ラインは、トランジスタを制御するためにトランジスタに結合される、図示されないさらなる電子機器に繋がっている。
【００３１】
電子機器１３０はまた、ライン１６２（ホット）および１６４（接地）によって形成されるＤＣバスを含み、これらのＤＣバスラインはそれぞれ、トランジスタの半分に取り付けられている。ナノチューブ１２０が固定されて接続されるパッド１１２は、基板を通って延在し、電子機器１３０への直接接続を提供する。各パッドは、各端が標準Ｈブリッジドライバ構成において２つのバスラインのいずれかに切り替え可能なように、２つのトランジスタに接続される。センサーリード１６０は、ナノチューブ１２０にかかる電圧を測定し、これにより位置および速度情報を提供することができ、これらの情報を使用して、適切な方向に加速させるために電流パルスのどちらの極性およびタイミングがナノチューブに伝えられるべきかを決定し得る。
【００３２】
ドライバ回路１５０は、４つのトランジスタ１５２、１５４、１５６および１５８を含むように示されるが、当業者は、回転を一方向とするなら、１つだけまたは２つのトランジスタそれぞれを有する回路によってナノチューブ１２０に電流パルスを印加し得ることを理解するであろう。４つのトランジスタを使用することにより、各ナノチューブ１２０はいずれの方向にも回転することが可能となる。ナノチューブ１２０が半時計回りの方向（図示と反対）に回転されると、端部１２８から出るのではなく、端部１２８から開始されるチャネルを通って作業物質の分子を押すことになる。本発明の発電実施形態で使用される場合は、トランジスタはナノチューブで生成された電流を外部負荷内に伝達するように時間調整されるであろう。また、さらにナノチューブを流れる電流を制限、増幅またはその他変調するために、受動または能動のいずれかの他の構成要素を含むことは好適であり得る。当業者はまた、これらの電子機器は、図示されるように別個の構成要素としてよりむしろ、集積回路または一体化されたトランジスタアレイとして作られ得ることを認識するであろう。電子機器１３０は、フォトリソグラフィーおよびエッチング技術などの手段を通して基板１０２上に形成され得るか、または電子機器は他の手段を通して後で取り付けられ得る。当業者はまた、トランジスタ１５２、１５４、１５６および１５８が、これに限定されないが、バイポーラトランジスタ、Ｊ−ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、他のナノチューブを使用して作成されるスイッチまたはトランジスタなどの電流を切り替えるまたは変調する多くの装置のいずれかであり得ることを認識するであろう。後の図面で示されるように、アセンブリ１００と同様の、同様の機能を備えたアセンブリの静電結合された実施形態は、トラフの壁または床にパッドまたはプレートを含み、前述のプレートまたはパッドは同様の制御／ドライバ電子機器に接続されることにより作成可能である。
【００３３】
図７〜図１０は、本発明の原則に従って構成され、本発明の用途の方法であるナノチューブアセンブリ２００として本発明の別の実施形態を示す。多くの態様において、アセンブリ２００は、アセンブリ１００に対して述べるものと実質的に同様である。従って、上記の説明は、ここでも同等に適用される。便宜上、アセンブリ１００の構成要素と実質的に同様のアセンブリ２００の各構成要素は、上位の桁が「１」の代わりに「２」である以外は、同様に番号付けされている。例えば、図７〜図１０の本発明の個々のナノチューブアセンブリはそれぞれ２１２とされるのに対して図１〜図６では１１２であるが、それらは実質的に同じである。
【００３４】
実際、いくつかの態様では、アセンブリ２００は単に、「ホットボックス」チャンバ２７０のいずれの側面にも共に形成されたアセンブリ１００の２つの例であり、これらのアセンブリのチャンバは１つ以上のナノチューブアセンブリを含むことに注意し得る。例えば、アセンブリ１００は本発明の電磁結合されたナノチューブアセンブリ１１２の６つの例を含むが、アセンブリ２００は６つの電磁結合されたナノチューブアセンブリ２１２の同様のアレイを２セット含み、チャンバ２７０のいずれかの側面上のアセンブリの各セットおよび各ナノチューブアセンブリ２１２は、２つのパッド２２４間のトラフ上に懸架されたナノチューブを含む。このように、アセンブリ２００は、２つの上部基板１１０を単一の上部基板２１０に置き換えることにより、２つのアセンブリ１００と中央チャンバを備えて形成され得、上部基板２１０はチャネルの上部内側表面が実質的に平らとなるように、永久磁石２０８の表面に平行であるように構成されるさらなる部分２１１を含む。
【００３５】
アセンブリ２００は、チャンバ２７０が矢印２７２で示すように外部源から加熱されるので、アセンブリ１００とは異なる動作をする。チャンバ２７０への熱入力は、これに限定されないが、燃料の外燃、放射性同位体熱源、廃熱源、太陽放射加熱を含む種々の手段で供給され得る。従って、アセンブリ２００がマイクロプロセッサに搭載される場合、マイクロプロセッサにヒートシンクも設けるが、熱源は単にマイクロプロセッサによって生成される熱であり得る。または、当業者はチャンバ２７０が本発明から逸脱することなく任意のサイズであり得、熱源２７０と前述のチャンバを通過する作業流体との間の熱伝道を高める他の特徴を含み得、前述の特徴は、これに限定されないが、フィン付き突起部、表面の修正放射熱、単相ヒートパイプまたは２相ヒートパイプを含み得ることを認識するであろう。
【００３６】
２つのナノチューブアセンブリチャネルの間に加熱されたチャンバ２７０を含むことによって、実質的にナノメートルからマイクロナノメートルスケールのタービン発電機またはジェットエンジンである装置となる。本例では、作業物質は気体である可能性が高く、気体はサブアセンブリ２７５に位置付けられた回転するナノチューブによって圧縮され、それにより前述の気体を上昇圧力で加熱されたチャンバ２７０に入れられる。気体はチャンバで加熱され、サブアセンブリ２７７を通って膨張され、この気体が排出するとナノチューブを駆動する。この装置を移行中、気体はおおよそブレイトンサイクルを経る。サブアセンブリ２７５に含まれるナノチューブアセンブリ２１２は電動コンプレッサとして機能し、制御／ドライバ電子機器２５０からの入力電流によって駆動される。一方、サブアセンブリ２７７に含まれるナノチューブアセンブリ２１２はタービン発電機として動作し、高温気体フロー排出チャンバ２７０により駆動されて電流を生成し、生成された電力は制御／ドライバ電子機器によって負荷に切り替えられるか、コンプレッサを駆動するのに使用される。この機能性は、タービンホイールの使用を通して、マクロスケールの開いたサイクルのブライトン発電機およびジェットエンジンで得られるものと実質的に同じ機能性である。これらのマクロスケール装置と同様に、図７〜図１０に示すシステムは熱入力に基づいて正味電力または推進力を提供することができる。
【００３７】
図９および図１０は、ナノチューブおよびチャネルとは基板２０２の反対側に搭載される制御／ドライバ電子機器を示す。各同一ナノチューブサブアセンブリ２１２は、制御／ドライバ電子機器２５０の同一の関連付けられたセクションを有する。再び、搭載パッド２２４は、基板２０２を通して延在し、制御ドライバ／電子機器への接続を提供する。磁界は永久磁石２０８によって与えられるが、前述のように他の手段によって与えられ得る。
【００３８】
また、他の熱機関と同様、正味能動電気入力をシステムに与えることにより、図７〜図１０に示すアセンブリはまた、熱ポンプまたは、チャンバ２７０と接する物体を冷却する冷蔵庫として操作されることができる。また、アセンブリ２００は、アセンブリ１００に関してすでに述べたように、図示された電磁結合されたナノチューブの代わりに、各ナノチューブアセンブリ２１２において静電結合されたナノチューブを使用して構成され得る。
【００３９】
図１１〜図１３は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械的アセンブリ３００の別の代替実施形態を示す。アセンブリ３００もまた、好適な方向へ作業流体を駆動させる目的で本発明の電磁駆動されるナノチューブジャンプロープアセンブリの１つ以上を含む点において、アセンブリ２００および３００に関して上記で述べた原則に基づく。アセンブリ３００は、真空ポンプアセンブリ３６０およびチャンバ３７０を含む。真空ポンプ３６０は、下部基板３０２、ナノチューブアセンブリ３１２、電子機器３３０およびチャンバ側壁３０４を含む点において、アセンブリ１００のベースと同様である下部アセンブリを含む。アセンブリ３００はまた、３０４とは反対側のチャネル壁を含むが、単に説明のために取り除かれている。
【００４０】
アセンブリ１００および２００とは異なって、アセンブリ３００は、これもまたナノチューブアセンブリ３１２を含み、実質的に下部アセンブリと同様であり、チャネル下方の距離に応じてナノチューブアセンブリの位置が変わるという程度においてのみ異なる、上部アセンブリを含む。アセンブリ３００とすでに論じたものとの別の相違点は、ドライバ回路３５０は基板の反対側ではなくポンプチャネル内に位置付けられていることである。回路のこの位置は、ナノチューブアセンブリの適切な機能に対して任意であるが、真空システムなどにおいて流体が電子機器に適合する場合、制御／ドライバ電子機器３５０はチャネル内に位置付けられ得るので、接続パッド３２２および３２４は基板を通して延在する必要がない。また、永久磁石は図１１〜図１３では示されておらず、外部磁界は単に矢印３６２で示されるが、これはやはり永久磁石またはすでに論じた他の手段によって与えられ得る。
【００４１】
アセンブリ３００の動作は、多数のナノチューブアセンブリ３１２が共に機能して、作業流体３１４の分子を中央チャネルを下方へ進行させる点において先のアセンブリと同様である。この場合、チャンバ３７０に含まれる作業流体は、ナノチューブの上下部アセンブリによって真空ポンプアセンブリ３６０を通って送り出さる。図１３に示すように、上部アセンブリにおけるナノチューブ３２０は時計回りの方向に回転するが、下部アセンブリにおけるナノチューブ３２０は反時計回りの方向に回転する。このように、これらのナノチューブのオフセット位置ゆえに、上下部アセンブリにおけるナノチューブアセンブリは協働し、作業流体３１４の分子を加速して出口３２８から排出する。ライン３１６はこれらの分子の１つの可能性のある経路を示す。
【００４２】
従って、チャンバ３７０が周囲条件下で気体を含む密封チャンバからなる場合、図１１〜図１３のアセンブリ３００はチャンバから気体を除去して、チャンバにおける真空状態を維持するための真空ポンプとして機能する。または、チャンバ３７０において流体がかなりの量の液体または気体からなる場合、図１１から図１３のアセンブリ３００は、高速で流体を推進することにより反応ロケットエンジンとして機能することになる。または、アセンブリ３００と一致する多重アセンブリを組み合わせて、燃焼システムにおける燃料および酸化剤用、化学ロケットエンジンの燃料および酸化剤用、または多様な化学的および医学的用途における制御された流体もしくは気体射出用の射出システムを提供し得る。当業者は、ナノチューブ３１２の方向を逆にすると、アセンブリ３００は、チャンバ３７０に気体を圧縮することになるのを理解するであろう。
【００４３】
図１４および図１５は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ４００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ４００もまた、好適な方向に作業流体を駆動させる目的で、本発明の電磁的に駆動されるナノチューブジャンプロープアセンブリの１つ以上を含む点において、上記の原則に基づく。従って、同じ番号付けスキームはナノチューブ４２０が実質的にナノチューブ１２０と同様であるように適用されるので、先の説明もまたナノチューブ４２０に適用される。
【００４４】
アセンブリ４００とすでに述べたアセンブリとの間の相違点は、以下の通りである。アセンブリ１００、２００および３００はそれぞれ、分子を１つのナノチューブから次のナノチューブへと順次送り出すように構成される。しかしながら、アセンブリ４００のナノチューブは、実質的にそれぞれ独立して、平行して作業物質を送り出すように構成される。加えて、チャンバ４７０の上部は、制御／ドライバ電子機器４３０およびナノチューブアセンブリ４１２が搭載される基板４０２としても機能する。チャネル４７２は、基板４０２を通って設けられ、分子４１４の軌道４１６によって示されるようにチャンバ４７０の内部からの作業流体の移動を可能とする。本実施形態では、ナノチューブは、機械的および電気的に接続されたポスト４２２および４２４から懸架され、これらのポストはナノチューブが回転時に基板に当たらない十分な高さがある。これらのポストはまた柔軟性があり、より高い回転速度ではナノチューブにおけるたるみを増加させることが可能であり得る。
【００４５】
アセンブリ３００と同様に、アセンブリ４００もまた、やはり永久磁石または他の手段により与えられ得る、矢印４６２によって示される外部磁界を示す。ふたたび、制御電子機器は、個々のナノチューブアセンブリにそれぞれ対応し、各ナノチューブの独立した双方向制御を可能とする４つのトランジスタ４５２、４５４、４５６および４５８を備えて示される。但し、ナノチューブが同期化されることが所望の場合は、かかるアセンブリの平行アレイは、すべてのポスト４２２をドライバ回路の一方の側に電気的に接続して、すべてのポスト４２４をドライバ回路の他方の側に電気的に接続することにより、制御／ドライバ電子機器の単一例によって駆動することができるであろう。または、ナノチューブの一方向の回転が所望の場合は、ドライバ回路は図示される４つの代わりに１つまたは２つのトランジスタのみを含み得る。当業者はアセンブリ４００の下部チャンバは、アセンブリ４００が推進システムとして利用され得るように取り除き得ることを理解するであろう。
【００４６】
アセンブリ４００のように多重ナノチューブで平行したチャネルを通って同時に流体を送り出すことにより、アセンブリで得られる流速を高めることができ、一方、アセンブリ１００、２００および３００のように、単一チャネルを通って順次流体を送り出すのは、アセンブリによって得られる圧力差を増加させることができる。従って、ナノチューブの平行の送り出しおよび順次送り出しアレイの組み合わせを使用して、種々の流速および圧力差を得ることができることは明らかである。同様に、平行ナノチューブおよび順次ナノチューブアレイの組み合わせにより、風力発電および熱機関などの発電用途において見られる種々の流速および圧力差を利用することができる。
【００４７】
図１６、図１７および図１８は、本発明の原則に従って、個々の電磁結合されたナノチューブ５２０を使用して電磁信号を送受信する、ナノチューブ電気機械アセンブリであるアセンブリ５００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ５００のようなナノチューブアセンブリも、磁場センサーまたは磁界発生器として適用可能であろう。さらには、アセンブリ５００のようなアセンブリは、磁気記憶媒体用の読取り／書込みヘッドとして適用可能であろう。アセンブリ５００は、３つの懸架されたナノチューブアセンブリが加工された下部基板５０２を含む。各ナノチューブアセンブリ５１２は、ポスト５２２および５２４間に搭載されたナノチューブ５２０と、４つのトランジスタ５５２、５５４、５５６および５５８と相互接続回路とを含むドライバ電子機器回路５５０とを含む。外部磁界は矢印５６２によって示されるように、アセンブリ５００に加わる。
【００４８】
図１６〜図１８に示すように、バイアス電圧をパッド５２２もしくは５２４のいずれか、またはアセンブリ５００それ自身に印加することにより、各ナノチューブ５２０上の「＋」の記号で示すように電荷をナノチューブに印加することができる。アセンブリ５００は、ナノチューブ５２０を急速に回転させ、これによりそこに蓄えられた電荷を加速させることにより、電磁型送信器として動作させ得る。加速された電荷は、ナノチューブの回転周波数と実質的に等しい周波数で電磁放射を生成する。加速された電荷は、ナノチューブの回転周波数と実質的に等しい周波数で電磁放射を生成する。電荷が１つ以上の抵抗素子を通って移動しなければならない従来のアンテナとは異なって、従来の装置に比べるとナノチューブにおける加速された電荷は抵抗損失がかなり少なく、動作はずっと効率がよい。
【００４９】
同様にナノチューブ５２０上に電荷を蓄えることにより、ナノチューブアセンブリ５００は電磁型受信器として操作され得る。帯電したナノチューブはその後、外部の電磁信号に応答して振動し、その後、回転するチューブがアセンブリの外部ＤＣ磁界５６２を通って動くにつれて、振動の動きはＡＣ電圧に変換されることができるであろう。制御／ドライバ電子機器５５０は先に述べた４つのトランジスタ回路を含むように図示されるが、先に述べたアセンブリよりも、アセンブリ５００では双方向回転が必要である可能性は低い。従って、ドライバ回路５５０が１つまたは２つのトランジスタから形成されることは、より効率よく、より費用効果が高くなり得る。図５００で示すようにポスト上に懸架するよりは、アセンブリ１００、２００または３００と同様に、ナノチューブ５２０を溝に亘って懸架することが、本用途における機能性を損失することなく好適であり得る。また、図示される他のアセンブリのように、ナノチューブ５２０が静電力を介して駆動され得るように、基板５０２の表面に組み込まれ、制御／ドライバ電子機器５５０に接続される１つ以上の導電プレートまたはパッドを有すことが好適であり得、この場合、磁界５６２を加える必要がない。さらには、ナノチューブアセンブリ５００が高速スピンする帯電ナノチューブによって与えられ得る不必要な電磁波を引き起こすことがないように、ナノチューブアセンブリ５００は、帯電されないナノチューブで構成され得る。
【００５０】
図１９および図２０では、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ６００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ６００もまた、原則を上記で述論じた、電磁結合され、懸架されたナノチューブの多重例に基づいていて、従って同じ番号付けスキームがここでも適用されており、例えば、ナノチューブ６２０はナノチューブ１２０と実質的に同様であり、それゆえに、前述の説明はナノチューブ６２０にも適用される。
【００５１】
詳細には、アセンブリ６００は実質的に、単一基板６０２に基づき、基板６０２の表面に加工された制御ドライバ電子機器に電気的に接続されるポスト間に懸架されるナノチューブ６２０を含む点において、上記のナノチューブアセンブリ５００と構成上同様である。矢印６６２に示される磁界は、図外の手段により加えられる。バイアス電荷が印加されていないアセンブリ５００に非常に似ているが、アセンブリ６００は、同アセンブリが推進システムとして動作するように適用可能であることを示す。推進システムとしての使用を示すために、図１９および図２０の説明図には、作業システム分子６１４およびこれらの分子に対する経路インジケータ６１６を含む。
【００５２】
ナノチューブアセンブリ６００では、外部磁界がアセンブリ６００に加えられるという条件で、パルス電流の印加によってナノチューブ６２０は高速で回転される。図１９および図２０では、回転するナノチューブ６２０の分子６１４との衝突およびその結果生じる分子６１４の経路の大きな変化を示す。作業物質の分子、この例では好適には空気は、高速でナノチューブに当たって跳ねかえる。ナノチューブとの相互作用によって基板６０２内に駆動される分子は、基板から離れてぶつけられた分子より高速で基板から跳ね返ることになる、すなわち、ナノチューブによってぶつけられた分子は、基板でより高い衝撃速度を有することになる。この作用の結果、離れていく分子と反対の方向に基板６０２上に正味能動力を生み出し、空気の分子の衝撃によって効果的に推進される。
【００５３】
図２１から図２３は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ７００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ７００も上記で論じた原則で電磁結合され懸架されたナノチューブの多重例に基づいており、従って、同じ番号付けスキームがここでも適用されていて、例えばナノチューブ７２０は、実質的にナノチューブ１２０と同様であり、それゆえにすでに述べた説明はナノチューブ７２０にも適用される。
【００５４】
詳細には、アセンブリ７００は、単一基板７０２に基づき、ポスト７２２と７２４との間に懸架されたナノチューブ７２０を含む点において、上記のナノチューブアセンブリ６００と実質的に構成上同様である。また、アセンブリ７００は、上記のナノチューブアセンブリ１００と実質的に構成上同様であり、導電ポストが基板７０２を通って延在し、基板７０２の反対表面上に加工された制御ドライバ電子機器に電気的に接続される。このアセンブリでは、基板７０２の側面は電磁結合されたナノチューブアセンブリのそれぞれが完全にトラフ７２６内に位置付けられるように構成される。基板の側面のこの構成は、アセンブリ７００が、水平に加速されるような分子が基板上の垂直の推進力に寄与できる推進システムとして適用される場合に好適な構成であり得る。
【００５５】
分子７１４が基板７０２に向かって進行すると、分子の一部がナノチューブ７２０にぶつけられ、一方これらの懸架されたナノチューブは高い回転速度で駆動されている。分子の一部はアセンブリ６００と同様の経路で進行するが、他の分子は経路７７６のように基板７０２の種々の側壁と多重衝突することになる。トラフ７２６の構成およびその結果生じる衝撃経路７７６は、水平に加速された基板７０２からのエネルギーは概ね上方向に推進される。これらの側壁との一回衝突を有する分子は、基板に対して垂直および水平の両方の力を与えることになるので、壁がアセンブリ７００のように対称的に構成された場合、力の水平成分は、多数の衝突を経て平均されてほとんどゼロになり、正味残存力は外部磁界７６２の力と平行した方向になる。従って、所望の平均推進力に応じて、側壁は多くの構成において傾斜されることができるであろう。さらには、図２１〜図２３で示す平らな側面の代わりに、ナノチューブを中心に含んだ放物線状の断面を有するトレンチを作るなど、トレンチの壁を様々な形にして、その他の方法で平均合成力を導くまたは増幅することができるであろう。
【００５６】
図２４から図２６では、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ８００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ８００も上記で論じた原則で電磁結合され懸架されたナノチューブの多重例に基づいており、従って、同じ番号付けスキームがここでも適用されていて、例えばナノチューブ８２０は、実質的にナノチューブ１２０と同様であり、それゆえにさきで述べた説明はナノチューブ８２０にも適用される。
【００５７】
ナノチューブアセンブリ８００は、２つの基板ベースアセンブリ８０２が搭載されるベース回路基板８８０を含む。各アセンブリ８０２は、３５個の電磁結合されたナノチューブアセンブリを含み、そのそれぞれは、ポスト８２２と８２４との間に搭載される懸架ナノチューブ８２０を含む。アセンブリ８０２もまた、制御／ドライバ電子機器８３０を含み、電子機器は、アセンブリ１００〜７００に関してすでに図示して述べたように構成される４つのトランジスタを含む。また前述のように、一方向の回転がその用途に十分であるならば、制御／ドライバ電子機器は、アセンブリの各ナノチューブに対して２つまたは１つのトランジスタに減らし得る。同様に、１つまたはそれ以上のナノチューブから同期作用を所望する場合は、制御／ドライバ電子機器の単一例をナノチューブアセンブリのアレイに接続可能である。
【００５８】
アセンブリ８０２の２つの例のそれぞれはまた、アセンブリ８０２と、制御論理回路または監視回路などの他の外部回路との間のインタフェースを提供する４本のワイヤトレース８８２も含む。ワイヤトレース８８２は回路基板８８０に沿って導かれ、出力ピン８８４に接続される。ナノチューブアセンブリ８００はまた、ベース８９２とともに、回路基板８８０が真空環境に置かれることを可能にするハウジング８９０も含む。この真空環境は急速にスピンまたは振動するナノチューブ上で空力抵抗を低減し、これにより多くの用途で効率を高めるので好都合である。
【００５９】
ナノチューブアセンブリ８００は、多様な用途において使用され得、電磁結合されたナノチューブ装置の大きなアレイを構成するための単に１つの実施形態を示す。例えば、前述のように、アセンブリ８００は電磁型送信器および／受信器として使用され得るか、または磁界を測定もしくは生成するのに使用され得る。または、このアセンブリを使用して、スピンするナノチューブの運動エネルギーとしてのエネルギーを貯蔵し、このエネルギーはその後所望ならば電気エネルギーとして放出され得る。アセンブリ８００は、外部の加速が存在する場合、スピンするナノチューブ８２０がたわみ、加速が存在しないような例とは区別することができる電圧を提供するので、ジャイロスコープまたは加速度計として使用され得る。ナノチューブアセンブリ８００はまた、磁界の検出に利用され得る。
【００６０】
図２７は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ９００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ９００は本発明の静電結合され懸架されたナノチューブの多重例に基づく。図２７に示すもののように、静電結合されたナノチューブアセンブリは、磁界を除去し、静電位を印加するための構造を付加することによって、電磁結合されたナノチューブアセンブリの代用となり得る。図２７に示す部分は、下部基板ベース９０２、チャネル側壁９０４および９０６、３つのナノチューブアセンブリ９１２およびベース９０２に取り付けられた２つの導電面９３８および９３９を含む。明確にするために、図２７の３つのナノチューブアセンブリの１つだけに番号を付けているが、説明はそのそれぞれに等しく適用される。このアセンブリでは、導電面９３８および９３９は隣接するアセンブリの対応するパッドに電気的に接続される。パッド９２２および９２４は、ナノチューブ９２０を電気的に相互接続するための導体素子を含み得るか、またはそれ自身導電性であり得るチャネル側壁９０４および９０６に搭載される。
【００６１】
各ナノチューブ９２０の端はそれぞれ、パッド９２２および９２４の一方に搭載される。ナノチューブ９２０においていくらかのたるみを含み、図示するようにジャンプロープのように垂れ下がることが好適であり得る。または、パッド９２２と９２４の間にいくらかの張りがあるように、ナノチューブ９２０をパッド９２２および９２４に亘って搭載することが好適であり得る。この場合、装置は、回転よりむしろナノチューブの振動を利用する、または低い張力のナノチューブより、高い周波数でのより小さい回転振幅を利用するであろう。または、パッド９２２および９２４の１つ以上が柔軟性のある部材上にあるように、パッド９２２および９２４に亘ってナノチューブ９２０を搭載することが好適であり得る。この場合は、高い回転速度でナノチューブの張力が増加するにつれて、ナノチューブの端はより近くに引っ張られるようになり、これにより、固定して位置付けられたパッドにたるみなしで搭載されたナノチューブを使用して得られる最高の振幅および最高のエネルギーが可能となるであろう。
【００６２】
各ナノチューブ９２０は、例えば、カーボンなどの材料で構成され得る。一例は約１〜２０ナノメートルの直径および２０〜数百ナノメートルの長さを有する単壁カーボンナノチューブ（チューブ状フラーレン）である（当業者は、ナノチューブ１２０のディメンションは本発明の精神に逸脱することなく変更し得ることを理解するであろう）。ナノチューブ９２０に単壁カーボンナノチューブを使用する１つの利点は、それらが単一分子で形成されていることである。それゆえに、損傷を与えることなく、また摩擦に対して多くのエネルギーを失うことなく、寸法上の制限内で自在に際限なく屈曲させ得る。ナノチューブ９２０に単壁カーボンナノチューブを使用するさらなる利点は、引っ張り強度が非常に高く、高い振動および回転エネルギーを可能とすることである。ナノチューブ９２０に単壁カーボンナノチューブを使用する別のさらなる利点は、これらのナノチューブの高い導電性である。または、各部材９２０は、これに限定されないが、カーボンフィラメント、多重壁カーボンナノチューブまたは単に導電性、柔軟性のあるワイヤ片などの、単一分子ではない別の適切な構造体であり得る。または、ナノチューブは、これに限定されないが、チューブ状の炭化ホウ素分子、チューブ状の窒化炭素分子または石英などの単結晶フィラメントを含む多くの他の適切な分子構造体のうちのいずれかであり得る。加えて、主要ナノチューブまたは分子ワイヤに沿った１つ以上のポイントで他の分子構造を結合させて、回転素子の質量または断面サイズを増加させることは好適であり得る。
【００６３】
制御／ドライバ電子機器は図示されないが、基板ベース９０２の反対側に固着され得るか、アセンブリの外部にあり得る。これらの制御／ドライバ電子機器は、これらの制御／ドライバ電子機器が固定された導電面９３８および９３９に接続されている点以外は、実質的に前述のものと同様である。懸架されたナノチューブはすべて、ＤＣ電圧に接続される。制御／電子機器はパルスＤＣまたはＡＣ電圧を固定された導電面９３８および９３９に与え、これによりナノチューブ９２０が前述の表面とナノチューブとの間の静電力によって回転する。同様に、固定された導電面は異なる静電圧に結合されていて、一方、制御／ドライバ電子機器はパルスＤＣまたはＡＣ電圧を懸架されたナノチューブに印加して、それによりナノチューブから同様の静電力および同様の動きを取得し得る。静電力およびその結果生じる動きは以下の図で示される。
【００６４】
これらの静電力の例として、図２８は、ナノチューブ９２０の軸方向から見た、図２７からのナノチューブアセンブリ９１２の１つの図を示す。図２８は、懸架されたナノチューブ９２０上の電圧または電荷に対して負である電圧または電荷を有する、固定された導電面９３８を示す。これらの素子上のマイナスおよびプラスの記号は電位の差を示す。これらの素子間で結果的に生じる静電引力は、力ベクトルＦで示される。この結果的に生じる力により、ナノチューブは固定された導電面９３８に向かって動く。
【００６５】
図２９は再び、ナノチューブ９２０の軸方向から見た、図２７からのナノチューブアセンブリ９１２の１つの図を示す。図２９は、懸架されたナノチューブ９２０上の電圧または電荷と同じ電圧または電荷を有する固定された導電面９３９を示す。これらの素子上のプラス記号は、電位が同じであることを示す。これらの素子間に結果的に生じる静電反発力は力ベクトルＦで表される。この結果的に生じる力により、ナノチューブ９２０は固定された導電面９３９から離れる。
【００６６】
図３０は再び、ナノチューブ９２０の軸方向から見た、図２７からのナノチューブアセンブリ９１２の１つの図を示し、固定された導電面９３８および９３９の両方の効果を用いてナノチューブを動かすことができる様子を示す。図３０は、懸架されたナノチューブ９２０上の電圧または電荷と同じ電圧または電荷を有する固定された導電面９３８および、懸架されたナノチューブ９２０上の電圧または電荷に対して負である電圧または電荷を有する固定された導電面９３９を示す。これらの帯電プレートによってナノチューブ上に加えられた、結果的に生じる静電力は力ベクトルＦ（＋）およびＦ（−）で表される。結果的に生じる、組み合わされた力によって、ナノチューブ９２０は、固定された導電面９３８から離れて、固定された導電面９３９に向かう。
【００６７】
図３１は、本発明の原則に従って構成されたナノチューブ電気機械アセンブリ１０００のさらなる別の実施形態を示す。アセンブリ１０００は静電結合され懸架されたナノチューブの多重例に基づく。図３１で示す部分は、下部基板ベース１００２、チャネル側壁１００４、３つのナノチューブアセンブリ１０２０およびベース１００２に取り付けられた２つの導電面１０３８および１０３９を含む。パッド１０２２は、ナノチューブ１０２０を外部回路と電気的に相互接続する導体素子を含み得る、またはそれ自身導電性であり得るチャネル側壁１００４に搭載される。
【００６８】
図３１のアセンブリ１０００は、ナノチューブの一方の端のみが固定されている点において、図２７のアセンブリと異なる。図３１は、ナノチューブが基板ベースと平行に懸架されるようにパッド１０２２に搭載される各ナノチューブ１０２０の一方の端を示す。上記で述べるように電圧パルスを制御することにより同様の静電力がナノチューブ１０２０に加わることができるように、図３１の他のすべての構成要素は図２７と同じである。従って、図２８〜図３０および図２８〜図３０の説明は、図３１のアセンブリ１０００の動作に十分等しく適用される。
【００６９】
図３２は、本発明の原則に従って構成されるナノチューブ電気機械アセンブリ１１００のさらなる代替実施形態を示す。アセンブリ１１００も静電結合され懸架されたナノチューブの多重例に基づくが、磁界を除去し、静電位を印加するための構造を付加することによって、アセンブリ１００における電磁結合されたナノチューブアセンブリの代替とされる、これらの静電結合されたナノチューブアセンブリを示す。
【００７０】
図３２は、単一基板ベース１１０２上の６つの個別の静電結合されたナノチューブアセンブリ１１１２を示す。各ナノチューブアセンブリは再び、２つの接続口１１２２および１１２４間に搭載され懸架されたナノチューブ１１２０からなる。アセンブリ１００と同様に、ナノチューブは再び、ナノチューブ回転行程の下半分がトラフ内にあるように、トラフに亘って懸架される。固定された導電面１１３８および１１３９は各トラフの側壁に取り付けられ、これらの導電面は基板１１０２を通して他方側の制御／ドライバ電子機器に対して電気的接続を有する。側壁１１０４および１１０６は、基板ベース１１０２に取り付けられ、作業物質が中央チャネルに納められるように上部基板（図示せず）がこれらの壁の上部に取り付けられるであろう。
【００７１】
固定された導電面は、いずれかの側からも静電力がナノチューブに加えられることが可能なように設置される。この構成では、制御／ドライバ電子機器は、電圧パルスを２つの導電面に交互に印加して、その結果、ナノチューブを時計回り方向に回転するように（図２８〜図３０の動作と同様）駆動するであろう交互の力を生じる。これにより、これらの回転素子の衝撃は作業流体の分子を図３２の左から右へと進行させ、その結果、分子はチャネルを通って端部１１２８で送り出される。説明のために、分子１１１４およびインジケータ１１１６は分子１１１４の現在位置およびその位置に達するのに取る経路１１１６を示すことを意図している。各固定された導電面に対して１セットのトランジスタ制御素子を設けることにより、これら６つのナノチューブアセンブリ１１１２を独立して駆動し得るか、または６つのナノチューブアセンブリ１１１２すべてに対してトランジスタ制御素子を１セットだけ設けて、各アセンブリのパッド１１３８および各アセンブリのパッド１１３９を相互接続することにより、これらの６つのアセンブリを同期的にまとめて制御し得る。
【００７２】
アセンブリ１１００は、アセンブリ１００と同様のアセンブリを含む、前述のアセンブリのいずれかに使用することができるであろう。これらのアセンブリの用途は、例えば、前述のように、コンプレッサ、ファン、タービン状発電機、熱機関、真空ポンプ、推進システム、磁場センサー、磁界発生器、ジャイロスコープおよび運動エネルギー貯蔵装置を含み得る。また、さらなる分子が本発明のナノチューブに結合可能であろう。そうすることにより、例えば、ナノチューブの断面または慣性が高められ得る。用途に応じて、かかる特徴は有利に利用可能であろう。例えば、大きな断面はポンプ用途に対して望ましいこともあり、一方、大きい慣性はエネルギー貯蔵の用途に所望され得る。
【００７３】
当業者は、これら２つの構成要素が互いに電気的に相互作用するように共に接続または結合される必要はないことを理解するであろう。従って、当業者は、少なくとも本用途のために２つの構成要素が共に電気的に結合され、このとき、一方の構成要素が他方の構成要素に電気的に影響を及ぼすということを理解するであろう。電気的結合は、例えば、一方の構成要素が他方に電気的に影響を及ぼすような２つの構成要素間の物理的接続または結合、静電結合、電磁結合、間隙（例えば、真空チューブ）によって分離された２つの導体間の自由電荷フローおよび誘導結合を含み得る。
【００７４】
さらなる有利なナノメートルスケール電気機械アセンブリは、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ  ｅｔ．ａｌ（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．  ＡＭＢ／００３）に対する“Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”というタイトルの、同一出願人による同時係属米国特許出願第＿号、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ  ｅｔ．ａｌ（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．  ＡＭＢ／００４）に対する“Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”というタイトルの、同一出願人による同時係属米国特許出願第＿号、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ  ｅｔ．ａｌ（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．  ＡＭＢ／００５）に対する“Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ”というタイトルの、同一出願人による同時係属米国特許出願第＿号に記載され、これらはすべて、本明細書によりその全体において参照として組み込まれ、本明細書とともに同じ日付で出願される。
【００７５】
以上により、当業者は、本発明は例えば、モーター、発電機、ポンプ、ファン、コンプレッサ、推進システム、送信器、受信器、熱機関、熱ポンプ、磁場センサー、磁界発生器、慣性エネルギー貯蔵および音響エネルギー変換として利用され得るナノメートルスケールおよびマイクロメートルスケール電気機械アセンブリを提供することを認識するであろう。加えて、当業者は、本明細書で述べる種々の構成は、本発明から逸脱することなく、組み合わせられ得ることを理解するであろう。また、本発明は、本明細書に開示されるもの以外の多くの形態をとり得ることも認識されるであろう。従って、本発明は、開示されたアセンブリおよび方法に限定されず、次の請求項の精神内にあるそれらに対する変更およびそれらからの変形を含むことを意図することが強調される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に従って構成されるナノチューブ電気機械システムの斜視部分的断面図である。
【図２】個々のナノチューブアセンブリを露出させるように上面が取り除かれた、図１のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図３】線３−３に沿った、図１および図２のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図４】チャンバの出口から見た、図１および図２のナノチューブ電気機械システムの平面図である。
【図５】可能な制御／ドライバ電子機器を示す、図１および図２のナノチューブ電気機械システムの下側の３次元斜視図である。
【図６】図５の制御／ドライバ電子機器のレイアウトの概略図である。
【図７】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視部分断面図である。
【図８】線８−８に沿った、図７のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図９】制御／ドライバ電子機器を示す、図７のナノチューブ電気機械システムの下側の３次元斜視図である。
【図１０】図９の制御／ドライバ電子機器のレイアウトの概略図である。
【図１１】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視部分断面図である。
【図１２】個々のナノチューブアセンブリおよび回路を露出させるように上面の一部が取り除かれた、図１１のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図１３】線１３−１３に沿った、図１１および図１２のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図１４】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図１５】線１５−１５に沿った、図１４のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図１６】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図１７】図１６の制御／ドライバ電子機器のレイアウトの概略図である。
【図１８】線１８−１８に沿った、図１６のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図１９】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図２０】線２０−２０に沿った、図１９のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図２１】システムの上から見た、本発明に従って構成された別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図２２】システムの下から見た、図２１のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図２３】線２３−２３に沿った、図２１のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図２４】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図２５】線２５−２５に沿った、図２４のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図２６】説明のための、図２４のナノチューブ電気機械システムの一部の拡大斜視図である。
【図２７】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図２８】線２７−２７に沿った、図２７のナノチューブ電気機械システムの一部の断面平面図である。
【図２９】線２７−２７に沿った、図２７のナノチューブ電気機械システムの一部の別の断面平面図である。
【図３０】線２７−２７に沿った、図２７のナノチューブ電気機械システムの一部の別の断面平面図である。
【図３１】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図３２】本発明に従って構成される別のナノチューブ電気機械システムの一部の斜視図である。
【図１】
2006526507.tif 000003
【図２】
2006526507.tif 000004
【図３】
2006526507.tif 000005
【図４】
2006526507.tif 000006
【図５】
2006526507.tif 000007
【図６】
2006526507.tif 000008
【図７】
2006526507.tif 000009
【図８】
2006526507.tif 000010
【図９】
2006526507.tif 000011
【図１０】
2006526507.tif 000012
【図１１】
2006526507.tif 000013
【図１２】
2006526507.tif 000014
【図１３】
2006526507.tif 000015
【図１４】
2006526507.tif 000016
【図１５】
2006526507.tif 000017
【図１６】
2006526507.tif 000018
【図１７】
2006526507.tif 000019
【図１８】
2006526507.tif 000020
【図１９】
2006526507.tif 000021
【図２０】
2006526507.tif 000022
【図２１】
2006526507.tif 000023
【図２２】
2006526507.tif 000024
【図２３】
2006526507.tif 000025
【図２４】
2006526507.tif 000026
【図２５】
2006526507.tif 000027
【図２６】
2006526507.tif 000028
【図２７】
2006526507.tif 000029
【図２８】
2006526507.tif 000030
【図２９】
2006526507.tif 000031
【図３０】
2006526507.tif 000032
【図３１】
2006526507.tif 000033
【図３２】
2006526507.tif 000034
【国際調査報告】
2006526507.tif 000035
2006526507.tif 000036
2006526507.tif 000037