(57)【要約】      （修正有）【課題】外板パネルなどの複合材コンポーネントを有する航空宇宙輸送体の、落雷から保護や外部の電磁干渉から関連するアビオニクス機器及び電子機器の遮蔽用カーボンナノ材料複合シートの製造方法の提供。【解決手段】カーボンナノ材料構造体（２４２）の層と、多孔性の金属化不織材（２２６）を含むキャリア層（２０４）とを含んでなり、キャリア層がカーボンナノ材料構造体に接合されている、カーボンナノ材料複合シート（２０２）、及び、カーボンナノ材料複合シートを製造する方法。カーボンナノ材料構造体が、ランダムに配向され、均一に分散されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の構造体である複合シート（２０２）。【選択図】図４
2017149134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）カーボンナノ材料構造体の層と、
ｂ）多孔性の金属化不織材を含むキャリア層と、を含んでなり、前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に接合されている、カーボンナノ材料複合シート。
【請求項２】
前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に永久的に接合されている、請求項１に記載の複合シート。
【請求項３】
前記複合シートは積層体である、請求項１又は２に記載の複合シート。
【請求項４】
前記カーボンナノ材料構造体は、ランダムに配向されるとともに均一に分散されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の構造体である、請求項１〜３のいずれかに記載の複合シート。
【請求項５】
前記カーボンナノ材料構造体は、１平方メートルあたり少なくとも１グラムの坪量のカーボンナノ材料を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の複合シート。
【請求項６】
前記キャリア層は、ニッケル被覆繊維を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の複合シート。
【請求項７】
前記ＣＮＴは、単層ＣＮＴ（「ＳＷＣＮＴ」）を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の複合シート。
【請求項８】
前記ＣＮＴは、多層ＣＮＴ（「ＭＷＣＮＴ」）をさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の複合シート。
【請求項９】
前記ナノ材料構造体を形成している前記カーボンナノ材料の少なくとも一部が、前記キャリア層の厚み方向に散在し、キャリア層に絡まることによって、前記カーボンナノ材料構造体が、前記キャリア層に永久的に接合されている、請求項１〜８のいずれかに記載の複合シート。
【請求項１０】
前記カーボンナノ材料構造体は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノスフィア、及び、グラフェンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の複合シート。
【請求項１１】
前記カーボンナノ材料構造体に結合された少なくとも１つのポリマー層又はポリマーカプセル化層をさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の複合シート。
【請求項１２】
前記カーボンナノ材料構造体に結合されたプリプレグ材をさらに含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の複合シート。
【請求項１３】
キャリア層にカーボンナノ材料構造体の層を接合し、前記キャリア層は、多孔質の金属化不織材によって製造される、カーボンナノ材料複合シートの製造方法。
【請求項１４】
前記カーボンナノ材料構造体の層は、前記キャリア層に永久的に接合される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、剥離可能な保護フィルムを前記キャリア層に結合し、前記キャリア層は、前記保護フィルムと前記カーボンナノ材料構造体との間に位置する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複合材料に関し、より具体的には、カーボンナノ材料を含む多機能なカーボンナノ材料複合シートに関する。カーボンナノ材料は、例えば、多孔質のキャリア材に接合されたカーボンナノ材料構造体の形態を有する。本開示は、さらに、カーボンナノ材料複合シートを含む複合構造体、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙輸送体の設計及び製造において、複合材料が使用される割合が増えつつある。例えば、複合材料は、航空機の機体や外板（例えば、胴体、翼など）を形成する複合パネルなど、航空宇宙用途における様々な一次構造及び二次構造の製造に用いられうる。複合材料を使用することによって、航空宇宙輸送体の様々なコンポーネントの強度を向上させ、重量を減らし、耐用年数を延ばすことができる。
【０００３】
しかしながら、外板パネルなどの複合材コンポーネントを有する航空宇宙輸送体では、落雷から保護したり、外部の電磁干渉から関連するアビオニクス機器及び電子機器を遮蔽したりするために、追加の材料を加える必要が生じうる。このような追加の材料は、航空宇宙輸送体の重量を増すとともに、製造に要する時間及びコストも増大させるため、望ましくない。
【０００４】
従って、当業者は、複合材料の分野において、研究開発努力を続けている。
【発明の概要】
【０００５】
一実施例において、本開示のカーボンナノ材料複合シートは、カーボンナノ材料構造体の層と、多孔性の金属化不織材を含むキャリア層とを含んでなり、キャリア層は、カーボンナノ材料構造体に接合されている。
【０００６】
一実施例において、本開示のカーボンナノ材料複合シートの製造方法は、キャリア層にカーボンナノ材料構造体の層を接合する工程を含み、キャリア層は、多孔質の金属化不織材によって製造される。
【０００７】
一実施例において、本開示の複合構造体は、少なくとも１つの繊維強化ポリマー層と、カーボンナノ材料複合シートと、を含んでなり、カーボンナノ材料複合シートは、カーボンナノ材料構造体の層と、多孔質の金属化不織材を含むキャリア層と、を含み、キャリア層は、カーボンナノ材料構造体に接合されている。
【０００８】
本開示の装置及び方法についての他の実施例は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】開示のカーボンナノ材料複合シートを製造するための開示の方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】開示のカーボンナノ材料複合シートを製造するための開示のシステムの一例を示す概略図である。
【図３】開示のカーボンナノ材料複合シートの一例を示す概略ブロック図である。
【図４】開示のカーボンナノ材料複合シートの一例の一部を示す概略断面図である。
【図５】開示のカーボンナノ材料複合シートを製造するための開示のシステムの一例を示す概略図である。
【図６】開示のカーボンナノ材料複合シートを含む開示の複合構造体の一例を示す概略ブロック図である。
【図７】航空機の製造及び保守方法を示すブロック図である。
【図８】航空機の概略図である。
【図９】開示のカーボンナノ材料複合シートの一例の一部を示す概略断面図である。
【図１０】開示のカーボンナノ材料複合シートの様々な例のシールド効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、添付図面を参照しており、これらの添付図面は、本開示の具体的な実施例を示すものである。これらとは異なる構造及び工程を有する他の実施例も、本開示の範囲を逸脱するものではない。同じ部分、要素、又はコンポーネントは、様々な図面において、同様の参照数字で示している。
【００１１】
上述の図３及び図８において、様々な要素及び／又はコンポーネントを繋ぐ実線は、例えば、機械的結合、電気的結合、流体的結合、光学的結合、電磁気的結合、その他の結合、及び／又は、それらの組み合わせを表す。本明細書において、「結合」とは、直接的又は間接的に関連付けられていることを意味する。例えば、部材Ａは、部材Ｂと直接的に関連付けられていてもよいし、例えば別の部材Ｃを介して間接的に関連付けられていてもよい。なお、開示した様々な要素間の関係が必ずしもすべて示してあるとは限らない。従って、ブロック図に示した以外の結合も存在しうる。様々な要素やコンポーネントを表すブロックを繋ぐ破線がある場合、これらは、機能及び目的の面で、実線で表したものに類似する結合を表す場合がある。ただし、破線で表した結合は、選択的に設けられるか、あるいは、本開示の代替的な実施例に関するものである。同様に、破線で表した要素及び／又はコンポーネントがある場合、これらは、本開示の代替的な実施例に関するものである。実線や破線で示した１つ又は複数の要素を、本開示の範囲から逸脱することなく、ある特定の例から省くこともできる。外部要素がある場合は、点線で表している。仮想の（想像上の）要素も、明確にするために図示している場合がある。当業者であればわかるように、図３及び図８に示した構成要素のいくつかは、図３及び図８、その他の図面、及び／又は、付随する開示に記載された他の構成要素を含むことなく様々な方法で組み合わせることが、そのような組み合わせが本明細書に明示されていなくとも可能である。同様に、提示の実施例に限定されない追加の要素を、本明細書で図示および説明した要素のいくつか又はすべてと組み合わせることもできる。
【００１２】
上記の図１及び図７において、ブロックは、工程及び／又はその一部を示す場合があり、様々なブロックを繋ぐ線は、それらの工程またはその一部の何らかの特定の順序または従属関係を暗示するものではない。破線で示したブロックは、代替の工程及び／又はその一部を示す。ブロックを繋ぐ破線がある場合、これらは、工程またはその一部の代替的な従属関係を示す。なお、開示の様々な処理間の従属関係が必ずしもすべて示してあるとは限らない。図１及び図７ならびに本明細書に記載の方法の工程を説明する付随の開示は、これらの工程が行われる順序を必ず決定するものと解釈されるべきではない。むしろ、１つの例示的な順序を示してはいるが、工程の順序は適宜変更可能であると理解すべきである。したがって、いくつかの工程を、異なる順序で行ったり、同時に行ったりすることが可能である。また、当業者であればわかるように、記載した工程の必ずしもすべてを行う必要はない。
【００１３】
特に明記しない限り、本明細書における「第１」、「第２」等の用語は、単に標識として用いられており、これらの用語で言及している要素に対して、順序、位置、又は階層的な要件を課すものではない。また、「第２」のアイテムについて言及することによって、より小さい序数のアイテム（例えば、「第１」のアイテム）、及び／又は、より大きい序数のアイテム（例えば、「第３」のアイテム）の存在を要件としたり、排除したりするものではない。
【００１４】
本明細書において、「少なくとも1つの」という語句がアイテムのリストについて用いられる時は、リストアップされたアイテムの1つ又はそれ以上の様々な組み合わせを使用してもよいということであり、リストのアイテムの1つだけを必要とする場合もあることを意味する。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。すなわち、「少なくとも１つの」とは、あらゆる組み合わせのアイテム及びあらゆる数のアイテムをリストから使用してもよいが、リスト上の全てのアイテムを必要とするわけではないということを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、アイテムＡ；アイテムＡとアイテムＢ；アイテムＢ；アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ；又は、アイテムＢとアイテムＣ、を意味する場合がある。場合によっては、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、２個のアイテムＡと、１個のアイテムＢと、１０個のアイテムＣ；４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ；又は、他の適当な組み合わせを意味する。
【００１５】
本明細書において、「例」、「一例」、「別の例」又はこれらに類する表現を用いる際は、当該例に関連させて述べる１つ又は複数の部分、構造、要素、コンポーネント、又は特徴が、少なくとも１つの実施形態又は実施態様に含まれることを意味する。従って、本開示全体にわたって、「一例において」「一例として」というフレーズ及びこれらに類する表現は、同じ例のことを指す場合もあるが、必ずしも同じ例とは限らない。また、任意の１つの例を特徴付ける要旨は、任意の他の例を特徴付ける要旨を含む場合もあるが、必ずしも含むとは限らない。
【００１６】
本開示による要旨の例示的且つ非排他的な実施例を、特許請求の範囲に記載したものや、場合によっては記載されていないものも含め、以下に提示する。
【００１７】
図１を参照すると、同図には、方法１００の一例が開示されている。方法１００は、多機能なカーボンナノ材料複合シート２０２を製造するための開示の方法の一実施形態である。図２に示すように、システム２００は、例えば方法１００によって、カーボンナノ材料複合シート２０２を製造するための開示のシステムの一実施形態である。本開示の範囲から逸脱することなく、方法１００に対して改変、追加、または省略を行うことが可能である。方法１００の工程を増やしたり、減らしたり、他の工程を含めたりすることが可能である。また、工程は、任意の適当な順序で行うことができる。
【００１８】
図１を参照し、さらに図３を参照すると、一例において、方法１００は、ブロック１２２に示すように、キャリア層２０４にカーボンナノ材料構造体２４２の層２５８（例えば１つ又は複数の層）を接合する工程を含む。一例において、キャリア層２０４は、多孔質の金属化不織材によって製造される。一例において、カーボンナノ材料構造体２４２の層２５８は、キャリア層２０４に永久的に接合される。
【００１９】
一例において、方法１００は、ブロック１２４に示すように、キャリア層２０４に剥離可能な保護フィルム２１６を結合する工程を含む。一例において、図４に示すように、キャリア層２０４は、保護フィルム２１６とカーボンナノ材料構造体２４２（例えば、カーボンナノ材料構造体２４２の層２５８）との間に位置する。
【００２０】
図１を参照し、さらに図３を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１０２に示すように、キャリア層２０４を用意する工程を含む。一般的には、キャリア層２０４は、カーボンナノ材料２２６を堆積して、キャリア層２０４の表面上にカーボンナノ材料構造体２４２を形成（例えば積層及び／又は接合）することが可能な任意の材料を含む。キャリア層２０４を、キャリア材、材料層、フィルター層、又はフィルタリング層と称する場合もある。１つの一般的な例として、キャリア層２０４は、カーボンナノ材料２２６（例えば、カーボンナノ材料２２６のスラリー２３８）を濾過することができる任意の多孔質材料を含む。多孔質材料は、穿孔フィルムもしくは多孔質フィルム、シート、ベール、又はファブリック材（例えば、スラリー２３８を濾過する複数の孔または開口を有する材料）を含みうる。キャリア層２０４は、用途や所望する特性に応じて、導電性又は非導電性のものとされる。非限定的な例として、ナイロン、ポリエステル、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ガラス繊維、炭素繊維、金属化ポリマー、又は、金属メッシュ／金属箔（例えばエキスパンド銅箔）などの織材、または、不織材（例えば湿式不織布もしくはメルトスパン（melt spun）不織布）が含まれる。
【００２１】
図３を参照すると、一例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、カーボンナノ材料構造体２４２の層２５８、及び、キャリア層２０４を含む。一例において、キャリア層２０４は、多孔質の金属化不織材を含む。一例において、キャリア層２０４は、カーボンナノ材料構造体２４２に接合されている。
【００２２】
図３を参照すると、一例として、カーボンナノ材料複合シート２０２は、積層体である。一例として、カーボンナノ材料複合シート２０２は、連続するシートである。一例として、キャリア層２０４は、カーボンナノ材料構造体２４２（例えば、カーボンナノ材料構造体２４２の層２５８）に、永久的に接合されている。一例として、カーボンナノ材料構造体２４２は、ランダムに配向されるとともに均一に分散されたカーボンナノチューブ（「ＣＮＴ」）２２８の構造体を含む。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料構造体２４２は、１平方メートルあたり約１グラムの坪量のカーボンナノ材料２２６を有する。非限定的な別の具体例として、カーボンナノ材料構造体２４２は、１平方メートルあたり少なくとも１グラムの坪量のカーボンナノ材料２２６を有する。一例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、カーボンナノ材料構造体２４２に結合された少なくとも１つのポリマー層２６２を含む。別の例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、カーボンナノ材料構造体２４２に結合された少なくとも１つのポリマーカプセル化層２６４を含む。一例として、カーボンナノ材料複合シート２０２は、カーボンナノ材料構造体２４２に結合されたプリプレグ材２６６を含む。
【００２３】
図２を参照し、さらに図３を参照すると、一実施形態において、図２に示すように、キャリア層２０４は、連続するシート状のキャリア層２０４（本明細書では概括的にシート２０６と称する）として用意される（あるいはそのような形態をとる）。ここで、「連続する」とは、幅よりも長さが何桁か大きい長状のシートを意味する。概して、シート２０６は、連続する布；ファブリック；ベール；不織のシート、プライもしくはマット；織材状のシート、プライもしくはマット；等であってもよいし、これらを含んでもよい。キャリア層２０４は、多孔質でありうる。キャリア層２０４は、導電性又は非導電性でありうる。図２に示すように、一例として、システム２００は、キャリア層２０４のロール（本明細書において、概括的にロール２０８と称する）を含む。例えば、連続するシート２０６を製造し、これを巻き取ってロール２０８にしてもよい。
【００２４】
図３を参照し、さらに図２及び図４を参照すると、一般的な非限定的一例として、キャリア層２０４は、導電性材料によって形成された多孔質の不織のベール、シート、プライ、又はマット（またはそのような形態をとるもの）である。一般的な一例として、キャリア層２０４は、薄い不織のシート、プライ、又はマットが形成されるように相互につながり合ったループ状の繊維２６０を含むものであってよい。非限定的な一具体例として、キャリア層２０４（例えば導電性キャリア材）は、炭素繊維ベール２１０である（又はそのような形態をとる）。従って、この場合、シート２０６（図２）は、炭素繊維ベール２１０の連続するシートである。炭素繊維ベール２１０は、炭素繊維２１２（例えば、炭素繊維の複数の連続するストランド）を含み、これらがループとなって、ランダムにつながり合って、炭素繊維２１２の薄い不織のシート、プライ、又はマットを形成する。炭素繊維ベール２１０は、多孔質でありうる。また、炭素繊維ベール２１０は、導電性でもありうる。実施形態によっては、炭素繊維２１２を、軽量のバインダー（binder）（明確に図示せず）によって、まとめて保持してもよい。
【００２５】
別の一般的な非限定的一例として、キャリア層２０４は、非導電性材料によって形成された多孔質の不織のベール、シート、プライ、又はマット（またはそのような形態をとるもの）である。非限定的な具体例として、キャリア層２０４（例えば非導電性キャリア層）は、ガラス繊維（例えば、Ｅガラス、Ｓガラス）、アラミド繊維（例えばケブラー（Kevlar））、フルオロポリマー繊維（例えば、超高分子量ポリエチレン：Ultra High Molecular Weight Polyethylene、高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene、テフロン（登録商標）など）、又はそれらの組み合わせによって形成された、多孔質の不織のベール、シート、プライ、又はマット（またはそのような形態をとるもの）である。
【００２６】
別の一般的な非限定的一例として、キャリア層２０４は、誘電材料によって形成された多孔質の不織のベール、シート、プライ、又はマット（例えば誘電性ベール）（明確に図示せず）（又はそのような形態をとるもの）である。非限定的な具体例として、キャリア層２０４（例えば誘電キャリア材）は、超高分子量ポリエチレン（「ＵＨＭＷＰＥ」）、フルオロポリマー、ポリイミド、又はそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。
【００２７】
キャリア層２０４に用いられる材料は、限定するものではないが、電磁干渉（ＥＭＩ）シールド、落雷防護、周辺保護、周辺隔離、耐引っかき性など、開示のカーボンナノ材料複合シート２０２固有の用途や機能に、少なくとも部分的に依存する。一例として、例えば、落雷防護や低周波シールド効果を目的として、導電性の高いカーボンナノ材料複合シート２０２を所望するあるいは必要とする場合、例えば炭素繊維２１２（例えば炭素繊維ベール２１０）などの導電性材料によってキャリア層２０４を形成すればよい。別の例として、導電性の低いカーボンナノ材料複合シート２０２を所望するあるいは必要とする場合、例えばガラス、アラミド、及び／又は、フルオロポリマー繊維などの非導電性材料によって、キャリア層２０４を形成すればよい。
【００２８】
図３を参照すると、一例において、キャリア層２０４は、ニッケル被覆繊維（ニッケルコーティング２１４によって被覆された繊維２６０）を含む。このように、一例において、キャリア層２０４は、金属コーティング２５４を含む。金属コーティング２５４を含むキャリア層２０４を、金属被覆キャリア層、金属化キャリア層、金属被覆キャリア材、金属化キャリア材、金属被覆材料層、金属化材料層、金属被覆フィルター層、金属化フィルター層、金属被覆フィルタリング層、金属化フィルタリング層、金属被覆繊維層、又は、金属化繊維層と称する場合もある。非限定的な一具体例として、金属コーティング２５４は、ニッケルコーティング２１４である。ニッケルコーティング２１４を含むキャリア層２０４を、ニッケル（Ｎｉ）被覆キャリア層、ニッケル（Ｎｉ）金属化キャリア層、ニッケル被覆キャリア材、ニッケル金属化キャリア材、ニッケル被覆材料層、ニッケル金属化材料層、ニッケル被覆フィルター層、ニッケル金属化フィルター層、ニッケル被覆フィルタリング層、ニッケル金属化フィルタリング層、ニッケル被覆繊維層、又は、ニッケル金属化繊維層と称する場合もある。
【００２９】
ニッケル以外の金属を、金属コーティング２５４として用いてもよい。金属コーティング２５４に用いられる金属は、例えば、所望のシールド効果に基づいて選択することができる。
【００３０】
図１及び図３を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１１８（図１）に示すように、キャリア層２０４に金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を付着させる工程を含む。金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）は、既知の様々なプロセス又は手法によって、キャリア層２０４に付着させることができる。一実施形態においては、化学蒸着プロセスによって、ニッケル（ニッケルコーティング２１４）をキャリア層２０４に付着させる。別の実施形態においては、無電解ニッケルめっきプロセスによって、ニッケルをキャリア層２０４に付着させる。さらに別の実施形態においては、ニッケル電気めっきプロセスによって、ニッケルをキャリア層２０４に付着させる。
【００３１】
一例として、炭素繊維ベール２１０が、金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を含む。金属コーティング２５４を含む炭素繊維ベール２１０を、金属被覆炭素繊維ベール又は金属化炭素繊維ベールと称する場合もある。一例として、炭素繊維ベール２１０にニッケルを付着させることによって、ニッケル被覆炭素繊維ベールが形成される。ニッケルコーティング２１４を含む炭素繊維ベール２１０を、ニッケル被覆炭素繊維ベール又はニッケル金属化炭素繊維ベールと称する場合もある。金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）は、既知の様々なプロセス又は手法によって、炭素繊維ベール２１０に付着させることができる。例として、化学蒸着プロセス、無電解ニッケルめっきプロセス、又は、ニッケル電気めっきプロセスによって、ニッケル（ニッケルコーティング２１４）を、炭素繊維ベール２１０に付着させることができる。
【００３２】
一例として、繊維２６０が、金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を含む。一例として、金属（例えばニッケル）を、個々の繊維２６０に付着させることによって、金属（例えばニッケル）被覆繊維が形成される。ニッケル被覆繊維を用いて、繊維のベール、シート、プライ、又はマット（例えば、ニッケル被覆ベール、シート、プライ、又はマット）が形成される。別の例として、炭素繊維２１２が、金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を含む。一例として、金属（例えばニッケル）を、個々の炭素繊維２１２に付着させることによって、金属（例えばニッケル）被覆炭素繊維が形成される。ニッケル被覆炭素繊維を用いて、炭素繊維ベール２１０（例えばニッケル被覆炭素繊維ベール）が形成される。金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）は、既知の様々なプロセス又は手法によって、繊維２６０又は炭素繊維２１２に付着させることができる。例として、化学蒸着プロセス、無電解ニッケルめっきプロセス、又は、ニッケル電気めっきプロセスによって、ニッケルを、繊維２６０又は炭素繊維２１２に付着させることができる。
【００３３】
一例として、非導電性キャリア材又は誘電キャリア材（例えば、非導電性材料又は誘電材料によって形成されたキャリア層２０４）が、金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を含む。非導電性キャリア材又は誘電キャリア材に金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を付着させることよって、導電性のキャリア層２０４が提供あるいは実質的に形成される。例えば、金属（例えばニッケル）を、非導電性キャリア材又は誘電キャリア材に付着させることによって、金属被覆（例えばニッケル被覆）キャリア材が形成される。金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）は、既知の様々なプロセス又は手法によって、非導電性キャリア材又は誘電キャリア材に付着させることができる。例として、化学蒸着プロセス、無電解ニッケルめっきプロセス、又は、ニッケル電気めっきプロセスによって、ニッケルを、非導電性キャリア材又は誘電キャリア材に付着させることができる。
【００３４】
図２を参照すると、一例において、システム２００は、１つ又は複数の第１ローラー２２４を含む。第１ローラー２２４は、例えば、キャリア層２０４（例えば炭素繊維ベール２１０）のシート２０６を、ロール２０８から引き出して、処理経路に沿ってキャリア層２０４を誘導又はガイドするように構成されたガイドローラー、ニップローラー、ピンチローラー等である。
【００３５】
図１を参照し、さらに図２及び図３を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１０４に示すように、カーボンナノ材料２２６を用意する工程を含む。カーボンナノ材料２２６は、様々な形態をとりうる。図３に示すように、一般的な非限定的一例として、カーボンナノ材料２２６は、様々な形状を有するカーボンナノ粒子２３２である（又はその形態をとる）。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、カーボンナノチューブ２２８である（又はその形態をとる）。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、カーボンナノスフィア（nanosphere）２３０である（又はその形態をとる）。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、グラフェン（graphene）２３４である（又はその形態をとる）。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、カーボンナノ粒子２３２、カーボンナノチューブ２２８、カーボンナノスフィア２３０、及び／又は、グラフェン２３４のうちの少なくとも１つ、又はそれらの組み合わせである。カーボンナノ材料２２６は、他の様々な炭素の同素体も含みうる。
【００３６】
既知の様々な化学プロセスを用いて、カーボンナノ材料２２６を形成することができる。例えば、既知の手法によって製造された様々なタイプのカーボンナノチューブ２２８を、カーボンナノ材料２２６として使用することができる。一実施形態において、カーボンナノチューブ２２８を、ステンレス鋼シート上で成長形成させるようにしてもよい。次に、成長形成させたカーボンナノチューブ２２８を、シートから削り取る。
【００３７】
一例として、カーボンナノチューブ２２８は、単層カーボンナノチューブ（「ＳＷＣＮＴ」）である。別の例として、カーボンナノチューブ２２８は、多層カーボンナノチューブ（「ＭＷＣＮＴ」）である。別の例として、カーボンナノチューブ２２８は、プレストレスをかけた（prestressed）多層カーボンナノチューブ（「ＰＳＭＷＣＮＴ」）である。さらに別の例として、カーボンナノチューブ２２８は、ＳＷＣＮＴ、ＭＷＣＮＴ、及び／又は、ＰＳＭＷＣＮＴの組み合わせである。ＰＳＭＷＣＮＴは、既知の手法で形成することができる。一例として、ＰＳＭＷＣＮＴは、ＭＷＣＮＴを爆発室（bomb chamber）に入れ、爆発によって圧力を急激に上昇させて、ＭＷＣＮＴの層をファンデルワールス力が作用する距離内まで圧縮することによって、形成することができる。一例として、ＰＳＭＷＣＮＴは、ＭＷＣＮＴを放射線に曝露して昇圧することによって形成される。非限定的な一具体例において、ＰＳＭＷＣＮＴは、（例えば従来のＭＷＣＮＴの約０．３４ｎｍとは異なり）約０．２２ｎｍから約０．２８ｎｍの範囲の層間隔を有する。ＰＳＭＷＣＮＴによってもたらされる利点の１つとして、層間剪断強度が高まり、ひいては、通常のＭＷＣＮＴに比べて負荷伝達性が向上することがある。これによって、通常のカーボンナノチューブ（「ＣＮＴ」）よりも約２０％高い軸方向引っ張り強度及びヤング率がもたらされる。
【００３８】
図１を参照し、さらに図２を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１０６に示すように、カーボンナノ材料２２６と液体２３６とを混合して、カーボンナノ材料２２６と液体２３６とのスラリー（本明細書では概括的にスラリー２３８と称する）（例えば、流体混合物、または、カーボンナノ材料２２６を液体２３６中に懸濁させた懸濁液）を形成する工程を含む。液体２３６は、カーボンナノ材料２２６を分散又は懸濁させることができる任意の適当な分散性の液体又は搬送流体材料であってよい。一般的には、液体２３６は、カーボンナノ材料２２６に対して非反応性である。（例えば、カーボンナノ材料２２６は、液体２３８に対して不溶性である。）非限定的な一具体例として、液体２３６は、水である。別の非限定的な一具体例として、液体２３６は、有機溶剤である。別の非限定的な一具体例として、液体２３６は、酸である。別の非限定的な一具体例として、液体２３６は、樹脂（例えば熱可塑性樹脂又はエポキシ樹脂）である。適当な分散性の液体（例えば液体２３６）の他の例も想定される。液体２３６は、液体２３６内でのカーボンナノ材料２２６の分散及び懸濁を促進したり安定化させたりするための１つ又は複数の化合物を、さらに含んでもよい。
【００３９】
図１を参照し、さらに図２及び図３を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１０８に示すように、カーボンナノ材料２２６と液体２３６とのスラリー２３８を、キャリア層２０４上に堆積する（例えば吐出する）工程を含む。方法１００は、ブロック１１０に示すように、キャリア層２０４によってカーボンナノ材料２２６を濾集する工程を含む。方法１００は、ブロック１１２に示すように、キャリア層２０４の表面上にカーボンナノ材料構造体２４２（図３）を形成する（例えば積層させる）工程を含む。カーボンナノ材料構造体２４２がキャリア層２０４に接合された（例えばキャリア層上に結合形成された）結合体を、本明細書では、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６と称するとともに、図２に示す。
【００４０】
図２を参照し、さらに図３を参照すると、一例において、システム２００は、成形テーブル２４０を含む。カーボンナノ材料構造体２４２（図３）を積層させるためのカーボンナノ材料２２６とキャリア層２０４との相互作用は、成形テーブル２４０上で起こる。一実施形態において、成形テーブル２４０は、スラリー２３８を（例えば、注ぐ、噴霧する、などして）キャリア層２０４上に吐出する際にキャリア層２０４を支持できるワイヤーのメッシュ又はスクリーンを含む。キャリア層２０４上にスラリー２３８をのせる（例えば注ぐ）と、スラリー２３８は、キャリア層２０４の表面上に広がる。液体２３６がキャリア層２０４を通過し、カーボンナノ材料２２６がキャリア層２０４によって（例えばキャリア層２０４の表面上や、少なくとも部分的に表面より下に）濾集される（例えば、より分けられて保持される）ことによって、カーボンナノ材料構造体２４２が形成される。一実施形態において、キャリア層２０４は、コンベヤー（例えばコンベヤーベルト）（明確に図示せず）によって支持され、当該コンベヤーがキャリア層２０４を処理経路に沿って搬送する。コンベヤーは、スラリー２３８をキャリア層２０４上に吐出してキャリア層によって濾過する際に、キャリア層２０４を平面内に支持することができるワイヤーのメッシュ又はスクリーンであってもよい。一例において、システム２００（例えば成形テーブル２４０）は、キャリア層２０４の上方（例えば上面）からキャリア層２０４を介してスラリー２３８を吸引することができる真空圧を供給する一方で、カーボンナノ材料２２６がキャリア層２０４の表面に絡まってキャリア層内に定着する（例えば少なくとも部分的に分散する）のを許容するように構成された真空領域を含んでもよい。カーボンナノ材料２２６は、濾過工程（ブロック１１０）の後、キャリア層２０４上にランダムに配向されるとともに、均一に分散されている。
【００４１】
図３及び図４を参照し、さらに図１及び図２を参照すると、一例において、カーボンナノ材料２２６の少なくとも一部が、キャリア層２０４の厚みにわたって散在し、キャリア層２０４に絡まることによって、カーボンナノ材料構造体２４２は、図４に示すように、キャリア層２０４に永久的に接合される。一実施形態において、スラリー２３８（図２）の堆積工程（ブロック１０８）及び濾過工程（ブロック１１０）（図１）において、カーボンナノ材料２２６が、複数の方向に互いに絡まって、キャリア層２０４の表面上にカーボンナノ材料構造体２４２（例えばカーボンナノ材料２２６の積層構造）を形成する（ブロック１１２）。従って、カーボンナノ材料構造体２４２は、カーボンナノ材料２２６の絡み合った網状組織を含むシート構造体である。（例えば、カーボンナノ粒子構造体は、カーボンナノ粒子２３２の絡み合った網状組織を含み、カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブ２２８の絡み合った網状組織を含み、カーボンナノスフィア構造体は、カーボンナノスフィア２３０の絡み合った網状組織を含み、グラフェン構造体は、グラフェン２３４の絡み合った網状組織を含む。）カーボンナノ材料２２６は、キャリア層２０４の表面に、ランダムに分散または配向されうる。あるいは、カーボンナノ材料２２６は、キャリア層２０４の表面に、均一に分散または配向されうる。
【００４２】
非限定的な一具体的例として、キャリア層２０４（例えば、炭素繊維ベール、ニッケル被覆炭素繊維ベール等）は、例えば、コンベヤー上で、システム２００の処理経路（明示せず）に沿って移動する。カーボンナノ材料２２６は、液体２３６とカーボンナノ材料２２６（例えば、カーボンナノチューブ２２８、カーボンナノスフィア２３０、カーボンナノ粒子２３２、グラフェン２３４）とのスラリー２３８として、キャリア層２０４上に供給される。キャリア層２０４（例えばコンベヤー）の移動速度は、スラリー２３８、ひいては、カーボンナノ材料２２６が、キャリア層２０４に均一に分散されるように、制御することができる。
【００４３】
カーボンナノ材料構造体２４２を形成するために堆積させるカーボンナノ材料２２６の密度は、限定するものではないが、様々な要因に依存しうる。これらの要因の例としては、カーボンナノ材料２２６のサイズや形状、カーボンナノ材料２２６のタイプ、カーボンナノ材料構造体の用途（例えば、特定のＲＦ周波数での所望の遮蔽効果又は減衰、落雷防護の所望レベル、所望の導電レベル、所望の表面抵抗、等）、カーボンナノ材料構造体２４２の所望厚み、カーボンナノ材料構造体２４２の所望重量等がある。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、１平方メートルあたり約１グラムの坪量を有する。非限定的な一具体例として、カーボンナノ材料２２６は、約１．０未満の相対密度を有する。図１に示すように、吐出工程（ブロック１０８）及び濾過工程（ブロック１１０）は、カーボンナノ材料構造体２４２を積層させるために、必要に応じて繰り返してもよい。
【００４４】
図４を参照すると、一例として、カーボンナノ材料２２６の絡まりは、カーボンナノ材料２２６同士の様々な交差箇所２４４で発生する。絡み合ったカーボンナノ材料２２６の網状組織においては、十分な量のカーボンナノ材料２２６によって十分な数の交差箇所２４４が形成されており、これによって、安定したカーボンナノ材料構造体２４２が実現される。
【００４５】
カーボンナノ材料２２６のサイズは、カーボンナノ材料２２６（例えば、カーボンナノチューブ２２８、カーボンナノスフィア２３０、カーボンナノ粒子２３２、グラフェン２３４等）のタイプや形状に応じて、変化しうる。非限定的な一具体例として、カーボンナノチューブ２２８は、例えば、少なくとも２５００：１の極めて高いアスペクト比（長さと直径の比）を有する。例えば、カーボンナノチューブ２２８は、約０．５ミリメートルから約４ミリメートルの範囲の長さ、及び、約１ナノメートルから約５０ナノメートルの範囲の直径を有する。カーボンナノ材料２２６の他の適当な寸法も、限定されることなく、想定される。
【００４６】
カーボンナノ材料２２６はサイズが小さいため、カーボンナノ材料２２６の少なくとも一部は、キャリア層全体に分散し、キャリア層と一体化する。例えば、カーボンナノ材料２２６の少なくとも一部は、キャリア層２０４の厚み（例えば全厚み）（明確に特定せず）に入り込んで散在し、キャリア層２０４に絡まって一体化する。従って、カーボンナノ材料構造体２４２は、方法１００（図１）の濾過工程（ブロック１１０）及び積層工程（ブロック１１２）の後は、キャリア層２０４に効果的に結合されている（例えば、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を形成している）。一例として、カーボンナノ材料２２６は、キャリア層２０４の表面に隣接する部分（例えば表面上又は表面付近）に集中している。一例として、カーボンナノ材料２２６は、その一部がキャリア層２０４の厚みにわたって散在し、キャリア層に絡まっている。一例として、カーボンナノ材料２２６は、その全体がキャリア層２０４の厚みにわたって散在し、キャリア層に絡まっている。
【００４７】
図１を参照し、さらに図２を参照すると、一実施形態において、方法１００は、ブロック１１４に示すように、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に圧力及び熱の少なくとも一方を付与する（例えば、カーボンナノ材料構造体２４２とキャリア層２０４とが結合された結合体に、圧力及び熱の少なくとも一方を付与する）工程と、ブロック１１６に示すようにカーボンナノ材料構造体２４２とキャリア層２０４とを一体化させる工程と、ブロック１２０に示すようにカーボンナノ材料複合シート２０２を成形する工程とを含む。カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６（例えばカーボンナノ材料構造体２４２及びキャリア層２０４）に圧力及び熱のうちの少なくとも一方を付与する工程を、積層（laminating）と称する場合もある。一例として、熱を付与することは、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を乾燥させることを含む。例えば、キャリア層２０４及び／又はカーボンナノ材料構造体２４２に残留する液体２３６を乾燥（例えば蒸発）させるのに十分な熱を、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に付与する。一般的な非限定的一例として、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を、約２００°Ｆと約３００°Ｆとの間（例えば、２２０°Ｆ）まで加熱することによって液体２３６を除去し、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を乾燥させ、カーボンナノ材料複合シート２０２を成形する。一例として、圧力を付与することは、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を圧縮することを含む。例えば、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を圧縮してカーボンナノ材料複合シート２０２を形成するのに十分な圧力を、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に付与する。一般的な非限定的一例として、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を、約８ミルの厚みから圧縮して、約６ミル（例えば６．３ミル）の厚みを有するカーボンナノ材料複合シート２０２を成形する。熱、圧力、又はこれらの組み合わせを付与することによって、カーボンナノ材料構造体２４２とキャリア層２０４とを、さらに接合し、一体化することができる。カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に（例えばニップローラー２５０によって）付与される圧力及び／又は熱は、均一であり、このことは、均一且つ一体のカーボンナノ材料複合シート２０２を成形するのに役立つ。
【００４８】
図２を参照し、さらに図１を参照すると、システム２００は、（例えば熱を付与するための）１つ又は複数のドライヤー２４８、及び／又は、（例えば圧力、又は、圧力と熱を付与するための）１つ又は複数の第２ローラー２５０を含む。ドライヤー２４８は、処理経路に沿った、成形テーブル２４０よりも後方の、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に隣接する（例えば近い）位置に配置されており、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を乾燥させて（例えば、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６に残留する液体２３６を除去して）、カーボンナノ材料複合シート２０２を形成するように構成されている。第２ローラー２５０は、例えば、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を引き出して、処理経路に沿って、誘導あるいはガイドするように構成されたガイドローラー、ニップローラー、ピンチローラー等である。第２ローラー２５０は、さらに、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を圧縮してカーボンナノ材料複合シート２０２を成形するように構成されている。第２ローラー２５０は、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６が第２ローラー２５０によって圧縮されている間、カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を昇温させて、例えばカーボンナノ材料前駆体複合シート２４６を乾燥させるように構成された、加熱ローラーであってもよい。図２及び図５には、例として、一対の対向する第２ローラー２５０のみを示しているが、当業者であればわかるように、複数対の第２ローラー２５０を処理経路に沿って配置して、複数の段階で徐々に（例えば約０．５ミルと約１．０ミルの間の量）圧縮してもよい。
【００４９】
カーボンナノ材料前駆体複合シート２４６（例えば、カーボンナノ材料構造体２４２とキャリア層２０４とが結合された結合体）に圧力及び／又は熱を付与することによって、カーボンナノ材料２２６がキャリア層２０４内にさらに散在してキャリア層と一体化し、カーボンナノ材料構造体２４２とキャリア層２０４とが接合する（ブロック１２２）。
【００５０】
圧力及び／又は熱を付与する工程（ブロック１１４）（図１）の後に、カーボンナノ材料複合シート２０２を巻いてカーボンナノ材料複合シート２０２のロールにする（本明細書では概括的にロール２５２と称する）。
【００５１】
図５を参照し、さらに図４を参照すると、一実施形態において、キャリア層２０４は、保護フィルム２１６をさらに含みうる。保護フィルム２１６は、例えば、巻いてロール２５２にした際のカーボンナノ材料複合シート２０２を保護する。保護フィルム２１６は、例えば、複合構造体３００（図６）を作成する際など、カーボンナノ材料複合シート２０２を個々の用途に使用する前に、カーボンナノ材料複合シート２０２から取り除く。保護フィルム２１６を、保護層又は剥離フィルムと称する場合もある。
【００５２】
一例として、保護フィルム２１６は、保護フィルム２１６のシート（概括的に、本明細書ではシート２２２と称する）として用意される（又はその形態をとる）。非限定的な一具体例として、保護フィルム２１６は、ＡＲＭＡＬＯＮ（登録商標）ポリテトラフルオロエチレンガラス積層体などの、ポリテトラフルオロエチレンガラス材料によって形成される。
【００５３】
一例として、システム２００は、ロール（本明細書では概括的にロール２２０と称する）の状態に巻かれた保護フィルム２１６の連続シート２２２を含む。一例として、保護フィルム２１６は、キャリア層２０４（例えば炭素繊維ベール２１０）に剥離可能に結合される。
【００５４】
第１ローラー２２４は、キャリア層２０４をロール２０８から引き出すとともに、保護フィルム２１６をロール２２０から引き出して、キャリア層２０４及び保護フィルム２１６を処理経路に沿って誘導又はガイドするように構成されている。第１ローラー２２４は、さらに、シート２０６とシート２２２とが密に接触するよう圧縮するように構成されている。
【００５５】
図９を参照すると、一例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、誘電層２５６を含む。誘電層２５６は、キャリア層２０４に結合されている。一例として、カーボンナノ材料２２６と液体２３６とのスラリー２３８を堆積する工程（ブロック１０８）より前に、誘電層２５６をキャリア層２０４に付着させる。図９に示すように、キャリア層２０４は、誘電層２５６とカーボンナノ材料構造体２４２との間に配置されている。一例として、キャリア層２０４に対して誘電層２５６を付着させるプロセスは、保護フィルム２１６の付着について上述したプロセスと同様に行われる。ただし、誘電層２５６は、キャリア層２０４から除去されない。一例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、キャリア層２０４に付着された誘電層２５６及び保護フィルム２１６を含む。例えば、保護フィルム２１６は、誘電層２５６に付着（剥離可能に結合）させてもよい。（例えば、誘電層２５６は、キャリア層２０４と保護フィルム２１６との間に配置される）。誘電層２５６は、多孔質であっても非多孔質であってもよい（例えば、多孔質材料によって形成してもよいし、非多孔質材料によって形成してもよい）。
【００５６】
図６を参照すると、同図には、複合構造体３００の一例が開示されている。一例において、複合構造体３００は、少なくとも１つの繊維強化ポリマー層３０２及びカーボンナノ材料複合シート２０２を含む。カーボンナノ材料複合シート２０２は、カーボンナノ材料構造体２４２の層２５８、及び、キャリア層２０４を含む。キャリア層２０４は、多孔質の金属化不織材料を含む。キャリア層２０４は、カーボンナノ材料構造体２４２に接合されている。一例において、キャリア層２０４は、カーボンナノ材料構造体２４２に永久的に接合されている。一例において、カーボンナノ材料複合シート２０２は、積層体である。一例において、カーボンナノ材料構造体２４２は、ランダムに配向されるとともに均一に分散されたカーボンナノチューブ２２８（又は他のタイプのカーボンナノ材料２２６）の構造体を含む。
【００５７】
このように、一例において、複合構造体３００は、複合積層体である。一例として、複合構造体３００は、１つ又は複数の繊維強化ポリマー層３０２を含む。（例えば、図６の例では、３つの繊維強化ポリマー層３０２が示されている。）各繊維強化ポリマー層３０２は、ポリマーマトリックス（明確に図示せず）によって結着された強化繊維材（明確に図示せず）のシート、マット、又はプライを含みうる。繊維材は、任意の適当な連続する強化繊維又はフィラメントの織材、または、（例えば、編状(knit)、編組状(braided)、もしくは縫綴状(stitched)の)不織材を含みうる。ポリマーマトリックス材は、任意の適当な熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）又は熱可塑性樹脂を含みうる。
【００５８】
様々な既知のプロセス又は手法によって、繊維強化ポリマー層３０２を形成することができる。一例として、各繊維強化ポリマー層３０２は、ポリマーマトリックス材を予備含浸させた強化繊維材（例えばプリプレグ）のシートを含む。この手法は、ドライレイアップとしても知られている。一例として、各繊維強化ポリマー層３０２は、強化繊維材のシートを含んでおり、強化繊維材にポリマーマトリックス材を付着させている。この手法は、ウェットレイアップとしても知られている。
【００５９】
複合構造体３００は、少なくとも一層のカーボンナノ材料複合シート２０２も含む。様々な既知のプロセス又は手法によって、複合構造体３００を形成することができる。一実施形態において、繊維強化ポリマー層３０２とカーボンナノ材料複合シート２０２とを、例えばモールド（明確に図示せず）内に、連続してレイアップする。繊維強化ポリマー層３０２とカーボンナノ材料複合シート２０２とを共硬化させて、複合構造体３００を形成する。一例として、図６に示すように、カーボンナノ材料複合シート２０２は、複合レイアップの最外層である（例えば、複合構造体３００の外面層を規定している）。一例として、カーボンナノ材料複合シート２０２は、複合レイアップの内側層である（例えば、複合構造体３００の内側層を規定している）。
【００６０】
複合構造体３００は、任意の所望の三次元（３Ｄ）形状を有する。３Ｄ形状は、複合構造体３００の長さ寸法、幅寸法、高さ寸法、及び／又は断面寸法を含む様々な寸法を有する。非限定的な一具体例として、複合構造体３００は、航空機の外板パネルである。
【００６１】
このように、開示のカーボンナノ材料複合シート２０２は、複合構造体３００を形成する製造プロセスに組み込むことができる。カーボンナノ材料複合シート２０２は、材料を追加しなくても、ＥＭＩに対する効果的なシールド及び効果的な落雷防護を、複合構造体３００にもたらすことができる。
【００６２】
カーボンナノ材料複合シート２０２を含む複合構造体３００は、広帯域のＥＭＩシールド効果を有しており、このことは、航空宇宙用途において特に有益である。各無線周波数（「ＲＦ」）帯域が、電子機器および航空電子機器にそれぞれ異なる影響を与えるためである。一例として、キャリア層２０４（例えば炭素繊維ベール２１０）及びカーボンナノ材料構造体２４２を含むカーボンナノ材料複合シート２０２は、中程度の周波数（約１００ＭＨｚと約１ＧＨｚの間）及び高周波数（約１ＧＨｚより大きい）において、効果的なＥＭＩシールドをもたらす。一例として、ニッケルコーティング２１４を有するキャリア層２０４（例えばニッケル被覆炭素繊維ベール２１０）及びカーボンナノ材料構造体２４２を含むカーボンナノ材料複合シート２０２は、低周波数（約１００ＭＨｚ未満）、中程度の周波数（約１００ＭＨｚと約１ＧＨｚとの間）、及び、高周波数（約１ＧＨｚより大きい）において、効果的なＥＭＩシールドをもたらす。
【００６３】
キャリア層２０４に誘電材料を用いることや、キャリア層２０４に結合された誘電層２５６によって、その下にある複合構造体３００を落雷から防護するバリアが形成される。この落雷防護では、例えば、落雷の際に雷電流を表面にとどめ、その下にある複合構造体３００にエネルギーが到達して損傷を与える前にカーボンナノ材料複合シート２０２が当該エネルギーを導通消散させる。
【００６４】
様々な例において、カーボンナノ材料複合シート２０２用に選択される材料は、特定の周波数又は周波数範囲に対して所望のＥＭＩシールド効果（デシベル：ｄＢ）が得られるように選択される。一例として、（絡まったカーボンナノ材料２２６の網状組織によって形成された）カーボンナノ材料構造体２４２は、カーボンナノ材料複合シート２０２に、中程度の周波数及び高周波数における効果的なＥＭＩシールドをもたらす。導電性のキャリア層２０４（例えば、導電性材料又は金属被覆材料によって形成されたキャリア層）は、カーボンナノ材料複合シート２０２に、低周波数における効果的なＥＭＩシールドをもたらす。従って、金属コーティング２５４（例えばニッケルコーティング２１４）を有するキャリア層２０４（例えば炭素繊維ベール２１０）と、カーボンナノ材料構造体２４２とを含むカーボンナノ材料複合シート２０２は、低周波数、中程度の周波数、及び、高周波数について、効果的なＥＭＩシールドをもたらす。金属コーティング２５４としてニッケルを使用すると、低周波数について、最も高いシールド性能または効果がもたらされ、有利である。
【００６５】
いかなる特定の理論にも限定されるものではないが、キャリア層２０４の抵抗を低下させることは、導電率を上げることと同じであり、これによって、例えば特に低周波数についてのＥＭＩシールド効果を高めることとになる。
【００６６】
図１０に示すように、様々な材料構成の複合シート２０２のＥＭＩシールド効果が示されている。図１０は、第１キャリア層２０４ａ、カーボンナノ材料構造体２４２、第１カーボンナノ材料複合シート２０２ａ、第２キャリア層２０４ｂ、第２カーボンナノ材料複合シート２０２ｂ、第３キャリア層２０４ｃ、及び、第３カーボンナノ材料複合シート２０２ｃのシールド効果の例を示している。
【００６７】
一例として、カーボンナノ材料構造体２４２は、カーボンナノ材料２２６の絡まった網状組織を含んでいる。カーボンナノ材料構造体２４２は、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約５８ｄＢから約６２ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００６８】
一例として、第１キャリア層２０４ａは、導電性材料を含む。導電性材料は、導電性材料層、金属コーティング（例えばニッケルコーティング）を有する導電性材料層、又は、金属コーティングを有する非導電性材料層を含みうる。第１キャリア層２０４ａは、約０．１オームの抵抗を有する。第１キャリア層２０４ａは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約５８ｄＢから約６８ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００６９】
一例として、第１カーボンナノ材料複合シート２０２ａは、第１キャリア層２０４ａ及びカーボンナノ材料構造体２４２を含む。第１カーボンナノ材料複合シート２０２ａは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約６１ｄＢから約７８ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００７０】
一例として、第２キャリア層２０４ｂは、導電性材料を含む。導電性材料は、導電性材料層、金属コーティング（例えばニッケルコーティング）を有する導電性材料層、又は、金属コーティングを有する非導電性材料層を含みうる。第２キャリア層２０４ｂは、約０．０４オームの抵抗を有する。第２キャリア層２０４ｂは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約６５ｄＢから約７５ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００７１】
一例として、第２カーボンナノ材料複合シート２０２ｂは、第２キャリア層２０４ｂ及びカーボンナノ材料構造体２４２を含む。第２カーボンナノ材料複合シート２０２ｂは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約６７ｄＢから約８６ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００７２】
一例として、第３キャリア層２０４ｃは、導電性材料を含む。導電性材料は、導電性材料層、金属コーティング（例えばニッケルコーティング）を有する導電性材料層、又は、金属コーティングを有する非導電性材料層を含みうる。第３キャリア層２０４ｃは、約０．０２オームの抵抗を有する。第３キャリア層２０４ｃは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約７４ｄＢから約７８ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００７３】
一例として、第３カーボンナノ材料複合シート２０２ｃは、第３キャリア層２０４ｃ及びカーボンナノ材料構造体２４２を含む。第３カーボンナノ材料複合シート２０２ｃは、約１００ＭＨｚから約１ＧＨｚまでの範囲の周波数に対して、約６５ｄＢから約９７ｄＢまでの範囲のシールド効果をもたらす。
【００７４】
本明細書に開示したカーボンナノ材料複合シート２０２及び複合構造体３００ならびにその製造方法の例を、図７に示す航空機の製造及び保守方法１１００と、図８に示す航空機１２００とに関連させて説明する。
【００７５】
生産開始前の工程として、例示的な方法１１００は、ブロック１１０２に示すように、航空機１２００の仕様決定及び設計を含み、これには、カーボンナノ材料複合シート２０２を有する複合構造体３００の設計が含まれうる。そして、当該方法は、ブロック１１０４に示ように、材料調達も含む。生産中には、航空機１２００の、ブロック１１０６に示す部品及び小組立品の製造及びブロック１１０８に示すシステムインテグレーションが行われる。本明細書で説明した、カーボンナノ材料複合シート２０２の作製及び複合構造体３００におけるカーボンナノ材料複合シート２０２の使用は、生産、部品及び小組立品の製造工程（ブロック１１０６）の一部、及び／又は、システムインテグレーション（ブロック１１０８）の一部として、実現することができる。その後、航空機１２００は、ブロック１１１０に示すように、認可及び納品を経て、ブロック１１１２に示すように、使用に入る。使用中は、航空機１２００は、ブロック１１４に示すように、定例の整備及び保守のスケジュールに組み込まれる。定例の整備および保守は、航空機１２００の１つ又は複数のシステムの変更、再構成、改装なども含みうる。
【００７６】
例示的な方法１１００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。
【００７７】
図８に示すように、例示的な方法１１００によって製造される航空機１２００は、例えばカーボンナノ材料複合シート２０２を含む複合外板パネルを有する機体１２０２、複数の高水準システム１２０４、及び、内装１２０６を含む。高水準システム１２０４の例としては、駆動系１２０８、電気系１２１０、油圧系１２１２、環境系１２１４のうちの１つ又は複数が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。航空宇宙産業に用いた場合を例として説明したが、本開示の原理は、例えば自動車産業や船舶産業等などの他の産業に適用してもよい。
【００７８】
本明細書において図示及び説明した装置及び方法は、製造及びサービス方法１１００における１つ又は複数のどの段階において採用してもよい。例えば、部品及び小組立品製造工程（ブロック１１０６）に対応する部品又は小組立品は、航空機１２００の使用中（ブロック１１１２）に製造される部品又は小組立品と同様の方法で製造されてもよい。また、装置、方法、又はこれらの組み合わせの１つ又は複数の実施例を、例えば、製造段階（ブロック１１０８及び１１１０）で採用することによって、航空機１２００のＥＭＩシールドや落雷防護の効果を高めることができる。同様に、装置や方法の１つ又は複数の例、又はこれらの組み合わせを、例えば、限定するものではないが、航空機１２００の使用中（ブロック１１１２）に、また、整備及び保守の段階（ブロック１１１４）で用いることもできる。
【００７９】
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００８０】
付記１．  ａ）カーボンナノ材料構造体の層と、
ｂ）多孔性の金属化不織材を含むキャリア層と、を含んでなり、前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に接合されている、カーボンナノ材料複合シート。
【００８１】
付記２．  前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に永久的に接合されている、付記１に記載の複合シート。
【００８２】
付記３．  前記複合シートは積層体である、付記１に記載の複合シート。
【００８３】
付記４．  前記カーボンナノ材料構造体は、ランダムに配向されるとともに均一に分散されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の構造体である、付記１に記載の複合シート。
【００８４】
付記５．  前記カーボンナノ材料構造体は、１平方メートルあたり少なくとも１グラムの坪量のカーボンナノ材料を有する、付記１に記載の複合シート。
【００８５】
付記６．  前記キャリア層は、ニッケル被覆繊維を含む、付記１に記載の複合シート。
【００８６】
付記７．  前記ＣＮＴは、単層ＣＮＴ（「ＳＷＣＮＴ」）を含む、付記４に記載の複合シート。
【００８７】
付記８．  前記ＣＮＴは、多層ＣＮＴ（「ＭＷＣＮＴ」）をさらに含む、付記４に記載の複合シート。
【００８８】
付記９．  前記カーボンナノ材料の少なくとも一部が、前記キャリア層の厚み方向に散在し、キャリア層に絡まることによって、前記カーボンナノ材料構造体が、前記キャリア層に永久的に接合されている、付記１に記載の複合シート。
【００８９】
付記１０．  前記複合シートは、連続するシートである、付記１に記載の複合シート。
【００９０】
付記１１．  前記カーボンナノ材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノ粒子、カーボンナノスフィア、及び、グラフェンのうちの少なくとも１つである、付記１に記載の複合シート。
【００９１】
付記１２．  前記カーボンナノ材料構造体に結合された少なくとも１つのポリマー層又はポリマーカプセル化層をさらに含む、付記１に記載の複合シート。
【００９２】
付記１３．  前記カーボンナノ材料構造体に結合されたプリプレグ材をさらに含む、付記１に記載の複合シート。
【００９３】
付記１４．  キャリア層にカーボンナノ材料構造体の層を接合し、前記キャリア層は、多孔質の金属化不織材によって製造される、カーボンナノ材料複合シートの製造方法。
【００９４】
付記１５．  前記カーボンナノ材料構造体の層は、前記キャリア層に永久的に接合される、付記１４に記載の方法。
【００９５】
付記１６．  さらに、剥離可能な保護フィルムを前記キャリア層に結合し、前記キャリア層は、前記保護フィルムと前記カーボンナノ材料構造体との間に位置する、付記１４に記載の方法。
【００９６】
付記１７．  少なくとも１つの繊維強化ポリマー層と、
カーボンナノ材料複合シートと、を含んでなり、前記カーボンナノ材料複合シートは、
ａ）カーボンナノ材料構造体の層と、
ｂ）多孔質の金属化不織材を含むキャリア層と、を含み、前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に接着されている、複合構造体。
【００９７】
付記１８．  前記キャリア層は、前記カーボンナノ材料構造体に永久的に接合されている、付記１７に記載の複合構造体。
【００９８】
付記１９．  前記複合シートは積層体である、付記１７に記載の複合構造体。
【００９９】
付記２０．  前記カーボンナノ材料構造体は、ランダムに配向されるとともに均一に分散されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の構造体である、付記１７に記載の複合構造体。
【０１００】
本開示のカーボンナノ材料積層体、複合構造体、及びその製造方法について様々な実施例を図示及び説明したが、当業者であれば、本明細書を読んで種々の変形を想定しうるであろう。本願は、そのような変形も包含するものであり、請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2017149134.tif 000003
【図２】
2017149134.tif 000004
【図３】
2017149134.tif 000005
【図４】
2017149134.tif 000006
【図５】
2017149134.tif 000007
【図６】
2017149134.tif 000008
【図７】
2017149134.tif 000009
【図８】
2017149134.tif 000010
【図９】
2017149134.tif 000011
【図１０】
2017149134.tif 000012
【外国語明細書】
2017149134000001.pdf
2017149134000002.pdf
2017149134000003.pdf
2017149134000004.pdf