(57)【要約】ガラクチトールとマンニトールの糖アルコール混合物、及びこのような混合物を備える組成物が、相変化材料（ＰＣＭ）として開示される。炭素基板上にカーボンナノチューブを形成する方法が記載される。カーボンナノチューブを有する炭素基板、特に、炭素基板上のカーボンナノチューブのコンフォーマル層も開示され、これらの材料の作製及び使用方法も開示される。また、蓄熱ユニットも提供される。蓄熱ユニットは、熱交換媒体が流れる熱交換路と、熱交換路と熱接触する蓄熱材とを備えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約９：１〜約１：９の重量比でガラクチトールとマンニトールとを備える、組成物。
【請求項２】
ガラクチトールのマンニトールに対する前記重量比が、約２．５：１〜約１：１．５である、
請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
ガラクチトールのマンニトールに対する前記重量比が、約１：１である、
請求項１または２に記載の組成物。
【請求項４】
ガラクチトール及びマンニトールの量が、組成物全体の少なくとも約７５重量％である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
ガラクチトール及びマンニトールの量が、組成物全体の少なくとも約９０重量％である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
ガラクチトール及びマンニトールの量が、組成物全体の少なくとも約９８重量％である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
前記組成物が、約１５０℃〜約１６０℃の融点を有する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、約１５１℃〜約１５３℃の融点を有する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物が、約２８０Ｊ／ｇ〜約３１５Ｊ／ｇの融解潜熱を有する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物が、約３００Ｊ／ｇ〜約３１０Ｊ／ｇの融点を有する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記ガラクチトール及び／またはマンニトールが、１つまたは複数の位置で、アルキル、アミノ、アミド、シアノ、チオ、またはエステル基によって酸化、還元、または官能化される、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
粘度調整剤、抗菌材料、難燃剤、過冷却防止剤、増粘剤、抗酸化剤、または腐食抑制剤のうちの１つまたは複数をさらに備える、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１３】
脂肪酸、パラフィン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、グリセリン、ポリエチレン、及び架橋ポリエチレンからなる群から選択される１つまたは複数の蓄熱材料をさらに備える、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物を備える、
マイクロカプセル。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物と、
熱伝導率モジュレータと、を備える、
熱複合材料。
【請求項１６】
前記熱伝導率モジュレータが、金属または金属酸化物を備える、
請求項１５に記載の熱複合材料。
【請求項１７】
前記熱伝導率モジュレータが、黒鉛フォームを備える、
請求項１５に記載の熱複合材料。
【請求項１８】
前記黒鉛フォームが、ナノチューブを備えるハイブリッド極薄黒鉛フォームである、
請求項１５に記載の熱複合材料。
【請求項１９】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物、
請求項１４に記載のマイクロカプセル、または、
請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の熱複合材料、
を備える、
蓄熱装置。
【請求項２０】
前記装置がシェル管装置である、
請求項１９に記載の蓄熱装置。
【請求項２１】
ａ．原子層成長法によって炭素基板上にバッファ層を被着させることと、
ｂ．前記炭素基板及び／または前記バッファ層上に触媒を被着させることと、
ｃ．前記炭素基板を高温で作動ガスに接触させ、それによって前記炭素基板上にカーボンナノチューブを形成することと
を含む、
炭素基板上へのカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項２２】
ステップａ）がステップｂ）の前に実行される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ステップｂ）がステップａ）の前に実行される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記炭素基板が炭素フォームである、
請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記炭素基板が黒鉛フォームである、
請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記炭素基板が、ニッケルフォーム上のグラフェンの化学気相成長法によって形成される黒鉛フォームであり、
前記ニッケルが電解エッチングによって除去される、
請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記炭素基板が３Ｄプリント黒鉛フォームである、
請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記バッファ層が約１〜約１０ｎｍの厚さである、
請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記バッファ層が約５ｎｍの厚さである、
請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記バッファ層が金属酸化物を備える、
請求項２１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記バッファ層が、酸化アルミニウム、亜鉛華、酸化ケイ素、またはこれらの組合せを備える、
請求項２１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記バッファ層が酸化アルミニウムを備える、
請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記バッファ層が、約２〜約１０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムの層を備える、
請求項２１〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記バッファ層が、約５ｎｍの厚さの酸化アルミニウムの層を備える、
請求項２１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記触媒が鉄触媒である、
請求項２１〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記触媒がフェロセンから形成される、
請求項２１〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記触媒が層として被着される、
請求項２１〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記触媒が、約２〜約２０ｎｍの厚さの層として被着される、
請求項２１〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記触媒が粒子として被着される、
請求項２１〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記触媒が、約２〜約２０ｎｍの寸法の粒子として被着される、
請求項２１〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記触媒が、原子層成長法を使用して被着される、
請求項２１〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記触媒が、化学気相成長法を使用して被着される、
請求項２１〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記触媒が、気相金属源によって被着される、
請求項２１〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記カーボンナノチューブが、約１〜約５００マイクロメートルの長さである、
請求項２１〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記カーボンナノチューブが、約２５０〜約５００マイクロメートルの長さである、
請求項２１〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記カーボンナノチューブが、約１〜約５０ｎｍの直径である、
請求項２１〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記カーボンナノチューブが、直径約１０ｎｍである、
請求項２１〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記カーボンナノチューブが、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備える、
請求項２１〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記炭素基板が原子層成長法の前にプラズマ処理される、
請求項２１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記炭素基板が原子層成長法の前に酸素プラズマ処理される、
請求項２１〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記炭素基板が、原子層成長法の前に約１〜約５分間、酸素プラズマ処理される、
請求項２１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記作動ガスが炭化水素ガスを備える、
請求項２１〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記作動ガスが、エチレン、アセチレン、メタン、ベンゼン、トルエン、またはこれらの組合せを備える、
請求項２１〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記作動ガスが、約１〜約１０００ｓｃｃｍの流量で前記炭素基板上を流れる、
請求項２１〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記温度を上昇させたままとし、
前記作動ガスを約１〜約６０分間流す、
請求項２１〜５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記高温が、約４００℃〜約１１００℃である、
請求項２１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
多孔性基板上のカーボンナノチューブのコンフォーマル層を備える、組成物。
【請求項５８】
前記多孔性基板が金属フォームである、
請求項５７に記載の組成物。
【請求項５９】
前記多孔性基板が炭素フォームである、
請求項５７または５８に記載の組成物。
【請求項６０】
前記多孔性基板が黒鉛フォームである、
請求項５７〜５９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６１】
前記多孔性基板が３Ｄプリント黒鉛フォームである、
請求項５７〜６０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６２】
前記カーボンナノチューブが、約１〜約５００マイクロメートルの長さである、
請求項５７〜６１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６３】
前記カーボンナノチューブが、約２５０〜約５００マイクロメートルの長さである、
請求項５７〜６２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６４】
前記カーボンナノチューブが、約１〜約５０ｎｍの直径である、
請求項５７〜６３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６５】
前記カーボンナノチューブが、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備える、
請求項５７〜６４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６６】
炭素基板上のカーボンナノチューブの層と、
相変化材料と
を備える、
組成物。
【請求項６７】
炭素基板上のカーボンナノチューブの層を備え、
前記炭素基板上のカーボンナノチューブの層をプラズマ処理することを含む、
組成物に相変化材料を接触させる方法。
【請求項６８】
請求項２１〜６６のいずれか一項に記載の材料の、
可撓グラフェン電子装置の熱伝導性基板としての使用方法。
【請求項６９】
請求項２１〜６６のいずれか一項に記載の材料の、
電池の電極としての使用方法。
【請求項７０】
請求項２１〜６６のいずれか一項に記載の材料の、
蓄熱装置における使用方法。
【請求項７１】
請求項２１〜６６のいずれか一項に記載の材料の、
熱交換装置における使用方法。
【請求項７２】
請求項２１〜６６のいずれか一項に記載の材料の、
蓄熱ユニットの相変化材料による使用方法。
【請求項７３】
熱交換媒体が流れる熱交換路と、
前記熱交換路と熱接触する蓄熱材と
を備え、
前記蓄熱材が、多孔性熱伝導マトリックスと多孔性熱伝導マトリックス内に配設される相変化材料とを備える複合材料を備える、
蓄熱ユニット。
【請求項７４】
前記熱交換路が、中心軸を有する管と、内面及び外面を有する管壁とを備え、
前記管壁が、前記熱交換媒体が流れる管腔を定義するように、前記中心軸のまわりに同軸に配設される、
請求項７３に記載のユニット。
【請求項７５】
前記蓄熱材が、前記管の前記外面と物理接触する、
請求項７４に記載のユニット。
【請求項７６】
前記蓄熱材が前記管を囲む、
請求項７４または７５に記載のユニット。
【請求項７７】
前記多孔性熱伝導マトリックスが、等方性熱伝導性マトリックスを備える、
請求項７３〜７６のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項７８】
前記多孔性熱伝導マトリックスが、異方性熱伝導性マトリックスを備える、
請求項７３〜７６のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項７９】
前記異方性熱伝導性マトリックスが、熱交換路と平行な軸に沿った前記熱伝導率に対応する熱交換路に直交する軸に沿って増加する熱伝導率を示すように構成される熱伝導マトリックスを備える、
請求項７８に記載のユニット。
【請求項８０】
前記異方性熱伝導性マトリックスが、熱交換路と平行な軸に沿った前記熱伝導率に対応する前記熱交換路から半径方向に延在する複数の軸に沿って増加する熱伝導率を示すように構成される熱伝導マトリックスを備える、
請求項７８または７９に記載のユニット。
【請求項８１】
前記多孔性熱伝導マトリックスが、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せを備える、
請求項７３〜８０のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８２】
前記黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せが、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ上に配設されるカーボンナノチューブのコンフォーマル層をさらに備える、
請求項８１に記載のユニット。
【請求項８３】
前記相変化材料が、約５０℃〜約２２５℃の融解温度を有する、
請求項７３〜８２のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８４】
前記相変化材料が、約２００ＭＪ／ｍ３〜約４００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する、
請求項７３〜８３のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８５】
前記相変化材料が、糖アルコールまたは糖アルコールの混合物を備える、
請求項７３〜８４のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８６】
前記相変化材料が、マンニトール及びガラクチトールの混合物を備える、
請求項７３〜８５のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８７】
熱交換媒体が流れる複数の熱交換路をさらに備える、
請求項７３〜８６のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８８】
各熱交換路が、中心軸を有する管と、内面及び外面を有する管壁とを備え、
前記管壁が、前記熱交換媒体が流れる管腔を定義するように、前記中心軸のまわりに同軸に配設され、
前記管のそれぞれの前記中央軸が互いに略平行である、
請求項８７に記載のユニット。
【請求項８９】
前記熱交換路及び前記蓄熱材を囲むハウジングをさらに備える、
請求項７３〜８８のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項９０】
熱交換媒体を前記熱交換路に移送するための入口ポート及び出口ポートをさらに備える、
請求項８９に記載のユニット。
【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、２０１３年８月２９日に出願されたＵ．Ｓ. ６１／８７１，５８２、２０１３年８月２９日に出願されたＵ．Ｓ．６１／８７１，５９４、２０１３年８月２９日に出願されたＵ．Ｓ．６１／８７１，７１４、及び、２０１３年８月２９日に出願されたＵ．Ｓ．６１／８７１，７０７の優先権の利益を主張し、そのすべてが参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
政府支援の記載
本発明は、アメリカ合衆国エネルギー省のエネルギー高等研究計画局からの認可番号ＤＥーＡＲ００００１７８の下、政府支援を受けてなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
電気自動車は、液体またはガス化燃料による車載燃焼方式の代わりに、推進力を電気化学エネルギー蓄積、通常はリチウムイオン電池に依存する。主に、リチウムイオン電池の高いコスト及び十分ではない走行距離のために、電気自動車（ＥＶ）は、いまだに輸送分野のごく一部にとどまっている。著しい研究努力により、コストは削減され、電気化学的蓄積のエネルギー密度は改善されてきている。また、電池に対するエネルギー要求が低減する場合、同じ電池による走行距離は伸びる可能性がある。
【０００４】
厳しい気候においては、ＥＶの走行中に消費される車載エネルギーの４０％もが、車の運転室の冷暖房のために消費されることがあると推定されている。車両の運転室の環境調整のための冷暖房システムの改善（たとえば、エネルギーコストの低減）により、車両を動かすリチウムイオン電池に対するエネルギー要求が低減する可能性がある。このようにして、ＥＶの走行距離は長くなる可能性がある。
【０００５】
熱的及び電気化学的な蓄積及び交換などのエネルギーに関連する用途は、世界的な経済及び環境に関して大きな意味を有し、活発な研究開発の領域である。熱的及び電気化学的な用途において、熱的及び電気化学的な機器（たとえば、ＥＶ）の性能は、効果的な熱及び電子導電材料の組み込みによって、大いに改善させることができる。特に黒鉛材料は、金属などの従来の導電材料に対する現実的な代案として、熱的及び電気化学的両方の用途において使用されている。黒鉛材料は一般に、軽量で、安定しており、多くのさまざまなタイプの熱的及び電気化学的活性材料と互換性があり、そして、費用効率が高い。しかし、連続的及び高品質な黒鉛含有量の黒鉛材料は、得ることが困難である。
【０００６】
多孔性金属材料は、高度な用途について広い範囲の可能性を示している。金属性フォームの場合、用途には、フィルタ、電池及び燃料電池電極、熱交換器、触媒、ならびに軽量構造材料が含まれる。多孔性金属材料の利点は一般に、高空隙率、高表面積、及び軽量に関するものである。多くの用途のために、空隙率はできるだけ高いことが望ましい。多くの用途のための、別の望ましい特徴は、多孔性金属中の細孔容積が、非常に相互に連結している、または、開いていることである。これは特に、金属性フィルタ、電極材料、熱交換器、及び触媒にとって重要である。
【０００７】
カーボンナノチューブは１９９１年の発見以来、集中的に研究されている。ナノチューブは、広範囲にわたる直径及び長さの、単一シート壁または多層の形態で得られている。これらの炭素材料は、たとえば異方性の高い（すなわち、指向的な）熱伝導性などの、多くの通常とは異なる、価値のある特性を有する。新しい炭素材料及びそれらの作製方法、ならびにそれらを利用する方法及び装置（たとえば、蓄熱ユニット）が求められている。
【０００８】
潜熱蓄熱は、幅広い技術における重要な考慮事項である。潜熱は、材料の状態変化の間に、材料の温度の実質的な変化を伴わずに解放または吸収される熱エネルギーである。状態変化は、固体から液体、固体から気体、液体から気体、または固体から固体（たとえば、結晶質固体から非晶質固体）への相変化などの相変化を含むことができる。
【０００９】
相変化材料（ＰＣＭ）は、所望の温度でのこのような相変化を経た、高い潜熱を有する組成物である。たとえば、ＰＣＭが凍結し、液体から固体に変化するとき、融解潜熱の形で大量のエネルギーを解放する。材料が融解するとき、固体から液体に変化するにつれて、等しい量のエネルギーを周囲から吸収する。同様に、ＰＣＭが気体から液体に凝縮するとき、気化熱の形で大量のエネルギーを解放し、沸騰して、液体から気体に変化するとき、周囲から等しい量のエネルギーを吸収する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在、多くのさまざまな種類のＰＣＭが利用可能である。しかしそれぞれ、ある使用には好適であるが、別の使用には好適ではない、関連する利点及び欠点を有する。よって、新しいＰＣＭの開発は、研究における進行中の目標であり、新しいＰＣＭが必要であり、ＰＣＭの新しい用途も同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示される材料、化合物、組成物、製品、装置、及び方法の目的によって、本明細書で具現化され、そして広く記載されるように、開示される主題は、１つの態様における、組成物と、開示される組成物の作製及び使用方法とに関するものである。特定の態様において、開示される主題は一般に、ＰＣＭとして使用することができる、糖アルコール混合物を備える組成物に関するものである。開示される糖アルコール混合物は、高い融解熱及び比較的低い融点を提供する特定の比率で、ガラクチトール及びマンニトールを含有する。開示される組成物は任意選択的に、粘度エンハンサー、添加剤、及び熱伝導率モジュレータを備えることができる。さらなる態様において、開示される組成物と熱伝導率モジュレータとを備える熱複合材料、及び、このような複合材料を含有する装置も開示される。
【００１２】
また、炭素基板上にカーボンナノチューブを形成する方法も、本明細書に開示される。カーボンナノチューブを有する炭素基板、特に、炭素基板上のカーボンナノチューブのコンフォーマル層も開示され、これらの材料の作製及び使用方法も開示される。
【００１３】
また、調整された熱及び電気特性を付与する構造を有する三次元黒鉛マトリックスも、本明細書に開示される。いくつかの実施形態において、三次元（３Ｄ）プリント技術が、これらの３Ｄ黒鉛マトリックスを生成するために、化学気相成長法または高温熱分解技術と結合される。
【００１４】
また、蓄熱ユニットも本明細書で提供される。蓄熱ユニットは、熱交換媒体が流れる熱交換路と、熱交換路と熱接触する蓄熱材とを備えることができる。蓄熱材は、多孔性熱伝導マトリックスと、多孔性熱伝導マトリックス内に配置される相変化材料とから形成される複合材料を備えることができる。熱伝導マトリックスは、金属フォーム、炭素または黒鉛含有金属フォーム、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、あるいはそれらの組合せを備えることができる。本明細書に記載される蓄熱ユニットは、熱エネルギーの蓄積が望ましい任意の用途で使用することができる。一例として、本明細書に記載される蓄熱ユニットは、電気自動車などの車両のＨＶＡＣシステムに組み込むことができる。
【００１５】
開示される主題のさらなる利点は、後に続く記述で部分的に説明され、さらに、部分的には記述から明らかであり、または、下記の態様の実践によって学習することができる。下記の利点は、特に添付の特許請求の範囲において示される要素及び組合せによって実現かつ達成される。上記の概要及び下記の詳細説明は、単に例示的で、説明的なものであり、制限的なものではないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な多孔性黒鉛マトリックスユニットの略図である。
【図２Ａ】半径方向薄壁をオフセットして２つのマトリックスユニットを積み重ねることによって黒鉛マトリックスを生成する実施例プロセスの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの黒鉛マトリックスの断面図を示す図である。
【図２Ｃ】マトリックスの中央開口部に挿入されたチューブを有する、組み立てられた黒鉛マトリックスの概略図である。
【図３】横並びに整列された黒鉛マトリックスを示す図である。
【図４Ａ−Ｂ】蓄熱ユニットの略図である。
【図５】蓄熱ユニットの略図である。
【図６】２つの蓄熱ユニットを含むＥＶにおいて使用されるＨＶＡＣシステムの略図である。
【図７】２つの蓄熱ユニットを含むＥＶにおいて使用されるＨＶＡＣシステムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書に記載の材料、化合物、組成物、製品、及び方法は、開示内容及びその中の実施例の下記の特定の態様の詳細説明を参照することにより、容易に理解されよう。
【００１８】
本発明の材料、化合物、組成物、及び方法を開示または記述する前に、以下に記述される態様は特定の合成方法また特定の試薬に限定されず、したがって当然のことながら変動してもよいことが理解されるべきである。また本明細書で使用する専門用語は、特別な態様を記述する目的のためのものに過ぎず、限定を意図するものではないことが理解されるべきである。
【００１９】
また、この明細書の全体を通して、さまざまな出版物が引用される。これらの出版物の開示は、その全体が、開示内容が関係する従来技術をより完全に説明するために、参照によって本出願に組み込まれる。開示された文献はまた、参照が基づく文中で考察されるその文献に含まれる内容のために、個別に、具体的に参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２０】
一般的定義
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、多くの用語に言及されるが、これらは、以下の意味を持つものとする。
【００２１】
本明細書で使用される用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」ならびに「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などのその変化形は、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及びその変化形と同義的に使用され、かつ、開かれた、限定されない用語である。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」がさまざまな実施形態を記述するために本明細書で使用されているが、用語「本質的に〜からなる」及び「〜からなる」は、本発明のより具体的な実施形態を提供するために、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の代わりに使用することができ、また、開示することができる。
【００２２】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、他に明記のない限り、複数の言及物も含む。したがって、たとえば「組成物（ａ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」への言及は、２つ以上のこのような２組成物の混合物を含み、「化合物（ｔｈｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）」への言及は、２つ以上のこのような化合物の混合物を含み、「薬剤（ａｎ  ａｇｅｎｔ）」への言及は、２つ以上のこのような薬剤の混合物を含む、など。
【００２３】
「任意選択の」または「任意選択的に」は、続いて記述される事象または状況が起こるまたは起こらない可能性があり、したがってその記述は、事象または状況が起こる場合と起こらない場合とを含むことを意味する。
【００２４】
本明細書では、範囲は、「約」１つ特定の値から、及び／または「約」別の特定の値までのように表現できる。「約」とは、その値の５％以内、たとえば、その値の４、３、２、または１％以内を意味する。このような範囲を表現する場合、別の態様には、１つの特定値から、及び／または他の特定値までが含まれる。同様に、値が近似として表現される場合、先行する「約」の使用によって、特定値が別の態様を形成することが理解されよう。各範囲の終点が、他の終点との関係で、また、他の終点と独立して、重要であることがさらに理解されよう。
【００２５】
成分の重量パーセント（重量％）は、特に反対の記載がない限り、成分が含まれる配合または組成物の総重量を基準とする。
【００２６】
本明細書で使用される場合、用語「グラフェン」ならびに、「黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）」及び「黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｉｃ）」などの語の他の形態は、六角形の炭素への言及を意図する。本明細書に開示されるように、グラフェン層は、実質的に純粋であると言われている。実質的に純粋とは、グラフェン層が、約１％またはそれより少ない（たとえば、約０．５％、０．２５％、または０．１％より少ない）炭素以外の材料を含有することを意味する。さらに、グラフェン層は、実質的に非晶質炭素ではないと言われており、これは、グラフェン層に含まれる非晶質つまり非六角形の構成の炭素が約１０％より少ない（たとえば、約７％、５％、２．５％、または１％より少ない）ことを意味する。グラフェンの純度は、さまざまな技術を使用して、すなわち、位相差透過電子顕微鏡法、Ｘ線回折解析、ラマン分光法、熱重量分析、またはこれらの任意の組合せによって測定することができる。
【００２７】
本明細書で使用される場合、用語「コンフォーマル層」は、基板の実質的にすべての表面に被着する実質的に均一な厚さへの言及を意図する。「実質的に均一な厚さ」とは、厚さの変化が１０％より小さいことを意味する。「基板の実質的にすべての表面」とは、基板の表面積の９０％以上を意味する。
【００２８】
ここで、開示される材料、化合物、組成物、製品、及び方法の特定の態様を詳細に参照し、その実施例は、添付の実施例及び図に示される。
【００２９】
高い潜熱を有する糖アルコール混合物
効果的な熱エネルギー密度を決定するため、高い融解潜熱は、蓄熱用途にとって望ましい。しかし、融解熱は一般に、融解温度に比例し、用途の見地から、より高い融解温度は、用途、たとえば、より好適な断熱のニーズによっては、望ましくない欠点を有する可能性がある。開示されるＰＣＭ組成物は、２つの高潜熱材料（ガラクチトール及びマンニトール）を混合することによって、高い潜熱を保持するが、結果として生じる材料は、いずれの純粋な材料よりも低い融解温度を有する。また、開示されるＰＣＭ組成物は、高い熱安定性を有して、耐食性があるが、それは脂肪酸に基づくＰＣＭの共通の欠点である。
【００３０】
２つの糖アルコール、ガラクチトール及びマンニトールの混合物が本明細書に開示され、ＰＣＭ組成物は、このような混合物を備える。
【化１】
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ガラクチトールは、３５７Ｊ／ｇの融解潜熱及び１８７℃の融点を有する。マンニトールは、３０８Ｊ／ｇの融解潜熱及び１６２℃の融点を有する。これらの２つの糖アルコールの一定の混合物は、高い融解潜熱を維持して、いずれの純粋成分より低い、低い融点を有し、混合物をＰＣＭ及び中温蓄熱用途に好適な成分にすることが見出された。
【００３１】
ガラクチトール及びマンニトールは、約９：１〜約１：９の重量比で、開示される混合物に存在することができる。たとえば、ガラクチトールのマンニトールに対する重量比は、約９：１、約８．５：１、約８：１、約７．５：１、約７：１、約６．５：１、約６：１、約５．５：１、約５：１、約４．５：１、約４：１、約３．５：１、約３：１、約２．５：１、約２：１、約１．５：１、約１：１、約１：１．５、約１：２、約１：２．５、約１：３、約１：３．５、約１：４、約１：４．５、約１：５、約１：５．５、約１：６、約１：６．５、約１：７、約１：７．５、約１：８、約１：８．５、または約１：９とすることができ、いずれの規定された比率も、比率の範囲の上端または下端を形成することができる。他の実施例において、ガラクチトールのマンニトールに対する重量比は、約２．５：１〜約１：１．５である。たとえば、ガラクチトールのマンニトールに対する重量比は、約２．５：１、約２：１、約１．５：１、約１：１、及び約１：１．５とすることができ、いずれの規定された比率も、比率の範囲の上端または下端を形成することができる。さらなる好ましい実施例において、ガラクチトールのマンニトールに対する重量比は、約２：１〜約１：１とすることができる。最も好ましい実施例において、ガラクチトールのマンニトールに対する重量比は、約１：１である。
【００３２】
ガラクチトール・マンニトール混合物は、開示されるＰＣＭ組成物の主成分である。たとえば、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、組成物全体の少なくとも約７５重量％とすることができる。他の実施例において、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、組成物全体の少なくとも約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、約９８、または約９９重量％とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００３３】
開示される混合物及びそれらを備える組成物は、約１５０〜約１６０℃、たとえば、約１５０、約１５１、約１５２、約１５３、約１５４、約１５５、約１５６、約１５７、約１５８、約１５９、または約１６０℃の融点を有することができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、開示される混合物及びそれらを含有する組成物は、約１５１〜約１５３℃の融点を有することができる。
【００３４】
開示される混合物及びそれらを備える組成物は、約２８０〜約３１５Ｊ／ｇ、たとえば、約２８０、約２８５、約２９０、約２９５、約３００、約３０５、約３１０、及び約３１５Ｊ／ｇの融解潜熱を有することができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、開示される混合物及びそれらを含有する組成物は、約３００〜約３１０Ｊ／ｇの融解潜熱を有することができる。
【００３５】
混合物及びそれらを備える組成物の融解エンタルピーは、約１００〜約７００ＭＪ／ｍ３とすることができる。たとえば、融解エンタルピーは、約１００ＭＪ／ｍ３、約１５０ＭＪ／ｍ３、約２００ＭＪ／ｍ３、約２５０ＭＪ／ｍ３、約３００ＭＪ／ｍ３、約３５０ＭＪ／ｍ３、約４００ＭＪ／ｍ３、約４５０ＭＪ／ｍ３、約５００ＭＪ／ｍ３、約５５０ＭＪ／ｍ３、約６００ＭＪ／ｍ３、約６５０ＭＪ／ｍ３、または約７００ＭＪ／ｍ３とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００３６】
開示される混合物及びそれらを備える組成物は、好ましい実施例において、ガラクチトール及びマンニトールを約１：１の重量比で備えることができ、約１５１〜約１５３℃の融点、及び、約３００Ｊ／ｇ〜約３１０Ｊ／ｇの融解潜熱を有する。
【００３７】
糖アルコールのいずれか一方または両方は、それらの融解潜熱及び融点、したがって混合物の融解潜熱及び融点を調節するための化学修飾とすることができることも本明細書において意図される。たとえば、ガラクチトール及び／またはマンニトールは、１つまたは複数の位置で、酸化または還元することができる。あるいは、または、さらに、ガラクチトール及び／またはマンニトールは、１つまたは複数の位置で、アルキル、アミノ、アミド、シアノ、チオ、またはエステル基で官能化させることができる。また、ガラクチトール及び／またはマンニトールは、それらのピラノース型またはフラノース型に変換することができる。
【００３８】
ガラクチトール及び／またはマンニトールを改質することによって、混合物の融点を下げることができる。したがって、この場合、混合物は、約１２０〜約１６０℃、たとえば、約１２０、約１２１、約１２２、約１２３、約１２４、約１２５、約１２６、約１２７、約１２８、約１２９、約１３０、約１３１、約１３２、約１３３、約１３４、約１３５、約１３６、約１３７、約１３８、約１３９、約１４０、約１４１、約１４２、約１４３、約１４４、約１４５、約１４６、約１４７、約１４８、約１４９、約１５０、約１５１、約１５２、約１５３、約１５４、約１５５、約１５６、約１５７、約１５８、約１５９、または約１６０℃の融点を有することができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、開示される組成物は、約１２０〜約１５０℃、約１３０〜約１５０℃、または約１４０〜約１５０℃の融点を有することができる。
【００３９】
開示される組成物は任意選択的に、１つまたは複数の粘度調整剤を備えることができる。たとえば、開示される組成物の粘度調整剤は、グリセリン、エリスリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、ソルビトール、ズルシトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、またはラクチトールとすることができる。他の実施例において、開示される組成物の好適な粘度調整剤は、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、ジイソシアン酸トルエン（ＴＤＩ）、ナフタレンジイソシアナート（ＮＤＩ）、イソホロンジイソシアナート（ＩＰＤＩ）、及び／またはヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ））などのジイソシアナートとすることができる。
【００４０】
開示される組成物は任意選択的に、１つまたは複数の添加剤を備えることができる。開示される組成物に含むことができる添加物の１つのタイプは、抗菌剤である。開示される組成物が糖アルコールを含有するため、微生物の増殖は、特定の状況における懸念事項である可能性がある。したがって、開示される組成物での微生物の増殖を防止または減少させることができる任意の抗菌材料を、使用することができる。好適な抗菌材料の実施例は、銅、亜鉛、または銀などの金属、及び／またはこれらの塩を含む。好適な抗菌材料のさらなる実施例は、天然及び人工の有機組成物、たとえば、ペニシリンまたはセファロスポリンのようなβ−ラクタム抗生物質、及び、ネオマイシンのようなタンパク合成阻害薬を含む。また、乳酸、酢酸、またはクエン酸などの抗菌材料も使用することができる。いくつかの他の実施例において、抗菌材料は、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化メチルベンゼトニウム、塩化セチルアルコニウム、塩化セチルピリジニウム、セトリモニウム、セトリミド、塩化ドファニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、及び臭化ドミフェンなどの４級アンモニウム化合物を備えることができる。抗菌材料は、有効量、たとえば、微生物の増殖を防止または減少させるが、混合物の潜熱及び融点に実質的に影響を及ぼさない量で使用することができる。
【００４１】
開示される組成物に含むことができる別の好適な添加剤は、難燃剤である。好適な難燃剤は、有機組成物または無機組成物を備えることができる。いくつかの実施例において、リン酸トリス（２−クロロ−１−（クロロメチル）エチル）、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの好適な難燃剤。いくつかの実施形態において、難燃剤は、ゼオライトを備えることができる。難燃剤は、有効量、たとえば、燃焼を防止または減少させるが、混合物の潜熱及び融点に実質的に影響を及ぼさない量で使用することができる。
【００４２】
またさらに、開示される組成物は、過冷却を防止するための薬剤を任意選択的に備えることができる。このような薬剤の好適な実施例は、硫酸カルシウム、ピロリン酸カルシウムヨウ化銀などの難溶性無機塩類を含む。
【００４３】
開示される組成物は、水不溶性超吸着剤ポリマー（アクリル酸共重合体）カルボキシメチルセルロース、カチオン性グアーガム、またはヒュームドシリカなどの増粘剤を、任意選択的に備えることができる。
【００４４】
開示される組成物は任意選択的に、アミン、またはヒドロキシアミン、またはフェノールなどの抗酸化剤を備えることができる。
【００４５】
開示される組成物は任意選択的に、亜硫酸ナトリウム、クロム酸、及びポリリン酸エステルなどの腐食抑制剤を備えることができる。
【００４６】
開示される混合物またはそれらを含有する組成物は、１つまたは複数の蓄熱材料と合成することができる。たとえば、脂肪酸、パラフィン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、グリセリン、ポリエチレン及び架橋ポリエチレンは、混合物またはそれらを備える組成物と合成することができる。
【００４７】
本明細書において合成することができる他の添加蓄熱材料は、尿素、ウレイドピリミドン、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、ＬｉＦ及びＢｅＦ２、ＮａＦ及びＢｅＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＮａＦ及びＺｒＦ４、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＬｉＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＢｒ及びＬｉｌ、ＫＣｌ−ＭｇＣｌ２、ＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣＯ３及びＬｉＯＨ、ＬｉＢｒ及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、Ｋ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３、ＫＦ及びＫＢＦ４、Ｎａ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、ＣａＣｌ２及びＬｉＣｌ、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＫＦ及びＬｉＦ、Ｋ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＶＯ３及びＢａＴｉＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＢｒ及びＮａＢｒ、ＫＢｒ及びＬｉＣｌ及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＮａＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＣａＦ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＡｌＦ３及びＺｒＦ４、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４及びＫ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＬｉＣＯ３、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＣａＣｌ２及びＣａＦ２、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ２及びＫ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＫＦ及びＫＣＯ４及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＬｉＯＨ、ＬｉＦ及びＢａＦ２及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ及びＭｇＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＬｉＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣＯ３及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣｌＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＺｎＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ＝ＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＶＯ３、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ及びＭｇＦ２、ＣａＣｌ２及びＣａＦ２及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ及びＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｚｎ及びＭｇ、Ａｌ及びＭｇ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＣａ、Ｍｇ及びＡｌ、ギ酸、カプリル酸、グリセリン、Ｄ−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン、臭化ドカシル、カプリロン、フェノール、ヘプタデカノン、１−シクロヘキシロオクタデカン、４−ヘプタデカノン、ｐ−トルイジン、シアナミド、エイコサン酸メチル、３−ヘプタデカノン、２−ヘプタデカノン、ヒドロケイ皮酸、セチルアルコール、α−ネフチルアミン、カンフェン、ｏ−ニトロアニリン、９−ヘプタデカノン、チモール、酢酸ナトリウム、トリメチロールエタン、メチルベヘナート、ジフェニルアミン、ｐ−ジクロロベンゼン、オキザラート、次リン酸、ｏ−キシレンジクロリド、β−クロロ酢酸、ニトロナフタレン、トリミリスチン、ヘプタデカン酸、α−クロロ酢酸、ミツロウ、グリコール酸、グリオキシル酸、ｐ−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ジントトルエント、フェニル酢酸、アリルチオ尿素、ブロモ樟脳、ジュレン、ベンジルアミン、メチルブロモベンゾエート、アルファナフトール、グラウタリック酸、ｐ−キシレンジクロリド、カテコール、キニーネ、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチルベン、ベンズアミド、酢酸、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エライジン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、Ｋ２ＨＰＯ４・６Η２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Η２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ２・２Ｈ２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・６Η２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Η２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＩ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＩ２・６Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・７Η２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（Ｎ��３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Αｌ（ΝＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ガリウム−ガリウムアンチモン共晶、ガリウム、セロロー共晶、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶、セロベンド共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−スズ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ共晶、ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ及びＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、トリエチロールエタン及び水及び尿素、Ｃ１４Ｈ２８Ｏ２及びＣ１０Ｈ２０Ｏ２、ＣａＣｌ２及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、トリエチロールエタン及び尿素、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ及びＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びΑｌ（ΝＯ３）２・９Η２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＣ
１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ナフタレン及び安息香酸、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４Ｂｒ、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮａＮＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＫＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮＨ４Ｃｌ、または、これらの組合せである。
【００４８】
蓄熱材料の組合せ、ならびに、開示されるガラクチトール・マンニトール混合物による組成物は、融点を、たとえば約１６０℃から約１２０℃に、約１５０℃から約１３０℃に、約１４０℃から約１３０℃に、または、約２４０℃から約１５０℃に下げることができる。
【００４９】
また、開示される混合物またはそれらを含有する組成物は、マイクロカプセル化することもできる。これらの組成物をマイクロカプセル化するには、たとえば、気相成長法、流動層コーティング、エントラップメント／マトリックスカプセル化、噴霧乾燥エマルジョン、分散重合、その場重合、界面重合、単純コアセルベーション、複合コアセルベーション、溶媒相分離、リポソームカプセル化、パンコーティングなどのさまざまな好適な方法がある。
【００５０】
また、開示される混合物またはそれらを含有する組成物を備える熱複合材料も、本明細書に開示される。たとえば、熱複合材料は、本明細書に開示されるようなガラクチトール・マンニトール混合物、及び熱伝導率モジュレータを含むことができる。熱伝導率モジュレータは、高多孔性の等方性または異方性マトリックスとすることができる。たとえば、多孔性マトリックスは、少なくとも約７５％（たとえば、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９１％、少なくとも約９２％、少なくとも約９３％、少なくとも約９４％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％）の体積空隙率を備えることができる。ある実施例において、マトリックスは、熱伝導性フォームを備えることができる。フォームは、独立気泡、連続気泡、粗多孔性網状構造、及び／またはこれらの組合せを備えることができる。ある実施例において、フォームは、ＰＣＭがフォーム中を拡散できるように、連続気泡フォームまたは網状フォームを備えることができる。
【００５１】
ある実施例において、熱伝導性モジュレータは、金属フォームを備えることができる。連続気泡金属フォーム及び網状金属フォームを含む金属性フォームが、当該技術分野において知られており、さまざまな液体及び固体状態処理方法を使用して生成することができる。金属フォームを形成する好適な方法は、金属フォーム及び所望のフォーム形態（たとえば、所望の体積空隙率）の組成物を含む、多数の要因を考慮して選択することができる。金属缶の非限定的な実施例は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、及びモリブデン（Ｍｏ）を含む金属フォームに含まれてもよい。金属フォームは、実質的に単一の金属のみ備えることができる。あるいは、金属フォームは、２つ以上の金属の組合せを備えることができる。好適な金属フォームの実施例は、ニッケルフォーム、アルミニウムフォーム、チタンフォーム、青銅フォーム、及び銅フォームを含むが、これらに限定されるものではない。ある場合において、金属フォームは、網状金属フォームを備える。網状金属フォームを作る方法は、当該技術分野において知られている。たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、ＧｉｒｌｉｃｈのＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ６，８５７，４６１を参照。また、熱伝導マトリックスは、炭素または黒鉛含有ニッケルフォーム、アルミニウムフォーム、チタンフォーム、青銅フォーム、あるいは銅フォームなどの、炭素または黒鉛含有金属フォームを備えることもできる。
【００５２】
好適な熱伝導率モジュレータのさらなる実施例は、黒鉛状炭素、カーボンブラック、及びカーボンナノ粒子のような炭素基板を含む。カーボンナノ粒子は、カーボンナノチューブ、フラーレン、またはグラフェンを備えることができる。好ましい実施例において、熱伝導率モジュレータは、炭素フォームを備える。炭素及び黒鉛フォームは、高い熱伝導性を示す三次元相互連結炭素質構造を備えることができる。炭素及び黒鉛フォームは、応用ニーズ及び／または熱伝達要件に基づく広範囲にわたる形状で構成することができる。特に、炭素及び黒鉛フォームは、高熱伝導性、低密度、またはこれらの組合せを示すように構成することができる。ある実施形態において、炭素及び黒鉛フォームは、小さい気泡または細孔寸法を有する、連続気泡または網状の炭素及び黒鉛フォームとすることができる。本明細書での使用に適した、極薄黒鉛フォームを含む三次元炭素フォームが、Ｐｅｔｔｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ，  １２：２９５９−２９６４，  ２０１２、及び、Ｊｉ  ｅｔ  ａｌ，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ，  １２：２４４６−２４５１，  ２０１２で開示されており、黒鉛フォーム、ならびにそれらの作製及び使用方法についてのそれらの教示のために、それぞれが参照により本明細書に完全に組み込まれる。黒鉛フォームは、高導電性の三次元相互連結黒鉛型構造を備える。フォームの細孔が、熱交換または蓄積用途のために本明細書に開示されるＰＣＭなどの活性材料で満たされるとき、三次元相互連結黒鉛型構造は、黒鉛フォームの細孔に埋め込まれる活性材料から、熱を効率的に輸送することができる。黒鉛フォームの三次元相互連結黒鉛型構造は、同様にひどく苦しい相互連結壁に囲まれる、ひどく苦しい細孔を特徴とする三次元マトリックスを提供することができる。黒鉛フォームのこれらのひどく苦しい相互連結壁は、マトリックスの細孔にカーボンナノ材料を導入することによって、さらに改良されている。特定の実施例において、熱伝導率モジュレータは、３Ｄプリント黒鉛フォームである。
【００５３】
たとえば、黒鉛フォームは、連続気泡網状のニッケルフォーム上での、好適な炭素前駆体の化学気相成長法（ＣＶＤ）によって合成することができる。黒鉛がニッケルフォーム上で形成されたあと、たとえばウェットエッチング液を使用して、ニッケルを除去することができ、黒鉛フォームがもたらされる。その他の好適な炭素及び黒鉛フォームは、ピッチ系炭素及び黒鉛フォームを含む。たとえば、そのすべてが参照により本明細書に完全に組み込まれる、ＫｌｅｔｔのＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ６，０３３，５０６、６，０３７，０３２、６，３９９，１４９、６，７８０，５０５、７，０１４，１５１、７，１５７，０１９、７，１６６，２３７、６，２６１，４８５、６，３８７，３４３、６，６５６，４４３、及び６，６６３，８４２を参照。また、網状ガラス質炭素（ＲＶＣ）フォームなどの好適な炭素及び黒鉛フォームは、商業的供給源から入手することができる。たとえば、好適なフォームは、商標名ＰＯＣＯＦＯＡＭ（登録商標）（Ｐｏｃｏ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ，  Ｉｎｃ．，  Ｄｅｃａｔｕｒ，  ＴＸ）で市販されている。
【００５４】
ある実施形態において、熱伝導マトリックスは、３Ｄプリント黒鉛マトリックスを備えることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、３-Ｄプリントテンプレートを使用して形成される黒鉛材料である。３Ｄプリントにより、黒鉛材料の形態を精密に制御することができる。したがって、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、連続的な黒鉛材料から形成される微小孔構造ネットワークを備える構造を保有することができる。
【００５５】
３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、任意の好適な形態を保有するように形成することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスの作製方法は、３Ｄプリントプロセスを使用して微小孔構造テンプレートを形成することと、微小孔構造テンプレートを黒鉛化して３Ｄプリント黒鉛マトリックスにもたらすことを含むことができる。微小孔構造テンプレートは、標準的な３Ｄプリント方法を使用してプリントすることができる任意の好適な黒鉛化可能材料から形成することができる。たとえば、微小孔構造テンプレートは、金属テンプレート（たとえば、ニッケルテンプレート）または黒鉛化可能なポリマーテンプレートとすることができる。金属（たとえば、Ｎｉ）テンプレートは、金属（たとえば、Ｎｉ）粉体の直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）によって形成することができる。ＤＭＬＳは、金属粉を焼結するための小径レーザを使用して、冶金結合を形成する。レーザ経路は制御可能であり、金属粉のより多くの層を絶えず追加することによって、微小孔構造金属テンプレートを、デジタルモデルに基づいてプリントすることができる。光造形及び選択的なレーザ焼結を含む、さまざまな３Ｄプリントプロセスが、微小孔構造ポリマーテンプレートを形成するために使用することができる。テンプレートの構造は、特定の用途のために個別に設計、すなわち、合理的に設計することができる。たとえば、３Ｄ黒鉛マトリックスは、熱貫流のための所望の経路に対応する構造を有するように設計することができる。
【００５６】
３Ｄプリント方法を使用して形成すると、微小孔構造テンプレートは黒鉛化することができる。マトリックスを黒鉛化する方法は、微小孔構造テンプレートの組成物を含む多数の要因に応じて変えることができる。金属テンプレート（たとえば、Ｎｉテンプレート）は、高温化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して黒鉛化し、金属テンプレートの表面上に黒鉛マトリックスを形成することができる。黒鉛マトリックスが形成されると、
金属テンプレートは、上記のように、エッチング除去することができる。黒鉛化可能なポリマー缶から形成されるテンプレートは、黒鉛化可能なポリマーの熱分解によって黒鉛化した。このプロセスより、微小孔構造テンプレートから直接、３Ｄ黒鉛マトリックスを形成することができる。また、ポリマーテンプレートは、ポリマーテンプレートを金属化することによって黒鉛化し、次いで、金属テンプレートを黒鉛化するための上記の方法を使用して、金属化されたポリマーテンプレートを黒鉛化することができる。
【００５７】
好ましい態様において、熱伝導性モジュレーションは、以下により完全に本明細書に記載されるように、多孔質炭素基板上にカーボンナノチューブのコンフォーマル層を備えるハイブリッド材料である。
【００５８】
炭素基板は、炭素フォーム、黒鉛フォーム、及び３Ｄプリント黒鉛フォームからなる群から選択することができる。炭素基板のグラフェン壁の厚さは、特定のパラメータを合成において調節する方法に応じて、変えることができる。たとえば、より厚いストラット壁を有するニッケルフォームを使用することにより、蒸着時間を延ばし、炭素前駆体の濃度を増加させることで、炭素基板のグラフェン壁を厚くすることができる。一般に、炭素基板の壁の厚さは、約２ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さ、たとえば、約２、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、または約５００ｎｍとすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００５９】
カーボンナノチューブは、炭素基板上に「森」を形成し、それは約１〜約５００μｍの長さとすることができる。炭素基板上のカーボンナノチューブは、約１〜約５０ｎｍの直径とすることができる。いくつかの実施例において、カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【００６０】
カーボンナノチューブは、以下でより完全に本明細書に記載されるいずれかのプロセスにより、炭素基板を形成することができる。
【００６１】
開示されるＰＣＭ及びそれらを含む熱複合材料は、中温域での用途に好適である。たとえば、開示される組成物及び複合材料は、反応器または熱エネルギー蓄積装置の熱制御装置で使用することができる。
【００６２】
本明細書で意図される１つの特定の装置は、熱電池である。電気自動車（ＥＶ）は多くの場合、それらの電池のドレンとして働くことによって走行距離を制限する可能性がある、効率の悪い冷暖房システムに悩まされる。充電式熱エネルギー蓄積ベースの温冷電池は、車載電池パックを消耗させることなく、ＥＶに効率的な冷暖房を提供することができ、結果的に、ＥＶの走行距離を延ばすことができる。開示されるＰＣＭ組成物は、効率的な運転室の冷暖房をＥＶに提供することができる高エネルギー密度及び低コスト蓄熱システムで使用することができる。このような熱電池は、建物の冷暖房システムにも組み込むことができ、エネルギー効率を上げて、排出を減少させる。
【００６３】
いくつかの実施例において、蓄熱ユニットは、以下でより完全に本明細書に記載されるように、シェル型及び管型熱交換器を含むことができる。
【００６４】
炭素フォーム／カーボンナノチューブハイブリッド材料
また、炭素基板上にカーボンナノチューブを形成する方法も、本明細書に開示される。方法は、原子層成長法によって炭素基板上にバッファ層を被着させるステップと、炭素基板及び／またはバッファ層上に触媒を被着させるステップと、基板を、高温、すなわち作動ガスの分解を引き起こすのに十分な温度で作動ガスに接触させ、それによって、炭素基板上にカーボンナノチューブに形成するステップとを含む。
【００６５】
炭素基板は、炭素フォーム、黒鉛フォーム、及び３Ｄプリント黒鉛フォームからなる群から選択することができる。好ましくは、炭素基板は高多孔性であり、炭素及び黒鉛フォームも同様である。炭素及び黒鉛フォームは、連続気泡網状のニッケルフォーム上で、メタン化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いることにより合成することができる。さまざまな化学気相機器を使用することができる。化学気相成長法の機器は通常、その上に基板を取り付けるためのサセプタに備えつけられる水平管型反応器と、基板を加熱するための加熱装置と、管型反応器に供給される原料ガスの方向が基板と平行になるように配置される原料ガス導入部分と、反応ガス排出部分とを備える。したがって、基板が管型反応器のサセプタに配置され、基板が加熱され、そして、原料ガスを含有するガスが基板と平行な方向で反応器に供給され、その結果、化学気相成長法によって基板上に膜が形成される。それらのＣＶＤ技術の教示のために、参照により本明細書に組み込まれるＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  ６，９２６，９２０、Ｕ．Ｓ．  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．  ２００２−０１６０１１２を参照。
【００６６】
原料ガスは、炭素前駆体、たとえば、キシレン、トルエン、ベンゼン、メタン、エタンなどである。水素とアルゴンの混合物などのキャリアガスも使用することができる。
【００６７】
黒鉛がニッケルフォーム上で形成されたあと、Ｎｉは除去される。いくつかの実施例において、Ｎｉは、ウェットエッチング液を使用して除去することができる。好適なウェットエッチング液の実施例は、希塩酸、塩化鉄（ＩＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）、過硫酸アンモニウム、及びホウ酸を含む。いくつかの実施例において、Ｎｉは、電解エッチングを使用して除去することができる。たとえば、ニッケル／黒鉛フォームがアノードに取り付けられて、ニッケル箔が直流電源のカソードに取り付けられ、どちらも電解液に浸漬されて、直流電圧が印加され、フォームからニッケルが除去される。好適な電解質溶液の実施例は、酸とニッケル塩と界面活性剤との混合物を含む。好適な酸の実施例は、ホウ酸、塩酸、硝酸、及び硫酸を含む。好適なニッケル塩の実施例は、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、及びこれらの組合せを含む。好適な界面活性剤の実施例は、ナトリウムドデシル、塩化セチルピリジニウム、オクタエチレングリコール、及びこれらの組合せを含む。直流電圧は、約１〜約８Ｖの範囲、たとえば、約１Ｖ、約２Ｖ、約３Ｖ、約４Ｖ、約５Ｖ、約６Ｖ、約７Ｖ、または約８Ｖとすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。直流電圧は、約１〜約６０分の間、たとえば、少なくとも約１分、約５分、約１０分、約１５分、約２０分、約２５分、約３０分、約３５分、約４０分、約４５分、約５０分、約５５分または約６０分の間、印加することができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００６８】
カーボンナノチューブの「森」は、均一なバッファ及び／または触媒層（単数または複数）を使用して、炭素基板上で成長する。炭素基板の表面上で、均一な被覆のこのような層（単数または複数）を実現するために、シャドウイングによる効果が軽減される。触媒及びバッファ層は、物理気相成長法、たとえば、ｅビーム蒸着、熱蒸着、及びスパッタ成膜を使用することにより、平坦な基板の上で作成されている。炭素及び黒鉛フォームに対するこのような方法は、三次元ポーラス構造の強いシャドウイング効果のために失敗する。溶液ベースのプロセスは、シャドウイング効果を回避する。しかし、層の被覆及び厚さの均一性は不十分である。
【００６９】
さまざまな組成物のコンフォーマル薄膜を被着する原子層成長法（ＡＬＤ）の使用が、本明細書に開示される。触媒及び／またはバッファ層を備える炭素基板上の均一なコーティングは、ＡＬＤによって実現され、炭素基板全体のカーボンナノチューブの「森」を得ることができる。
【００７０】
原子層成長法は、気相化学プロセスの順次使用に基づく薄膜形成技術である。ＡＬＤ反応の大多数は、通常、前駆体と呼ばれる、２つの化学物質を使用する。これらの前駆体は、順次、自ら制限する方法で、１つずつ表面と反応する。前駆体を繰り返し成長面にさらすことによって、薄膜が被着する。
【００７１】
ＡＬＤは、さまざまな組成物の基板上に材料のコンフォーマル薄膜を被着させる、自ら制限する（各反応サイクルで被着する膜材料の量が一定）、順次表面化学反応である。自ら制限する、表面の反応の特性のために、ＡＬＤの膜成長は、原子スケールでの堆積制御が可能である。ＡＬＤは、ＡＬＤ反応がＣＶＤ反応を２つの半反応に分割すること以外は、化学的に化学気相成長法と類似し、反応の間、前駆体材料を別々に保持する。コーティングプロセスを通して、前駆体を別々に保持することによって、膜成長の原子層を、サイクルあたり〜０．１Åの微細さで制御することができる。前駆体の分離は、プロセスチャンバから過剰な前駆体を除去して、基板上の「寄生」ＣＶＤ堆積を防止する各前駆体パルスの後に、パージガス（たとえば窒素またはアルゴン）を抜くことによって達成される。
【００７２】
ＡＬＤによる材料層の成長は、以下の固有の４ステップを繰り返すことを含む。（１）基板の第１の前駆体への接触。（２）未反応前駆体及び気体反応副産物を除去するための反応室のパージまたは排気。（３）基板の第２の前駆体への接触。または、プラズマなどの第１の前駆体の反応のために再び表面を活性化する別の処理。（４）反応室のパージまたは排気。各反応サイクルで、サイクルごとの成長と呼ばれる、所定の量の材料を基板の表面に追加する。材料層を成長させるために、反応サイクルは、所望の膜厚さのために必要とされる回数だけ、繰り返される。１サイクルは約０．５秒〜数秒かかってもよく、約０．１〜約３Åの膜厚さを被着する。自己終端反応のために、ＡＬＤは表面制御されたプロセスであり、前駆体、基板、及び温度以外のプロセスパラメータは、影響が小さいあるいはまったくない。そして、表面制御のため、ＡＬＤ成長膜の厚さは、非常にコンフォーマルで、均一である。また、これらの薄い膜は、他の一般的な製造方法と関連させて使用することもできる。
【００７３】
ＡＬＤを使用することにより、膜厚さは反応サイクルの回数によってのみ決まり、それは厚さ制御を正確かつ簡単にする。大きい領域（大きいバッチ及び容易なスケールアップ）性能、優れたコンフォーマリティ、及び再現性を与え、固体前駆体の使用を簡略化する、反応物流動均質性のニーズは少ない。また、それぞれの多層構造の成長は直線的である。ＡＬＤのその他の利点は、幅広い膜材料が利用可能、高密度、及び低い不純物レベルである。また、感応基板に影響を及ぼさないために、より低い成膜温度を使用することができる。
【００７４】
開示される方法において、バッファ層を、原子層成長法によって炭素基板上に堆積させる。触媒をバッファ層の前または後のいずれに堆積させるかに応じて、触媒を炭素基板及び／またはバッファ層上に堆積させる。触媒層は、ＡＬＤによって、または、本明細書に開示されるその他の成膜方法によって堆積させることができる。次いで、基板を、バッファ層及び触媒層とともに、ガスを分解するのに十分な温度で作動ガスと接触させ、それによって、炭素基板上にカーボンナノチューブに形成する。いくつかの実施例において、バッファ層の堆積は、触媒を堆積させる前に実行することができる。他の実施例において、バッファ層を堆積させる前に、触媒を堆積させることができる。
【００７５】
バッファ層のＡＬＤ堆積の前に、炭素基板をプラズマ処理することが望ましい可能性がある。プラズマ中で、ガス原子はより高いエネルギー状態に励起され、さらにイオン化される。ガアルゴン及び酸素などのガス、ならびに空気及び水素／窒素などの混合物が使用される。プラズマ処理は、表面からの不純物及び汚染物質の除去、及び／または、表面の疎水性の改質、すなわち表面の疎水性から親水性への変化のために使用することができる。いくつかの実施例において、炭素基板は、原子層成長法の前に約１〜約５分間、酸素プラズマ処理される。たとえば、炭素基板は、少なくとも約１分、約１．５分、約２分、約２．５分、約３分、約３．５分、約４分、約４．５分、または約５分の間、酸素プラズマ処理される。
【００７６】
ＡＬＤによってバッファ層を加えるとき、バッファ層は、約１〜約１０ｎｍの厚さ、たとえば、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、または約１０ｎｍの厚さで加えることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。バッファ層として使用することができる材料の実施例は、アルミニウム、イリジウム、金属窒化物、または金属酸化物である。金属窒化物の実施例は、窒化チタン、窒化タンタル、及び窒化ケイ素である。金属酸化物の実施例は、酸化アルミニウム、亜鉛華、酸化ケイ素、及び酸化チタンである。特定の実施例において、バッファ層は、約２〜約１０ｎｍの厚さ、たとえば、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、または約１０ｎｍの厚さのアルミニウム酸化被膜とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、バッファ層は、厚さ約５ｎｍの酸化アルミニウムの層とすることができる。
【００７７】
前述のように、触媒は、原子層成長法によって堆積させることができる。他の実施例において、触媒は、化学気相成長法を使用して堆積させることができる。さらにその他の実施例において、触媒は、気相金属源から堆積させることができる。
【００７８】
堆積させることができる好適な触媒の実施例は、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、またはこれらの組合せ、及び、ニッケル／クロミウム／鉄合金、及び、鉄／銅／酸化マグネシウムの組合せである。好ましい実施例において、触媒は鉄触媒である。好ましい実施例において、鉄触媒はフェロセンから得られる。
【００７９】
触媒は、炭素基板またはバッファの上の層として堆積させることができる。たとえば、触媒は、約２〜約２０ｎｍの厚さ、たとえば、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１１ｎｍ、約１２ｎｍ、約１３ｎｍ、約１４ｎｍ、約１５ｎｍ、約１６ｎｍ、約１７ｎｍ、約１８ｎｍ、約１９ｎｍ、または約２０ｎｍの厚さの層として堆積させることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８０】
あるいは、触媒は、炭素基板またはバッファの上の粒子として堆積させることができる。たとえば、触媒は、約２〜約２０ｎｍの直径、たとえば、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１１ｎｍ、約１２ｎｍ、約１３ｎｍ、約１４ｎｍ、約１５ｎｍ、約１６ｎｍ、約１７ｎｍ、約１８ｎｍ、約１９ｎｍ、または約２０ｎｍの直径の粒子として堆積させることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８１】
バッファ及び触媒を炭素基板上に堆積させると、基板を、炭化水素気体を備える作動ガスと接触させる。作動ガスの好適な実施例は、エチレン、アセチレン、メタン、トルエン、ベンゼン、またはこれらの組合せを備えるガスである。いくつかの実施例において、作動ガスは、約１〜約１０００ｓｃｃｍ、たとえば、約１ｓｃｃｍ、約５０ｓｃｃｍ、約１００ｓｃｃｍ、約１５０ｓｃｃｍ、約２００ｓｃｃｍ、約２５０ｓｃｃｍ、約３００ｓｃｃｍ、約３５０ｓｃｃｍ、約４００ｓｃｃｍ、約４５０ｓｃｃｍ、約５００ｓｃｃｍ、約５５０ｓｃｃｍ、約６００ｓｃｃｍ、約６５０ｓｃｃｍ、約７００ｓｃｃｍ、約７５０ｓｃｃｍ、約８００ｓｃｃｍ、約８５０ｓｃｃｍ、約９００ｓｃｃｍ、約９５０ｓｃｃｍ、または約１０００ｓｃｃｍの流量で基板上を流され、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、作動ガスは、約５０ｓｃｃｍの流量で炭素基板上を流される。
【００８２】
作動ガスの温度は上昇させたままとし、それを炭素基板上に、約１〜約６０分間、または約１０〜約３０分間、たとえば、約１分、約１０分、約２０分、約３０分、約４０分、約５０分、または約６０分の間流すことができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８３】
炭素基板を作動ガスに接触させる温度は、約４００〜約１１００℃である。たとえば、温度は、約４００℃、約４２５℃、約４５０℃、約４７５℃、約５００℃、約５２５℃、約５５０℃、約５７５℃、約６００℃、約６２５℃、約６５０℃、約６７５℃、約７００℃、約７２５℃、約７５０℃、約７７５℃、約８００℃、約８２５℃、約８５０℃、約８７５℃、約９００℃、約９２５℃、約９５０℃、約９７５℃、約１０００℃、約１０２５℃、約１０５０℃、約１０７５℃、約１１００℃とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８４】
このプロセスの結果は、炭素基板上のカーボンナノチューブの「森」である。炭素基板上のカーボンナノチューブは、約１〜約５００μｍの長さとすることができる。たとえば、カーボンナノチューブは、１μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、約３５０μｍ、約４００μｍ、約４５０μｍ、または約５００μｍの長さとすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。好ましい実施例において、カーボンナノチューブは、約２５０μｍ〜約５００μｍの長さとすることができる。たとえば、カーボンナノチューブは、約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約μｍ、約４５０μｍ、約４７５μｍ、または約５００μｍの長さとすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８５】
カーボンナノチューブは、約１〜約５０ｎｍの直径、たとえば、約１ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、または約５０ｎｍの直径とすることができる。好ましい実施例において、カーボンナノチューブは、直径約１０ｎｍである。
【００８６】
いくつかの実施例において、カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【００８７】
また、多孔質炭素基板上にカーボンナノチューブのコンフォーマル層を備える組成物も開示される。炭素基板は、炭素フォーム、黒鉛フォーム、及び３Ｄプリント黒鉛フォームからなる群から選択することができる。
【００８８】
炭素基板のグラフェン壁の厚さは、特定のパラメータを合成において調節する方法に応じて、変えることができる。たとえば、より厚いストラット壁を有するニッケルフォームを使用することにより、蒸着時間を延ばし、炭素前駆体の濃度を増加させることで、炭素基板のグラフェン壁を厚くすることができる。一般に、炭素基板の壁の厚さは、約２ｎｍ〜約５００ｎｍの厚さ、たとえば、約２、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、または約５００ｎｍとすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００８９】
さらに詳細には上に記載されるように、炭素基板上のカーボンナノチューブは、約１〜約５００μｍの長さ、約１〜約５０ｎｍの直径とすることができ、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【００９０】
炭素基板上のカーボンナノチューブの層及び相変化材料（ＰＣＭ）を備える熱複合材料が開示される。ＰＣＭは高い融解熱を有する物質であり、特定の温度で融解及び凝固し、大きいエネルギー量を貯蔵及び解放することが可能である。材料が固体から液体及びその逆に変化するとき、熱は吸収または解放される。たとえば、ＰＣＭは、水、塩水溶液、糖アルコール、パラフィン、脂肪酸、塩水和物、硝酸塩、水酸化物、吸湿性材料、またはこれらの組合せとすることができる。より詳細には、ＰＣＭは、エリスリトール、キシリトール、マンニトール、ガラクチトール、ガラクチトールとマンニトールとの混合物、尿素、ウレイドピリミドン、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム；ＬｉＦ及びＢｅＦ２、ＮａＦ及びＢｅＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＮａＦ及びＺｒＦ４、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＬｉＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＢｒ及びＬｉｌ、ＫＣｌ−ＭｇＣｌ２、ＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣＯ３及びＬｉＯＨ、ＬｉＢｒ及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、Ｋ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３、ＫＦ及びＫＢＦ４、Ｎａ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、ＣａＣｌ２及びＬｉＣｌ、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＫＦ及びＬｉＦ、Ｋ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＶＯ３及びＢａＴｉＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＢｒ及びＮａＢｒ、ＫＢｒ及びＬｉＣｌ及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＮａＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＣａＦ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＡｌＦ３及びＺｒＦ４、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４及びＫ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＬｉＣＯ３、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＣａＣｌ２及びＣａＦ２、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ２及びＫ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＫＦ及びＫＣＯ４及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＬｉＯＨ、ＬｉＦ及びＢａＦ２及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ及びＭｇＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＬｉＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣＯ３及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣｌＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＺｎＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ＝ＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＶＯ３、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ及びＭｇＦ２、ＣａＣｌ２及びＣａＦ２及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ及びＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｚｎ及びＭｇ、Ａｌ及びＭｇ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＣａ、Ｍｇ及びＡｌ、ギ酸、カプリル酸、グリセリン、Ｄ−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン、臭化ドカシル、カプリロン、フェノール、ヘプタデカノン、１−シクロヘキシロオクタデカン、４−ヘプタデカノン、ｐ−トルイジン、シアナミド、エイコサン酸メチル、３−ヘプタデカノン、２−ヘプタデカノン、ヒドロケイ皮酸、セチルアルコール、α−ネフチルアミン、カンフェン、ｏ−ニトロアニリン、９−ヘプタデカノン、チモール、酢酸ナトリウム、トリメチロールエタン、メチルベヘナート、ジフェニルアミン、ｐ−ジクロロベンゼン、オキザラート、次リン酸、ｏ−キシレンジクロリド、β−クロロ酢酸、ニトロナフタレン、トリミリスチン、ヘプタデカン酸、α−クロロ酢酸、ミツロウ、ミツロウ、グリコール酸、グリオキシル酸、ｐ−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ジントトルエント、フェニル酢酸、アリルチオ尿素、ブロモ樟脳、ジュレン、ベンジルアミン、メチルブロモベンゾエート、アルファナフトール、グラウタリック酸、ｐ−キシレンジクロリド、カテコール、キニーネ、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチルベン、ベンズアミド、酢酸、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エライジン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、Ｋ２ＨＰＯ４・６Η２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Η２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ���・２Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・６Η２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Η２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＩ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＩ２・６Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Αｌ（ΝＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ガリウム−ガリウムアンチモン共晶、ガリウム、セロロー共晶、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶、セロベンド共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−スズ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ共晶、ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ及びＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、トリエチロールエタン及び水及び尿素、Ｃ１４Ｈ２８Ｏ２及びＣ１０Ｈ２０Ｏ２、ＣａＣｌ２及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、トリエチロールエタン及び尿素、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ及びＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４
ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びΑｌ（ΝＯ３）２・９Η２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＣ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ナフタレン及び安息香酸、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４Ｂｒ、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮａＮＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＫＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮＨ４Ｃｌ、または、これらの組合せとすることができる。
【００９１】
いくつかの実施例において、ＰＣＭの融解温度は、約−１００℃〜約４００℃、たとえば、約−１００℃、約−５０℃、約０℃、約５０℃、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃とすることができ、いずれかが値を規定した、及び、範囲の上端または下端を形成する。ＰＣＭは、約−−１００℃〜約０℃の融解温度を有する塩水溶液を備えることができる。ＰＣＭは、約０℃〜約１５０℃の融解温度を有するパラフィンとすることができる。ＰＣＭは、約５０℃〜約１００℃の融解温度を有する塩水和物とすることができる。ＰＣＭは、約５０℃〜約２２５℃の融解温度を有する糖アルコールとすることができる。ＰＣＭは、約１５０℃〜約３００℃の融解温度を有する硝酸塩とすることができる。ＰＣＭは、約２００℃〜約４００℃の融解温度を有する水酸化物とすることができる。
【００９２】
ＰＣＭの融解エンタルピーは、約１００〜約７００ＭＪ／ｍ３とすることができる。たとえば、融解エンタルピーは、約１００ＭＪ／ｍ３、約１５０ＭＪ／ｍ３、約２００ＭＪ／ｍ３、約２５０ＭＪ／ｍ３、約３００ＭＪ／ｍ３、約３５０ＭＪ／ｍ３、約４００ＭＪ／ｍ３、約４５０ＭＪ／ｍ３、約５００ＭＪ／ｍ３、約５５０ＭＪ／ｍ３、約６００ＭＪ／ｍ３、約６５０ＭＪ／ｍ３、または約７００ＭＪ／ｍ３とすることができる。いくつかの実施例において、ＰＣＭは、約１５０〜約３００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する塩水溶液を備える。他の実施例において、ＰＣＭは、約１５０〜約２００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有するパラフィンである。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する塩水和物である。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約４００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する糖アルコールである。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する硝酸塩である。他の実施例において、ＰＣＭは、約４５０〜約７００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する水酸化物である。
【００９３】
開示される熱複合材料において使用される１つの好ましいＰＣＭは、上により完全に本明細書に記載されるように、２つの糖アルコール、ガラクチトール及びマンニトールの混合物を備える。
【００９４】
ガラクチトール・マンニトール混合物は、ＰＣＭの主成分とすることができる。たとえば、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５重量％とすることができる。他の実施例において、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、約９８、または約９９重量％とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【００９５】
好ましい実施例において、ＰＣＭは、ガラクチトール及びマンニトールを約１：１の重量比で備え、約１５１〜約１５３℃の融点、及び、約３００Ｊ／ｇ〜約３１０Ｊ／ｇの融解潜熱を有する。
【００９６】
ＰＣＭは任意選択的に、１つまたは複数の添加剤を備えることができる。好適な添加剤の実施例は、粘度調整剤、抗菌剤、難燃剤、過冷却防止剤、増粘剤、抗酸化剤、腐食抑制剤、及びこれらの組合せを含む。また、開示されるＰＣＭは、マイクロカプセル化することもできる。
【００９７】
三次元（３Ｄ）プリントは、積層プロセスを使用して三次元固体物体を作るプロセスであり、材料の連続層を異なる形状で置き、最終的な３Ｄオブジェクトを形成する。たとえば、現在、さまざまな技術を使用してポリマー及び金属をプリントすることができるが、使用される金属は、Ｃｕ及びＮｉなどの少数の一般的な合金に制限される。
【００９８】
黒鉛マトリックスは、３Ｄプリントプロセスによって生成することができ、３Ｄプリント黒鉛マトリックスをもたらすために続いて黒鉛化されるテンプレートを形成する。したがって生成された黒鉛マトリックスは、後続のカーボンナノチューブ形成のための基板として使用される可能性があり、結果として得られる材料は、熱交換器、熱電池などの蓄熱機器、リチウムイオン電池などの電気化学蓄電交換装置、及びその他の潜在的に有効な用途で使用される可能性がある。黒鉛マトリックスを生成するために使用されるテンプレートは、ニッケルテンプレートなどのプリントされた金属テンプレート、または、プリントされた黒鉛化可能なポリマーテンプレートとすることができる。テンプレートの構造パターンは、特定の用途のために個別に設計、すなわち、合理的に設計することができる形状を有するデジタルモデルに基づく。たとえば、３Ｄ黒鉛マトリックスは、熱貫流の自然経路に従う構造パターンを有するように設計することができる。テンプレートは続いて、黒鉛化可能なポリマーの熱分解を通して、または、高温化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して黒鉛化され、テンプレートと同じ３Ｄ構造パターンを保有する３Ｄプリント黒鉛マトリックスを生成する。ポリマーテンプレートの黒鉛化により、テンプレートから直接３Ｄ黒鉛マトリックスが生成される。テンプレートが金属テンプレートであるとき、３Ｄ黒鉛マトリックスが形成されると、基礎をなす金属はエッチング除去される。
【００９９】
開示される炭素フォーム／カーボンナノチューブハイブリッド材料、及びそれらを含む熱複合材料は、反応器または熱エネルギー蓄積装置の熱制御装置における使用に好適である。他でより完全に本明細書に記載されるように、本明細書で意図される１つの特定の装置は、熱電池である。
【０１００】
蓄熱ユニットは、熱交換媒体が流れる熱交換路と、熱交換路と熱接触する蓄熱材とを備えることができる。蓄熱材は、多孔性熱伝導マトリックスと、多孔性熱伝導マトリックス内に配置される相変化材料（ＰＣＭ）とから形成される複合材料を備えることができる。熱伝導マトリックスは、金属フォーム、炭素または黒鉛含有金属フォーム、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、あるいはそれらの組合せを備えることができる。任意選択的に、熱伝導マトリックスは、黒鉛フォーム上に配置されるカーボンナノチューブの層、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せなど、たとえば本明細書に開示されるものをさらに備えることができる。ＰＣＭは、任意の好適なＰＣＭとすることができる。いくつかの実施形態において、ＰＣＭは、約５０℃〜約２２５℃の融解温度、約２００ＭＪ／ｍ３〜約４００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピー、またはこれらの組合せを有するＰＣＭを備える。ある実施形態において、ＰＣＭは、糖アルコールまたは糖アルコールの混合物（たとえば、マンニトールとガラクチトールの混合物）を備える。
【０１０１】
また、本明細書に開示される材料の使用方法も開示される。いくつかの実施形態において、材料は、可撓グラフェン装置のための熱伝導性基板として使用される。いくつかの実施例において、材料は、電池の電極として使用される。いくつかの実施例において、材料は、蓄熱装置で使用される。いくつかの実施例において、材料は、熱交換装置で使用される。いくつかの実施例において、材料は、たとえば、以下でより完全に本明細書に記載されるように、蓄熱ユニットの相変化材料に使用される。
【０１０２】
黒鉛マトリックス
極薄黒鉛フォームは、非常に高い熱伝導性、大きい表面積対体積比を有することが報告されており、蓄熱及び電気化学的電池の用途で良好に使用されている（Ｊｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  ２０１２，  １２，  ２４４６−２４５１；  Ｐｅｔｔｅｓ  ｅｔ  ａｌ．  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  ２０１２，  １２，  ２９５９−２９６４）。黒鉛フォームは、高導電性の三次元相互連結黒鉛型構造を備える。フォームの細孔が、熱交換または蓄積用途のための相変化材料などの活性材料で満たされるとき、または、電気化学用途のためのリチウム金属酸化物またはリン酸鉄リチウムなどの電気化学的活性材料で満たされるとき、三次元相互連結黒鉛型構造は、黒鉛フォームの細孔に埋め込まれる活性材料から、熱及び電荷を効率的に輸送することができる。黒鉛フォームの三次元相互連結黒鉛型構造は、相互連結壁に囲まれる細孔の三次元マトリックスを提供する。黒鉛フォームのこれらの相互連結壁は、マトリックスの細孔にカーボンナノ材料を導入することによって、さらに改良することができる。たとえば、カーボンナノチューブは、上により完全に本明細書に記載されるように、黒鉛材料を提供する黒鉛フォームの壁及び細孔の内部で成長させることができる。
【０１０３】
三次元（３Ｄ）プリントは、積層プロセスを使用して三次元固体物体を作るプロセスであり、材料の連続層を異なる形状で置き、最終的な３Ｄオブジェクトを形成する。最初の実用的な３Ｄプリンタが、３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｒｐ．のＣｈｕｃｋ  Ｈｕｌｌによって１９８４年に作成されて以来、３Ｄプリント技術は、建築、構造（ＡＥＣ）、工業デザイン、自動車、航空宇宙、軍事、エンジニアリング、土木工学、歯科及び医療業界、生物工学（ヒト組織置換）、ファッション、履物、宝石、眼鏡、教育、地理情報システム、食品、及び多くのその他の分野で利用されている。ポリマー及び金属、たとえば合金を含有するＮｉなどの金属合金は、さまざまな技術を使用してプリントすることができる。
【０１０４】
三次元（３Ｄ）黒鉛マトリックスが本明細書に開示される。３Ｄ黒鉛マトリックスは、たとえば、いくつかの実施例において、効率的な熱的及び電気的な特性を有することができる高品質で連続的な黒鉛材料を特徴とすることができる。黒鉛マトリックスは、３Ｄプリントプロセスによって生成することができる。たとえば、３Ｄプリントは、続いて黒鉛化されるテンプレートを形成するために使用し、３Ｄプリント黒鉛マトリックスをもたらすことができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、３Ｄプリントテンプレートを使用して形成される黒鉛材料である。３Ｄプリントにより、黒鉛材料の形態を精密に制御することができる。したがって、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、連続的な黒鉛材料から形成される微小孔構造ネットワークを備える構造を保有することができる。黒鉛マトリックスは、たとえば、熱交換器、熱電池などの蓄熱機器、リチウムイオン電池などの電気化学蓄電交換装置、その他の用途で使用することができる。
【０１０５】
３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、任意の好適な形態を保有するように形成することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスの作製方法は、３Ｄプリントプロセスを使用して微小孔構造テンプレートを形成することと、微小孔構造テンプレートを黒鉛化して３Ｄプリント黒鉛マトリックスにもたらすことを含むことができる。微小孔構造テンプレートは、標準的な３Ｄプリント方法を使用してプリントすることができる任意の好適な黒鉛化可能材料から形成することができる。たとえば、微小孔構造テンプレートは、金属テンプレート（たとえば、ニッケルテンプレート）または黒鉛化可能なポリマーテンプレートとすることができる。金属（たとえば、Ｎｉ）テンプレートは、金属（たとえば、Ｎｉ）粉体の直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）によって形成することができる。ＤＭＬＳは、金属粉を焼結するための小径レーザを使用して、冶金結合を形成する。レーザ経路は制御可能であり、金属粉のより多くの層を絶えず追加することによって、微小孔構造金属テンプレートを、デジタルモデルに基づいてプリントすることができる。光造形及び選択的なレーザ焼結を含む、さまざまな３Ｄプリントプロセスが、微小孔構造ポリマーテンプレートを形成するために使用することができる。テンプレートの構造は、特定の用途のために個別に設計、すなわち、合理的に設計することができる。たとえば、３Ｄ黒鉛マトリックスは、熱貫流のための所望の経路に対応する構造を有するように設計することができる。
【０１０６】
３Ｄプリント方法を使用して形成すると、微小孔構造テンプレートは黒鉛化することができる。マトリックスを黒鉛化する方法は、微小孔構造テンプレートの組成物を含む多数の要因に応じて変えることができる。金属テンプレート（たとえば、Ｎｉテンプレート）は、高温化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して黒鉛化し、金属テンプレートの表面上に黒鉛マトリックスを形成することができる。黒鉛マトリックスが形成されると、金属テンプレートは、上記のように、エッチング除去することができる。黒鉛化可能なポリマー缶から形成されるテンプレートは、黒鉛化可能なポリマーの熱分解によって黒鉛化した。このプロセスより、微小孔構造テンプレートから直接、３Ｄ黒鉛マトリックスを形成することができる。また、ポリマーテンプレートは、ポリマーテンプレートを金属化することによって黒鉛化し、次いで、金属テンプレートを黒鉛化するための上記の方法を使用して、金属化されたポリマーテンプレートを黒鉛化することができる。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、図１に示すように形成することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックス（５００）は、ハブ（５０２）と、ハブ（５０２）から放射状に広がる複数の半径方向薄壁（５０４）と、同心円状にハブ（５０２）を囲み、半径方向薄壁（５０４）と交差してマトリックス内に複数の細孔（５０８）を有するマトリックス（５２０）を形成する、複数円周方向薄壁（５０６）とを備えることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックス（５００）は、上面（５１０）と下面（５１２）とを有することができる。半径方向薄壁（５０４）及び円周方向薄壁（５０６）は、上面（５１０）及び下面（５１２）に略垂直とすることができる。細孔（５０８）は、上面（５１０）及び下面（５１２）の両方に開くことができる。ハブ（５０２）は、３Ｄプリント黒鉛マトリックス（５００）の中心を上面（５１０）から下面（５１２）に貫通できる円筒状開口部（５１４）を備えることができる。ハブ（５０２）、円周方向薄壁（５０６）、及び半径方向薄壁（５０４）は、黒鉛状炭素を備えることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックス（５００）は、高さＨ、幅Ｗ、及び長さＬを有する等辺六角形とすることができる。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）は、約０ｍｍ超〜約１５ｍｍ
（たとえば、０〜１ｍｍ、１〜２ｍｍ、２〜３ｍｍ、３〜４ｍｍ、４〜５ｍｍ、５〜７ｍｍ、７〜９ｍｍ、９〜１１ｍｍ、１１〜１３ｍｍ、１３〜１５ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の範囲の半径を有することができる。いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）は、約１．５ｍｍ〜約６．５ｍｍ（たとえば、１．５〜２ｍｍ、２〜２．５ｍｍ、２．５〜３ｍｍ、３〜３．５ｍｍ、３．５〜４ｍｍ、４〜４．５ｍｍ、４．５〜５ｍｍ、５〜５．５ｍｍ、５．５〜６ｍｍ、６〜６．５ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の半径を有することができる。円周方向薄壁（５０６）及び半径方向薄壁（５０４）は、約０．０１μｍ〜約１μｍ（たとえば、０．０１〜０．０５μｍ、０．０５〜０．１μｍ、０．１〜０．１５μｍ、０．１５〜０．２μｍ、０．２〜０．２５μｍ、０．２５〜０．３μｍ、０．３〜０．３５μｍ、０．３５〜０．４μｍ、０．４〜０．４５μｍ、０．４５〜０．５μｍ、０．５〜０．５５μｍ、０．５５〜０．６μｍ、０．６〜０．６５μｍ、０．６５〜０．７μｍ、０．７〜０．７５μｍ、０．７５〜０．８μｍ、０．８〜０．８５μｍ、０．８５〜０．９μｍ、０．９〜０．９５μｍ、０．９５〜１μｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、細孔（５０８）は、細孔の最も大きい断面寸法として計測される１００μｍ〜５０００μｍ（たとえば、１００〜２００μｍ、２００〜３００μｍ、３００〜４００μｍ、４００〜５００μｍ、５００〜７５０μｍ、７５０〜１０００μｍ、１０００〜１２５０μｍ、１２５０〜１５００μｍ、１５００〜１７５０μｍ、１７５０〜２０００μｍ、２０００〜２５００μｍ、２５００〜３０００μｍ、３０００〜３５００μｍ、３５００〜４０００μｍ、４０００〜４５００μｍ、４５００〜５０００μｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の平均細孔寸法を有することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスの高さ（Ｈ）は、０．２ｍｍ〜１００ｍｍ（たとえば、０．２〜１ｍｍ、１〜５ｍｍ、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜３０ｍｍ、３０〜４０ｍｍ、４０〜５０ｍｍ、５０〜７５ｍｍ、７５〜１０００ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）とすることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、５ｍｍ〜５００ｍｍ（たとえば、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜４０ｍｍ、４０〜６０ｍｍ、６０〜１００ｍｍ、１００〜１５０ｍｍ、１５０〜２００ｍｍ、２００〜２５０ｍｍ、２５０〜３００ｍｍ、３００〜３５０ｍｍ、３５０〜４００ｍｍ、４００〜４５０ｍｍ、４５０〜５００ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の幅、長さ、または直径を有することができる。
【０１０９】
特定の半径方向及び周方向の設計されたパターンが図１に示されるが、他の同様に調整された微孔構造を生成することができる。いくつかの実施形態において、黒鉛マトリックスは、第１の複数の薄壁と、第１の複数の薄壁と交差して、複数の細孔を備えるマトリックスを形成する第２の複数の薄壁とを備えることができる構造を有することができ、構造は黒鉛状炭素を備える。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、黒鉛マトリックスは、円筒状開口部を有しない。
【０１１１】
図２Ａは、黒鉛マトリックス（５５０）を生成するためにそれぞれの薄壁オフセット（５０４対５０４’、５０６対５０６’）を有する２つのマトリックスユニット（５００）及び（５００’）を積み重ねる例示的なプロセスの概略図を示す。ユニット（５００）及び（５００’）ならびにマトリックス（５５０）の上面図が、図２Ａに示される。多孔性黒鉛マトリックスユニット（５００）及び（５００’）は、たとえば、どちらの形状も六角形とし、それぞれがハブ（５０２）及び（５０２’）を有することができる。いくつかの実施形態において、ハブ（５０２）及び（５０２’）は、同じ寸法とすることができる。いくつかの実施形態において、ハブ（５０２）及び（５０２’）は、ユニット（５００）及び（５００’）の同じ相対位置とすることができる。いくつかの実施例において、ハブ（５０２）及び（５０２’）はそれぞれ、円筒状開口部（５１４）及び（５１４’）を有することができる。いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）及び（５１４’）は、同じ寸法とすることができる。いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）及び（５１４’）は、ハブ（５０２）及び（５０２’）の同じ相対位置とすることができる。いくつかの実施形態において、ユニット（５００）の半径方向壁（５０４）は、ユニット（５００’）の半径方向壁（５０４’）がハブ（５０２’）から放射状に広がる角度とは異なる角度で、ハブ（５０２）から放射状に広がることができる。いくつかの実施形態において、ユニット（５００）の円周方向壁（５０６）は、ユニット（５００’）の円周方向壁（５０６’）が配置されるハブ（５０２'）からの距離とは異なる、ハブ（５０２）からの距離に配置される。いくつかの実施形態において、ユニット（５００）及び（５００’）が積み重ねられるとき、異なるように設置された壁（５０４）、（５０４’）、（５０６）、及び（５０６’）は互いにオフセットされ、一方、ユニット（５００）及び（５００’'）の最外縁ならびにハブ（５０２）及び（５０２’）は、統合された黒鉛マトリックス（５５０）を生成するように並べられる。線Ｂ−Ｂに沿ったマトリックス（５５０）の断面図が、図２Ｂに示される。図２Ｂには、ユニット（５００’）に積み重ねられたユニット（５００）が示され、互いに並べられた円筒状開口部（５１４）及び（５１４'）、ならびに、互いにオフセットされた周側壁（５０６）及び（５０６’）が示される。図２Ａ及び図２Ｂは、ユニットを垂直に積み重ねた２つのユニットを示しているだけであるが、いくつかの実施例において、複数のユニットを、チューブが通過できる管路をユニットの円筒状開口部が形成するように、垂直に積み重ねて、並べることができる。図２Ｃを参照すると、いくつかのマトリックス（５５０）が互いに積み重ねられて、管路（６０２）を形成するユニット（５５０）の円筒状開口部を有する多孔性黒鉛マトリックス（６００）を形成している。図２Ａ〜２Ｃにおいて、オフセットされた薄壁を有するユニットが互いに積み重ねられて示されるが、いくつかの実施形態において、マトリックスを構成するために使用されるユニットは、オフセットされた薄壁を有する必要はない。たとえば、正確に同じ壁を有することができるユニットを互いに積み重ねて、位置合わせされた薄壁及び位置合わせされた細孔を有する多孔性マトリックスを形成することができる。任意の３Ｄプリント可能な構造を有するユニットを使用することができ、いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスを形成するように組み合わされ、そして、さまざまな構造パターンを有する黒鉛マトリックスを生成することができる。
【０１１２】
ここで図３を参照すると、黒鉛マトリックス束（６１０）の概略図が示される。１９のマトリックス（６００）が、広げられた亀甲形に配置され、束（６１０）を形成している。黒鉛マトリックス束（６００）の管路（６０２）は、この配置において互いに平行であるように示される。
【０１１３】
いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスは、カーボンナノ材料でさらに改良することができる。たとえば、カーボンナノチューブを黒鉛マトリックス上に形成し、複雑な黒鉛マトリックスを形成することができる。黒鉛マトリックスユニット上にカーボンナノチューブを形成する方法は、上により完全に本明細書に記載されるように、原子層成長法によって黒鉛マトリックス上にバッファ層を被着させることと、黒鉛マトリックスまたはバッファ層上に触媒を被着させることと、高温で黒鉛マトリックスを作動ガスに接触させて、それによって黒鉛マトリックス上にカーボンナノチューブを形成することとを含むことができる。
【０１１４】
また、黒鉛マトリックス及び相変化材料（ＰＣＭ）を備える熱複合材料も、本明細書に開示される。ＰＣＭは高い融解熱を有する物質であり、特定の温度で融解及び凝固し、大きいエネルギー量を貯蔵及び解放することが可能である。材料が固体から液体及びその逆に変化するとき、熱は吸収または解放される。たとえば、ＰＣＭは、水、塩水溶液、糖アルコール、パラフィン、脂肪酸、塩水和物、硝酸塩、水酸化物、吸湿性材料、またはこれらの組合せとすることができる。より詳細には、ＰＣＭは、エリスリトール、キシリトール、マンニトール、ガラクチトール、ガラクチトールとマンニトールとの混合物、尿素、ウレイドピリミドン、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム、ＬｉＦ及びＢｅＦ２、ＮａＦ及びＢｅＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＮａＦ及びＺｒＦ４、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＬｉＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＢｒ及びＬｉI、ＫＣｌ−ＭｇＣｌ２、ＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣＯ３及びＬｉＯＨ、ＬｉＢｒ及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、Ｋ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３、ＫＦ及びＫＢＦ４、Ｎａ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、ＣａＣｌ２及びＬｉＣｌ、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＫＦ及びＬｉＦ、Ｋ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＶＯ３及びＢａＴｉＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＢｒ及びＮａＢｒ、ＫＢｒ及びＬｉＣｌ及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＮａＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＣａＦ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＡｌＦ３及びＺｒＦ４、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４及びＫ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＬｉＣＯ３、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＣａＣｌ２及びＣａＦ２、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ２及びＫ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＫ��及びＫＣＯ４及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＬｉＯＨ、ＬｉＦ及びＢａＦ２及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ及びＭｇＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＬｉＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣＯ３及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣｌＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＺｎＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ＝ＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＶＯ３、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ及びＭｇＦ２、ＣａＣｌ２及びＣａＦ２及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ及びＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｚｎ及びＭｇ、Ａｌ及びＭｇ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＣａ、Ｍｇ及びＡｌ、ギ酸、カプリル酸、グリセリン、Ｄ−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン、臭化ドカシル、カプリロン、フェノール、ヘプタデカノン、１−シクロヘキシロオクタデカン、４−ヘプタデカノン、ｐ−トルイジン、シアナミド、エイコサン酸メチル、３−ヘプタデカノン、２−ヘプタデカノン、ヒドロケイ皮酸、セチルアルコール、α−ネフチルアミン、カンフェン、ｏ−ニトロアニリン、９−ヘプタデカノン、チモール、酢酸ナトリウム、トリメチロールエタン、メチルベヘナート、ジフェニルアミン、ｐ−ジクロロベンゼン、オキザラート、次リン酸、ｏ−キシレンジクロリド、β−クロロ酢酸、ニトロナフタレン、トリミリスチン、ヘプタデカン酸、α−クロロ酢酸、ミツロウ、ミツロウ、グリコール酸、グリオキシル酸、ｐ−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ジントトルエント、フェニル酢酸、アリルチオ尿素、ブロモ樟脳、ジュレン、ベンジルアミン、メチルブロモベンゾエート、アルファナフトール、グラウタリック酸、ｐ−キシレンジクロリド、カテコール、キニーネ、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチルベン、ベンズアミド、酢酸、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エライジン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、Ｋ２ＨＰＯ４・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ２���２Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・６Η２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Η２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＩ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＩ２・６Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・７Η２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Αｌ（ΝＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ガリウム−ガリウムアンチモン共晶、ガリウム、セロロー共晶、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶、セロベンド共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−スズ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ共晶、ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ及びＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、トリエチロールエタン及び水及び尿素、Ｃ１４Ｈ２８Ｏ２及びＣ１０Ｈ２０Ｏ２、ＣａＣｌ２及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、トリエチロールエタン及び尿素、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ及びＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４
ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びΑｌ（ΝＯ３）２・９Η２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＣ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ナフタレン及び安息香酸、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４Ｂｒ、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮａＮＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＫＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮＨ４Ｃｌ、または、これらの組合せとすることができる。
【０１１５】
いくつかの実施例において、ＰＣＭの融解温度は、約−１００℃〜約４００℃、たとえば、約−１００℃、約−５０℃、約０℃、約５０℃、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃とすることができ、いずれかが値を規定した、及び、範囲の上端または下端を形成する。ＰＣＭは、約−−１００℃〜約０℃の融解温度を有する塩水溶液を備えることができる。ＰＣＭは、約０℃〜約１５０℃の融解温度を有するパラフィンとすることができる。ＰＣＭは、約５０℃〜約１００℃の融解温度を有する塩水和物とすることができる。ＰＣＭは、約５０℃〜約２２５℃の融解温度を有する糖アルコールとすることができる。ＰＣＭは、約１５０℃〜約３００℃の融解温度を有する硝酸塩とすることができる。ＰＣＭは、約２００℃〜約４００℃の融解温度を有する水酸化物とすることができる。
【０１１６】
ＰＣＭの融解エンタルピーは、約１００〜約７００ＭＪ／ｍ３とすることができる。たとえば、融解エンタルピーは、約１００ＭＪ／ｍ３、約１５０ＭＪ／ｍ３、約２００ＭＪ／ｍ３、約２５０ＭＪ／ｍ３、約３００ＭＪ／ｍ３、約３５０ＭＪ／ｍ３、約４００ＭＪ／ｍ３、約４５０ＭＪ／ｍ３、約５００ＭＪ／ｍ３、約５５０ＭＪ／ｍ３、約６００ＭＪ／ｍ３、約６５０ＭＪ／ｍ３、または約７００ＭＪ／ｍ３とすることができる。いくつかの実施例において、ＰＣＭは、約１５０〜約３００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する塩水溶液を備える。他の実施例において、ＰＣＭは、約１５０〜約２００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有するパラフィンである。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する塩水和物である。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約４００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する糖アルコールである。他の実施例において、ＰＣＭは、約２００〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する硝酸塩である。他の実施例において、ＰＣＭは、約４５０〜約７００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する水酸化物である。
【０１１７】
開示される熱複合材料において使用される１つの好ましいＰＣＭは、上により完全に本明細書に記載されるように、２つの糖アルコール、ガラクチトール及びマンニトールの混合物を備える。
【０１１８】
ガラクチトール・マンニトール混合物は、ＰＣＭの主成分とすることができる。たとえば、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５重量％とすることができる。他の実施例において、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、約９８、または約９９重量％とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【０１１９】
好ましい実施例において、ＰＣＭは、ガラクチトール及びマンニトールを約１：１の重量比で備え、約１５１〜約１５３℃の融点、及び、約３００Ｊ／ｇ〜約３１０Ｊ／ｇの融解潜熱を有する。
【０１２０】
ＰＣＭは任意選択的に、１つまたは複数の添加剤を備えることができる。好適な添加剤の実施例は、粘度調整剤、抗菌剤、難燃剤、過冷却防止剤、増粘剤、抗酸化剤、腐食抑制剤、及びこれらの組合せを含む。また、開示されるＰＣＭは、マイクロカプセル化することもできる。
【０１２１】
開示される黒鉛マトリックス、及びそれらを含む熱複合材料は、反応器または熱エネルギー蓄積装置の熱制御装置における使用に好適である。他でより完全に本明細書に記載されるように、本明細書で意図される１つの特定の装置は、熱電池である。
【０１２２】
また、本明細書に開示される黒鉛マトリックスの使用方法も開示される。いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスは、電池の電極として使用される。いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスは、蓄熱装置で使用される。いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスは、熱交換装置で使用される。いくつかの実施例において、黒鉛マトリックスは、たとえば、以下でより完全に本明細書に記載されるように、蓄熱ユニットの相変化材料に使用される。
【０１２３】
いくつかの実施例において、本明細書に記載される黒鉛マトリックスは、熱交換装置及び／または蓄熱装置で使用することができる。いくつかの実施例において、本明細書に記載される黒鉛マトリックスを使用する熱交換／蓄積装置は、熱エネルギーの蓄積が望ましい用途で使用することができる。たとえば、蓄熱ユニットは、後の使用（たとえば、数時間後、数日後、何か月も後）のために熱エネルギーを収集するために使用することができる。このように、蓄熱ユニットは、多種多様な用途でエネルギー効率を改善するために使用することができる。たとえば、本明細書に記載される蓄熱／熱交換ユニットは、暖房及び／または冷房システム（たとえば、車及び飛行機などの乗り物ならびに建物のＨＶＡＣシステム）、太陽エネルギーの収集及び利用、冷凍、または、工業用プロセスとともに、利用することができる。本明細書に記載される熱交換／蓄熱ユニットは、さまざまな温度状況で作動するように構成される蓄熱ユニットを提供するために蓄熱ユニットに組み込まれる材料を変更する（たとえば、好適なＰＣＭを選択する）ことによって、特定の用途における使用のため（たとえば、電力／エネルギーのさまざまな範囲における作動のため）に調整することができる。
【０１２４】
一例として、本明細書に記載される熱交換／蓄熱ユニットは、電気自動車（ＥＶ）などの乗り物のＨＶＡＣシステムに組み込むことができる。熱交換／蓄熱ユニットは、リチウムイオン電池からのエネルギーではなく貯蔵された熱エネルギーによって、ＥＶの運転室に調和する環境を提供する、低価格暖冷房システムを提供するために使用することができる。このようにして、ＥＶの走行距離及び効率を改善することができる。ＥＶにおいて使用される実施例のシステムは、それぞれ異なるＰＣＭを含有する、高温熱電池及び低温熱電池と呼ばれる２つの蓄熱ユニットを含むことができる。熱伝達流体（ＨＴＦ）は、運転室の空気熱交換器と運転モード（たとえば、運転室の空気の暖房または冷房）に応じたいずれかの熱電池との間で循環させることができる。暖房は、高温熱電池に存在する高温ＰＣＭの凝固によって実現することができ、冷房は、低温熱電池の低温ＰＣＭの融解によって実現することができる。ＥＶのリチウムイオン電池を充電中に電池内で相変化プロセスを逆にするために必要な熱を提供または抽出するように構成される非車載型充電ステーションを通してＨＴＦを循環させることによって、熱電池を再充電することができる。充電ステーションは、熱電池を再充電するための充電時間が、リチウムイオン電池充電時間を再充電するための充電時間より短いように、構成することができる。
【０１２５】
リチウムイオン電池などの電気化学的用途において、電気化学的活性材料は、黒鉛マトリックスの細孔内に埋め込むことができる。黒鉛マトリックスは、活性材料から電荷を収集する可能性があり、収集した電荷を別の電極に伝達する可能性がある集電装置として機能する。黒鉛マトリックスは、電池の陽極及び陰極、または両方で使用することができる。たとえばリチウムイオン電池において、集電装置として使用される黒鉛マトリックスは、アルミニウムまたは銅の集電装置などの従来の金属集電装置を置き換えることができる。金属集電装置と比較した場合のその軽さ、安定性、及び非常に大きな表面積のため、黒鉛マトリックス集電装置の使用により、従来の金属集電装置を有する電池と比較してより高いエネルギー密度を有するより軽量の電池が生成される。その安定性のため、たとえば、黒鉛マトリックスは陰極材料としてリチウム金属酸化物及びリン酸鉄リチウムと互換性がある。しかし、大部分のリチウムイオン電池において、陽極は黒鉛である（Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ  ａｎｄ  Ｋｉｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ２０１０，  ２２，  ５８７−６０３；  Ｈａｙｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．  Ａｎｎｕ．  Ｒｅｖ．  Ｃｈｅｍ．  Ｂｉｏｍｏｌ．  Ｅｎｇ．  ２０１２，  ３，  ４４５−４７１）。シリコンが代替的な陽極材料として調査されたが、リチウム取り込み時のその著しい体積膨張のために、有用性には限界があった。本明細書に開示される黒鉛マトリックスの高い空隙率は、シリコンによって生じる体積膨張に対応することができ、さらに電池の能力を改善するシリコンベースの陽極活性物の集電装置として使用することができる。
【０１２６】
蓄熱ユニット
また、蓄熱ユニットも本明細書に開示される。蓄熱ユニットは、熱交換媒体が流れる熱交換路と、熱交換路と熱接触する蓄熱材とを備えることができる。蓄熱材は、多孔性熱伝導マトリックスと、多孔性熱伝導マトリックス内に配置される相変化材料（ＰＣＭ）とから形成される複合材料を備えることができる。蓄熱ユニットは、周囲またはプロセス温度（たとえば、熱交換媒体の温度）に対して多孔性熱伝導マトリックス内に与えられる融解温度に応じて、熱エネルギーを提供及び／または吸収するために使用することができる。
【０１２７】
蓄熱ユニットは、シェル型及び管型熱交換器を含むことができる。ここで図４Ａを参照すると、蓄熱ユニット（１００）は、熱交換媒体が流れる熱交換路（１０２）と、熱交換路（１０２）と熱接触する蓄熱材（１０４）とを備えることができる。熱交換路（１０２）はたとえば、中心軸（１０８）を有する管と、内面（１０５）及び外面（１０６）を有する管壁（１０３）とを備えることができる。管壁（１０３）は、熱交換媒体が流れることができる管腔（１１０）を定義するように、中心軸（１０８）のまわりに同軸で配設される。蓄熱ユニット（１００）は、熱交換路（１０２）及び蓄熱材（１０４）を囲むハウジングをさらに含むことができる。
【０１２８】
熱交換路は直線的にすることができる。あるいは、熱交換路は非直線的にすることができる。たとえば、熱交換路は、１つまたは複数の曲り部、曲線、ループ、螺旋、分岐点、またはその他の特徴を、要望通りに含むことができる。このように、熱交換路の表面積及び／または蓄熱ユニットを通る熱交換媒体の流れ時間は、熱交換路の中を流れる熱交換媒体と蓄熱材との間の熱伝達の所望の特性を有する蓄熱ユニットを提供するように、変化させることができる。熱交換路は、断面で見るとき、略丸くすることができる。あるいは、断面で見るとき、熱交換路は、正方形または長方形、三角形、多角形、長円形、あるいは任意のその他の形状または形状の組合せとすることができる。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、熱交換路はたとえば、熱交換媒体が流れる流体流路を提供する管または管路とすることができる。熱交換路はたとえば、熱交換媒体及び蓄熱材と適合する熱伝導性材料（たとえば、熱交換媒体または蓄熱材と接触して配置されるとき、実質的に劣化しない材料）から形成される管とすることができる。たとえば、熱交換路は、金属（たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金（たとえば、マリングレードアルミニウム合金）、高合金ステンレス鋼、炭素鋼、チタン、銅、または青銅）、及び、非金属材料（たとえば、熱強化ポリマーまたは熱硬化プラスチック）から形成することができる。ある実施形態において、熱交換路は、管の押出成形またはその他の継目のない形成を可能にする、金属などの材料から形成される管を備える。管から継目をなくすことによって、腐食及び／または漏れの可能性を最小化することができる。
【０１３０】
熱交換媒体は、熱交換路を通して流すことができる。熱交換媒体は、熱エネルギーを蓄熱材とやりとりできる流体（たとえば、液体）とすることができる。たとえば、熱交換媒体は、水または不凍液／水混合液（たとえば、エンジン冷却液）とすることができる。好適な不凍液／水混合液の実施例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、及び／またはグリセリンの水溶液を含む。
【０１３１】
再び図４Ａを参照すると、蓄熱材（１０４）は、熱交換路（１０２）を流れる熱交換媒体と蓄熱材（１０４）との間の効率的な熱伝達を保証するように、任意の好適な方法で熱交換路（１０２）のまわりに配設することができる。たとえば、蓄熱材（１０４）は、管（１０６）の外面の全体または一部と直接物理的に接触させることができる。いくつかの実施形態において、蓄熱材（１０４）は熱交換路（１０２）（たとえば、管）を囲み、熱交換路（１０２）に沿った所定の点で、蓄熱材（１０４）が、管の外面（１０６）と接触する蓄熱材（１０４）の略連続的な層を形成するように、同軸に配設された熱交換路（１０２）であることを意味する。
【０１３２】
蓄熱ユニットは、単一の熱交換路を備えることができる。あるいは、蓄熱ユニットは、熱交換媒体が流れる複数の熱交換路を備えることができる。ここで図４Ｂを参照すると、蓄熱ユニット（１２０）は、熱交換媒体が流れる複数熱交換路（１０２）と、複数の熱交換路（１０２）と熱接触する蓄熱材（１０４）とを備えることができる。複数の熱交換路（１０２）のそれぞれは、たとえば、中心軸（１０８）を有する管と、内面（１０５）及び外面（１０６）を有する管壁（１０３）とを備えることができる。管壁（１０３）は、熱交換媒体が流れることができる管腔（１１０）を定義するように、中心軸（１０８）のまわりに同軸で配設される。管のそれぞれの中央軸（１０８）は、互いに略平行とすることができ、蓄熱ユニット（１２０）は、蓄熱材（１０４）と熱接触する（たとえば、蓄熱材（１０４）によって囲まれる）平行な熱交換路（１０２）の束を備える。複数の熱交換路（１０２）は、流動的に独立（すなわち、流動連結されていない）とすることができる。あるいは、複数の熱交換路（１０２）は、蓄熱ユニット（１２０）の流動連結された上流及び／または下流とすることができる。蓄熱ユニット（１２０）は、熱交換路（１０２）と蓄熱材（１０４）とを囲むハウジング（１２２）をさらに含むことができる。
【０１３３】
ここで図５を参照すると、蓄熱ユニット（２００）は、熱交換媒体が流れる複数の非直線熱交換路（２０２）と、複数の熱交換路（２０２）と熱接触する蓄熱材（２０４）とを備えることができる。複数の熱交換路（２０２）のそれぞれは、上記のように、中心軸を有する管と、内面及び外面を有する管壁とを備えることができる。管壁は、熱交換媒体が流れることができる管腔を定義するように、中心軸のまわりに同軸で配設される。蓄熱材（２０４）は、複数の熱交換路（２０２）を流れる熱交換媒体と蓄熱材（２０４）との間の効率的な熱伝達を保証するように、（たとえば、複数の熱交換路を囲む）任意の好適な方法で複数の熱交換路（２０２）のまわりに配設することができる。複数の熱交換路（２０２）は、流動的に独立（すなわち、流動連結されていない）とすることができる。あるいは、複数の熱交換路（２０２）は、蓄熱ユニット（２００）の流動連結された上流及び／または下流とすることができる。
【０１３４】
複数の熱交換路（２０２）は、非直線とすることができる。たとえば、複数の熱交換路（２０２）蛇状とすることができ、複数の熱交換路（２０２）の表面積及び／または蓄熱ユニット（２００）を通る熱交換媒体の流れ時間は、複数の熱交換路（２０２）中を流れる熱交換媒体と蓄熱材（２０４）との間の熱伝達の所望の特性を有する蓄熱ユニット（２００）を提供する。蓄熱ユニット（２００）は、複数の熱交換路（２０２）と蓄熱材（２０４）とを囲むハウジング（２０６）をさらに含むことができる。ハウジングは、任意の好適な金属または非金属から形成することができ、１つまたは複数の熱絶縁層を任意選択的に含むことができる。蓄熱ユニット（２００）は、熱交換媒体を熱交換路（２０２）の１つまたは複数に移送するための、１つまたは複数の入口ポート（２０８）及び１つまたは複数の出口ポート（２１０）をさらに備えることができる。
【０１３５】
上記のように、蓄熱ユニットは、熱交換路と熱接触する蓄熱材を備える。蓄熱材は、多孔性熱伝導マトリックスから形成される複合材料と、多孔性熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭとを備えることができる。多孔性熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭを備える複合材料を採用することによって、ＰＣＭの伝熱抵抗を減少させることができる。たとえば、複合材料蓄熱材は、少なくとも約２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１（たとえば、少なくとも約２．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約３．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約４．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約５．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約６．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約７．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約８．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約９．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、少なくとも約１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、または、少なくとも約２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）の熱伝導率を有することができる。
【０１３６】
熱伝導マトリックスは、等方性熱伝導マトリックスを備えることができる。等方性熱伝導マトリックスは、すべての向きで（たとえば、マトリックス内の任意の軸に沿って）実質的に同等の熱伝導率を示す熱伝導マトリックスである。他の実施形態において、熱伝導マトリックスは、異方性熱伝導マトリックスを備えることができる。異方性熱伝導マトリックスは、異なる向きで異なる熱伝導率（たとえば、マトリックス内の異なる軸に沿った異なる熱伝導率）を示す熱伝導マトリックスである。また、異方性熱伝導マトリックスは、マトリックス内に異方性空隙率を備えると言うこともできる。異方性熱伝導マトリックスの実施例は、以下にさらに詳細に記載される３Ｄプリント黒鉛マトリックスを含む。
【０１３７】
蓄熱材が異方性熱伝導マトリックスを備える実施形態において、蓄熱材は、熱交換路と平行な軸に沿った熱伝導率に対して熱交換路に直交する軸に沿って増加する熱伝導率を示すように構成される熱伝導マトリックスを備えることができる。たとえば、再び図４Ａを参照すると、蓄熱材（１０４）が異方性熱伝導マトリックスを備えるいくつかの実施形態において、蓄熱材（１０４）は、熱交換路と平行な軸（たとえば、管の中心軸（１０８）と平行に蓄熱材を貫通する軸）に沿った熱伝導率に対して熱交換路（１０２）から半径方向に延在する１つまたは複数の軸（１１２）に沿って増加する熱伝導率を示すように構成される熱伝導マトリックスを備えることができる。このように、蓄熱材は、熱交換路と蓄熱材との間に効率的に熱エネルギーを伝えるように構成することができる。
【０１３８】
多孔性熱伝導マトリックスは、高い空隙率を有する熱伝導性固体を備えることができる。たとえば、多孔性熱伝導マトリックスは、少なくとも約７５％（たとえば、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９１％、少なくとも約９２％、少なくとも約９３％、少なくとも約９４％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％）の体積空隙率の熱伝導性固体を備えることができる。ある実施形態において、熱伝導マトリックスは、熱伝導性フォームを備えることができる。フォームは、独立気泡、連続気泡、粗多孔性網状構造、及び／またはこれらの組合せを備えることができる。ある実施形態において、フォームは、ＰＣＭがフォーム中を拡散できるように、連続気泡フォームまたは網状フォームを備える。
【０１３９】
ある実施形態において、熱伝導マトリックスは、金属フォームを備えることができる。連続気泡金属フォーム及び網状金属フォームを含む金属性フォームが、当該技術分野において知られており、さまざまな液体及び固体状態処理方法を使用して生成することができる。金属フォームを形成する好適な方法は、金属フォーム及び所望のフォーム形態（たとえば、所望の体積空隙率）の組成物を含む、多数の要因を考慮して選択することができる。金属缶の非限定的な実施例は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、クロミウム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、及びモリブデン（Ｍｏ）を含む金属フォームに含まれてもよい。金属フォームは、実質的に単一の金属のみ備えることができる。あるいは、金属フォームは、２つ以上の金属の組合せを備えることができる。好適な金属フォームの実施例は、ニッケルフォーム、アルミニウムフォーム、チタンフォーム、青銅フォーム、及び銅フォームを含むが、これらに限定されるものではない。ある場合において、金属フォームは、網状金属フォームを備える。網状金属フォームを作る方法は、当該技術分野において知られている。たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、ＧｉｒｌｉｃｈのＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ６，８５７，４６１を参照。また、熱伝導マトリックスは、炭素または黒鉛含有ニッケルフォーム、アルミニウムフォーム、チタンフォーム、青銅フォーム、あるいは銅フォームなどの、炭素または黒鉛含有金属フォームを備えることもできる。
【０１４０】
ある実施形態において、熱伝導マトリックスは、黒鉛フォーム、炭素フォームまたはこれらの組合せを備えることができる。炭素及び黒鉛フォームは、高い熱伝導性を示す三次元相互連結炭素質構造を備えることができる。炭素及び黒鉛フォームは、応用ニーズ及び／または熱伝達要件に基づく広範囲にわたる形状で構成することができる。特に、炭素及び黒鉛フォームは、高熱伝導性、低密度、またはこれらの組合せを示すように構成することができる。ある実施形態において、炭素及び黒鉛フォームは、小さい気泡または細孔寸法を有する、連続気泡または網状の炭素及び黒鉛フォームとすることができる。また、黒鉛フォームは異方性熱伝導マトリックスとしても機能することができる。炭素及び黒鉛フォームは、当該技術分野において知られており、さまざまな手法を使用して作成することができる。たとえば、Ｐｅｔｔｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ，  １２：２９５９−２９６４，  ２０１２、及び、Ｊｉ  ｅｔ  ａｌ，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ，  １２：２４４６−２４５１，  ２０１２を参照し、炭素及び黒鉛フォーム、ならびにそれらの作製及びその使用方法についてのそれらの教示のために、それぞれが参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【０１４１】
たとえば、黒鉛フォームは、連続気泡網状のニッケルフォーム上での、好適な炭素前駆体の化学気相成長法（ＣＶＤ）によって合成することができる。黒鉛がニッケルフォーム上で形成されたあと、たとえばウェットエッチング液を使用して、ニッケルを除去することができ、黒鉛フォームがもたらされる。その他の好適な炭素及び黒鉛フォームは、ピッチ系炭素及び黒鉛フォームを含む。たとえば、そのすべてが参照により本明細書に完全に組み込まれる、ＫｌｅｔｔのＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  ６，０３３，５０６、６，０３７，０３２、６，３９９，１４９、６，７８０，５０５、７，０１４，１５１、７，１５７，０１９、７，１６６，２３７、６，２６１，４８５、６，３８７，３４３、６，６５６，４４３、及び６，６６３，８４２を参照。また、網状ガラス質炭素（ＲＶＣ）フォームなどの好適な炭素及び黒鉛フォームは、商業的供給源から入手することができる。たとえば、好適なフォームは、商標名ＰＯＣＯＦＯＡＭ（登録商標）（Ｐｏｃｏ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ，  Ｉｎｃ．，  Ｄｅｃａｔｕｒ，  ＴＸ）で市販されている。
【０１４２】
ある実施形態において、熱伝導マトリックスは、３Ｄプリント黒鉛マトリックスを備えることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、３Ｄプリントテンプレートを使用して形成される黒鉛材料である。３Ｄプリントは、黒鉛材料の形態の精密な制御を提供することができる。したがって、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、連続的な黒鉛材料から形成される微小孔構造ネットワークを備える構造を保有することができる。
【０１４３】
３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、任意の好適な形態を保有するように形成することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスの作製方法は、３Ｄプリントプロセスを使用して微小孔構造テンプレートを形成することと、微小孔構造テンプレートを黒鉛化して３Ｄプリント黒鉛マトリックスにもたらすことを含むことができる。微小孔構造テンプレートは、標準的な３Ｄプリント方法を使用してプリントすることができる任意の好適な黒鉛化可能材料から形成することができる。たとえば、微小孔構造テンプレートは、金属テンプレート（たとえば、ニッケルテンプレート）または黒鉛化可能なポリマーテンプレートとすることができる。金属（たとえば、Ｎｉ）テンプレートは、金属（たとえば、Ｎｉ）粉体の直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）によって形成することができる。ＤＭＬＳは、金属粉を焼結するための小径レーザを使用して、冶金結合を形成する。レーザ経路は制御可能であり、金属粉のより多くの層を絶えず追加することによって、微小孔構造金属テンプレートを、デジタルモデルに基づいてプリントすることができる。光造形及び選択的なレーザ焼結を含む、さまざまな３Ｄプリントプロセスが、微小孔構造ポリマーテンプレートを形成するために使用することができる。テンプレートの構造は、特定の用途のために個別に設計、すなわち、合理的に設計することができる。たとえば、３Ｄ黒鉛マトリックスは、熱貫流のための所望の経路に対応する構造を有するように設計することができる。
【０１４４】
３Ｄプリント方法を使用して形成すると、微小孔構造テンプレートは黒鉛化することができる。マトリックスを黒鉛化する方法は、微小孔構造テンプレートの組成物を含む多数の要因に応じて変えることができる。金属テンプレート（たとえば、Ｎｉテンプレート）は、高温化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して黒鉛化し、金属テンプレートの表面上に黒鉛マトリックスを形成することができる。黒鉛マトリックスが形成されると、金属テンプレートは、上記のように、エッチング除去することができる。黒鉛化可能なポリマー缶から形成されるテンプレートは、黒鉛化可能なポリマーの熱分解によって黒鉛化した。このプロセスより、微小孔構造テンプレートから直接、３Ｄ黒鉛マトリックスを形成することができる。また、ポリマーテンプレートは、ポリマーテンプレートを金属化することによって黒鉛化し、次いで、金属テンプレートを黒鉛化するための上記の方法を使用して、金属化されたポリマーテンプレートを黒鉛化することができる。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、蓄熱ユニットの３Ｄプリント黒鉛マトリックスの組み込みを容易にするように形成することができる。一例として、３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、図１に示すように形成することができ、上により完全に本明細書に記載される。特定の半径方向及び周方向の設計されたパターンが図１に示されるが、他の同様に調整された微孔構造を生成することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、上記の蓄熱ユニットの蓄熱材として機能させることができ、円筒状開口部（５１４）は、たとえば、熱交換路として機能する管またはパイプに対応する。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）は、約０ｍｍ超〜約１５ｍｍ（たとえば、０〜１ｍｍ、１〜２ｍｍ、２〜３ｍｍ、３〜４ｍｍ、４〜５ｍｍ、５〜７ｍｍ、７〜９ｍｍ、９〜１１ｍｍ、１１〜１３ｍｍ、１３〜１５ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の範囲の半径を有することができる。いくつかの実施形態において、円筒状開口部（５１４）は、約１．５ｍｍ〜約６．５ｍｍ（たとえば、１．５〜２ｍｍ、２〜２．５ｍｍ、２．５〜３ｍｍ、３〜３．５ｍｍ、３．５〜４ｍｍ、４〜４．５ｍｍ、４．５〜５ｍｍ、５〜５．５ｍｍ、５．５〜６ｍｍ、６〜６．５ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の半径を有することができる。円周方向薄壁（５０６）及び半径方向薄壁（５０４）は、約０．０１μｍ〜約１μｍ（たとえば、０．０１〜０．０５μｍ、０．０５〜０．１μｍ、０．１〜０．１５μｍ、０．１５〜０．２μｍ、０．２〜０．２５μｍ、０．２５〜０．３μｍ、０．３〜０．３５μｍ、０．３５〜０．４μｍ、０．４〜０．４５μｍ、０．４５〜０．５μｍ、０．５〜０．５５μｍ、０．５５〜０．６μｍ、０．６〜０．６５μｍ、０．６５〜０．７μｍ、０．７〜０．７５μｍ、０．７５〜０．８μｍ、０．８〜０．８５μｍ、０．８５〜０．９μｍ、０．９〜０．９５μｍ、０．９５〜１μｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、細孔（５０８）は、細孔の最も大きい断面寸法として計測される１００μｍ〜５０００μｍ（たとえば、１００〜２００μｍ、２００〜３００μｍ、３００〜４００μｍ、４００〜５００μｍ、５００〜７５０μｍ、７５０〜１０００μｍ、１０００〜１２５０μｍ、１２５０〜１５００μｍ、１５００〜１７５０μｍ、１７５０〜２０００μｍ、２０００〜２５００μｍ、２５００〜３０００μｍ、３０００〜３５００μｍ、３５００〜４０００μｍ、４０００〜４５００μｍ、４５００〜５０００μｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の平均細孔寸法を有することができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスの高さは、０．２ｍｍ〜１００ｍｍ（たとえば、０．２〜１ｍｍ、１〜５ｍｍ、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜３０ｍｍ、３０〜４０ｍｍ、４０〜５０ｍｍ、５０〜７５ｍｍ、７５〜１０００ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）とすることができる。３Ｄプリント黒鉛マトリックスは、５ｍｍ〜５００ｍｍ（たとえば、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜４０ｍｍ、４０〜６０ｍｍ、６０〜１００ｍｍ、１００〜１５０ｍｍ、１５０〜２００ｍｍ、２００〜２５０ｍｍ、２５０〜３００ｍｍ、３００〜３５０ｍｍ、３５０〜４００ｍｍ、４００〜４５０ｍｍ、４５０〜５００ｍｍ、または、これらの範囲の任意の組合せ）の幅、長さ、または直径を有することができる。
【０１４７】
熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）は、カーボンナノ材料を使用して改良することができる。いくつかの実施形態において、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）は、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せの上に配設されるカーボンナノチューブの層）の上に配設されるカーボンナノチューブの層をさらに備えることができる。
【０１４８】
たとえば、カーボンナノチューブの層は、炭素基板（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、またはこれらの組合せ）の上に配設することができる。カーボンナノチューブは、上により完全に本明細書に記載されるプロセスのいずれかによって、炭素基板を形成することができる。
【０１４９】
いくつかの実施形態において、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せの上に配設されるカーボンナノチューブの層）の上に配設されるカーボンナノチューブの層は、約１〜約５００μｍの長さの複数のカーボンナノチューブを形成するために、カーボンナノチューブを備えることができる。炭素基板上のカーボンナノチューブは、約１〜約５０ｎｍの直径、たとえば、約１ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、または約５０ｎｍの直径）とすることができる。ある実施例において、カーボンナノチューブは、直径約１０ｎｍである。いくつかの実施例において、カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【０１５０】
ある実施形態において、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）は、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）の上に配設されるカーボンナノチューブのコンフォーマル層を備えることができる。これらの実施形態において、カーボンナノチューブは、熱伝導マトリックスの表面全体の略均一な層に配設することができる。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）の表面は、熱伝導マトリックスと多孔性熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭとの間の適合性を改善するように改良することができる。たとえば、いくつかの実施形態において、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）は、熱伝導マトリックスと多孔性熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭとの間の適合性を改善するために、その疎水性を増加させるように改良することができる。たとえば、熱伝導マトリックス（たとえば、黒鉛フォーム、炭素フォーム、３Ｄプリント黒鉛マトリックス、金属フォーム、またはこれらの組合せ）は、マトリックス内へのＰＣＭの組み込みの前に、プラズマ処理にさらすことができる。プラズマ処理はマトリックス表面から不純物及び汚染物質を除去することができ、及び／または、表面の疎水性を改質する（すなわち、マトリックス表面の親水性を増加させる）ことができる。
【０１５２】
上述のように、蓄熱材は、熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭを備えることができる。相変化材料は高い融解熱を有する材料であり、特定の温度で融解及び凝固し、大きいエネルギー量を貯蔵及び解放することが可能である。材料が固体から液体及びその逆に変化するとき、熱は吸収または解放される。ＰＣＭは、任意の好適な方法を使用して、熱伝導マトリックス内に配設することができる。たとえば、ＰＣＭは、ＰＣＭ及び熱伝導マトリックスを接触させることによって、たとえば、ソーキング、ディッピング、吹付、注入、浸漬、または、これらの組合せによって、熱伝導マトリックス内に配設することができる。
【０１５３】
任意の好適なＰＣＭは、熱伝導マトリックス内に配設することができる。たとえば、ＰＣＭは、水、塩水溶液、糖アルコール、パラフィン、脂肪酸、塩水和物、硝酸塩、水酸化物、吸湿性材料、またはこれらの組合せを備えることができる。より詳細には、相変化材料は、エリスリトール、キシリトール、マンニトール、ガラクチトール、ガラクチトールとマンニトールとの混合物、尿素、ウレイドピリミドン、Ｎ，Ν−ジアルキルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピロリジニウム；ＬｉＦ及びＢｅＦ２、ＮａＦ及びＢｅＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＮａＦ及びＺｒＦ４、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＫＮＯ３及びＬｉＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＢｒ及びＬｉI、ＫＣｌ−ＭｇＣｌ２、ＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣＯ３及びＬｉＯＨ、ＬｉＢｒ及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、Ｋ２ＣＯ３及びＭｇＣＯ３、ＫＦ及びＫＢＦ４、Ｎａ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、ＣａＣｌ２及びＬｉＣｌ、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＫＦ及びＬｉＦ、Ｋ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＫＶＯ３及びＢａＴｉＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＢｒ及びＮａＢｒ、ＫＢｒ及びＬｉＣｌ及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＮａＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ及びＣａＦ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＡｌＦ３及びＺｒＦ４、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４及びＫ２ＳＯ４及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＺｎＳＯ４、Ｎａ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＬｉＣＯ３、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＣａＣｌ２及びＣａＦ２、ＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＫＮＯ３及びＫＣｌ、ＫＮＯ３及びＫ２ＣＯ３、ＫＮＯ３及びＫＢｒ、ＦｅＣｌ２及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＬｉＣｌ、Ｋ２ＣＯ３及びＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４及びＫＯＨ、ＦｅＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＢｒ及びＫＢｒ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＦｅＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＭｇＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＭｎＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ２及びＫ２ＣＯ３及びＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＦ及びＫＦ及びＫＣＯ４及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＬｉＯＨ、ＬｉＦ及びＢａＦ２及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ及びＫＣｌ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ及びＭｇＦ２、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＫＦ及びＮａＦ、ＬｉＦ及びＮａＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＫＦ及びＬｉＣｌ、ＬｉＦ及びＫＦ、ＬｉＦ及びＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ及びＬｉＣＯ３及びＬｉＦ、ＬｉＣｌ及びＫＣｌ、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２及びＮａＣｌ、ＬｉＣｌＬｉＶＯ３及びＬｉ２ＭｏＯ４及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＦ、ＮａＣｌ及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＺｎＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ＝ＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉ２ＭｏＯ４、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉ２ＳＯ４及びＬｉＶＯ３、ＫＣｌ及びＭｎＣｌ２、ＮａＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＭｇＣｌ２及びＮａＣｌ、ＣａＣｌ２及びＫＣｌ及びＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ２、ＬｉＣｌ及びＬｉＦ及びＭｇＦ２、ＣａＣｌ２及びＣａＦ２及びＮａＦ、ＣａＣｌ２及びＮａＣｌ、ＮａＯＨ及びＮａＣｌ及びＮａ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ及びＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３及びＫ２ＣＯ３、Ｚｎ及びＭｇ、Ａｌ及びＭｇ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＺｎ、Ｍｇ及びＣｕ及びＣａ、Ｍｇ及びＡｌ、ギ酸、カプリル酸、グリセリン、Ｄ−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン、臭化ドカシル、カプリロン、フェノール、ヘプタデカノン、１−シクロヘキシロオクタデカン、４−ヘプタデカノン、ｐ−トルイジン、シアナミド、エイコサン酸メチル、３−ヘプタデカノン、２−ヘプタデカノン、ヒドロケイ皮酸、セチルアルコール、α−ネフチルアミン、カンフェン、ｏ−ニトロアニリン、９−ヘプタデカノン、チモール、酢酸ナトリウム、トリメチロールエタン、メチルベヘナート、ジフェニルアミン、ｐ−ジクロロベンゼン、オキザラート、次リン酸、ｏ−キシレンジクロリド、β−クロロ酢酸、ニトロナフタレン、トリミリスチン、ヘプタデカン酸、α−クロロ酢酸、ミツロウ、ミツロウ、グリコール酸、グリオキシル酸、ｐ−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ジントトルエント、フェニル酢酸、アリルチオ尿素、ブロモ樟脳、ジュレン、ベンジルアミン、メチルブロモベンゾエート、アルファナフトール、グラウタリック酸、ｐ−キシレンジクロリド、カテコール、キニーネ、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチルベン、ベンズアミド、酢酸、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エライジン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、Ｋ２ＨＰＯ４・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ２・２Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Η２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＩ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＩ２・６Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ΝＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Αｌ（ΝＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ガリウム−ガリウムアンチモン共晶、ガリウム、セロロー共晶、Ｂｉ−Ｃｄ−Ｉｎ共晶、セロベンド共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｉｎ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ−スズ共晶、Ｂｉ−Ｐｂ共晶、ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ及びＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、トリエチロールエタン及び水及び尿素、Ｃ１４Ｈ２８Ｏ２及びＣ１０Ｈ２０Ｏ２、ＣａＣｌ２及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、トリエチロールエタン及び尿素、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ及びＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ及びＮＨ２ＣＯＮＨ２、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＮＨ４ＮＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ
（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ及びΑｌ（ΝＯ３）２・９Η２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＮＨ２及びＣ１７Ｈ３５ＣＯＯＨ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ及びＭｇＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ナフタレン及び安息香酸、ＮＨ２ＣＯＮＨ２及びＮＨ４Ｂｒ、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮａＮＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＫＯ３、ＬｉＮＯ３及びＮＨ４ＮＯ３及びＮＨ４Ｃｌ、または、これらの組合せでもよい。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、ＰＣＭの融解温度は、少なくとも約−１００℃（たとえば、少なくとも約−５０℃、少なくとも約０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約３５０℃、または、少なくとも約４００℃）とすることができる。いくつかの実施形態において、ＰＣＭの融解温度は、約４００℃以下（たとえば、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、約１００℃以下、約５０℃以下、約０℃以下、または、約−５０℃以下）とすることができる。ＰＣＭの融解温度は、上記の最低温度のいずれかから上記の最高温度のいずれかまでの範囲とすることができる。たとえば、ＰＣＭの融解温度は、約−１００℃〜約４００℃（たとえば、約０℃〜約３００℃、または、約１００℃〜約２００℃）の範囲とすることができる。
【０１５５】
ある実施形態において、ＰＣＭは塩水溶液を備え、約−１００℃〜約０℃の融解温度を有する。いくつかの実施形態において、ＰＣＭはパラフィンを備え、約０℃〜約１５０℃の融解温度を有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は、約５０℃〜約１００℃の融解温度を有する塩水和物である。いくつかの実施形態において、相変化材料は糖アルコールを備え、約５０℃〜約２２５℃の融解温度を有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は硝酸塩を備え、約１５０℃〜約３００℃の融解温度を有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は水酸化物を備え、約２００℃〜約４００℃の融解温度を有する。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、ＰＣＭの融解エンタルピーは、少なくとも約１００ＭＪ／ｍ３（たとえば、少なくとも約１５０ＭＪ／ｍ３、少なくとも約２００ＭＪ／ｍ３、少なくとも約２５０ＭＪ／ｍ３、少なくとも約３００ＭＪ／ｍ３、少なくとも約３５０ＭＪ／ｍ３、少なくとも約４００ＭＪ／ｍ３、少なくとも約４５０ＭＪ／ｍ３、少なくとも約５００ＭＪ／ｍ３、少なくとも約５５０ＭＪ／ｍ３、少なくとも約６００ＭＪ／ｍ３、または少なくとも約６５０ＭＪ／ｍ３）とすることができる。いくつかの実施形態において、ＰＣＭの融解エンタルピーは、約１００ＭＪ／ｍ３以下（たとえば、約６５０ＭＪ／ｍ３以下、約６００ＭＪ／ｍ３以下、約５５０ＭＪ／ｍ３以下、約５００ＭＪ／ｍ３以下、約４５０ＭＪ／ｍ３以下、約４００ＭＪ／ｍ３以下、約３５０ＭＪ／ｍ３以下、約３００ＭＪ／ｍ３以下、約２５０ＭＪ／ｍ３以下、約２００ＭＪ／ｍ３以下、または、約１５０ＭＪ／ｍ３以下）とすることができる。ＰＣＭの融解エンタルピーは、上記の最小値のいずれかから上記の最大値のいずれかまでの範囲とすることができる。たとえば、ＰＣＭの融解エンタルピーは、約１００ＭＪ／ｍ３〜約１００ＭＪ／ｍ３（たとえば、約２００〜４００ＭＪ／ｍ３）の範囲とすることができる。
【０１５７】
いくつかの実施形態において、相変化材料は塩水溶液を備え、約１５０ＭＪ／ｍ３〜約３００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。いくつかの実施形態において、相変化材料はパラフィンを備え、約１５０ＭＪ／ｍ３〜約２００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は塩水和物を備え、約２００ＭＪ／ｍ３〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は糖アルコールを備え、約２００ＭＪ／ｍ３〜約４００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は硝酸塩を備え、約２００ＭＪ／ｍ３〜約６００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。いくつかの実施形態において、相変化材料は水酸化物を備え、約４５０ＭＪ／ｍ３〜約７００ＭＪ／ｍ３の融解エンタルピーを有する。
【０１５８】
いくつかの実施形態において、相変化材料は糖アルコールまたは糖アルコールの混合物を備える。ある実施形態において、ＰＣＭは、上により完全に本明細書に記載されるように、マンニトール及びガラクチトールの混合物を備える。
【０１５９】
ガラクチトール及びマンニトールは、約９：１〜約１：９の重量比で、ガラクチトール・マンニトール混合物に存在することができる。
【０１６０】
ガラクチトール・マンニトール混合物は、ＰＣＭの主成分とすることができる。たとえば、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５重量％とすることができる。他の実施例において、ガラクチトール・マンニトール混合物の量は、ＰＣＭ全体の少なくとも約７５、約８０、約８５、約９０、約９５、約９８、または約９９重量％とすることができ、いずれの規定された値も、範囲の上端または下端を形成することができる。
【０１６１】
ある実施形態において、蓄熱材は、熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭを備えることができ、ＰＣＭは、約１５１℃〜約１５３℃の融点及び約３００Ｊ／ｇ〜約３１０Ｊ／ｇの融解潜熱を有する、ガラクチトール及びマンニトールの混合物を約１：１の重量比で備える。
【０１６２】
熱伝導マトリックス内に配設されるＰＣＭは任意選択的に、１つまたは複数の添加剤を備えることができる。好適な添加剤の実施例は、粘度調整剤、抗菌剤、難燃剤、過冷却防止剤、増粘剤、抗酸化剤、腐食抑制剤、及びこれらの組合せを含む。
【０１６３】
本明細書に記載される蓄熱ユニットは、熱エネルギーの蓄積が望ましい任意の用途で使用することができる。たとえば、蓄熱ユニットは、後の使用（たとえば、数時間後、数日後、何か月も後）のために熱エネルギーを収集するために使用することができる。このように、蓄熱ユニットは、多種多様な用途でエネルギー効率を改善するために使用することができる。たとえば、本明細書に記載される蓄熱ユニットは、暖房及び／または冷房システム（たとえば、車及び飛行機などの乗り物、ならびに建物のＨＶＡＣシステム）とともに、太陽エネルギーの収集及び利用とともに、冷凍とともに、または、工業プロセスとともに、利用することができる。本明細書に記載される蓄熱ユニットは、蓄熱ユニットに組み込まれる材料を調節して、さまざまな温度状況とともに作動するように構成される蓄熱ユニットを提供すること（たとえば、好適なＰＣＭを選択すること）によって、特定の用途における使用（たとえば、電力／エネルギーのさまざまな範囲における運用）のために調整することができる。
【０１６４】
一例として、本明細書に記載される蓄熱ユニットは、電気自動車（ＥＶ）などの乗り物のＨＶＡＣシステムに組み込むことができる。蓄熱ユニットは、リチウムイオン電池からのエネルギーではなく貯蔵された熱エネルギーによって、ＥＶの運転室に調和する環境を提供する、低価格暖冷房システムを提供するために使用することができる。このようにして、ＥＶの走行距離及び効率を改善することができる。ＥＶにおいて使用される実施例のシステムは、それぞれ異なるＰＣＭを含有する、高温熱電池及び低温熱電池と呼ばれる２つの蓄熱ユニットを含むことができる。熱伝達流体（ＨＴＦ）は、運転モード（たとえば、運転室の空気の暖房または冷房）に応じて、運転室の空気熱交換器と、どちらかの熱電池との間で循環させることができる。暖房は、高温熱電池に存在する高温ＰＣＭの凝固によって実現することができ、冷房は、低温熱電池の低温ＰＣＭの融解によって実現することができる。ＥＶのリチウムイオン電池を充電中に電池内で相変化プロセスを逆にするために必要な熱を提供または抽出するように構成される非車載型充電ステーションを通してＨＴＦを循環させることによって、熱電池を再充電することができる。充電ステーションは、熱電池を再充電するための充電時間が、リチウムイオン電池充電時間を再充電するための充電時間より短いように、構成することができる。
【０１６５】
ＥＶにおける使用のための実施例の熱制御システムが、図６に概略的に示される。システム（３００）は、２つの熱電池、高温熱電池（３０２）と低温熱電池（３０４）とを含むことができる。熱電池のそれぞれの熱交換路は、閉ループ熱伝達流体流路（３０６）に流体連結することができ、閉ループ熱伝達流体流路（３０６）は液体空気熱交換器（ＬＡＨＸ、３０８）に流体連結する。ＬＡＨＸ（３０８）は、熱伝達流体流路（３０６）と、熱伝達流体流路（３０６）と熱接触する空気流路とを含むことができる。空気流路は、空気取入口（３１０）及び空気吹出口（３１２）を流体連結することができる。空気取入口（３１０）は、ＥＶ及び／または乗り物の運転室の外部に流体連結することができる。空気吹出口（３１２）は、ＥＶの運転室に流体連結することができる。ＬＡＨＸ（３０８）は、熱伝達流体流路（３０６）を流れるＨＴＦと空気流路を流れる空気との間で熱エネルギーを交換するように構成することができる。このようにして、空気取入口（３１０）及びＬＡＨＸ（３０８）を流れる（たとえば、運転室内部からの、及び／または、乗り物外部からの）調節されていない空気を、ＨＴＦが熱伝達流体流路（３０６）を流れることによる熱交換を介して、所望の気温設定点に調節することができる。調節すると、空気を、空気吹出口（３１２）を介して、空気流路から運転室内部へ流すことができる。
【０１６６】
システムは、熱伝達流体流路（３０６）に流体連結され、熱伝達流体流路（３０６）を通してＨＴＦを流すように構成されるポンプ（３１４）をさらに含むことができる。また、システムは、ＬＡＨＸ（３０８）の空気流路を流れる空気が、所望の気温設定点に達するために、加熱または冷却のいずれの必要があるかに応じて、熱伝達流体流路（３０６）から高温熱電池（３０２）または低温熱電池（３０４）のいずれかに流体流れを向けるように構成される複数の制御弁（たとえば、三方向流体流れ弁、３１６）をさらに含むことができる。たとえば、凝固（ＨＶＡＣ暖房モード及び高温電池放電）中、潜熱はＨＴＦに解放されて、次いで、空気に放散される。融解中、熱流れは逆転し（すなわち、運転室は冷却される）、低温電池は放電モードである。
【０１６７】
システムは、第２の複数の制御弁（たとえば、三方向流体流れ弁、３２０）によって熱伝達流体流路（３０６）に流体連結される再充電流体流れループ（３１８）をさらに含むことができる。再充電流体流れループ（３１８）は、非車載型熱ポンプ／熱交換器（３２２）に流体連結することができる。制御弁（３２０）の作動により、高温熱電池（３０２）または低温熱電池（３０４）のいずれかを、再充電流体流れループ（３１８）に流体連結することができる。次いで、電池は、非車載型熱ポンプ／熱交換器（３２２）及び電池（３０２及び３０４）を通してＨＴＦを循環させることによって再充電することができ、電池を再充電するために必要とされる、必須の暖房または冷房を提供する。
【０１６８】
ＥＶ（４０２）の運転室（４０４）の空気を調節するのに使用される同様の熱制御システム（４００）の実施例が、図７に概略的に示される。システム（４００）は、図６に示されるシステムと同様である。しかし、特定の流体連結される要素の配置が異なる。
【実施例】
【０１６９】
次の実施例は、開示される主題による方法及び結果を例示するために以下に説明される。これらの実施例は、本明細書に開示される主題のすべての態様を含むことを意図しないが、代表的な方法及び結果を例示すると意図される。これらの実施例は、当業者にとって明らかである本発明の等価物及び変形物を除外することを意図しない。
【０１７０】
数値（たとえば、量、温度など）に関する正確さを確保する努力はなされたが、ある程度の誤差及び偏差は考慮されるべきである。特に明記しない限り、部は重量部であり、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧または大気圧付近である。製品純度及び記載されるプロセスから得られる収率を最適化するために使用することができる、多数の反応条件のバリエーション及び組合せ、たとえば、成分濃度、温度、圧力、及びその他の反応の範囲及び条件が存在する。このようなプロセス条件を最適化するために必要なことは、妥当な実験及び日常的な実験のみである。
【０１７１】
実施例１
ガラクチトール（または、ズルシトール）（９９＋％、Ａｌｆａ  ａｅｓａｒ）及びマンニトール（９９％、Ａｃｒｏｓ）が受けるように使用された。蒸留水は、糖アルコールの混合物を調合するために使用された。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）測定は、Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｔｏｌｅｄｏ  ＤＳＣ８２３ｅを使用して行われた。５℃／分の加熱及び冷却速度が通常、使用された。すべての実験は、５０ｍＬ／分の窒素流れの下で行われた。すべての測定値は、アルミニウム密封セルにおいて０．００１ｍｇまで正確であった。ＤＳＣは、インジウム及び亜鉛標準を使用して、熱流れ及び温度のために調整された。すべてのサンプルは、８０の°Ｃまで予熱され、その結晶点まで冷却することを可能にし、データ収集のために再加熱された。融点及び融解熱は、第２の加熱サイクルから記録された。
【０１７２】
典型的な手順において、ガラクチトール及びマンニトールは、混合物における個々の糖アルコールの所望の重量分率を得る比率で、２０ｍｌのバイアルで混合された。この混合物に１０ｍｌの蒸留水が加えられ、混合物は５０℃で１０分間撹拌され、次いで、水を蒸発させるために、溶液の温度を１００の°Ｃに上昇させた。得られた固体は、乳鉢で均一に粉砕されて、１００℃の真空下で１６時間乾燥させた。ガラクチトール及びマンニトールの異なる重量比を有する混合物が、同じ手順に従って調合された。表１は、ＤＳＣを使用して測定されたガラクチトール・マンニトール混合物の熱的性質をまとめている。
【表１】
2016538401.tif 000004
【０１７３】
その他の糖アルコール混合物は、同様の技術を使用して調合された。これらは、表２に示される。
【表２】
2016538401.tif 000005
【０１７４】
実施例２
炭素フォームは、Ｎｉフォーム上への黒鉛の析出、それに続くウェットエッチング液によるＮｉの除去によって合成された（Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  １２：２４４６−２４５１，  ２０１２  及び  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  １２：２９５９−２９６４，  ２０１２、黒鉛フォーム及びそれらの合成方法についてのそれらの教示のために、それらは参照により本明細書に完全に組み込まれる）。
【０１７５】
黒鉛フォームは、Ｎｉフォームの飽和、及び冷却時のその表面上への黒鉛の析出によって形成された。Ｎｉフォームは、購入される、または、２４時間以内、１１００℃、流動Ｈ２（４０ｓｃｃｍ、９９．９９９％）下、約５０Ｔｏｒｒで焼きなまされ、１０℃分−１で室温に冷却されて、使用される。Ｎｉフォームは、２ｃｍ×５ｃｍのストリップに切り分けられ、ホットウォール炉の１インチ溶融石英管に詰められた。Ｎｉフォームは、炉の中心に設置された。石英管は真空にされ、次いで、チャンバが大気圧に達するまで、Ａｒ（４０ｓｃｃｍ、９９．９９９％）及びＨ２（１０ｓｃｃｍ、９．９９９％）のガス混合物で満たされた。炉は、流動Ａｒ（４０ｓｃｃｍ、９９．９９９％）及びＨ２（１０ｓｃｃｍ、９９．９９９％）の下、大気圧で１０５０℃まで加熱された。Ｎｉフォームは、ＣＨ４（９９．９９９％）を導入する前に、３０分間、Ｈ２下で焼きなまされた。Ｎｉフォームは、１０５０℃で１〜３時間、４０ｓｃｃｍのＡｒ、５ｓｃｃｍのＣＨ４、及び５ｓｃｃｍのＨ２にさらされ、次いで、１０℃分−１の速度で室温に冷却される。合成したままのフォームは、それぞれ３〜５ｍｍ幅のいくつかの長いストリップに切り分けられ、続いてＮｉがウェットエッチング液で除去された。
【０１７６】
黒鉛被覆ニッケルフォームのＮｉは、８０℃の希釈ＨＣｌ（５重量％）で２０時間、８０℃のＦｅ（ＮＯ３）３（１Ｍ）で１５日間に続いて８０℃のＨＮＯ３（５重量％）で約５日間、または、８０℃の（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８（１Ｍ）で１５日間に続いて８０℃のＨＮＯ３（０．５Ｍ）で３日間のいずれかでエッチングされた。黒鉛フォームは次いで、脱イオン水のいくつかの槽にゆっくりと配置され、そして、最終的に周囲条件の５０℃で乾燥させる前にイソプロパノールですすがれた。
各黒鉛フォームサンプルの合成条件、質量密度、及び対応する室温熱的性質の概要が、表３に示される。
【表３】
2016538401.tif 000006
【０１７７】
実施例３
炭素フォームは、Ｎｉフォーム上への黒鉛の析出、それに続く電解エッチングによるＮｉの除去によって合成された。
【０１７８】
黒鉛フォームは、Ｎｉフォームの飽和、及び冷却時のその表面上への黒鉛の析出によって形成された。Ｎｉフォームは、炉の平坦な温度帯で管状炉に適合するように切断された。Ｎｉフォームの片は、炉の１インチ石英管に詰められ、管は１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力に真空化された。次いでＡｒ（９０ｓｃｃｍ、９９．９％）及びＨ２（１０ｓｃｃｍ、９９．９％）のガス混合物を管に流した。炉は１０５０℃まで温度を上げられ、そして、ガス混合物を流したまま、３０分間その温度を保持した。次いで、ガス混合物を、アルゴン（４０ｓｃｃｍ、９９．９％）、水素（５ｓｃｃｍ、９９．９％）及びメタン（５ｓｃｃｍ、９９．９％）の混合物に変更した。圧力は、管内で１気圧まで上昇させた。温度は、ガス混合物を流したまま、１時間、１０５０℃に維持した。次いでサンプルは、１０℃分−１の速度で冷却され、そして、取り出された。
【０１７９】
黒鉛被覆ニッケルフォームのＮｉは、電解エッチングされた。電解質溶液は、脱イオン水において、１Ｍのホウ酸、１Ｍのニッケル塩、及び１ｍＭの界面活性剤で調合された。黒鉛被覆ニッケルフォームは陽極に取り付けられ、ニッケル箔の片は直流電源の陰極に取り付けられた。どちらの電極も電解質溶液に浸漬された。１〜８Ｖの範囲の直流電圧が、１〜６０分間、印加された。黒鉛フォームは、脱イオン水及びイソプロパノールですすがれ、次いで、５０℃のホットプレート上で乾燥された。
【０１８０】
実施例４
カーボンナノチューブは、原子層成長法を使用して、黒鉛フォーム上で成長した。黒鉛フォームは、１分間、酸素プラズマ処理を受けた。次いで、黒鉛フォームは、原子層成長法を使用して、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）バッファ層の５ｎｍの層で被覆された。次いで、Ａｌ２Ｏ３で被覆された黒鉛フォームは石英管炉に詰められ、ここで、圧力は１０ｍＴｏｒｒ未満に下げられた。アルゴン（９９．９％）及び水素（９９．９％）のガス混合物は、９：１の流動速度で、サンプル上に流された。次いで、作動圧が大気圧まで上昇され、炉は７５０℃の温度に加熱された。フェロセン源は１５０℃の温度に加熱され、サンプルはフェロセンにさらされた。次いで、サンプルは、１０００ｓｃｃｍのアルゴン（９９．９％）、５００ｓｃｃｍの水素（９９．９％）、及び５０ｓｃｃｍの炭化水素（９９．９％）（たとえば、アセチレン、エチレン。及び／またはメタン）の混合物に１０〜３０分間さらされた。最後にサンプルは、室温まで冷却されて、炉から取り出された。
【０１８１】
実施例５
この実施例は、化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用するニッケルテンプレートに基づき、３Ｄ黒鉛マトリックスを作る例示的なプロセスを提供する。直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）は、図１の構造パターンを有する３Ｄニッケルテンプレートにプリントするために使用される。ＤＭＬＳは、金属粉を焼結するための小径レーザを使用して、冶金結合を形成する。レーザ経路は、図１の構造パターンに基づくデジタルモデルによって制御される。ニッケル粉体のより多くの層を絶えず追加することによって、３Ｄニッケルテンプレートがプリントされる。次いで、ニッケルテンプレートが、高温でメタンにさらされ、その結果、炭素はニッケル上へ堆積し、金属に拡散する。ニッケルテンプレートの冷却時、ニッケルの炭素溶解性は減少し、拡散された炭素は表面に移動し、単層グラフェンから始まり、薄い黒鉛に成長し続けるコーティングを形成する。図１の構造パターンを有する３Ｄ黒鉛マトリックスが形成されると、ニッケルはエッチング除去される。
【０１８２】
実施例６
この実施例は、ポリマーテンプレートに基づいて３Ｄ黒鉛マトリックスを作り、続いて焼きなましを含む高温熱分解を行うプロセスを提供する。ポリアミン及びポリアミドなどの黒鉛化可能なポリマーを備える高分子インクは、図１の構造パターンを有する３Ｄプリントポリマーテンプレートにプリントするために使用される。プリント経路は、図１の構造パターンに基づくデジタルモデルによって制御される。ポリマーのより多くの層を絶えず追加することによって、３Ｄポリマーテンプレートはプリントされる。次いで、高温炉を使用して、３Ｄプリントポリマーテンプレートは、熱分解を通して非晶質炭素に変換され、次いで、高温（たとえば、２０００℃を超える）でさらに焼きなまされ、非晶質炭素を図１の構造パターンを有する３Ｄ黒鉛マトリックスに変換する。
【０１８３】
感光性樹脂のステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）または感光性樹脂のポリジェットプロセス、熱可塑性プラスチックの押出成形プリント、及び、直接金属レーザ焼結法のために使用されるものと同様の粉体ポリマーのレーザ焼結などのその他のプリントプロセスは、上記３Ｄプリントポリマーテンプレートにプリントするために使用することができる。使用されるポリマーは、上記のように熱分解時、黒鉛に変換することができる。
【０１８４】
実施例７
この実施例は、ニッケルメッキのポリマーテンプレートに基づき３Ｄ黒鉛マトリックスを作り、続いて化学気相成長法（ＣＶＤ）を行うプロセスを提供する。図１の構造パターンを有するポリマーテンプレートを生成するために、上記の実施例６に記載されるプロセスが伴われる。続いて、ポリマーテンプレートは、無電解ニッケルメッキを通過し、Ｎｉメッキポリマーテンプレートを形成する。このプロセスは、実施例５に記載されるＤＭＬＳプロセスに対する、ニッケルテンプレート形成の代替的なアプローチを提供する。したがって形成されるテンプレートは、実施例５に記載されるＣＶＤプロセスを受け、３Ｄ黒鉛マトリックスを形成する。
【０１８５】
特定の実施形態
原子層成長法によって炭素基板上にバッファ層を被着させることと、炭素基板またはバッファ層上に触媒を被着させることと、高温で炭素基板を作動ガスに接触させ、それによって、炭素基板上にカーボンナノチューブを形成することとを含む炭素基板上にカーボンナノチューブを形成する方法が開示される。バッファ層の堆積は触媒の堆積より先行させることができる、または、触媒の堆積はバッファ層の堆積より先行させることができる。
【０１８６】
基板は、炭素フォーム、黒鉛フォーム、及び３Ｄプリント黒鉛フォームからなる群から選択することができる。炭素基板は、原子層成長法の前に、酸素プラズマ処理することができ、たとえば、原子層成長法の前に、１〜５分間、酸素プラズマ処理することができる。
【０１８７】
バッファ層は、約２約１０ｎｍの厚さからとすることができる。バッファ層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、亜鉛華、またはこれらの組合せなどの金属酸化物とすることができる。バッファ層は、厚さ約５ｎｍの酸化アルミニウムの層とすることができる。
【０１８８】
触媒は、原子層成長法、化学気相成長法によって、または、蒸気相金属源から被着することができる。たとえば、触媒は鉄触媒とすることができ、フェロセンから得られる。触媒は、層として、たとえば約２〜約２０ｎｍの厚さで被着させることができる。触媒は、粒子として、たとえば約２〜約２０ｎｍの寸法で被着させることができる。
【０１８９】
カーボンナノチューブは、約１〜約５００μｍの長さ、及び、約１〜約５０ｎｍの直径とすることができる。カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【０１９０】
作動ガスは、エチレン、アセチレン、メタン、ベンゼン、トルエン、またはこれらの組合せなどの炭化水素ガスを備えることができる。作動ガスは、約１〜約１０００ｓｃｃｍの流量で、約１〜約６０分間、基板に接触させることができる。基板が作動ガスに接触する高温は、約４００〜約１１００℃とすることができる。
【０１９１】
また、多孔質炭素基板上にカーボンナノチューブのコンフォーマル層を備える組成物も開示される。基板は、炭素フォーム、黒鉛フォーム、及び３Ｄプリント黒鉛フォームからなる群から選択することができる。カーボンナノチューブは、約１〜約５００μｍの長さ、及び、約１〜約５０ｎｍの直径とすることができる。カーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブ、ダブルウォールナノチューブ、マルチウォールナノチューブ、またはこれらの組合せを備えることができる。
【０１９２】
炭素基板上にカーボンナノチューブの層を備え、相変化材料で満たされる組成物も開示される。
【０１９３】
また、多孔性黒鉛マトリックスユニットも、本明細書に開示される。多孔性黒鉛マトリックスは、ハブと、ハブから放射状に広がる複数の半径方向薄壁と、ハブを囲み、半径方向薄壁で交差し、マトリックス内の複数の細孔を備えるマトリックスを形成する少なくとも１つの円周方向薄壁とを備える構造を有することができ、ここで、ハブ及びマトリックスの壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、同心円状にハブを囲み、半径方向薄壁で交差して、マトリックス内に複数の細孔を形成する複数の円周方向薄壁を備えることができる。半径方向薄壁は、マトリックスの表面に略垂直とすることができる。円周方向薄壁は、マトリックスの表面に略垂直とすることができる。ハブは、０ｍｍ〜１０ｍｍ、たとえば１．６ｍｍ〜６．３５ｍｍにわたる半径Ｒを有する円筒状開口部を備えることができる。円筒状開口部は、管を通過させることができる。半径方向薄壁は、０，０２μｍ〜１μｍの厚さを有することができる。円周方向薄壁は、０．０１μｍ〜１μｍの厚さを有する。細孔は、１００μｍ〜５０００μｍの平均寸法を有する。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、０．２ｍｍ〜１００ｍｍの高さを有することができる。多孔性黒鉛マトリックスは、５ｍｍ〜５００ｍｍの幅、長さ、または直径を有することができる。
【０１９４】
また、複数の薄壁の第１のセットと、薄壁の第１のセットと交差する薄壁の複数の第２のセットとを備え、マトリックスユニット内に複数の細孔を備えるマトリックスを形成する構造を有する多孔性黒鉛マトリックスユニットも、本明細書に開示され、ここで、マトリックスの薄壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。薄壁の第１のセットは、０，０２μｍ〜１μｍの厚さを有することができる。薄壁の第２のセットは、０．０１μｍ〜１μｍの厚さを有することができる。多孔性黒鉛マトリックスユニット内の細孔は、１００μｍ〜５０００μｍの平均寸法を有することができる。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、０ｍｍ〜１５ｍｍにわたる寸法を有する開口を備えるハブをさらに備えることができる。ハブの寸法は１．６ｍｍ〜１０ｍｍとすることができ、開口は管または軸を通過させることができる。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、０．２ｍｍ〜１００ｍｍの高さを有することができる。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、５ｍｍ〜５００ｍｍの幅、長さ、または直径を有することができる。
【０１９５】
また、本明細書に記載される複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを備える多孔性黒鉛マトリックスも、本明細書に開示される。
【０１９６】
ハブが互いに垂直に並ぶように、複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを積み重ねることができる。ハブは個別に、円筒状開口部を備えることができ、ハブの並べられた円筒状開口部は、管または軸を通過させることができる管路を形成することができる。少なくとも２つの積み重ねた多孔性黒鉛マトリックスユニットの半径方向薄壁及び／または円周方向薄壁は、互いにオフセットすることができる。
【０１９７】
ハブが互いに平行に並ぶように、複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを積み重ねることができる。ハブの並べられた平行な円筒状開口部は、平行な管路を形成することができ、それぞれ１つの管または軸を通過させることができる。
【０１９８】
また、本明細書に記載される多孔性黒鉛マトリックスのいずれかを備える装置も、本明細書に開示される。黒鉛マトリックスは、熱の移動のための直接半径方向経路を提供する構造を有することができ、装置は、黒鉛マトリックスの細孔に埋め込まれる相変化材料をさらに備える。相変化材料は、水、塩水溶液、パラフィン、塩水和物、脂肪酸、糖アルコール、またはこれらの組合せを備えることができる。装置は、熱電池、蓄熱ユニット、または熱交換器とすることができる。装置は、マトリックスの管路内に適合する複数の管をさらに備えることができる。管は、細孔の相変化材料と熱交換する作動流体を、管及びマトリックスの壁を通して搬送することができる。
【０１９９】
また、本明細書に記載される黒鉛マトリックスの細孔に埋め込まれる電気化学的に活性材料を備える電極を備える電気化学的電池も、本明細書に開示される。黒鉛マトリックスは、電極の集電装置として機能させることができる。
【０２００】
電極は負の電極とすることができ、及び、電気化学的に活性の材料は、黒鉛マトリックスの細孔に埋め込まれる負の電極活材料とすることができる。負の電極活材料は、シリコンを備えることができる。電池の正の電極は、リチウム金属酸化物を備えることができる。
【０２０１】
電極は正の電極とすることができ、電気化学的に活性の材料は、黒鉛マトリックスの細孔に埋め込まれる正の電極活材料とすることができる。負の電極活材料は、リチウム金属酸化物またはリン酸鉄リチウムを備えることができる。
【０２０２】
また、多孔性黒鉛マトリックスユニットの形成方法も、本明細書に開示される。方法は、構造パターンに基づき３Ｄニッケル構造をプリントし、３Ｄニッケルテンプレートを形成することと、３Ｄニッケルテンプレート上に黒鉛を被着させ、構造パターンを有する多孔性黒鉛マトリックスユニットを形成することとを含むことができる。３Ｄニッケルテンプレートは、ニッケル地金粉体の直接金属レーザ焼結法によってプリントすることができる。炭素は、化学気相成長法によって３Ｄニッケルテンプレート上に被着させることができる。方法は、ニッケルテンプレートをエッチング除去することをさらに含むことができる。
【０２０３】
多孔性黒鉛マトリックスユニットは、複数個の薄壁の第１のセットと、薄壁の第１のセットと交差する薄壁の複数の第２のセットとを備え、マトリックスユニット内に複数の細孔を備えるマトリックスを形成する構造を有することができ、ここで、マトリックスの薄壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。
【０２０４】
多孔性黒鉛マトリックスユニットの構造パターンは、ハブと、ハブから放射状に広がる複数の半径方向薄壁と、ハブを囲み、半径方向薄壁で交差し、マトリックス内の複数の細孔を備えるマトリックスを形成する少なくとも１つの円周方向薄壁とを備えることができ、ここで、ハブ及びマトリックスの壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。
【０２０５】
構造パターンは、熱の移動のための直接半径方向経路を提供することができる。
【０２０６】
方法は、複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを組み立て、多孔性黒鉛マトリックスを形成することをさらに含むことができる。
【０２０７】
また、多孔性黒鉛マトリックスユニットの形成方法も本明細書に開示され、方法は、高分子インクを使用し、構造パターンに基づき３Ｄ高分子構造にプリントすることと、３Ｄ高分子構造を熱分解、そして焼きなまし、構造パターンを有する多孔性黒鉛マトリックスユニットを形成することとを含む。高分子インクは、ポリアミド、ポリアミン、またはこれらの組合せを備えることができる。
【０２０８】
多孔性黒鉛マトリックスユニットの構造パターンは、複数個の薄壁の第１のセットと、薄壁の第１のセットと交差する薄壁の複数の第２のセットとを備え、マトリックスユニット内に複数の細孔を備えるマトリックスを形成することができ、ここで、マトリックスの薄壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。
【０２０９】
多孔性黒鉛マトリックスユニットの構造パターンは、ハブと、ハブから放射状に広がる複数の半径方向薄壁と、ハブを囲み、半径方向薄壁で交差し、マトリックス内の複数の細孔を備えるマトリックスを形成する少なくとも１つの円周方向薄壁とを備えることができ、ここで、ハブ及びマトリックスの壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備えることができる。
【０２１０】
多孔性黒鉛マトリックスユニットの構造パターンは、熱の移動のための直接半径方向経路を提供することができる。
【０２１１】
方法は、複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを組み立て、黒鉛マトリックスを形成することをさらに含むことができる。
【０２１２】
また、多孔性黒鉛マトリックスユニットの形成方法も本明細書に開示され、方法は、高分子インクを使用し、構造パターンに基づき３Ｄ重合体構造にプリントすることと、ＣｕまたはＮｉによって３Ｄ重合体構造に電気メッキをし、構造パターンを有する３Ｄ金属メッキテンプレートを形成することと、炭素を３Ｄ金属メッキテンプレート上に被着させ、構造パターンを有する多孔性黒鉛マトリックスユニットを形成することとを含む。炭素は、化学気相成長法によって３Ｄ金属メッキテンプレート上に被着させることができる。方法は、金属メッキテンプレートをエッチング除去することをさらに含むことができる。高分子インクは、ポリアミド、ポリアミン、またはこれらの組合せを備えることができる。多孔性黒鉛マトリックスユニットは、複数の薄壁の第１のセットと、薄壁の第１のセットと交差する薄壁の複数の第２のセットとを備え、マトリックスユニット内に複数の細孔を備えるマトリックスを形成することができる構造を有することができる。ここで、マトリックスの薄壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備える。多孔性黒鉛マトリックスユニットの構造パターンは、ハブと、ハブから放射状に広がる複数の半径方向薄壁と、ハブを囲み、半径方向薄壁で交差し、マトリックス内の複数の細孔を備えるマトリックスを形成する少なくとも１つの円周方向薄壁とを備えることができ、ここで、ハブ及びマトリックスの壁を含む構造は、黒鉛状炭素を備えることができる。構造パターンは、熱の移動のための直接半径方向経路を提供することができる。方法は、複数の多孔性黒鉛マトリックスユニットを組み立て、黒鉛マトリックスを形成することをさらに含むことができる。
【０２１３】
添付の特許請求の範囲の材料及び方法は、本明細書に記載される特定の材料及び方法による範囲に限定されず、特許請求の範囲ならびに機能的に同等である任意の材料及び方法のいくつかの図がこの開示の範囲内であると意図される。本明細書に示されかつ記載される材料及び方法に加えて、それらのさまざまな変更が、添付の特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。さらに、特定の代表的な材料、方法、ならびにこれらの材料及び方法の態様のみ、特に記載されているが、その他の材料及び方法、ならびにその材料及び方法のさまざまな特徴の組合せは、特に列挙されていない場合でも、添付の特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。したがって、ステップ、要素、成分、または構成要素の組合せは、本明細書において明確に言及することができる。しかし、明確に述べられていないとしても、ステップ、要素、成分、及び構成要素の他のすべての組合せが含まれる。
【０２１４】
他に指摘されない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される形状、寸法などを表現するすべての数は、少なくとも理解されるべきであり、均等論の適用を特許請求の範囲に限定する試みではなく、有効桁数及び通常の丸め技法を考慮して解釈されるべきである。別に定義されない限り、本明細書に使用されるすべての技術的及び科学的な用語は、開示される発明の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に引用される出版物及びそれらが引用される資料は、参照によって特に組み込まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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