(57)【要約】  物品は、ナノ構造体アレイと、ナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれる樹脂マトリックスとを備えたハイブリッドナノコンポジット製品を含む。アレイ／マトリックスは、コンポジット構造体の形成を可能にするために、乾燥した又は樹脂が注入された繊維コンポジットの層間に配置される。ナノ構造体アレイ及び／又は樹脂マトリックスは、コンポジットの他の層と隣接するような関係で配置されてもよい。アレイ／マトリックスは、ｚ方向におけるコンポジットの強化を提供できる。アレイ／マトリックスが樹脂トランスファー媒体として機能するとき、樹脂の乾燥繊維形状物へのインフュージョンを提供できる。樹脂フィルム製品を形成するために、樹脂マトリックスを有するナノ構造体アレイを準備することができる。樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）又はインフュージョンプロセス中に樹脂マトリックスがナノ構造体アレイの位置合わせ及び位置を実質的に維持する射出モールディングを介してコンポジットを注入する方法が提示される。
2017507809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が少なくとも１ミクロンの長さを有し、ナノ構造体の長軸は上から下まで互いに対して実質的に位置合わせされるナノ構造体アレイと、前記ナノ構造体自体の間の内部に及び／又は前記ナノ構造体アレイの周りに含まれる樹脂マトリックスとを備えた物品。
【請求項２】
少なくとも一部が１００ｎｍ未満の直径を有し、ナノ構造体の長軸は互いに対して実質的に位置合わせされるナノ構造体アレイと、前記ナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれる樹脂マトリックスとを備えた物品。
【請求項３】
ナノ構造体の長軸が互いに実質的に位置合わせされ、前記ナノ構造体は少なくとも１０８／ｃｍ２の密度を有するナノ構造体アレイと、前記ナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれる樹脂マトリックスとを備えた物品。
【請求項４】
前記樹脂マトリックスは樹脂マトリックスの伝導率を高めるナノ粒子を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５】
前記樹脂マトリックスは、導電性ポリマーを含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項６】
前記樹脂マトリックスは、絶縁ポリマーを含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項７】
前記樹脂マトリックスは、自己修復剤を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項８】
前記樹脂マトリックスは、セラミック前駆体を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項９】
前記マトリックスは、セラミック材料を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１０】
前記樹脂マトリックスは、炭素繊維強化炭素複合材料の場合のようにグラファイトの前駆体を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１１】
前記樹脂マトリックスは、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（チオフェン−３−酢酸）（ＰＴＡＡ）、又はこれらのコポリマーを含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１２】
前記樹脂マトリックスは、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（無水マレイン酸−ａｌｔ−スチレン）、ポリ［無水マレイン酸−ｃｏ−ジメチルアクリルアミド−ｃｏ−ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル］、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（パラ−キシリレン）、ポリ（ジメチルアミノメチルスチレン）、ポリ（プロパルギルメタクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチルアクリレート）、ポリ（ペルフルオロアルキルエチルメタクリレート）、ポリ（ペルフルオロデシルアクリレート）、ポリ（トリビニルトリメトキシシクロトリシロキサン）、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（シクロヘキシルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジアクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、エポキシド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、ビス−マレイミド、ポリイミド、及びシリコーンのうち少なくとも１つを含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１３】
前記樹脂マトリックスは、Ｂステージ樹脂又は部分的に硬化された樹脂を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１４】
前記樹脂マトリックスは、硬化剤、架橋剤、熱膨張率整合剤、耐腐食剤、強化剤、促進剤又は難燃剤を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１５】
前記樹脂マトリックスは、化学的に反応して、最終硬化コンポジットに溶解するか、又は前記最終硬化コンポジットから除去される液体又は気体種を形成する材料を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１６】
輸送のために使用され、その後除去できる前記ナノ構造体アレイを伴う少なくとも１つのバッキング又は剥離材料をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１７】
除去されず、前記コンポジットに使用されるポリマーを含有する前記ナノ構造体アレイを伴う少なくとも１つのバッキング又は剥離材料をさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１８】
前記支持材料は、モノマー、ポリマー、繊維又は金属を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１９】
前記ナノ構造体アレイは、基材、プリプレグ、又はセミプレグに配置される、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２０】
前記ナノ構造体アレイは、ナノチューブ、ナノ繊維、ナノワイヤ、又はナノ構造体を含む、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２１】
前記物品中の前記ナノ構造体の体積分率は、少なくとも０．１％〜７８％である、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２２】
前記ナノ構造体は、１ｎｍ〜１００ｎｍの平均直径を有する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２３】
前記ナノ構造体間の平均距離は、５ｎｍ〜１００ｎｍ未満である、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２４】
前記マトリックスは、前記ナノ構造体アレイの位置合わせの維持を促進する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２５】
マトリックス材料の平面に実質的に垂直なナノ構造体アレイから構成される、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２６】
前記ナノ構造体は、前記マトリックス内で、特定の周波数の選択的吸収を使用し、及び／又は硬化中に使用されるエネルギー量を低減するツールのように機能する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２７】
前記ナノ構造体は、前記硬化コンポジットへの又は前記硬化コンポジットからの熱伝導を向上させる、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２８】
前記ナノ構造体は、電源に接続され、電気抵抗加熱ヒータとして使用されて、前記樹脂の硬化反応を促進する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２９】
前記ナノ構造体を使用して、前記硬化反応の状態及び／又は終点を検知する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項３０】
前記ナノ構造体を使用して、前記硬化済み物品に損傷があるかどうか検査する、先行する請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項３１】
少なくとも一部が少なくとも１ミクロンの長さを有し、ナノ構造体の長軸が互いに対して実質的に位置合わせされたナノ構造体アレイを準備することと、
ポリマー材料を含む樹脂マトリックスを有するナノ構造体アレイを形成することであって、樹脂マトリックスが注入された前記ナノ構造体アレイは、単層基材、特に繊維層の上若しくは下に配置することができ、及び／又は２層の基材、プリプレグ、セミプレグ、若しくは繊維の間に配置できることとを含む、材料を製造する方法。
【請求項３２】
ナノ構造体アレイを準備することは、基材表面、特に繊維層上でナノ構造体アレイを成長させるか又は配置することを含み、前記ナノ構造体の長軸は、前記基材表面に対して実質的に位置合わせされ、かつ非平行であり、前記ナノ構造体アレイの長軸により規定される厚さを有するナノ構造体のアセンブリを形成する、先行する方法の請求項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノ構造体は、ナノチューブ、ナノ繊維、ナノワイヤ又はナノ構造体を含む、先行する方法の請求項のうちいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノ構造体は、炭素系ナノ構造体を含む、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記炭素系ナノ構造体はカーボンナノチューブを含む、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノ構造体は、１ｎｍ〜１００ｎｍの平均直径を有する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
樹脂マトリックスは前記ナノ構造体アレイに配置される、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノ構造体アレイは、前記ナノ構造体の表面領域の一部に樹脂マトリックスを有する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記樹脂マトリックスは、均一な厚さを有する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
大きな面積のナノ構造体アレイは、Ｘ軸及びＹ軸に沿って厚さが適合されている、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記樹脂マトリックスに組み込まれている間、前記ナノ構造体アレイの位置合わせが維持される、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記ナノ構造体アレイは、前記樹脂マトリックスの薄い平面に対して垂直に位置合わせされる、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記ナノ構造体アレイの高さから１０００％未満逸脱した厚さを有する樹脂マトリックスを準備することをさらに含む、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
前記ナノ構造体アレイの高さから１％〜１０００％逸脱した厚さを有する樹脂マトリックスを準備することをさらに含む、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
前記樹脂マトリックスは加熱されて、前記樹脂マトリックスとナノ構造体アレイとの接着を促進する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
前記樹脂マトリックスは、真空下で覆われ配置されて前記樹脂マトリックスとナノ構造体アレイとの接着を促進する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
前記樹脂マトリックスは、覆われ、圧力を印加されて、前記樹脂マトリックスとナノ構造体アレイとの接着を促進する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記樹脂マトリックスは、熱、真空及び／又は圧力の組み合わせの下で配置されて前記樹脂マトリックスとナノ構造体アレイとの接着を促進する、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
前記樹脂マトリックスは、毛管現象により前記ナノ構造体アレイ中に注ぎ込まれる、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
前記樹脂マトリックスは薄い平面に配置される、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
前記樹脂マトリックスは、エアゾールスプレーとして前記ナノ構造体アレイに導入される、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５２】
前記樹脂マトリックスは、樹脂の化学蒸着（ＣＶＤ）を用いて前記ナノ構造体アレイに導入される、先行する方法の請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
樹脂マトリックスがナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれる前記ナノ構造体アレイが、連続した繊維層を有する交互の層に配置されるコンポジットを作製することを含む、材料を製造する方法。
【請求項５４】
バッキングフィルム又は材料は、下にある基材又は繊維層に接着された後に前記樹脂フィルムから除去される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
樹脂マトリックス内の前記ナノ構造体アレイは、層状の境界面のすべて若しくは一部に、又は前記境界面の選択領域に、配置可能である、請求項５３〜５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
樹脂マトリックス内の前記ナノ構造体アレイは、セミプレグの場合のように繊維層の表面に接合される、請求項５３〜５５のいずれかに記載の方法。
【請求項５７】
連続したセミプレグ層が配置されてコンポジット部品を形成する、請求項５３〜５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
ナノ構造体アレイは、樹脂マトリックスなしで繊維プライに接合される、請求項５３〜５７のいずれかに記載の方法。
【請求項５９】
前記ナノ構造体アレイは、前記ナノ構造体の位置及び位置合わせを固定又は定着させるように、上又は下に隣接する繊維層の１つ又は複数を実質的に貫通する、請求項５３〜５８のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
前記組立てられた層構造体は次に、樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）、又は射出モールディング等の樹脂インフュージョンプロセスのために準備される、請求項５３〜５９のいずれかに記載の方法。
【請求項６１】
前記アセンブリは、ツールプレート（モールド）、プレフォーム、配布媒体、ブリーザ層、ブリーダ層、真空バッグ、ピールプライ、補強層、構造化ハニカム及び／又はシーラントテープを含むことができる構成に配置される、請求項５３〜６０のいずれかに記載の方法。
【請求項６２】
前記層構造体にはその後、プライ境界面に垂直又は平行に樹脂が注入される、請求項５３〜６１のいずれかに記載の方法。
【請求項６３】
前記アセンブリは、インフュージョン樹脂及び／又は樹脂フィルムの粘度を制御するために加熱される、請求項５３〜６２のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
真空及び／又は圧力を印加して、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）の場合のように前記樹脂の流れに影響を与える、請求項５３〜６３のいずれかに記載の方法。
【請求項６５】
前記樹脂フィルムは、機械的安定性を提供して、前記インフュージョンプロセス中の前記ナノ構造体アレイの位置合わせ及び配置を維持する、請求項５３〜６４のいずれかに記載の方法。
【請求項６６】
前記樹脂フィルムは、前記インフュージョン樹脂と同じか又は異なる樹脂から構成される、請求項５３〜６５のいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
前記樹脂フィルムは、前記インフュージョン樹脂よりも実質的に高い粘度を有する、請求項５３〜６６のいずれかに記載の方法。
【請求項６８】
ナノ構造体アレイを有する前記樹脂フィルムは、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）プロセスの場合のように、完成コンポジットのすべての樹脂のソースとして機能する、請求項５３〜６７のいずれかに記載の方法。
【請求項６９】
ナノ構造体アレイを有する前記樹脂フィルムは、完成コンポジットの樹脂の一部を提供する、請求項５３〜６８のいずれかに記載の方法。
【請求項７０】
前記注入されたアセンブリは次に、オートクレーブ、ホットプレス又はその他の従来の方法を用いて熱及び／又は圧力の下で固化・硬化される、請求項５３〜６９のいずれかに記載の方法。
【請求項７１】
前記コンポジットアセンブリは、高温で加熱されてセラミック材料を形成する、請求項５３〜７０のいずれかに記載の方法。
【請求項７２】
前記コンポジットアセンブリは、還元性雰囲気中で加熱され、炭素繊維強化炭素複合材料に黒鉛組織を形成する、請求項５３〜７１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照：
本出願は、２０１４年２月４日に出願された「ナノ構造体強化コンポジットの物品及び製造方法」と題する米国仮特許出願第６１／９３５，４４５号の利益を主張するものであり、この米国仮特許出願の内容全体は本明細書の中に参照により組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
背景：
繊維強化コンポジットにナノ構造体を追加することにより、コンポジット物品の機械的特性、熱的特性、電気的特性及び電磁的特性を強化できる。特に、垂直配向カーボンナノチューブ（ＶＡＣＮＴｓ）のような炭素ナノ構造体では、材料特性が強化されることが示されている。ミクロンスケールの繊維の整列配列、網状配列及びランダム配向配列での組み込みにより、得られる材料の特性の制御が可能になる。コンポジット材料における異方性の程度の正確な制御は、コンポジット製作者にかなりの設計自由度を提供する。同様に、ナノ構造体の整列配向、網状配向又はランダム配向は、材料の特性及び異方性に大きく影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の繊維強化ポリマーコンポジットにナノ構造体材料を追加することにより、いわゆる階層構造が得られる。すなわち、構成材料のマクロスケール、ミクロスケール及びナノスケールでの配置により、新しくて多くの場合は驚くべきコンポジット材料特性が得られる材料である。ナノ材料の物理的特性及び化学的特性は、そのミクロスケール及びマクロスケールのバルク体とは多くの場合かなり異なることがよく理解されるであろう。制御された配列、位置合わせ及び配置で繊維強化コンポジットにナノ構造体を追加することにより、機能が高められた機械的特性、熱的特性、電気的特性及び電磁的特性を提供することができる。しかしながら、制御された配列でのナノ構造体の組み込みは、依然として製作上の課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要：
物品は、ナノ構造体アレイと、ナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれる樹脂マトリックスとを有するハイブリッドナノコンポジット製品を含む。製品は、コンポジット構造体の形成を可能にするために、乾燥又は樹脂インフュージョン繊維コンポジットの層間に配置される。ナノ構造体アレイ及び／又は樹脂マトリックスは、コンポジットの他の層と隣接するような関係で配置されてもよい。製品は、ｚ方向におけるコンポジットの強化を提供できる。製品が樹脂トランスファー媒体として機能するとき、乾燥繊維形状物への樹脂のインフュージョンを提供してもよい。樹脂フィルム組成物を形成するために、樹脂マトリックスを有するナノ構造体アレイを準備することができる。樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）、又は、インフュージョンプロセス中にナノ構造体アレイの位置合わせ及び位置を実質的に維持する樹脂マトリックスフィルムを使用した射出モールディングを介してコンポジットを注入する方法が提示される。
【０００５】
いくつかの例示的構成によると、物品は、ナノ構造体の少なくとも一部が少なくとも１ミクロンの長さ及び／又は１００ｎｍ未満の直径を有するナノ構造体アレイから構成される。ナノ構造体の長軸は、上から下まで互いに対して実質的に位置合わせされる。樹脂マトリックスは、ナノ構造体自体の間の内部に、及び／又はナノ構造体アレイの周りに提供される。ナノ構造体は、少なくとも１０８／ｃｍ２の密度を有してもよい。
【０００６】
樹脂マトリックスは、樹脂マトリックスの伝導率を高めるナノ粒子を含んでもよい。樹脂マトリックスは、導電性ポリマーを含んでもよい。樹脂マトリックスは、絶縁ポリマーを含んでもよい。樹脂マトリックスは、自己修復剤を含んでもよい。樹脂マトリックスは、セラミック前駆体を含んでもよい。樹脂マトリックスは、セラミック材料を含んでもよい。樹脂マトリックスは、炭素繊維強化炭素複合材料の場合のようにグラファイトの前駆体を含んでもよい。
【０００７】
樹脂マトリックスは、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（チオフェン−３−酢酸）（ＰＴＡＡ）、又はこれらのコポリマー、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（無水マレイン酸−ａｌｔ−スチレン）、ポリ［無水マレイン酸−ｃｏ−ジメチルアクリルアミド−ｃｏ−ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル］、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（パラ−キシリレン）、ポリ（ジメチルアミノメチルスチレン）、ポリ（プロパルギルメタクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチルアクリレート）、ポリ（ペルフルオロアルキルエチルメタクリレート）、ポリ（ペルフルオロデシルアクリレート）、ポリ（トリビニルトリメトキシシクロトリシロキサン）、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（シクロヘキシルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジアクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）及び／又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）及び／又は一般的な繊維強化コンポジットポリマー系、例えば、エポキシド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、ビス−マレイミド、ポリイミド、及びシリコーンのうちの１つ又は複数から構成されてもよい。
【０００８】
樹脂マトリックスは、Ｂステージ樹脂若しくは部分的に硬化した樹脂、硬化剤、架橋剤、熱膨張率整合剤、耐腐食剤、強化剤、促進剤、及び／又は、難燃剤を含んでもよい。樹脂マトリックスは、化学的に反応して、最終硬化コンポジットに溶解するか、又は最終硬化コンポジットから除去される、液体又は気体種を形成する材料を含んでもよい。
【０００９】
物品は、樹脂フィルムとして提供されてもよく、また、輸送のために使用され、その後除去できるナノ構造体アレイを伴う少なくとも１つのバッキング又は剥離材料に設けられてもよい。物品は、除去されず、コンポジットに使用されるポリマーを含有するナノ構造体アレイを伴う少なくとも１つのバッキング又は剥離材料に設けられてもよい。バッキング又は剥離材料は、支持材料として機能することができ、モノマー、ポリマー、繊維又は金属を含んでもよい。ナノ構造体アレイは、基材、プリプレグ又はセミプレグに配置されてもよい。
【００１０】
ナノ構造体アレイとしては、ナノチューブ、ナノ繊維、ナノワイヤ又はナノ構造体を挙げることができる。物品中のナノ構造体の体積分率は少なくとも０．１％〜７８％であってよい。ナノ構造体は、１ｎｍ〜１００ｎｍの平均直径を有してよい。ナノ構造体間の平均距離は、５ｎｍ〜１００ｎｍ未満である。
【００１１】
樹脂マトリックスは、ナノ構造体アレイの位置合わせの維持を促進できる。ナノ構造体アレイは樹脂マトリックス材料の平面に実質的に垂直であってよい。ナノ構造体は、マトリックス内でツールのように機能するか、又は機能させられるか、又は使用されて、特定の周波数の選択的吸収を可能にし、及び／又は、硬化中に使用されるエネルギー量を低減できる。ナノ構造体を使用して、硬化コンポジットへの又は硬化コンポジットからの熱伝導を向上させることができる。ナノ構造体は、電源に接続され、電気抵抗加熱ヒータとして使用されて、樹脂の硬化反応を促進できる。ナノ構造体を使用して、硬化反応の状態及び／又は終点を検知できる。ナノ構造体を使用して、硬化済み物品に損傷があるかどうか検査できる。
【００１２】
樹脂マトリックスを有するナノ構造体アレイはポリマー材料を含んでもよく、単層基材、特に繊維層の上若しくは下に配置することができ、及び／又は、２層の基材、プリプレグ、セミプレグ、若しくは繊維の間に配置できる。ナノ構造体アレイは、基材表面、特に繊維層の上で成長するか又は配置されてよく、この場合、ナノ構造体の長軸は、基材表面に対して実質的に位置合わせされ、かつ非平行であり、ナノ構造体アレイの長軸により規定される厚さを有するナノ構造体のアセンブリを形成する。ナノ構造体アレイは、ナノ構造体の表面領域の一部に樹脂マトリックスを備えてもよい。場合によっては、樹脂マトリックスは均一な厚さである。ナノ構造体アレイは、Ｘ軸及びＹ軸に沿って厚さが適合された比較的大きな面積のナノ構造体アレイであってもよい。
【００１３】
樹脂マトリックス中に組み込まれている間、ナノ構造体アレイの位置合わせは維持されうる。ナノ構造体アレイは、樹脂マトリックスの薄い平面と垂直に位置合わせされてもよい。樹脂マトリックスは、ナノ構造体アレイの高さから１０００％未満又は１％〜１０００％逸脱した厚さを有してよい。
【００１４】
樹脂マトリックスは、加熱され、真空下にて配置され、及び／又は圧力を印加されて、樹脂マトリックスとナノ構造体アレイとの接着を促進することができる。樹脂マトリックスは、毛管現象によりナノ構造体アレイ中に注入されてもよい。樹脂マトリックスは、薄い平面内に配置されてもよく、及び／又はエアゾールスプレーとして、及び／又は樹脂の化学蒸着（ＣＶＤ）によってナノ構造体アレイに導入されてもよい。
【００１５】
物品を使用してコンポジットを作製することができ、このコンポジットは、樹脂マトリックスがナノ構造体アレイの間及び／又は周りに含まれるナノ構造体アレイが、連続した繊維層を有する互いに重なる層に配置されている。物品は、バッキングフィルム又は材料に樹脂フィルムとして提供されてもよく、このバッキングフィルム又は材料は、樹脂フィルムを下にある基材又は繊維層に接着した後に除去されてもよい。樹脂マトリックス内のナノ構造体アレイは、層の境界面のすべて若しくは一部に、又は、境界面の選択領域に、配置されてもよい。樹脂マトリックス内のナノ構造体アレイは、セミプレグの場合のように繊維層の表面に接合されてもよい。コンポジットは、連続したセミプレグ層を形成することによって作製されてもよい。ナノ構造体アレイは、樹脂マトリックスなしで繊維プライに接合されてもよい。ナノ構造体アレイは、ナノ構造体の位置及び位置合わせを固定又は定着させるように、上又は下に隣接する１つ又は複数の繊維層を実質的に貫通してもよい。
【００１６】
組み立てられた層構造体は、樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）又は射出モールディング等の樹脂インフュージョンプロセスのために準備されてもよい。アセンブリは、ツールプレート（モールド）、プレフォーム、配布媒体、ブリーザ層、ブリーダ層、真空バッグ、ピールプライ、補強層、構造化ハニカム及び／又はシーラントテープを含むことができる構成とともに使用されてもよい。組立て層構造体には、プライ境界面に垂直又は平行に樹脂を注入してもよい。アセンブリは、インフュージョン樹脂及び／又は樹脂フィルムの粘度を制御するために加熱されてもよい。真空及び／又は圧力を印加して、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）の場合のように樹脂の流れに影響を与えてもよい。
【００１７】
樹脂フィルムは、機械的安定性を提供して、インフュージョンプロセス中のナノ構造体アレイの位置合わせ及び配置を維持する。樹脂フィルムは、インフュージョン樹脂と同じか又は異なる樹脂から構成されてもよい。樹脂フィルムは、インフュージョン樹脂よりも実質的に高い粘度を有してもよい。ナノ構造体アレイを有する樹脂フィルムは、樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）プロセスの場合のように、完成コンポジットのすべて又は一部の樹脂のソースとして機能することができる。
【００１８】
注入されたアセンブリは、オートクレーブ、ホットプレス、又はその他の従来の方法を用いて熱及び／又は正圧若しくは負圧の下で固化・硬化されてもよい。コンポジットアセンブリは、セラミック材料を形成するのに十分な高温で加熱されてもよい。コンポジットアセンブリは、還元性雰囲気中で加熱され、炭素繊維強化炭素複合材料に黒鉛組織を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本明細書にて開示する組成物及び技術は、添付の図面を参照しながら以下でより詳細に説明される。
【００２０】
【図１】図１は、樹脂がアレイの片側に注入された、カーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２１】
【図２】図２は、樹脂マトリックスがカーボンナノチューブアレイの平面中央に注入されたカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２２】
【図３】図３は、樹脂マトリックスがカーボンナノチューブアレイの平面中央に注入されたカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２３】
【図４】図４は、アレイ全体に樹脂が注入されたカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２４】
【図５】図５は、樹脂マトリックスがカーボンナノチューブアレイの長さの範囲を超えて注入されたカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２５】
【図６】図６は、樹脂マトリックスが部分的に注入され、プリプレグマトリックスと結合しているカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２６】
【図７】図７は、２層の乾燥繊維材料間に組み込まれる、部分的に樹脂が注入されたナノチューブアレイを組み込むプロセスを示す。
【００２７】
【図８】図８は、２層の乾燥繊維材料間に組み込まれる、完全に樹脂が注入されたカーボンナノチューブアレイを組み込むプロセスを示す。
【００２８】
【図９】図９は、樹脂が注入された２層の繊維プリプレグ材料に挟まれている完全に樹脂が注入されたカーボンナノチューブアレイを示す図である。
【００２９】
【図１０】図１０は、樹脂が注入された繊維プリプレグの片側に完全に樹脂が注入されたカーボンナノチューブアレイの組み込みを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
詳細な説明：
本明細書では、配置、位置合わせ及び配列を制御してナノ構造体を組み込んだコンポジット物品の製造方法、並びに当該方法を使用した製品を説明する。これらの方法及び製品は、樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）及び樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）のようなインフュージョン系プロセスをはじめとするコンポジット構造体のためのインフュージョン系プロセスとともに使用するのに特によく適している。繊維等の品物を含むコンポジット材料は、繊維強化コンポジットを含む一方向配向、網状配向及びランダム配向のコンポジットに提供できる。ナノ構造体は、制御された配列で導入することができ、コンポジット構造体に使用される材料及び最終コンポジット製品の両方の基本的特性に十分な影響を与える。
【００３１】
位置合わせされたナノ構造体では、コンポジット材料の機械的特性、熱的特性、電気的特性及び電磁的特性を強化できることが示されている。より詳細には、炭素繊維強化ポリマーコンポジットの層間プライ境界面における垂直配向カーボンナノチューブの配置は、機械的靱性の実質的な強化及び他の機械的特性の強化を示す。プライ境界面における位置合わせされた炭素ナノ構造体の配置は、繊維強化ポリマーコンポジット中のガラス、アルミナ、玄武岩、及びその他の繊維材料でも見られた。加えて、これらの位置合わせされたナノ構造体の配置は、コンポジットの熱伝導率及び導電率を高め、多機能性材料、例えば、電気も通す機械的構造として使用できることが示されている。これらの多機能特性は、構造ヘルスモニタリング、除氷ヒータ、脱オートクレーブポリマー硬化、ポリマー硬化検出、埋め込み型電気ヒータ、電磁シグネチャ改変、並びに、製造に携わる品質管理及び部品検査等の用途に使用可能である。
【００３２】
コンポジット材料における位置合わせされたナノ構造体の配置は、主にプリプレグ材料、すなわち、シートに形成される熱硬化性ポリマー樹脂又は熱可塑性ポリマー樹脂を含浸させた繊維等の材料とともに示されている。シートは、典型的には、片面又は両面にバッキング紙を有する。シートは、諸形状に切断され、シートを使用して異なる配向（例えば、０°、±４５°、９０°）の連続層を置いて最終部品を構築することによりコンポジット物品を形成できる。次に、当該部品を加熱し、これにより樹脂は液体樹脂として流れ、典型的には熱硬化性樹脂の架橋反応により固体ポリマーへと硬化する。加熱プロセスは、機械プレス、真空オーブン又はオートクレーブで機械的圧力又は流体圧力と組み合わせることができる。
【００３３】
用語「プリプレグ」とは、エポキシ又は不飽和ポリエステル等の材料が既に存在する予め含浸されたコンポジット繊維のことをいう。樹脂マトリックスは容易に取り扱いできるように部分的にしか硬化されない。このような構成は、Ｂステージ材料と呼ばれ、典型的には、完全な硬化を防ぐために冷蔵を必要とするが、室温プリプレグも開発されている。プリプレグから作られるコンポジット構造体はほとんどの場合、最終硬化させるためにオーブン又はオートクレーブを必要とする。プリプレグを基にした方法においては、粘着性樹脂によって位置合わせされたナノ構造体をプリプレグに接着させ、プライ境界面でのそれらの位置を維持し、それらの位置合わせを保持し、位置合わせされたナノ構造体を完全に封じ込める樹脂のソースとして機能する。コンポジット部品の固化及び硬化の間、流れる樹脂はおよそプライ厚さ未満の比較的短距離を移動するが、これはプライには既に樹脂が含浸されているからである。
【００３４】
しかしながら、多くのコンポジット構造体はプリプレグ材料を用いて製造されていない。樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファーモールディング（ＶＡＲＴＭ）、及び樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）のようなインフュージョン系の方法は、コンポジット構造体産業において広く使用されている。これらの方法は、プライ境界面における位置合わせされたナノ構造体のシートの組み込みに対して重要な課題をもたらす。典型的には、インフュージョン系の方法は、樹脂を用いずに乾式で積層された繊維層を使用する。ＲＴＭ及びＶＡＲＴＭでは、層構造体は典型的には、ポリマーフィルムに封じ込められ（「入れられ」）、樹脂が流れて乾燥繊維に入り込むことができる。次に、構造体全体を焼いて、ポリマーを硬化又は凝固させる。樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）では、乾燥繊維層は樹脂フィルムのポリマーシートと交互になっている。熱を加えると樹脂は軟化し始め、乾燥繊維層を通って、固化されたコンポジットを形成する。別の変形例では、これらの樹脂フィルムはセミプレグと呼ばれる製品形式で繊維の表面シートに接着されてもよい。
【００３５】
上記インフュージョン系コンポジットモールディング技術は、位置合わせされたナノ構造体が機械的補強又は他の特性強化のためにプライ境界面に所望された場合に課題となる。例えば、位置合わせされた乾燥ナノ構造体は、乾燥繊維層と接合しにくい。位置合わせされたナノ構造体を境界面に置いてもよいが、乾燥繊維層に対して乾燥ナノ構造体はほとんど又はまったく接着しない。位置合わせされたナノ構造体のコヒーレンス、位置合わせ及び配置を維持することはさらに難しい。インフュージョン系の方法を用いた場合、樹脂は実質的にコンポジットの入口から出口まで体積全体を通る。樹脂のバルク流は、通常ナノ構造体に取って代わり、ナノ構造体をプライ境界面から遠ざけ、ナノ構造体の位置合わせを狂わせる。樹脂内でのナノ構造体の集積及びもつれはさらに、樹脂の流れパターンにマイナスの影響を与え、樹脂の粘度を下げることもあり、樹脂及びナノ構造体の両方の不均一な分布がもたらされる。
【００３６】
以下で論じられる方法及び製品は、ナノ構造体の位置合わせ及び配置を保持したままでインフュージョン系コンポジット構築法と統合することができる、位置合わせされたナノ構造体を提供する。例示的な実施形態では、位置合わせされたナノ構造体フィルム、ここではＶＡＣＮＴｓシートを、樹脂フィルムのシートに接合する。樹脂フィルムは熱硬化性材料又は熱可塑性材料であってもよい。位置合わせされたナノ構造体フィルムは、金属箔、ポリマーフィルム又は紙バッキング等の特定の支持材料に提供されてもよい。接合は、樹脂フィルムを加熱すること、及び／又は、真空及び／又は圧力を印加することで、位置合わせされたナノ構造体フィルムの注入を向上させるために樹脂の粘着性を増大させることによって行うことができる。こうして得られるフィルムの厚さは、位置合わせされたナノ構造体フィルムの厚さ（高さ）よりも小さいか、等しいか、又は実質的に大きくてもよい。その結果、位置合わせされたナノ構造体のフィルムは、ポリマー内に部分的又は完全に埋め込まれる。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、乾燥繊維層と交互の層又はパターンで配置することにより適用してもよい。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、すべてのプライ境界面に配置される必要はなく、異なる境界面又は特定の境界面の限られた領域に選択的に配置されてもよい。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、材料のテープ、シート又はパッチであってもよい。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、セミプレグ構成で乾燥繊維の層に部分的に接着されてもよい。
【００３７】
ＶＡＣＮＴ材料は、樹脂がより容易にＶＡＣＮＴのフォレストに流れ込むように、無水マレイン酸などの表面張力調整材料又は相溶化材料で前処理されてもよい。ＶＡＣＮＴのフォレストは、ＶＡＣＮＴのフォレストの樹脂マトリックスに対する接着性を高めるために、有機部分又は無機部分で官能化されてもよい。
【００３８】
例示的なＲＴＭ又はＶＡＲＴＭ互換性の構成では、１つ又は複数の位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムを乾燥繊維スタック内に配置してもよい。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、ツールプレート（モールド）、プレフォーム、配布媒体、ブリーザ層、ブリーダ層、真空バッグ、ピールプライ、補強層、構造化ハニカム及びシーラントテープを挙げることができる従来構成において、互いに、及び／又は、乾燥繊維若しくは乾燥繊維スタックに結合されてもよい。注入された樹脂には１つ又は複数の入口及び出口があってよい。注入された樹脂は、樹脂フィルムの組成と同じであっても、類似していても、又は異なっていてもよい。いくつかの例示的実施形態では、位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは高粘度樹脂を含んでよいが、注入される樹脂は、注入される樹脂が位置合わせされたナノ構造体の周りに流れるようにより低い粘度を有してよい。いくつかの例示的実施形態では、位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは低粘度樹脂を含んでよいが、注入される樹脂は、注入される樹脂が位置合わせされたナノ構造体の周り及び中を通って流れるようにより高い粘度を有してもよい。２種のフィルムの相対粘度の管理によって、ナノ構造体の位置合わせ及び配置を維持するインフュージョン方法の設計が可能となる。熱、圧力及び／又は真空を印加すると、注入される樹脂はコンポジット構造体を通って流れ、樹脂で体積の大部分を満たし、繊維及び位置合わせされたナノ構造体の両方を封じ込める。樹脂フィルム中の樹脂によって、比較的強いインフュージョンプロセスの間、位置合わせされたナノ構造体の位置合わせ及び位置を維持する。樹脂のバルク流の方向は、ナノ構造体の整列方向に対して平行、垂直又はランダムな配向であってもよい。いくつかの実施形態では、樹脂のバルク流は、ナノ構造体の位置及び位置合わせを阻害しうる力を最小限にするためにナノ構造体の方向と平行である。
【００３９】
樹脂フィルムインフュージョン（ＲＦＩ）構成では、位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムは、最終コンポジット構造体の樹脂のすべて又はほとんどのソースである。位置合わせされたナノ構造体樹脂フィルムを含むコンポジット層又はプライは、ツールプレート（モールド）、プレフォーム、配布媒体、ブリーザ層、ブリーダ層、真空バッグ、ピールプライ、補強層、構造化ハニカム及びシーラントテープを含むことができる構成に配置されてもよい。アセンブリ全体は加熱され、樹脂を流れさせ、繊維層及び位置合わせされたナノ構造体層の両方を封じ込める。位置合わせされたナノ構造体の位置合わせ及び配置は、加熱プロセス、硬化プロセス及び固化プロセスの間、完全に又は実質的に維持される。
【００４０】
インフュージョン方法のいずれにおいても、一度コンポジット構造体には樹脂が含浸され、アセンブリ全体をオートクレーブ、ホットプレス又はその他の従来の手法で固化及び硬化することができる。他の構成では、ナノ構造体層は、外部電源に接続され、埋め込み型ヒータとして使用され、コンポジット部分を加熱し、オートクレーブ、ホットプレス、コールドプレス又はその他の凝固方法の補助あり又はなしで樹脂を硬化させる。樹脂材料は、熱硬化性材料にシングル又はデュアルキュア重合プロセスを利用してもよい。熱可塑性樹脂材料については、加熱プロセスによって樹脂の流れを促進させ、反応を開始させた状態又はさせない状態で固化するよう促すことができる。
【００４１】
樹脂マトリックスは、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（チオフェン−３−酢酸）（ＰＴＡＡ）、又はこれらのコポリマーから構成されてもよい。加えて、又は代替的に、又は組み合わせて、樹脂マトリックスは、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（無水マレイン酸−ａｌｔ−スチレン）、ポリ［無水マレイン酸−ｃｏ−ジメチルアクリルアミド−ｃｏ−ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル］、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（パラ−キシリレン）、ポリ（ジメチルアミノメチルスチレン）、ポリ（プロパルギルメタクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチルアクリレート）、ポリ（ペルフルオロアルキルエチルメタクリレート）、ポリ（ペルフルオロデシルアクリレート）、ポリ（トリビニルトリメトキシシクロトリシロキサン）、ポリ（フルフリルメタクリレート）、ポリ（シクロヘキシルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート）、ポリ（ペンタフルオロフェニルメタクリレート−ｃｏ−エチレングリコールジアクリレート）、ポリ（メタクリル酸−ｃｏ−エチレングリコールジメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、及び／又はポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）のうち少なくとも１つから構成されてもよい。
【００４２】
例示的実施形態では、ナノ構造体アレイ又は垂直配向カーボンナノチューブ（ＶＡＣＮＴｓ）若しくはＶＡＣＮＴアレイ又はナノ繊維アレイは、周囲圧力で、又は周囲圧力に近い圧力で、連続的プロセスで製造される。このような実施形態では、樹脂マトリックスを有するか又は有しないナノ構造体アレイは、樹脂マトリックスがない場合、ナノ構造体アレイが第２の処理ステップで追加される樹脂マトリックス形態を有するように、第２の基材に注ぎ込まれてもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態によると、樹脂はナノ構造体アレイ内に導入されるため、粘着性シートはコンポジット製作中の輸送及び取扱のためにインフュージョン基材上の樹脂マトリックスから形成される。インフュージョン基材は、ポリジメチルシロキサンのような低エネルギーコーティングで処理された剥離紙であってもよく、樹脂／ＶＡＣＮＴマトリックスの剥離及びコンポジット構造体への後の組み込みを容易にする。樹脂は、ブロック化されたポリアミド又はポリアミンを有するＢステージ化されたビスフェノールＡ／エピクロロヒドリン等のエポキシ樹脂であってもよい。
【００４４】
構成によっては、マトリックス材料はゾルゲル前駆体等のセラミック前駆体でありうる。これらの構成及び従来の構成では、コンポジット構造体を高温で加熱してセラミック材料を形成するか、又は炭素繊維強化炭素複合材料の場合のように、高温還元性雰囲気で加熱して、樹脂マトリックスを熱分解してもよい。樹脂マトリックスのカーボンナノチューブアレイへの組み込みは、積層、浸漬、フローコーティング、噴霧、グラビア、蒸着等を含む種々のプロセスによって実施されてもよい。
【００４５】
構成によっては、ナノ構造体のマトリックス材料は、硬化剤、架橋剤、熱膨張率整合剤、耐腐食剤、強化剤、促進剤又は難燃剤のような一般的にプリプレグ又は樹脂フィルムに配合される材料であってもよい。構成によっては、ナノ構造体のマトリックス材料は、化学的に反応して最終硬化コンポジットに溶解するか、又は最終硬化コンポジットから除去される液体溶媒若しくは気体種を形成する材料であってよい。
【００４６】
図１は、ナノ構造体アレイ１０１の基部にある樹脂マトリックス形状物１０２から構成されたコンポジット１００の図である。樹脂マトリックス１０２はさらに、ナノ構造体アレイ１０１の上部に配置されてもよく、又はコンポジット１００は１８０°回転していてもよい。コンポジット１００の任意の配向が可能であり、ここで、樹脂マトリックス１０２はナノ構造体アレイ１０１のナノ構造体の端部からナノ構造体の略一定の長さに沿って延在していると理解すべきである。樹脂マトリックス形状物１０２はナノ構造体アレイ１０１の高さの１％〜９９．９９９９９９９％であってもよい。ナノ構造体アレイ１０１は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンである。
【００４７】
図２は、ナノ構造体アレイ２０１の上部及び基部の間にある樹脂マトリックス形状物２０２から構成されたコンポジット２００の図である。樹脂マトリックス形状物２０２はナノ構造体アレイ２０１の高さの５０％〜９９％であってもよい。ナノ構造体アレイ２０１の端部は樹脂マトリックス形状物２０２に覆われておらず、むしろ露出している。ナノ構造体アレイ２０１は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンである。
【００４８】
図３は、ナノ構造体アレイ３０１の上部及び基部の間にある樹脂マトリックス形状物３０２から構成されたコンポジット３００の図である。樹脂マトリックス形状物３０２はナノ構造体アレイ３０１の高さの１％〜５０％であってもよい。ナノ構造体アレイ３０１の端部は樹脂マトリックス形状物３０２に覆われておらず、むしろ露出している。ナノ構造体アレイ３０１は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンである。
【００４９】
図４は、ナノ構造体アレイ４０１全体を封じ込めており、ナノ構造体アレイ４０１の高さの少なくとも１００％である樹脂マトリックス形状物４０２から構成されたコンポジット４００の図である。したがって、樹脂マトリックス形状物４０２は、少なくとも樹脂マトリックス形状物４０２がナノ構造体アレイ４０１のナノ構造体の端から端まで延在できるような高さ及び位置を有する。ナノ構造体アレイ４０１は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンである。
【００５０】
図５は、ナノ構造体アレイ５０２全体を封じ込めており、ナノ構造体アレイ５０２の高さの１００％〜５００％である樹脂マトリックス形状物５０１から構成されたコンポジット５００の図である。したがって、樹脂マトリックス形状物５０１は、ナノ構造体の少なくとも一方の端部を超えて延在し、ナノ構造体アレイ５０２のナノ構造体の両端部を超えて延在してもよい。ナノ構造体アレイ５０２は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンである。
【００５１】
図６は、「プリプレグ」とも呼ばれる樹脂が含浸した繊維層６０３の上部にあるナノ構造体アレイ６０１から構成されたコンポジット６００の図である。ナノ構造体アレイ６０１は高さが１ミクロン〜２０００ミクロンであり、樹脂マトリックス６０２はナノ構造体アレイの高さの１００％〜５００％である。ナノ構造体アレイ６０１のナノ構造体の端部は樹脂マトリックス６０２で覆われていてもよく、又は１つ又は複数の端部が露出していてもよい。
【００５２】
図７は、コンポジット構造体を作製するプロセス７００の図である。例示としてコンポジット１００（図１）、コンポジット２００（図２）、コンポジット３００（図３）又はコンポジット４００（図４）として一括して実施されてもよい樹脂マトリックス７０４を有するナノ構造体アレイ７０２を、繊維層７０１の上部に配置するが、これは含浸された樹脂を含んでいても又は含んでいなくてもよい。樹脂が含浸されているか又は含浸されていない別の繊維の層７０３を、樹脂マトリックス７０４を有するナノ構造体アレイ７０２の上に配置する。繊維の方向は、アルミナ繊維、ガラス繊維又は炭素繊維をはじめとする任意のサイズ又は種類の任意の層において、いかなる方向であってもよい。
【００５３】
図８は、コンポジット構造体を作製するプロセス８００の図である。コンポジット５００（図５）として実施されてもよい樹脂マトリックスを有するナノ構造体アレイから構成されたコンポジット８０３を、樹脂が含浸されていない繊維層８０２の上に配置する。樹脂が含浸されていない別の繊維層８０２をコンポジット８０３の上に配置する。コンポジット８０３の樹脂マトリックスの少なくとも一部は、硬化中に繊維層８０２に移動し、樹脂マトリックス８０４を有する繊維層を形成する。繊維層８０２の繊維の方向は、アルミナ繊維、ガラス繊維又は炭素繊維をはじめとする任意のサイズ又は種類の任意の層において、いかなる方向であってもよい。
【００５４】
図９は、ナノ構造体アレイ９０２全体を封じ込めた樹脂マトリックス形状物９０５から構成されたコンポジット９００の図である。樹脂マトリックス形状物９０５はナノ構造体アレイ９０２の高さの少なくとも１００％であり、ナノ構造体アレイ９０２のナノ構造体の少なくとも一方の端部を覆う。ナノ構造体アレイ９０２は高さが１ミクロン〜１０００ミクロンであり、別途プリプレグとして知られている２枚の予め含浸された繊維層９０１及び９０３の間に埋め込まれる。
【００５５】
図１０は、ナノ構造体アレイ１００２全体を封じ込めた樹脂マトリックス形状物１００３から構成されたコンポジット１０００の図である。樹脂マトリックス形状物１００３はナノ構造体アレイ１００２の高さの少なくとも１００％であり、ナノ構造体アレイ１００２のナノ構造体の少なくとも一方の端部を覆う。ナノ構造体アレイ１００２は高さが１ミクロン〜１００ミクロンであり、別途プリプレグとして知られている１枚の予め含浸された繊維層１００１に埋め込まれる。
【００５６】
図１〜図１０は実施又は技術の特定の例を示しているが、他の変形例が開示される製品、物品、又はプロセスの範囲内に含まれると理解すべきである。例えば、図１〜図１０は樹脂マトリックス及びナノ構造体アレイの略平面形状を示すが、他の変形例も考慮されると理解されよう。樹脂マトリックス及び／又はナノ構造体アレイは、例えば高さ勾配又は所望の用途に従って指定可能な他の形状を有していてもよい。このような例においては、アレイのナノ構造体の一部は樹脂マトリックスを有していなくてもよく、及び／又は、樹脂マトリックス内に部分的に覆われていてもよく、及び／又は、樹脂マトリックスによって一方又は両方の端部が覆われていてもよく、及び／又は、樹脂マトリックスによって完全に覆われていてもよい。
【００５７】
その他の実施例及び実施態様も本開示及び添付の請求項の範囲及び趣旨内である。機能を実施する特徴は、機能の一部が異なる物理的位置で実施されるように分散されることを含め、物理的にさまざまな位置に配置されてもよい。さらに、特許請求の範囲を含め本明細書で使用する場合、「〜のうち少なくとも１つ」と前置きされる項目のリストで使用される「又は」は、例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうち少なくとも１つ」というリストがＡ若しくはＢ若しくはＣ若しくはＡＢ若しくはＡＣ若しくはＢＣ若しくはＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）、又は、複数の特徴を有する組み合わせ（例えば、ＡＡ、ＡＡＢ、ＡＢＢＣ等）を意味するような分離的なリストを示す。
【００５８】
特許請求の範囲を含め本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、機能又は動作がある項目又は条件「に基づく」という記述は、かかる機能又は動作が記述された項目又は条件に基づくものであり、記述された項目又は条件に加えて１つ又は複数の項目及び／又は条件に基づいてもよいことを意味する。上述の方法、システム、製品及び物品は例示である。各種構成は、適宜さまざまな手順又は部品を省略、置き換え、又は追加してもよい。例えば、代替的構成において、本方法は記述したのとは異なる順序で実施されてもよく、各種ステップは追加し、省略し、又は組み合わされてもよい。さらに、特定の構成と関連して記述された特徴はさまざまなその他の構成で組み合わせてもよい。構成の異なる態様及び要素を同様に組み合わせてもよい。また、技術は発展するものであるため、要素の多くは例示であり、本開示又は請求項の範囲を制限するものではない。
【００５９】
具体的詳細は、例示的構成（実施態様を含む）を完全に理解するために記述される。しかし、構成は、これらの具体的詳細なしに実践されてもよい。例えば、周知のプロセス、構造、製品、物品及び技術は、構成を不明瞭にすることを避けるために不必要な詳細なしで示されている。この記述は、例示的構成を提供するに過ぎず、請求項の範囲、適用性、又は構成を制限するものではない。むしろ、前述の構成の説明は記述された技術を実施するための説明を提供するものである。本開示の趣旨又は範囲を逸脱しない範囲で、要素の機能及び配置に関してさまざまな変更を行ってもよい。
【００６０】
また、構成はフロー図又はブロック図として描写されるプロセスとして説明されてもよい。各々は連続的プロセスとして操作を説明してもよいが、操作の一部は並行して又は同時に実施されてもよい。加えて、操作の順序を変更してもよい。プロセスは、図に含まれない追加の段階又は機能を有していてもよい。
【００６１】
いくつかの例示的構成を記述したが、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、さまざまな改変、代替的構造、及び同等物が使用されてもよい。例えば、上記の要素はより大型のシステムの部品であってよく、その他技術が本発明の適用に優先してもよく、又は本発明の適用を変更してもよい。また、上記要素の前、間、又は後に複数の操作が考えられる。したがって、上記の記述は請求項の範囲を拘束するものではない。
【００６２】
さらに複数の発明が開示されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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