(57)【要約】本発明は、外気量で炎（２８）を生成するトーチ（２６）と、該炎（２８）に面して位置する冷却基板（３３）とを備える融合装置（２０）を準備するステップと；トーチ（２６）と冷却基板（３３）の間の炎（２８）を通って細長い材料（１４）を連続的に移動させるステップと；炎（２８）を通過する間に、細長い材料（１４）上にカーボンナノ構造体（１６）を連続的に融合するステップとを含む方法に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融合カーボンナノ構造体（１６）を備えた細長い材料（１４）を調製する方法において、
−外気量で炎（２８）を生成するトーチ（２６）と、前記炎（２８）に向かい配置される冷却媒体（３３）とを含む融合装置（２０）を準備するステップと；
−前記トーチ（２６）と前記冷却支持体（３３）の間で前記炎（２８）を通って前記細長い材料（１４）を連続して前進させるステップと；
−前記炎（２８）を通って前進するにつれて、前記細長い材料（１４）上にカーボンナノ構造体（１６）が連続して融合するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記細長い材料（１４）の連続前進が上流取出しアセンブリー（１００）の外側の細長い原材料を取り出すことと、取り出された前記細長い原材料（１４）が前記炎（２８）内を通過することと、次いで前記細長い材料（１４）を下流収納アセンブリー（１０２）上に前記カーボンナノ構造体（１６）で収納することとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷却支持体（３３）の基部（７０）と、前記基部（７０）と前記トーチ（２６）の間に配置された前記冷却支持体（３３）の対向部（７２）との間を前記細長い材料（１４）が通過することを含み、前記基部（７０）および前記対向部（７２）が各々冷却されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記細長い材料（１４）が前記炎（２８）を通って連続して前進する間、前記炎（２８）内で前記細長い材料（１４）が前記基部（７０）に対して押圧されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記冷却支持体（３３）が前記トーチ（２６）によって生成される前記炎（２８）の少なくとも一つの主セグメント（１２０）を偏向させるために少なくとも一つの傾斜面（８６）を含み、前記トーチ（２６）によって生成される前記炎（２８）が傾斜した偏向面（３６）から下流に位置している偏向セグメント（１２２）を含み、前記細長い材料（１４）が前記偏向セグメント（１２２）を通過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記細長い材料（１４）が通過する前記炎（２８）の領域の温度が７００℃未満であり、特に４００℃と７００℃の間を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記トーチ（２６）がアセチレンなどの炭化水素動力ガスを酸素で燃焼させて作られた炎（２８）を生成し、前記トーチ（２６）内に供給される動力ガスの流れと酸素の流れとの比が有利には１超であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
カーボンナノ構造体（１６）の成長を開始することができる触媒剤を前記細長い材料（１４）の表面に堆積するステップを含み、前記触媒剤が有利には希釈した金属溶液から堆積されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記細長い材料（１４）が前記炎（２８）内を前進する速度が１ｍ／分超であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
融合カーボンナノ構造体（１６）を備える細長い材料（１４）を調製するための設備（１０）において、
−外気量で炎（２８）を生成するトーチ（２６）を含む融合装置（２０）であって、前記融合装置（２０）が前記炎（２８）の向かいに配置された冷却支持体（３３）を含む融合装置（２０）と；
−前記トーチ（２６）と前記冷却支持体（３３）の間の前記炎（２８）を通って前記細長い材料（１４）を連続して前進させるアセンブリー（２２）とを含み、
前記融合装置（２０）が、前記細長い材料が前記炎（２８）を通って進むにつれて、前記細長い材料（１４）上にカーボンナノ構造体（１６）を連続して融合することができることを特徴とする設備（１０）。
【請求項１１】
前記細長い材料（１４）を連続して前進させるための前記アセンブリー（２２）が前記細長い原材料（１４）を取り出すための上流アセンブリー（１００）と、取り出した前記細長い原材料（１４）を、前記炎（２８）内を通過させる機構と、カーボンナノ構造体（１６）を備えた前記細長い材料（１４）を収納するための下流アセンブリー（１０２）とを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の設備（１０）。
【請求項１２】
前記冷却支持体（３３）が基部（７０）と、前記基部（７０）と前記トーチ（２６）の間に配置された対向部（７２）とを含み、前記基部（７０）および前記対向部（７２）が各々冷却され、前記前進アセンブリー（２２）が前記基部（７０）と前記対向部（７２）の間に前記細長い材料（１４）を誘導することができることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の設備（１０）。
【請求項１３】
前記冷却支持体（３３）が前記トーチ（２６）によって生成される前記炎（２８）の少なくとも一つの主セグメント（１２０）に対して少なくとも一つの傾斜した偏向面（８６）面を含み、前記トーチ（２６）によって生成される前記炎（２８）が前記傾斜した偏向面（３６）から下流に位置している偏向セグメント（１２２）を含み、前記前進アセンブリー（２２）が前記細長い材料（１４）が前記偏向セグメント（１２２）を通過するように誘導することができることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の設備（１０）。
【請求項１４】
融合カーボンナノ構造体（１６）、特にカーボンナノチューブおよび／またはカーボンナノファイバーを備えた細長い材料（１４）を含む生成物（１２）において、請求項１〜９のいずれか１項による方法を用いて得られることを特徴とする生成物（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融合カーボンナノ構造体を有する細長い材料を調製する方法に関する。
【０００２】
そのような方法は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーなどのカーボンナノ構造体がその上に融合されるファイバー形状または固体形状での細長い材料を含む生成物を製造することを特に意図している。
【背景技術】
【０００３】
本発明による方法を用いて得られる生成物は、初期の細長い材料の特性を改質または改善するために、融合カーボンナノ構造体の存在によって機能する。
【０００４】
したがって、製造した生成物は、細長い基材のものとは異なる性質、特に改善した機械的、電気的または化学的性質を有する。
【０００５】
細長い基材は、有利には、ファイバー、スレッドなどのファイバーアセンブリーまたは織った、撚りあわせた、編んだもしくは不織のファイバー製の網である。収納アセンブリーから巻き取られ、かつ巻き戻されることができることが好ましく、そのアセンブリーはドラムまたはスプールにすることができる。
【０００６】
「ファイバー」とは、押出成形するおよび／または織ることができる繊維状物質である。ファイバーは、動物、植物、人工物、鉱物または合成物由来でありうる。
【０００７】
「スレッド」とは、一般に、撚られ、および押出成形された材料、特にファイバーの長くて細い束、（または）それらの材料の束の集まりである。
【０００８】
スレッドを絡み合わせることによって規則正しく組み立てて、ファブリック、ブレードまたはニットを形成することができる。
【０００９】
不織は一般に、紙を除く、天然ファイバーおよび／または人造ファイバーもしくは人造フィラメントのシートまたは帯状のものであり、織られていなく、様々な方法で、例えば機械アセンブリー（ニードルパンチ）または化学アセンブリーによって互いに結合することができる。
【００１０】
あるいは、細長い材料は、薄膜などの非ファイバー状のものである。
【００１１】
通常は、細長いファイバー材料上のカーボンナノ構造体の融合は、化学蒸着（ＣＶＤ）エンクロージャ内で、制御雰囲気下で行われる。
【００１２】
細長いファイバー材料は、最初に脱油し、次いで金属触媒が同ファイバー材料面に堆積する。
【００１３】
このようにして処理された材料は、次に化学蒸着エンクロージャ内に導入される。このエンクロージャは、例えば、炭化水素ガスで一掃した管状石英炉である。
【００１４】
次いで、特定の条件下で、カーボンナノチューブは、例えば、１５分と６０分の間を含む数十分を超える時間後、ファイバー材料面に成長する。
【００１５】
したがって、例えばＳｈａｆｆｅｒら，Ｃａｒｂｏｎ，４８，２７７−２８６，２０１０または欧州特許第２，２５４，８３０号に記載のそのような方法は、工業的に実行するには 極めて実用的でない。その方法は生産性が限られ、多数の処理を必要とする。
【００１６】
この問題を補うために、欧州特許第２，２９０，１３９号は、細長い材料の表面を処理した後に、一連の長さの細長い材料をプラズマ炉に連続して導入して、カーボンナノチューブの融合をプラズマ炉内で作成する融合方法を記述している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そのような方法は融合の生産性を改善するが、実行するには依然として複雑である。実際に、一方では、プラズマ炉の存在により、細長い材料がプラズマ炉に挿入される境界面を監視する必要があり、プラズマ炉内の制御雰囲気の維持を複雑にし、他方ではファイバーは、プラズマ炉に入れる前に、５００℃と１０００℃の間を含む温度で保持する必要がある。これはプロセスの制御を複雑にする。
【００１８】
本発明の一目的は、実行するには極めて簡単であり費用効果が高いが高品質の生成物を生産する、融合カーボンナノ構造体を備えた細長い材料を調製することが可能な方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そのためには、本発明は、
−外気量で炎を生成するトーチと、炎の向かいに配置された冷却媒体とを含む融合装置を準備するステップと；
−トーチと冷却支持体の間で炎を通って細長い材料を連続して前進させるステップと；
−炎を通過して進むにつれて、細長い材料上にカーボンナノ構造体が連続して融合するスッテップとを含むことを特徴とする上述のタイプの方法に関する。
【００２０】
本発明による方法は、単独で考えられるか、またはいずれの技術的に可能な組合せによる以下の特徴の一つまたは複数を含みうる：
−細長い材料が連続的に前進することは、上流の取出しアセンブリーの外部から細長い原材料を取り出すことと、取り出した細長い原材料が炎を通過することと、次いで細長い材料をカーボンナノ構造体で下流の収納アセンブリー上に収納することとを含む；
−冷却支持体の基部と、基部とトーチの間に配置された冷却支持体の対向部の間を細長い材料が通過することを含み、基部および対向部が各々冷却される；
−細長い材料は、炎を通って連続して前進する間、炎内で基部に対して押圧される；
−冷却支持体はトーチによって生成される炎の少なくとも一つの主セグメントを偏向させるために少なくとも一つの傾斜面を含み、トーチによって生成される炎は傾斜した偏向面から下流に位置している偏向セグメントを含み、細長い材料はこの偏向セグメントを通過する；
−細長い材料が通過する炎の領域の温度は、７００℃未満であり、特に４００℃と７００℃の間を含む；
−トーチはアセチレンなどの炭化水素動力ガスを酸素で燃焼させて作られた炎を生成し、トーチに供給される動力ガスの流れと酸素の流れとの比が有利には１超である；
−カーボンナノ構造体の成長を開始することができる触媒剤を細長い材料面に堆積するステップを含み、触媒剤は有利には希釈した金属溶液から堆積される；
−細長い材料が炎内を前進する速度は、１ｍｍ／分超、特に５ｍｍ／分超、有利には３００ｍｍ／分超であり、特に３００ｍｍ／分と１０，０００ｍｍ／分の間を含む；
−前進の速度は、１ｍ／分超、有利には３ｍ／分超、特に５ｍ／分超である。
【００２１】
本発明は、
−外気量で炎を生成するトーチを含む融合装置であって、該融合装置が炎の向かいに配置された冷却支持体を含む融合装置と；
−トーチと冷却支持体の間の炎を通って細長い材料が連続して前進するアセンブリーと；
−細長い材料が炎を通って進むにつれて、該材料上にカーボンナノ構造体を連続して融合することができる融合装置とを含むことを特徴とする融合カーボンナノ構造体を備えた細長い材料を調製する設備にも関連する。
【００２２】
本発明による設備は、単独で考えられるか、またはいずれの技術的に可能な組合せによる以下の特徴の一つまたは複数を含みうる：
−細長い材料を連続して前進させるアセンブリーは、細長い原材料を取り出す上流アセンブリーと、取り出した細長い原材料を、炎内を通過させる機構と、カーボンナノ構造体を備えた細長い材料を収納するための下流アセンブリーとを含む；
−冷却支持体は、基部と、基部とトーチの間に配置された対向部と、各々冷却される基部および対向部と、基部と対向部の間で細長い材料を誘導することができる前進アセンブリーとを含む；
−冷却支持体はトーチによって生成される炎の少なくとも一つの主セグメントに対して少なくとも一つの傾斜した偏向面を含み、トーチによって生成される炎は傾斜した偏向面から下流に位置している偏向セグメントを含み、前進アセンブリーは細長い材料が偏向セグメントを通過するように誘導することができる。
【００２３】
本発明は、上述の方法を用いて得ることができることを特徴とする、融合カーボンナノ構造体、特にカーボンナノチューブおよび／またはカーボンファイバーを備えた細長い材料を含む生成物にも関する。
【００２４】
単に例としてのみ示し、添付の図面を参照して行う以下の説明を読むと本発明はよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による融合カーボンナノ構造体を備える細長い材料を調製するための第１の設備の概略図である。
【図２】図１の設備の融合装置の概略図である。
【図３】図２の融合装置内の細長い材料用の冷却支持体の部分上面図である。
【図４】融合装置の炎を通過する細長い材料を示す、図３の平面ＩＶ−ＩＶに沿った部分断面図である。
【図５】図２の融合装置のトーチの概略断面図である。
【図６】図2の融合装置用の別のトーチの図５に類似した概略断面図である。
【図７】図１の設備用の本発明よる第２の融合装置の正面図である。
【図８】図７の代替融合装置の側面図である。
【図９】本発明による第３の融合装置の図７に類似した正面図である。
【図１０】図１の調製設備で得られた生成物を示す写真である。
【図１１】図１０の生成物の拡大写真である。
【図１２】本発明による細長い材料を含有する生成物を機械的特徴付ける装置の上面図である。
【図１３】本発明による細長い材料を含有する生成物の機械的挙動を本発明による細長い材料を有さない生成物と比較するグラフである。
【００２６】
図１〜６は、本発明によるカーボンナノ構造体を備えている生成物１２の調製用の第１の設備を示し、図１０および１１では生成物１２が見える。
【００２７】
図１０および１１に示すように、生成物１２は、その上にカーボンナノ構造体１６が融合されている細長い材料１４を含んでいる。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
細長い材料１４は、例えば、それぞれ肉眼で見えるファイバー１８からできたベースで形成されており、カーボンナノ構造体１６はそれらのファイバー上に融合される。
【００２９】
肉眼で見えるファイバーの例としては、セラミックファイバー（シリカファイバーなど、特にグラスファイバー）、カーボンファイバー、バサルトファイバー、有機ファイバー（アラミドファイバーなど、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）（ＮＯＭＥＸ（登録商標））またはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＫＥＶＬＡＲ（登録商標））ファイバーなどの特にメタアラミドファイバー、特に高温耐性を有する有機ファイバー）、フッ素化重合体ファイバー（特に、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、ポリアゾールファイバー（ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）など）、ポリスルフィドファイバー（ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）など）、イミダゾールファイバー（ポリ（ベンズイミダゾール）（ＺＹＬＯＮ（登録商標）など）、酸化アクリルファイバー（ＬＡＳＴＡＮ（登録商標））がある。
【００３０】
有利には、中温耐性を有する他の有機ファイバーは、細長い材料１４を形成することができる。
【００３１】
本発明の意味の範囲内で、ファイバーは、その最大横断寸法より有意に大きい長さを有する細長い材料である。肉眼で見えるファイバーの最小横断寸法は、例えば５μｍ超である。
【００３２】
細長い材料１４は、例えば個々のファイバーの形状、またはスレッド、リボン、束もしくは房を形成しているファイバーアセンブリーである。
【００３３】
細長い材料１４は、織った、撚りあわせた、編んだファイバーもしくは不織のアセンブリーから得られてもよい。細長い材料はファイバーのプライまたは帯状のものを形成することができる。
【００３４】
細長い材料１４は、その他の寸法より有意に大きい長さ、例えば、１ｃｍ超、特に１０ｃｍ超を有する。
【００３５】
有利には、細長い材料１４は、ドラムまたはスプールなどの回転する収納部材上に巻く、またはそのような部材から巻き戻すことができる。
【００３６】
別の代替案では、細長い材料１４は、固体マトリックスなどの非ファイバーの固体から形成する。例えば、それは薄膜を形成する。
【００３７】
細長い材料上に融合したカーボンナノ構造体１６は、例えば、カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブである。
【００３８】
「カーボンナノファイバー」という用語は、一般に、グラフェン積層によって形成された固体のシリンダー状のナノ構造体を指し、積層は例えば、円錐体または平板の形を想定する。
【００３９】
ナノファイバーは、ナノメートルスケール、すなわち１マイクロメートル未満の少なくとも１つの寸法を有する。
【００４０】
したがって、図に示した例において、ナノファイバーは、１００ｎｍ未満、特に５０ｎｍ未満、例えば１５ｎｍと２０ｎｍの間を含む横断寸法を有する。ナノファイバーは、１ｍｍ未満、特に１００μｍ未満、例えば２０μｍと３０μｍの間を含む長さを有する。
【００４１】
「ナノ構造体」とは、中空の管状形状の特定の結晶構造を指し、五角形、六角形または七角形に規則正しく有利に配置した原子で構成され、中空の中央通路を規定している。
【００４２】
ナノチューブは、カーボンナノチューブを形成するように炭素原子から生成される。
【００４３】
ナノチューブは、ナノメートルスケール、すなわち１マイクロメートル未満の少なくとも１つの寸法を有する。
【００４４】
したがって、図に示した例において、ナノチューブは、１００ｎｍ未満、特に５０ｎｍ未満、例えば１５ｎｍと２０ｎｍの間を含む横断寸法を有する。ナノチューブは、１ｍｍ未満、特に１００μｍ未満、例えば２０μｍと３０μｍの間を含む長さを有する。カーボンナノチューブは、特に同素形の炭素形状である。
【００４５】
一実施形態において、ナノチューブは単層ナノチューブである。
【００４６】
有利には、ナノチューブは、互いに巻付けられた、例えば同心円筒でいくつかのグラフェン層を有する多層ナノチューブである。
【００４７】
本発明による方法の実施のために、ナノ構造体１６は、細長い材料１４の表面に融合される。
【００４８】
例えば、この融合は、細長い材料１４と、ナノ構造体１６を構成する原子との間の共有化学結合によって行われる。このように、ナノ構造体１６は細長い材料１４上に固定されて、該材料と一緒に動くことができる。この融合は、細長い材料１４の表面にナノ構造体１６を数ナノメートル固定することによって実施することができる。
【００４９】
図１０および１１に示す例において、ナノ構造体１６は細長い材料１４の周りに帯状のものを形成し、各ナノ構造体１６は細長い材料１４上または別のナノ構造体１６上の第１のポイントに固定される。各ナノ構造体１６は、自由端または別のナノ構造体１６に接続している一端をさらに有する。
【００５０】
細長い材料１４上に融合するナノ構造体１６の面密度は、有利に、１平方センチメートル当たり０．０１ｍｇ超のナノ構造体であり、例えば０．０１ｍｇ／ｃｍ２と５ｍｇ／ｃｍ２の間のナノ構造体１６を含む。
【００５１】
このように、ナノ構造体１６は、細長い材料１４の特性、例えば細長い材料１４の伝導性またはその機械強度を高めるように改質する。
【００５２】
図１〜６で示すように、本発明による調製設備１０は、細長い材料１４上にナノ構造体１６を融合するための装置２０と、融合装置２０内で細長い材料１４を連続的に前進させるためのアセンブリー２２とを含む。
【００５３】
有利には、設備１０は、融合装置２０内を細長い材料１４が通過する前に、この材料を前処理するためのアセンブリー２４をさらに含む。
【００５４】
融合装置２０は、図２に示す。本発明によれば、融合装置は、外気量３０で炎２８を生成するトーチ２６と、炎２８に供給するためにトーチ２６にガスを送るためのアセンブリー３２と、トーチ２６の下側に配置された冷却支持体３３とを含む。
【００５５】
融合装置２０は、制御および調節ユニット３４をさらに含む。
【００５６】
図２、４および５に示すように、トーチ２６は垂直軸Ａ−Ａ’に沿って有利に伸びる。トーチは、ガス混合物を送るための少なくとも１つのチャネル４２を規定する本体４０を備える。
【００５７】
図２および５に示す例において、トーチ２２は単一の中心ガス注入チャネル４２を規定する。チャネル４２は、ガス搬送アセンブリー３２の上流に接続される。チャネルは、受けアセンブリー３２の向かいに延びている下流開口部４６を通って下流に出てくる。
【００５８】
ここでチャネル４２は、トーチ２２の中心で垂直軸Ａ−Ａ’に沿って延びる。
【００５９】
図６に示す代替案では、トーチ２２は冷却ガスの注入のための複数の周辺補助チャネル４４を規定する。
【００６０】
チャネル４４は、中心チャネル４２の周りに配置される。各補助チャネル４４の断面は、中心チャネル４２の断面よりも小さい。
【００６１】
補助チャネル４４は、ガス搬送アセンブリー３２の上流に接続している。
【００６２】
炎２８は、開口部４６の向かい、トーチ２６の下側の出口で生成される。炎は、冷却支持体３３の上に分配されるが、トーチ２２から離れて広がる実質的に円錐台のプロファイルを有する。
【００６３】
ガス搬送アセンブリー３２は、少なくとも１つの可燃性ガス供給源５０と、少なくとも１つの酸化性ガス供給源５２と、供給源５０からトーチ２２に可燃性ガスを送るための導管５４と、供給源５２からトーチ２２に酸化性ガスを送るための導管５６とを含む。
【００６４】
有利には、搬送アセンブリー３２は、第１の可燃性ガス調節器５８と、第２の酸化性ガス調節器６０とをさらに含む。
【００６５】
供給源５０に存在する可燃性ガスは、カーボンナノ構造体を形成するように設計された原子を含む。例えば、可燃性ガスは炭化水素を含む。可燃性ガスは、有利にアセチレンを含むかまたはアセチレンから成っている。したがって、可燃性ガス供給源５０は、純粋または混合物のいずれかのアセチレンを含む。
【００６６】
供給源５２に含まれる酸化性ガスは、例えば、純粋または混合物のいずれかでの酸素を含む。
【００６７】
導管５４、５６は、それぞれの供給源５０、５２をチャネル４２に接続する。チャネル４２への挿入の前に、導管５４、５６から来るガスを混合するために、ミキサーを供給源５０、５２とトーチ２２の間に置くことができる。
【００６８】
各調節器５８、６０は、それらが取り付けられている導管５４、５６を流れるガスの流量を調節することができる。調節器５８、６０は、制御ユニット３４に接続している。
【００６９】
本発明による方法を実施するために、調節器５８、６０は、可燃性ガスの体積流量と酸化性ガスの体積流量との比を１．２と１．５の間を含む、有利に１．２５と１．３０の間を含む比を有利に維持することができる。
【００７０】
この例では、調節器５８、６０はさらに、ガスを１リットル／分未満、例えば０．２リットル／分と０．８リットル／分の間、特に０．４リットル／分と０．５リットル／分の間を含む総体積流量を保持することができる。
【００７１】
図６に示す代替案では、搬送アセンブリー３２は、冷却ガス６２の供給源と、補助チャネル４４各々への冷却ガス用の取り入れ導管６４とをさらに含む。導管６４は、冷却ガス調節器６８を備えている。
【００７２】
冷却ガスは、例えば、アルゴンまたはヘリウムである。
【００７３】
図２で示す例では、冷却支持体３３は基部の低部７０と、上部対向部７２とを含み、細長い材料１４は該下部７０と該上部７２の間を炎２８で流れるように設計される。
【００７４】
冷却支持体３３は、下部７０および／または上部７２を制御された方法で冷却することができる温度調節アセンブリー７４をさらに含む。
【００７５】
下部７０は、細長い材料１４と接触するように設計された基板７６と、該基板７６の下に配置された温度調節ブロック７８とを含む。
【００７６】
基板７６は、有利に平坦な金属プレートから作成される。基板は、トーチ２６の向かいに軸Ａ−Ａ’に対し横方向に延びる細長い材料１４に対して上側支持面８０を規定する。
【００７７】
上部７２は、トーチ２６と下部７０の間に軸方向に配置される。
【００７８】
上部は、この例では、ステープルの形状である上体８２を含む。上体８２は、細長い材料１４の上側支持面８０の向かいに配置される内面８４と、細長い材料１４に向かって炎２８を偏向させるための傾斜した上面８６との範囲を定める。
【００７９】
上面８６では上体８２は、細長い材料１４の通過用の中心ノッチ８８を規定する。
【００８０】
この例では、下面８４は上側支持面８０と実質的に平行である。
【００８１】
傾斜面８６はゼロ以外で、かつ上面８０に対して９０°未満の傾斜を有し、軸Ａ−Ａ’を通過する平面を突き出る。
【００８２】
炎２８の外側部の偏向の効果を確実にものにするために、上面８０に対して傾斜面８６の傾斜角度αは、したがって２０°と６０°の間を含む。
【００８３】
ノッチ８８は、炎２８の輪郭の一部に対応する湾曲した形状を有する。
【００８４】
このように、炎２８内のカーボン前駆体が豊富なゾーンからの細長い材料１４の処理をできるだけ効果的に行うために、上部７２は、上面８０に対して細長い材料１４の押圧、炎２８の活性ゾーンの冷却およびその最適方位を確実にすることができる。
【００８５】
温度調節アセンブリー７４は、冷媒流体供給源９０と、下部７０を通る冷媒流用の第１の導管９２と、上部７２を通る冷媒流用の第２の導管９４とを含む。
【００８６】
該アセンブリー７４は、下部７０の周辺で、上面８０と細長い材料１４との接触点の向かいの炎２８の領域の温度を測定することができる温度センサ９６、例えばパラメータをさらに含む。
【００８７】
冷媒流体は、炎によって発生する熱を非接触式熱交換器によって放出することができる。例えば、熱交換器は水、グリコールなどの別の冷媒と水との混合物、または二酸化炭素で構成されている。
【００８８】
制御ユニット３４は、可燃性ガスと酸化性ガスと、任意選択で冷媒ガスとの適切な混合物を提供するためにガス搬送アセンブリー３２を制御することができる。
【００８９】
制御ユニット３４は、例えば、４００℃と７００℃の間、特に５００℃と７００℃の間を含む設定値温度によってセンサ９６で測定して、細長い材料１４と上面８０の間の接触点で炎の温度を維持するように、温度調節アセンブリー７４に命ずることもできる。
【００９０】
本発明によれば、トーチ２６、炎２８および冷却支持体３３は、特定の雰囲気が規定されている遮蔽エンクロージャ内に配置されることなく、外気量中、例えば建物内に配置される。
【００９１】
特に、外気量中の酸素の含有量は、１９％超であり、特に２０％と２２％の間を含む。
【００９２】
外気量中の窒素の含有量は、７０％超であり、特に７５％と８０％の間を含む。
【００９３】
したがって、本発明による調製方法は、特定の雰囲気を制御する必要がある遮蔽エンクロージャを準備することなく、極めて簡単に実行することができる。トーチ２６の周辺および特に、炎２８の周りのトーチ２６と冷却支持体３３の間に広がっている雰囲気は、制御されない。
【００９４】
図１を参照して、前進アセンブリー２２は、細長い原材料１４が融合装置２０内を通過する前に、該原料を取り出すための上流エレメント１００と、細長い材料１４が融合装置２０を通るように誘導するための機構（図示せず）と、融合装置２０から出てくる、融合カーボンナノ構造体１６を備えた細長い材料１４を収納するための下流エレメント１０２とを含む。
【００９５】
上流エレメント１００は、例えば、細長い原材料１４を巻き取るための上流部材を含む。細長い原材料１４は、上流エレメント１００から連続して取り出すことができる。
【００９６】
細長い材料１４を誘導するための機構は、表面８０に該材料を適用して、上部７２の傾斜面８６の向かいの炎２８中に配置するように、融合装置２０内に細長い材料１４を誘導することができる。
【００９７】
機構は、上面８０に対して、および制御ユニット３４によって制御できる傾斜面８６に対して細長い材料１４の位置を調整する手段を含む。
【００９８】
下流エレメント１０２は、例えば、融合した細長い材料１４を巻き取るための下流部材を含む。融合した細長い材料１４は、下流エレメント１０２に連続して収納することができる。
【００９９】
さらに、下流エレメント１０２および／または誘導機構は、融合装置２０内で所定の速度で細長い材料１４を運ぶための手段を含む。所定の速度は、例えば１ｍｍ／分超、特に５ｍｍ／分超である。この速度は、有利に３００ｍｍ／分超であり、例えば３００ｍｍ／分と１０，０００ｍｍ／分の間を含む。
【０１００】
前処理アセンブリー２４は、上流取出しエレメント１００と融合装置２０の間に配置する。該アセンブリーは、細長い原材料１４の外面上でカーボンナノ構造体の成長を開始することができる触媒剤を適用するための装置１１０を含む。触媒剤は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトなどの金属から形成される。触媒剤は、細長い材料１４の表面でカーボンナノ構造体１６の成長をもたらすことができる複数の部位の形状で堆積される。
【０１０１】
有利には、装置１１０は、金属を含有する希釈溶液中に細長い材料１４を浸漬するための手段１１２と、乾燥手段１１４とを含む。
【０１０２】
ここで、設備１０を用いる本発明による生成物１２を調製する方法を説明することとする。
【０１０３】
最初に、融合装置２０を準備して、外気量中に配置する。
【０１０４】
細長い原材料１４は、上流取出しアセンブリー１００内に配置し、前処理アセンブリー２４がある場合、融合装置２０を通って、下流収納エレメント１０２まで前処理アセンブリーに配置する。
【０１０５】
次いで、融合装置２０を作動させる。そのためには、温度調節アセンブリー７４を始動させて、冷却支持体３３の下部７０および上部７２を冷却するようにする。
【０１０６】
さらに、炎２８に点火して、燃料を送りこむために、酸化性ガスと可燃性ガスの混合物をトーチ２６に供給する。
【０１０７】
炎２８の温度を調整するために温度センサ９６をさらに作動させる。
【０１０８】
制御ユニット３４は、可燃性ガスと酸化性ガスとの体積比を制御して、１．１と１．４の間、特に１．２５と１．３の間に有利に保持する。
【０１０９】
可燃性ガスと酸化性ガスの総体積は、０．３Ｌ／分超であり、特に０．４Ｌ／分と０．５Ｌ／分の間を含む。
【０１１０】
炎２８は外気量で生成され、トーチ２６の周辺に特定の雰囲気を生成する必要もないので、特に使いやすい。
【０１１１】
炎２８が安定した時点で、上面８０と下部７０の位置を調整して、４００℃と７００℃の間、有利には５００℃と７００℃の間を含む温度が、細長い材料１４が移動することになる炎２８のゾーン内に確実に存在するようにする。
【０１１２】
このように、トーチ２６の自由端を表面８０から分離する軸距離は、例えば、３ｍｍと５ｍｍの間、特に４ｍｍと４．５ｍｍの間を含む。
【０１１３】
それがなされると、細長い材料１４、例えばカーボンスレッドは、上流取出しエレメント１００と下流収納エレメント１０２の間を前処理アセンブリー２４および融合装置２０を通って連続的に動き前進する。
【０１１４】
前処理アセンブリー２４内を通過中、細長い原材料１４は、その外面に金属融合部位が取り付けられる。有利には、該原料は、浸漬手段１１２に供給される金属溶液に浸漬され、次いで乾燥手段１１４内で乾燥する。
【０１１５】
細長い材料１４は、次に融合装置２０を通過する。該材料は上面８０に対して押圧されて、炎２８に侵入する。図４で示すように、細長い材料は上部７０の傾斜面８６の向かいを通過する。
【０１１６】
表面８６に対して投射される炎２８は、主セグメント１２０と、傾斜面８６との接触から上流と、細長い材料１４が移動する表面８６から偏向するセグメント１２２とを有する。
【０１１７】
必要に応じて、アルゴンなどの冷却ガスが炎２８に加えられる。
【０１１８】
このように、細長い材料１４は、制御された温度を有し、その冷却が制御される炎２８の部分に供される。
【０１１９】
この例では、細長い材料１４は、３００ｍｍ／分と６０００ｍｍ／分の間を含む速度で炎２８内を連続的に移動する。
【０１２０】
この通過により、炎２８の向かいに配置される細長い材料１４の表面で、細長い材料１４上にカーボンナノ構造体１６が連続して融合される。
【０１２１】
ナノ構造体１６の長さは、例えば、１０μｍ超であり、特に２０μｍと３０μｍの間を含む。ナノ構造体１６の最大直径は、１μｍ未満であり、特に５０ｎｍ未満である。
【０１２２】
カーボンナノ構造体１６を備えた細長い材料１４は、次に、下流アセンブリー１０２に連続して収納される。
【０１２３】
したがって、本発明による方法は、最適な生産性を可能にするが、特に実行することが容易である。本方法により、ファイバー、スレッド、構造化マトリクス、帯状のものなどの種々の細長い材料上にカーボンナノ構造体を効果的に融合することが可能になる。
【０１２４】
また、本方法は細長い材料１４上でナノ構造体１６を融合することを含むので、操作者にとって極めて安全である。
【０１２５】
細長い材料１４が炎２８を通って前進すると、融合が連続して行われる。
【０１２６】
得られた生成物１２は、例えば図１１および１２に示す。
【０１２７】
図７および８に示す第１の代替設備１０において、細長い片１３０の形状での細長い材料１４は、融合装置２０に挿入される。
【０１２８】
支持体の下部７０の上面８０は、上部７２よび炎２８に向かって位置している平面状セグメント１３２を除いて、トーチ２６に向かって凸状の湾曲形状をしている。
【０１２９】
上流アセンブリー１００および下流アセンブリー１０２は各々スプールを備える。上流アセンブリー１００のスプールは細長い原料１４を巻き戻すことができ、下流アセンブリー１０２のスプールはナノ構造体１６を備えた細長い材料１４を巻き戻すことができる。
【０１３０】
図９に示す第２の代替設備１０では、設備１０は細長い材料１４の上部に対して第１の上流融合装置２０Ａと、細長い材料１４の下部に対して第２の下流融合装置２０Ｂとを含む。
【０１３１】
第１の融合装置２０Ａは、第２の融合装置２０Ｂと反対側を向いている。
【０１３２】
このように、第１の融合装置２０Ａのトーチ２６は、融合装置２０Ａの冷却支持体３３に向かう第１の方向（図９では下流）に開く。
【０１３３】
第２の融合装置２０Ｂのトーチ２６はその装置２０Ｂの冷却支持体３３の向かいの第２の方向（図９では上流）で第１の方向と反対側に開く。
【０１３４】
したがって、細長い材料１４が第１の融合装置２０Ａを通過するとき、該材料の外面１４の第１の部分はナノ構造体１６を備える。
【０１３５】
次いで、細長い材料１４が第２の融合装置２０Ｂを通過するとき、第１の融合装置２０Ａの冷却アセンブリー３３の上面８０と接触した細長い材料１４の外面１４の第２の部分は同様にナノ構造体１６を備える。
【０１３６】
上述の本発明は、多くの技術分野、例えば、ポリマー材からできているマトリクスを強化する技術、高性能複合部品（例えば航空機用途、スポーツとレジャー用途、鉄道用途、自動車産業用途）を得るために構造用複合材料を取得する技術またはスマート材料（濾過、スマート繊維、燃料電池）の開発で用いることができる融合カーボンナノ構造体を備える細長い材料１４を得ることを可能にする。
【０１３７】
実施形態の一例において、カーボンスレッドによって形成された細長い材料１４は、本発明による方法を用いてナノチューブで構成されたカーボンナノ構造体１６を備えていた。
【０１３８】
改質されたカーボンスレッドは、ＡＸＯＮ社により２０２５エポキシ樹脂を使用して手動式層別化によって成形された。
【０１３９】
許容誤差±０．０６ｍｍで、長さ８０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍを有する、ＴＯＲＡＹ社製のＴ３００型のカーボンスレッドで作られた複合材料棒は、４本の改質されたカーボンスレッドを樹脂に埋め込むことによって得られた。
【０１４０】
比較として、本発明による方法を用いて処理しなかった未処理カーボンスレッドを含む試験片を成形した。
【０１４１】
本発明による方法を用いて処理したスレッドを含む試験片の電気抵抗は３０オーム未満であるが、一方未処理スレッドを含む試料の電気抵抗は２３５オームに近い。
【０１４２】
ダイナミック熱機械分析（ＤＴＭＡ）を実施するために、ダイナミック正弦運動を用いてトリプルフレックスパターン（３０２Ａ、３０２Ｂの末端および３０２Ｃの中心で埋め込んだ）でこれらの複合材料棒３００にバイアスをかけた。支持体間の距離は６０ｍｍであり、周波数は５Ｈｚ，温度上昇の速度は２℃／分、および移動は±１０μｍであった。試験は、樹脂のガラス転移前に、２５℃と１１０℃の間で行った。アセンブリーの上面図を図１１に示す。
【０１４３】
図１２は、温度関数として収納モジュールＥ’の発展を示す。ナノ構造体１６がカーボンファイバー上に融合されている複合材料棒は、参照棒の収納モジュール３１２より１０％超の収納モジュール３１０を有する。
【０１４４】
したがって、最先端の方法と比較して、本発明の方法は、粒子を炉に挿入するまたは炉内の特定の雰囲気を調節する必要もないので、実施するのが特に簡単である。本方法は、簡単かつ実用的に外気量で直接実施することができる。その上、最先端の方法、特にＳｈａｆｆｅｒら，Ｃａｒｂｏｎ，４８，２７７−２８６，  ２０１０に記載のそれとは異なり、得られたナノチューブの成長は急速であり、このため高生産量を得ることが可能になる。
【０１４５】
さらに、驚くべきことに、本発明者らは特に、自由カーボンナノ構造体を生成する最先端で用いられている炎方法（例えば、米国特許出願第２０１１／００５９００６号および同第２０１０／０１１９７２４号を参照されたい）が炎を通過する細長い材料の存在下で、細長い材料上にナノ構造体の融合をもたらし得ることを発見した。
【０１４６】
本発明による方法は、改善した特性を有する改質した細長い材料を生成するために細長い材料上にナノ構造体を固定することを可能にする。このように、マトリクスの特性を改善するために、得られた細長い生成物は、特に、種々のポリマーマトリクスに埋め込むように用いることができる。
【０１４７】
本発明による方法は、外気量で細長い材料を、炎内を通って連続的に前進させることを含み、このためかなりの長さの細長い材料が急速かつ効果的に融合することができる。したがって、本方法は、限定された雰囲気下でかなり長い時間、処理すべき試験片を固定化する（欧州特許第２，２２４，８３０号、Ｙｏｏｎら，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｏｔａｌ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，４０９，４１３２−４１３８，２０１１またはＳｈａｆｆｅｒら，Ｃａｒｂｏｎ，４８，２７７−２８６，２０１０に記載）必要もなく、または炎内に処理すべき試料を固定化する（Ａｍｉｎｉら，Ｃａｒｂｏｎ，４８，３１３１−３１３８，２０１０またはＭａｉら，Ｃａｒｂｏｎ，５０，２３４７−２３７４，２０１２を参照されたい）必要もない。
【０１４８】
また、本発明による方法は、欧州特許第２，２９０，１３９号に記載の炉のように材料を連続して導入する場合、複雑な境界面をＣＶＤ炉に供給しないですむ。
【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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【図１３】
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【国際調査報告】
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