(57)【要約】  伸縮性多層ナノコンポジット材料が提供され、これは、エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブのネットワークを含むナノコンポジット材料層；およびナノコンポジット材料層で積層された少なくとも１つのさらなる層を少なくとも含む。ナノコンポジット層およびさらなる層の数、それらの性質および組成は、モーフィングまたは展開可能構造体を生成するのに使用できる得られたスキンに、適合された機械および物理化学特性がもたらすように、表面方向および／または厚さ方向において、変化してもよい。
2020522399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮性多層ナノコンポジット材料であって、
エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブのネットワークを含むナノコンポジット材料層；および
前記ナノコンポジット材料層に積層された少なくとも１つのさらなる層
を少なくとも含む、材料。
【請求項２】
ナノチューブの前記ネットワークが、ナノチューブの不織シートによってもたらされる、請求項１に記載の材料。
【請求項３】
前記ナノチューブが、前記ナノコンポジット材料層の平面内でランダムに配向されている、請求項２に記載の材料。
【請求項４】
前記ナノチューブが、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、ホウ素−炭素−窒素ナノチューブ、炭化ケイ素ナノチューブ、他のナノ粒子、これらのハイブリッドまたはこれらの組合せを含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の材料。
【請求項５】
前記ナノチューブが、単層ナノチューブおよび多層ナノチューブを含む、請求項１〜４の何れか１項に記載の材料。
【請求項６】
前記ナノコンポジット材料層が、５重量％〜９０重量％のナノチューブ含有率を有する、請求項１〜５の何れか１項に記載の材料。
【請求項７】
前記ナノチューブ含有率が、１０重量％〜４０重量％である、請求項６に記載の材料。
【請求項８】
前記エラストマー性ポリマーが、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ゴム、シリコーンゴムまたはこれらの組合せを含む、請求項１〜７の何れか１項に記載の材料。
【請求項９】
前記ナノコンポジット材料層が、第１のナノコンポジット材料層であり、前記少なくとも１つのさらなる層が、前記第１のナノコンポジット材料層の前記ナノチューブとは性質の異なるナノチューブを含む別のナノコンポジット材料層である、請求項１〜８の何れか１項に記載の材料。
【請求項１０】
前記ナノコンポジット材料層が、第１のナノコンポジット材料層であり、前記少なくとも１つのさらなる層が、前記第１のナノコンポジット材料層とは異なるナノチューブ含有率を有する別のナノコンポジット材料層である、請求項１〜８の何れか１項に記載の材料。
【請求項１１】
前記ナノコンポジット材料層が、第１のナノコンポジット材料層であり、前記少なくとも１つのさらなる層が、前記第１のナノコンポジット材料層と類似の別のナノコンポジット材料層である、請求項１〜８の何れか１項に記載の材料。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのさらなる層が、ニートポリマー層、コンポジットポリマー層または少なくとも１種のエラストマー性ポリマーを含む強化ポリマー層である、請求項１〜８の何れか１項に記載の材料。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのさらなる層の前記エラストマー性ポリマーが、前記ナノコンポジット材料層に含まれるものと同じである、請求項１２に記載の材料。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのさらなる層の前記エラストマー性ポリマーが、前記ナノコンポジット材料層に含まれるものとは異なる、請求項１２に記載の材料。
【請求項１５】
その表面領域にわたって変化する機械特性を有し、少なくとも前記ナノコンポジット材料層が、その表面領域にわたって変化する機械特性を有する、請求項１〜１４の何れか１項に記載の材料。
【請求項１６】
前記表面領域にわたって変化するナノチューブ含有率を有する、請求項１５に記載の材料。
【請求項１７】
前記ナノチューブ含有率が、前記材料の剛性を高めるために、前記ナノコンポジット層の特定の領域においてより高い、請求項１６に記載の材料。
【請求項１８】
前記表面領域にわたって変化するポリマー含有率を有する、請求項１５〜１７の何れか１項に記載の材料。
【請求項１９】
前記ポリマー含有率が、前記材料の伸縮性を高めるために、前記多層ナノコンポジット材料の別の特定の領域においてより高い、請求項１８に記載の材料。
【請求項２０】
エラストマー性ポリマーの性質が、前記材料の前記表面領域にわたって変化する、請求項１５〜１９の何れか１項に記載の材料。
【請求項２１】
前記ナノチューブの性質が、前記材料の前記表面領域にわたって変化する、請求項１５〜２０の何れか１項に記載の材料。
【請求項２２】
前記材料の表面領域にわたって数が変化する複数の層を含む、請求項１〜２１の何れか１項に記載の材料。
【請求項２３】
スキン材料としての使用のために適応された所与の材料厚および特性プロファイルを得るように適合された数の層を含む、請求項１〜２２の何れか１項に記載の材料。
【請求項２４】
前記スキン材料に、モーフィング構造体または展開可能構造体への適用のための所与の伸縮性プロファイルをもたらすように適合されたナノチューブ：ポリマー比を有する、請求項２３に記載の材料。
【請求項２５】
下部構造体へのスキンとしての直接適用のためのスキン材料であって、ポリマーで改質されたナノチューブネットワークを含む、スキン材料。
【請求項２６】
前記ポリマーが、前記スキン材料に伸縮性をもたらすように選択されたエラストマー性ポリマーを含む、請求項２５に記載のスキン材料。
【請求項２７】
前記ポリマーで改質された不織ナノチューブ層を含む、請求項２５または２６に記載のスキン材料。
【請求項２８】
前記ポリマーで改質された前記不織ナノチューブ層に積層された少なくとも１つのさらなる層を含む、請求項２７に記載のスキン材料。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのさらなる層が、１つ以上のナノコンポジット層である、請求項２８に記載のスキン材料。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのさらなる層が、熱可塑性ポリウレタン、シリコーンゴム、ゴムまたはこれらの組合せを含むニートまたは強化エラストマー性ポリマーの層である、請求項２９に記載のスキン材料。
【請求項３１】
０．０５ｍｍ〜２０ｍｍの材料厚を得るように適合された複数の積層された層を含む、請求項２５〜３０の何れか１項に記載のスキン材料。
【請求項３２】
前記材料厚が、０．５ｍｍ〜３ｍｍである、請求項３１に記載のスキン材料。
【請求項３３】
５〜５０％の可逆性伸張能および５０ＭＰａ〜１０ＧＰａの弾性率をもたらすように適合された組成を有する、請求項２５〜３２の何れか１項に記載のスキン材料。
【請求項３４】
前記可逆性伸張能が２０％であり、前記弾性率が５００ＭＰａである、請求項３３に記載のスキン材料。
【請求項３５】
少なくとも１００％の１回伸張能および５０ＭＰａ〜１０ＧＰａの剛性をもたらすように適合されたナノチューブ：ポリマー比を有する、請求項２５〜３４の何れか１項に記載のスキン材料。
【請求項３６】
前記１回伸張能が少なくとも２００％伸張であり、剛性が５００ＭＰａである、請求項３５に記載のスキン材料。
【請求項３７】
請求項１〜２４の何れか１項に記載の材料である、伸縮性スキン材料。
【請求項３８】
請求項１〜３６の何れか１項に記載の材料として支持表面上に直接適用されたスキン。
【請求項３９】
前記材料に含まれる前記ナノチューブの性質が、加熱、センシング、ＥＭＩ遮蔽、中性子遮蔽特性またはこれらの組合せをスキンにもたらすように選択される、請求項３８に記載のスキン。
【請求項４０】
請求項２５〜３７の何れか１項に記載のスキン材料を支持構造体上に直接適用することによって生成されたモーフィング構造体。
【請求項４１】
翼前縁、翼後縁、尾翼、ノーズコーンまたはこれらの組合せを含むモーフィング航空機の少なくとも一部である、請求項４０に記載のモーフィング構造体。
【請求項４２】
請求項２５〜３７の何れか１項に記載のスキン材料を展開可能支持構造体上に直接適用することによって生成された展開可能構造体。
【請求項４３】
前記展開可能支持構造体が、可逆的に広がりおよび／または膨張して、結果として前記スキン材料が伸張する、請求項４２に記載の展開可能構造体。
【請求項４４】
前記スキン材料が、前記支持構造体が展開された場合、内部気圧によって伸張状態で維持され、前記内部気圧が、前記展開可能構造体の外側の圧力よりも高い、請求項４２または４３に記載の展開可能構造体。
【請求項４５】
展開可能宇宙住設備または展開可能軍用住設備の少なくとも一部である、請求項４２〜４４の何れか１項に記載の展開可能構造体。
【請求項４６】
下部構造体および前記下部構造体上に適用されることによって構造体の外面の少なくとも一部を形成する、請求項３８または３９に記載のスキンを含む構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、ナノコンポジット材料、より特には、伸縮性ナノコンポジットスキン材料およびその関連構造体に一般に関する。
【発明の背景】
【０００２】
ナノコンポジット材料は、望ましい機械抵抗特性を提示する、変形可能材料として使用するための良好な候補である。典型的には、ナノチューブはポリマー中に分散され、またはナノチューブシートは、その後ポリマー樹脂が注入されて、変形可能ナノコンポジット、たとえば、屈曲可能または伸縮性ナノコンポジットが生成される。
【０００３】
ナノコンポジットの分野の進歩に関して、米国特許出願公開第２０１５／１４７５７３号はエラストマー性の変形可能カーボンナノチューブシートを作製するための方法であって、得られた変形可能シートが、実質的な抵抗の変化を受けることなく、弾性的に弛緩し、初期伸びまで繰り返し再伸張することができるように、ナノファイバーシートを、伸長されたエラストマー性シート（多孔性エラストマー性布帛または多孔性シリコーンゴムシート）に堆積することを含む、方法を示す、例（例３２および９０を参照されたい）を提供している。この方法は、第２のエラストマー性シートでオーバーコーティングすることをさらに含んでもよい。この方法の原理はまた、エラストマーのシート間に積層された１つ以上のナノチューブ電極シートを含むエラストマー性変形可能スタックを生成するために拡張されてもよい。
【０００４】
変形可能ナノコンポジット材料の別の例は、Ｍａｒｔｉｎｅｚ−Ｒｕｂｉ  Ｙら、Ｎａｎｏｔｕｂｅ−Ｂｕｃｋｙｐａｐｅｒ／Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．、２０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ、２０１５年７月１９〜２４日（以下、Ｍａｒｔｉｎｅｚ−Ｒｕｂｉと呼ぶ）によって提供される。Ｍａｒｔｉｎｅｚ−Ｒｕｂｉは、カーボンナノチューブ／熱可塑性ポリウレタンコンポジット（ＣＮＴ／ＴＰＵ）の不織シートを開示している。ＣＮＴ／ＴＰＵコンポジットシートは、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）のシート間の中間層として使用することができる。
【０００５】
変形可能ナノコンポジット材料のさらなる例は、Ｋｏｅｒｎｅｒ  Ｈら、Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ−ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ  ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．、Ｐｏｌｙｍｅｒ．４６（２００５）４４０５〜４４２０によって提供される。Ｋｏｅｒｎｅｒは、伸縮性である単層ＣＮＴ／ＴＰＵコンポジットシートまたはフィルムを開示している。
【０００６】
モーフィング（morphing）および展開可能（deployable）構造体は、支持構造体を覆う連続した外面を維持しながら形状が変化するのを可能にする変形可能スキンを必要とする。既存の実施では、スキンは、最小限の領域変化（たとえば、屈曲）で再成形され得るが、変化を領域に組み込むことによって伸張することが可能なスキンへの必要性が存在している。既存の伸縮性材料には、エラストマー性ポリマー、たとえば、シリコーン、ゴム、熱可塑性ポリマー、形状記憶ポリマーおよび不織布が含まれる。これらの入手可能な材料の各々は、スキン材料として使用するための候補であってもよいが、空力荷重に対する不十分な剛性、浸透性、遷移の時間尺度などを含む不利点を有する。
【０００７】
十分な程度に伸張し、必要であれば可逆的に伸張し、また、荷重を支持するのに必要な剛性を提示することができる材料に想到することが、改善されたモーフィングおよび展開可能構造体技術の発展のための課題である。
【概要】
【０００８】
第１の側面では、エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブのネットワークを含むナノコンポジット材料層；およびナノコンポジット材料層で積層された少なくとも１つのさらなる層を少なくとも含む伸縮性多層ナノコンポジット材料が提供される。
【０００９】
一部の実施では、ナノチューブのネットワークは、ナノチューブの不織シートによって提供される。ナノチューブは、ナノコンポジット材料層によって画定される平面内で、ランダムにまたは制御配列の何れかで配向されていてもよい。
【００１０】
一部の実施では、ナノチューブは、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、ホウ素−炭素−窒素ナノチューブ、炭化ケイ素ナノチューブ、他のナノ粒子、これらのハイブリッドまたはこれらの組合せを含む。ナノチューブは、単層ナノチューブおよび多層ナノチューブを含む。ナノコンポジット材料層は、５重量％〜９０重量％、任意に１０重量％〜４０重量％のナノチューブ含有率を有してもよい。
【００１１】
一部の実施では、エラストマー性ポリマーは、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ゴム、シリコーンゴムまたはこれらの組合せを含む。
【００１２】
先に言及された層の各々は、様々な組合せで組み合わされてもよく、材料は、同じ種類のいくつかの層を含んでもよい。
【００１３】
一部の実施では、ナノコンポジット材料層は、第１のナノコンポジット材料層であり、少なくとも１つのさらなる層は、第１のナノコンポジット材料層のナノチューブとは性質の異なるナノチューブを含む別のナノコンポジット材料層である。任意に、ナノコンポジット材料層は、第１のナノコンポジット材料層であり、少なくとも１つのさらなる層は、第１のナノコンポジット材料層とは異なるナノチューブ含有率を有する別のナノコンポジット材料層であってもよい。あるいは、ナノコンポジット材料層は、第１のナノコンポジット材料層であり、少なくとも１つのさらなる層は、第１のナノコンポジット材料層と類似の別のナノコンポジット材料層であってもよい。
【００１４】
さらに、少なくとも１つのさらなる層は、ニート（neat）ポリマー層、コンポジットポリマー層または少なくとも１種のエラストマー性ポリマーを含む強化ポリマー層であってもよい。少なくとも１つのさらなる層のエラストマー性ポリマーは、ナノコンポジット材料層に含まれるものと同じであってもよい。あるいは、少なくとも１つのさらなる層のエラストマー性ポリマーは、ナノコンポジット材料層に含まれるものとは異なっていてもよい。
【００１５】
一部の実施では、多層材料は、その表面領域にわたって変化する機械特性を有してもよい。少なくともナノコンポジット材料層は、その表面領域にわたって変化する機械特性を有してもよい。
【００１６】
たとえば、多層材料は、表面領域にわたって変化するナノチューブ含有率を有してもよい。ナノチューブ含有率は、材料の剛性を高めるために、ナノコンポジット層の特定の領域においてより高くてもよい。別の例では、材料は、表面領域にわたって変化するポリマー含有率を有してもよい。ポリマー含有率は、材料の伸縮性を高めるために、多層ナノコンポジット材料の別の特定の領域においてより高くてもよい。なお別の例では、エラストマー性ポリマーの性質および／またはナノチューブの性質は、多層材料の表面領域にわたって変化してもよい。
【００１７】
一部の実施では、多層材料は、複数の層を含み、その数は材料の表面領域にわたって変化する。層の数は、スキン材料としての使用のために適応された所与の材料厚および特性プロファイルを得るように適合されてもよい。
【００１８】
さらなる実施では、多層材料は、スキン材料に、モーフィング構造体または展開可能構造体への適用のための所与の伸縮性プロファイルをもたらすように適合されたナノチューブ：ポリマー比を有する。
【００１９】
別の側面では、下部構造体（substructure）にスキンとして直接適用するためのスキン材料であって、ポリマーで改質されたナノチューブネットワークを含むスキン材料が提供される。ポリマーは、スキン材料に伸縮性をもたらすように選択されたエラストマー性ポリマーを含んでもよい。
【００２０】
一部の実施では、スキン材料は、ポリマーで改質された不織ナノチューブ層を含む。さらに、少なくとも１つのさらなる層は、ポリマーで改質された不織ナノチューブ層に積層されてもよい。
【００２１】
任意に、少なくとも１つのさらなる層は、１つ以上のナノコンポジット層である。さらに任意に、少なくとも１つのさらなる層は、熱可塑性ポリウレタン、シリコーンゴム、ゴムまたはこれらの組合せを含むニートまたは強化エラストマー性ポリマーの層である。
【００２２】
一部の実施では、スキン材料は、０．０５ｍｍ〜２０ｍｍの材料厚を得るために適合された複数の積層された層を含む。任意に、材料厚は、０．５ｍｍ〜３ｍｍである。
【００２３】
一部の実施では、スキン材料は、５〜５０％の可逆性伸張能および５０ＭＰａ〜１０ＧＰａの弾性率をもたらすように適合された組成を有する。任意に、可逆性伸張能は２０％であり、弾性率は５００ＭＰａである。
【００２４】
一部の実施では、スキン材料は、少なくとも１００％の１回伸張能および５０ＭＰａ〜１０ＧＰａの剛性をもたらすように適合されたナノチューブ：ポリマー比を有する。任意に、１回伸張能は少なくとも２００％伸張であり、剛性は５００ＭＰａである。
【００２５】
別の側面では、上で定義される伸縮性多層ナノコンポジット材料である伸縮性スキン材料が提供される。
【００２６】
別の側面では、上で定義される伸縮性多層ナノコンポジット材料またはスキン材料として支持表面上に直接適用されたスキンが提供される。一部の実施では、材料に含まれるナノチューブの性質は、加熱、センシング、ＥＭＩ遮蔽、中性子遮蔽特性またはこれらの組合せをスキンにもたらすように選択される。
【００２７】
別の側面では、上で定義される通りのスキン材料を支持構造体上に直接適用することによって生成されたモーフィング構造体が提供される。モーフィング構造体は、翼前縁、翼後縁、尾翼、ノーズコーンまたはこれらの組合せを含むモーフィング航空機の少なくとも一部であってもよい。
【００２８】
別の側面では、上で定義される通りのスキン材料を展開可能支持構造体上に直接適用することによって生成された展開可能構造体が提供される。展開可能支持構造体は、可逆的に広がりおよび／または膨張してもよく、結果としてスキン材料は伸張する。任意に、スキン材料は、支持構造体が展開された場合、内部気圧によって伸張状態で維持され、内部気圧は、展開可能構造体の外側の圧力よりも高い。展開可能構造体は、展開可能宇宙住設備または展開可能軍用住設備の少なくとも一部であってもよい。
【００２９】
別の側面では、下部構造体および下部構造体上に適用されることによって構造体の外面の少なくとも一部を形成する、上で定義される通りのスキンを含む構造体が提供される。
【００３０】
スキン材料は、例示的な実施と関連して記載されるが、材料の範囲はそのような実施に限定されることは意図されないことが理解される。反対に、本明細書によって定義される通りの含まれてもよいすべての代替例、変形例および等価物を包含することが意図される。スキン材料の目的、利益および他の特徴ならびに関連する用途は、添付の図面を参照し、以下の非限定的記載を読むことで、より明らかになり、より良好に理解されることになる。
【００３１】
スキン材料、スキン、モーフィング構造体または展開可能構造体のための伸縮性多層ナノコンポジット材料の実施が、以下の図に提示され、これらと関連してさらに理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、熱可塑性ポリウレタンで改質された多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ−ＴＰＵ、ＮＴ−ＰＵとも呼ばれる）を使用した不織ナノコンポジットシート（バッキーペーパーコンポジットとも呼ばれる）のＳＥＭ画像である。
【図２Ａ】図２Ａは、ナノコンポジット材料の層の２つのそれぞれの組合せについての積層プロセスの模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ナノコンポジット材料の層の２つのそれぞれの組合せについての積層プロセスの模式図である。
【図３】図３は、ニートポリウレタンシートおよび関連するポリウレタン改質カーボンナノチューブシートのサイクル負荷を示すグラフである。
【図４】図４は、加熱能を示す電動スキン材料試料の熱画像である。
【図５】図５は、図４からの約１インチの電動スキン材料試料によって送達されてもよい電圧に対するそれぞれ電力密度および温度の２つのグラフを含む。
【図６】図６は、伸縮性単層ポリウレタン−ナノチューブコンポジット材料についての初期予備伸張および後続のサイクルを示す、荷重対伸張荷重下での変位のグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、それぞれ、ＣＮＴ−ＴＰＵの複数の個別層、およびＣＮＴ−ＴＰＵの複数の個別層の積層から得られた多層スキン材料を示す、２つの写真を含む。
【図７Ｂ】図７Ｂは、それぞれ、ＣＮＴ−ＴＰＵの上側および下側の２層ならびにＴＰＵの中間層、ならびに３層の積層から得られた多層スキン材料を示す２枚の写真を含む。
【図８Ａ】図８Ａは、積層の直後（ニートポリウレタンシートの未使用領域を切り取る前）に垂直（厚さ）方向と水平（表面）方向の両方で変化する組成で製造された１２”×３６”スキンの注釈付きの写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、スキンの全領域の伸張の間の、図８Ａの１２”×３６”スキンの注釈付きの写真である。
【図９Ａ】図９Ａは、下部構造体に適用されたスキン材料により形成されたスキンを含む伸縮性モーフィング構造体の模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、３Ｄ印刷によって生成された図９Ａによる下部構造体の写真である。
【詳細な説明】
【００３３】
本発明は、態様の例と関連して記載されるが、本発明の範囲はこれらの態様に限定されることは意図されないことが理解される。反対に、添付の特許請求の範囲によって定義される通りの含まれてもよいすべての代替例、変形例および等価物を包含することが意図される。
【００３４】
エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブの不織シートの積層により、適合できる伸縮性スキン材料が生成される。伸縮性スキン材料の実施、その製造、得られたスキンならびにモーフィングおよび展開可能構造体へのスキンの適用に関する詳細が、以下で提供される。
【００３５】
同じ参照または注釈番号は、類似の要素を指すことに留意されたい。さらに、簡潔さおよび明瞭性のために、つまり、図にいくつもの参照を過度に記載しないために、すべての図がすべての構成成分および特徴への参照を含有するとは限らず、一部の構成成分および特徴への参照は、１つの図にのみ見出されてもよく、他の図で例示される本開示の構成成分および特徴は、そこから容易に推論することができる。態様、形状構成、言及される材料および／または図中で示される寸法は任意選択であり、例示する目的のためだけに示される。したがって、特許請求の範囲および明細書で提示される記載、例、方法および材料は、限定としてではなく例示としてのみ解釈されることになる。
【００３６】
さらに、スキン材料ならびにその対応する組成および構造体の態様は、ここで説明および例示される特定の形状構成からなるが、これらの構成成分および形状のすべてが必須であるとは限らず、したがって、それらの制限的意味で理解されるべきではない。また当業者には明らかであるように、他の好適な構成成分およびそれらの間の協調性、ならびに他の好適な構成が、ここで簡潔に説明される通りおよびここから当業者が容易に推論することができる通りに、スキン材料のために使用されてもよいことが理解される。
【００３７】
本明細書において、ある態様は本発明の例または実施である。「一態様」、「ある態様」、「一部の態様」または「一部の実施」などの様々な体裁は、必ずしもすべて同じ態様を指すとは限らない。本発明の様々な特徴は、単一の態様の文脈で記載されてもよいが、特徴はまた、別々にまたは任意の好適な組合せで提供されてもよい。逆に、本発明は、明瞭性のために別々の態様の文脈で、ここで記載されてもよいが、本発明はまた、単一の態様で実施されてもよい。
【００３８】
特許請求の範囲または明細書で、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」要素が言及される場合、そのような言及は、その要素のたった１つのみが存在すると解釈されるべきではないことがさらに理解される。本明細書で、構成成分、特徴、構造または特性が、含まれ「てもよい（ｍａｙ）」、含まれ「てもよい（ｍｉｇｈｔ）」、含まれ「得る（ｃａｎ）」または含まれ「得る（ｃｏｕｌｄ）」と述べられる場合、その特定の構成成分、特徴、構造または特性は、含まれなくてもよいことが理解される。
【００３９】
単層ナノコンポジット材料の実施
第１の実施では、エラストマー性ポリマーと組み合わされたナノチューブのネットワークを画定するカーボンナノチューブの不織シートを単層として含む伸縮性ナノコンポジット材料が提供される。ナノチューブネットワークとポリマーの組合せにより、ポリマー改質ナノチューブネットワークが生成する。エラストマー性ポリマーとナノチューブの組合せは、ナノチューブ表面へのポリマーの会合またはナノチューブネットワーク内へのポリマーの組込みを指すことに留意されたい。
【００４０】
ナノチューブは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮＮＴ）、ホウ素炭素窒素ナノチューブ（ＢＣＮＮＴ）、炭化ケイ素ナノチューブ（ＳｉＣＮＴ）、他のナノ粒子、およびこれらのハイブリッドまたは組合せを含む。ナノチューブは、単層ナノチューブおよび多層ナノチューブを含む。ナノチューブは、実質的に純粋、ドープ、機能化またはこれらの組合せであってもよい。
【００４１】
ナノチューブの性質には、種類（ＣＮＴ、ＢＮＮＴ、ＢＣＮＮＴ、ＳｉＣＮＴ）、寸法、構造（単層、多層）、状態（ドープ／機能化／純粋）が含まれることが、ここで理解されるべきである。
【００４２】
エラストマー性ポリマーは、熱可塑性エラストマー（たとえば、熱可塑性ポリウレタン）、シリコーン、ゴムおよびこれらの組合せを含んでもよい。剛性は、伸張または屈曲による変形への抵抗としてここで定義されることに留意されたい。
【００４３】
伸縮性は、主方向に加えられる応力（軸荷重）下で伸長する能力としてここでさらに定義される。伸びは、永続的であってもよく、１回伸張または最大伸張としてさらに記載される。伸びは、可逆的であってもよく、可逆性伸張としてさらに記載される。伸縮性は、可屈曲性とは区別され、後者は、主方向に垂直に外部荷重が加えられた場合に屈曲する、すなわち、（最小限の領域変化で、実質的な伸びなしに）変形する能力を指す。
【００４４】
ナノチューブおよびエラストマー性ポリマーの含有率は、本発明の範囲から逸脱することなく選択された機械強度基準に合うように変動してもよいことが理解されるべきである。たとえば、材料のナノチューブ含有率は、材料の剛性を高めるために増加されてもよく、エラストマー性ポリマー含有率は、材料の伸縮性を高めるために増加されてもよい。結果として、伸縮性ナノコンポジット材料シートの製造は、ナノコンポジット材料シートの機械強度基準に従ってナノチューブ：ポリマー比を制御することを含んでもよい。任意に、材料は、５重量％〜９０重量％のナノチューブ含有率範囲、１０重量％〜９５重量％のエラストマー性ポリマー含有率を有して、０．１〜１０ＧＰａの剛性および１０〜１０００％の伸縮性に達する。得られたシートは、薄くて多孔質であり、すなわち、０．００５ｍｍ〜１ｍｍ、任意に０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍの厚さ、および１０〜９０容積％の多孔度を有する。
【００４５】
別の実施では、単層ナノコンポジット材料は、いくつかの方法に従ってエラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブの単層不織シートとして製造されてもよい。たとえば、第１の工程では、エラストマー性ポリマー構成成分は、好適な溶媒（たとえば、アセトン、ＴＨＦ、クロロホルム）内に溶解される。これとは別に、ナノチューブは、ポリマー非溶媒（たとえば、アルコール）中に（たとえば、超音波により）分散される。次いで、構成成分は合わせられて、均質懸濁液が形成する。溶媒系およびナノチューブ濃度の制御が使用されて、適合できる組成および特性のシートが製作され、続いて懸濁液がろ過され、ここでポリマーは、ナノチューブ表面に会合し、ナノチューブ：ポリマー比を適合して、特性をより伸張性からより剛性に調整することができる。この方法の出力材料は、制御可能なナノチューブの高重量含有率を有するポリウレタン改質ナノチューブの薄くて多孔質の不織シートである。
【００４６】
図１は、上記の方法に従って製造された単層ＮＴ−ＴＰＵコンポジットのＳＥＭ画像である。Ｍａｒｔｉｎｅｚ−Ｒｕｂｉら、Ｎａｎｏｔｕｂｅ−ｂｕｃｋｙｐａｐｅｒ／ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｗｉｔｈ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、２０ｔｈ  ＩＣＣＭ、Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ、２０１５年７月１９〜２４日、およびＡｓｈｒａｆｉら、Ｈｉｇｈｌｙ  ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  ｓｔｒａｉｎ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ−Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｂｕｃｋｙｐａｐｅｒ、ＰｒｏｃＡＳＣ、２０１６が、ここで参照により組み込まれる。
【００４７】
一部の実施では、得られた単層ナノコンポジット材料は、次いで、予備伸張される。図６は、伸縮性材料についての安定なサイクルを達成するためのナノチューブ−ポリウレタンコンポジットのプレストレスおよび歪み応力サイクルの例を示している。
【００４８】
多層ナノコンポジット材料の実施
別の実施では、少なくとも１つの伸縮性不織ナノコンポジット材料シートを含む伸縮性多層ナノコンポジット材料が提供される。上で定義されるように、伸縮性不織ナノコンポジット材料シートは、エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブのネットワークを単層として含む。少なくとも１つのさらなる層が、伸縮性不織ナノコンポジット材料シートに積層される。少なくとも１つのさらなる層は、別の伸縮性不織ナノコンポジット材料シート、ニートエラストマー性ポリマーのシートまたは強化エラストマーのシートであってもよい。
【００４９】
有利には、層化により、所与の材料厚に達する一方、ナノチューブの配向を主に材料の平面に維持することが可能になる。ナノチューブは、単層シートの平面内でランダムに配列され、この配列は、複数の単層シートの重層の間維持され、同時に標的厚さが達成されることに留意されたい。図７Ａに例示される例示的な実施では、多層ナノコンポジット材料シートは、積層によって重層された同じ材料の複数の単層シートのスタックから生成される。
【００５０】
一部の実施では、材料の製造は、多層ナノコンポジット材料の標的厚さに従って層数を制御することを含んでもよい。
【００５１】
実験は、複数の単層不織ナノコンポジット材料シートの積層により材料の厚さが増加する一方、同じ材料の単層シートによってもたらされる伸縮性を実質的に維持するかまたはさらには改善することが可能になることを示している。したがって、さらなる特性、たとえば、得られた多層材料の強化された機械抵抗、強化された伸縮性および不浸透性が、積層によって付与されてもよい。
【００５２】
したがって、単層不織ナノコンポジットシートに積層されるさらなる層は、伸張するおよび／または好適な機械抵抗を提示することが可能な任意の入手可能な材料で作製されてもよいことに留意されたい。積層により、得られた材料について適合された機械化学特性を得るための層の組合せの複数の可能性が提示される。機械特性に関する積層の結果は、積層されたシートの組成が同一であるか異なるか、ならびに圧力および温度に依存する。得られた多層材料は、初期の非積層シートよりも厚く、圧密化されて、類似または強化された特性の範囲を保持することができる。
【００５３】
積層技術には、ホットプレス、真空バギング（vacuum bagging）およびオートクレーブ（autoclave）が含まれる。たとえば、単層ポリウレタン改質ナノチューブシートが最初に層化されて、単層シートのスタックが形成され、次いで、ホットプレス中で積層されて、より厚い圧密化多層ナノチューブ−ポリウレタンコンポジットシートが形成される。
【００５４】
図２Ａおよび２Ｂは、複数のポリウレタン改質ナノチューブ材料層（これらの図ではＮＴ−ＰＵ層、または記載内ではＣＮＴ−ＴＰＵと呼ばれる）および少なくとも１つのニートポリウレタン（ＰＵ）層の積層の模式図を提示している。少なくとも１つのさらなるポリウレタン層は、図２Ａで見られるように表面層として、または図２Ｂで見られるように、サンドイッチ様構造体の中間層として積層されてもよい。任意に、図２Ａおよび２Ｂで見られる通りの離型フィルムが、材料の露出層の外面に使用されて、ホットプレス工程の後に材料を離型するのを促進してもよい。図２Ｂのサンドイッチ様組合せは、上面および底面付近のより剛性の層を含み、それによって、高い曲げ剛性がもたらされる一方、剛性材料の使用はあまり多くなく、可逆性伸張能が改善される。図７Ｂは、スキン材料としてのそのような得られたサンドイッチ様組合せの写真を提供している。この材料の構造体は、屈曲荷重に対する抵抗の増加（すなわち、ポリマーよりも高い屈曲への弾性率）をもたらす一方、作動力の増加を最小にする（すなわち、張力への弾性率の増加を最小にする）。
【００５５】
層化の手法はまた、多層ナノコンポジット材料シートの組成を層毎に垂直に、またはシートの表面領域にわたって変化させることによってさらなる制御を提供する。
【００５６】
一部の実施では、さらなる伸縮性不織ナノコンポジット材料層は、第１の伸縮性不織ナノコンポジット材料層とは様々な方法で異なってもよい。たとえば、ナノチューブの種類は、多層ナノコンポジット材料が、熱可塑性ポリウレタンで改質されたＣＮＴの第１の不織単層シートおよび熱可塑性ポリウレタンで改質されたＢＮＮＴの第２の不織単層シートを含むように変化してもよい。さらに任意に、エラストマー性ポリマーの種類は、多層ナノコンポジット材料シートが、熱可塑性ポリウレタンで改質されたＣＮＴの第１の不織単層シートおよびシリコーンゴムで改質されたＣＮＴの第２の不織単層シートを含むように変化してもよい。認識されてもよいように、当業者であれば、層の様々な組合せが入手可能なナノチューブとポリマーの組合せの種類および数に従って実施されてもよいことを理解するであろう。
【００５７】
機械特性の垂直変動が、たとえば、積層の前に、異なる組成（ナノチューブの性質および含有率、ポリマーの性質および含有率）を有する単層ナノコンポジット材料シートをスタックすることによって実施されてもよい。さらに、第１の層のナノチューブは、一方向に配向されていてもよく、一方、隣接層のナノチューブは、（シートの平面内の）別の方向に配向されて異方性特性に影響を与えてもよい。
【００５８】
他の実施では、多層材料は、材料の表面領域に沿って変化する機械および物理化学特性を有してもよい。たとえば、均一荷重下でのより高い伸張（またはより高い剛性）が、多層材料のある特定の領域においてナノチューブ：ポリマーの比を減少（または増加）させるおよび、これらの領域においてニートエラストマー性ポリマー層の数を増加（または減少）させることによって、これらの層にもたらされてもよい。
【００５９】
多層シートの表面領域にわたる機械特性の変動は、２つ以上の多層または単層ナノコンポジット材料シートを横並びに連結することによって得られてもよい。たとえば、異なる組成を有する２つの単層ナノコンポジット材料シートが横並びに連結されて、その表面領域にわたって変化する機械特性を有する別のより大きな単層材料シートが得られてもよい。１つ以上のさらなる層の積層が、より大きな単層材料シートに実施されて、シートの表面領域にわたって変化する機械特性を有する最終多層ナノコンポジット材料シートが生成される。表面領域にわたる特性の変動を得る別の方法には、２組の異なる機械特性を有する２つの多層ナノコンポジット材料シートを生成し、それらをホットプレスによって横並びに連結してシートの表面領域にわたって変化する機械特性を有するより大きな多層材料シートを生成することが含まれてもよい。
【００６０】
スキン材料の実施
積層によって生成された伸縮性多層ナノコンポジット材料は、スキン材料として直接使用して、伸縮性スキンを形成することができる。
【００６１】
スキン材料は、ここで、下部構造体に適用されて構造体の外面を形成する連続多層材料を指すことに留意されたい。コンプライアントスキン（compliant skin）は、ここで、下部構造体の形状およびそれに加えられる引張荷重に従って反応することが可能なスキンを指す。
【００６２】
コンプライアントスキンには、屈曲可能スキンおよび伸縮性スキンが含まれる。スキン材料性能は、ナノチューブ対エラストマー性ポリマーの比、ナノチューブの種類、ナノチューブの機能化、多層材料の積層パターンおよび各層の組成を含む様々な基準に従って適合される。伸縮性スキン材料は、モーフィングまたは展開可能スキンとして有利に使用されてもよい。
【００６３】
一部の実施では、多層のナノコンポジット材料の伸縮性（エラストマー性ポリマーによって提示される）と剛性（ナノチューブによって提示される）の組合せにより、下部構造体の改変および／またはそれに加えられる荷重に従って形状を変化させることが可能である一方、外面の完全性を維持するのに十分な剛性および関連する機械化学特性を保持する好適なモーフィングスキンを生成することが可能になる。
【００６４】
適切な機械抵抗および伸縮性を確実にするために、スキン材料を形成するナノコンポジット材料の少なくとも１層は、１０重量％〜９０重量％、任意に１０〜４５重量％、さらに任意に２０〜４０重量％のナノチューブ含有率を特徴としてもよい。積層は、モーフィング能を維持しながら、０．０５ｍｍ〜２０ｍｍ、任意に０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、さらに任意に０．５ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有するスキン材料を得るために実施されてもよい。
【００６５】
モーフィングまたは展開可能構造体の実施
多層ナノコンポジット材料は、モーフィングまたは展開可能構造体を形成するためのスキン材料として使用される。スキン材料は、伸縮性スキンとして下にある下部構造体に直接適用され、連続空気力学表面をもたらし、下にある下部構造体にわたって荷重を支持する一方、大幅な伸張（領域変化）を可能にする。
【００６６】
スキンとしてのスキン材料の直接適用は、スキン材料をさらなる強化手段、層または材料と組み合わせる必要なしに、ここでスキンとして定義されるスキン材料を使用できることを指すことに留意されたい。スキン材料は、下部構造体の用途および材料表面に応じて、当業者が利用可能な手段によって下部構造体の表面に取り付けられることにもまた留意されたい。下部構造体の設計および材料の選択は、スキンとして使用されることになるスキン材料に合わせて選択されることになることにさらに留意されたい。
【００６７】
スキン材料は、ある特定の領域において下部構造体によって連続して支持され、得られた構造体の他の領域において不連続に支持されてもよいことにさらに留意されたい。
【００６８】
たとえば、スキンは、下部構造体（図９Ｂを参照されたい）に適用されて、伸縮性モーフィング構造体（図９Ａを参照されたい）を形成してもよい。
【００６９】
一部の実施では、ここで記載される多層ナノコンポジット材料に基づいて伸縮性スキンを製造する方法は、スキンが取り付けられる下にある下部構造体の外面に機械抵抗特性および伸縮性を適合させることを含む。たとえば、下部構造体は、広がる領域を含んでもよく、伸縮性スキンは、その一部が、下部領域の対応する領域が広げられた場合、より高い伸張が可能であるように製造されてもよい。
【００７０】
ここで包含されるモーフィング構造体には、航空学分野におけるモーフィング翼が含まれる。ここで包含される展開可能構造体には、展開可能住設備、たとえば、展開可能軍用住設備および展開可能宇宙住設備が含まれる。
【００７１】
一部の実施では、ここで定義されるスキン材料は、モーフィング翼の一部として使用されて、高揚力方式のスラットの代わりにモーフィング前縁を形成する。多層ナノコンポジット材料は、スキン材料として使用されて、翼のモーフィング前縁を形成し、それによって、形状を変化させることによって翼領域が増加する一方、スキン材料の伸張により連続表面が維持される。ナノチューブネットワークの存在は、空力荷重を支持するのに必要な剛性を提示し、二次支持構造体の重量を最小にする。
【００７２】
エラストマー性ポリマーで改質されたナノチューブの積層不織シートは、翼後縁、尾翼またはノーズコーンを含む翼または飛行機の任意の部分のスキン材料として使用されてもよく、モーフィング連続表面を提示し、任意の離陸、着陸および巡航条件について空気力学効率を改善し、航空機の操作性を改善することが理解されるべきである。
【００７３】
他の実施では、スキン材料は、展開可能構造体の外面の少なくとも一部として使用されてもよく、材料は、支持構造体が展開された場合、初期気圧によって伸張状態で維持されてもよく、内部気圧は、展開可能構造体の外部の圧力よりも高い。
【００７４】
多層アセンブリ（またはスキン）の領域にわたって機械特性を適合する例は、一部の領域（たとえば、前縁の前面または衝撃を受けやすい位置）により高い耐荷重性を有し、したがって、それらの領域ではあまり伸張しないことであり得る。伸縮性スキンが構造体の残部に接合される位置はまた、応力集中を受け得、したがって、その位置の近接する機械特性を調整することが有益であってもよい。
【００７５】
たとえば、１つ以上のより低剛性の表面または中間層が、表面仕上げおよび特性の最適化にそれぞれ関連する。異なるナノチューブ含有率、ニートエラストマーまたは異なるエラストマー組成の表面層の添加は、摩損、塗装性またはスキンと構造体間の接合に有益であり得る。
【００７６】
最大可逆性伸張能は、モーフィング構造体のための伸縮性スキンを展開する場合に好都合であってもよく、他方、最大１回伸張は、展開可能構造体のためのスキンを展開する場合に好都合であってもよいことに留意されたい。さらに、衝撃耐性の差は、飛行機または住設備の形状に適合されてもよい。
【００７７】
多機能材料の実施
有利には、ナノチューブネットワークは、伸縮性スキン材料の要件に合い、同時に、加熱、センシング、ＥＭＩ遮蔽、中性子遮蔽およびこれらの組合せを含む１つ以上の機能を実施するように選択および最適化されてもよい。多機能スキン材料および得られた多機能モーフィングまたは展開可能構造体が、それによって提供される。
【００７８】
一部の実施では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が、スキン材料内に電気ネットワークをもたらし、それによって、スキン材料の加熱機能またはセンシング機能の少なくとも１つに影響を与えるように選択される。
【００７９】
たとえば、加熱スキン材料は、翼に適用されてもよく、翼の外面は、温度依存性機械特性を制御し、および／または加熱よって飛行中にスキンの氷を取り除く（de-iceable）ことを可能にしてそのモーフィングが可能になるように加熱することができる。
【００８０】
別の例では、センシングスキン材料が展開可能構造体に適用されてもよく、それによって、サイクルまたは衝撃から生じるスキンの損傷を検出するための外面の健全性監視がもたらされる。
【００８１】
なお別の例では、封入容器を形成するために伝導性スキン材料が適用されてもよく、封入容器の内側に対してＥＭＩ遮蔽がもたらされる。
【００８２】
他の実施では、ＢＮＮＴが、ＣＮＴの代わりにまたはこれに加えて使用されて、スキン材料に熱特性がもたらされてもよい。コンポジット材料のＢＮＮＴネットワークは、それによって、展開可能宇宙構造体に中性子照射遮蔽をもたらす。
【００８３】
各ナノコンポジットシート、多層ナノコンポジット材料、スキン材料、モーフィングおよび展開可能構造体、ならびにそれらに関連する製造方法の上述の側面うちの任意の１つは、２つの側面が、それらの相互排他性のために明らかに組み合わせることができないのでない限り、これらの任意の他の側面と組み合わされてもよいことが理解されるべきである。たとえば、上記、以下および／または添付の図面で記載される様々な製造工程および／または不織ナノコンポジット材料シートの構造要素は、ここでおよび／または添付の特許請求の範囲に従って現れる多機能モーフィング構造体の一般的製造方法または特徴の記載の任意のものと組み合わされてもよい。
【００８４】
実験結果
ポリウレタン改質ＣＮＴ不織シートのいくつかの試料、ならびに単一シート対多層積層材料の機械特性を評価するために、実験を実施した。
【００８５】
このセクションでは、「約」という用語は、一部には値がどのように測定または決定されたか、つまり、測定システムの制限に依存する、当業者によって決定された特定の値に対する許容可能な誤算範囲内を意味する。精度１０％の測定が許容可能であり、「約」という用語を包含することが一般に認められている。「〜」という記号は、「約」として理解されることになる。
【００８６】
ＵＡＦ（商標）４７２は、熱可塑性エステルベースのポリウレタン接着テープを指し、Ｔｅｃｏｆｌｅｘ（商標）８０Ａおよび１００Ａは、ポリエーテル系脂肪族熱可塑性ポリウレタンである。
【００８７】
【表１】
2020522399.tif 000003
【００８８】
【表２】
2020522399.tif 000004
【００８９】
表２は、多層の積層により、厚さの増加に加えて、機械特性、特に、弾性率および破壊歪みを改変することができることを示している。この場合、１５層が使用され、最終厚は、積層前の合わせた構成要素層の厚さ未満であった。質量の大幅な低下はないため、積層工程では多孔度が大幅に低下し、したがって、ＣＮＴとポリウレタンの両方の体積含有率が増加する。
【００９０】
他の場合（たとえば、表３を参照されたい）には、圧密化多層からのより高い剛性が観察される。これらの例示的な場合は、形態変化が、厚さを増加させる単純な層化効果に加えて、単一層の組成と積層条件の両方に依存することを示している。積層は、無視できる効果を有さず、特性を、それらがエラストマースキンよりもはるかに高い剛性だけでなく、なお高い伸縮性をもたらす類似の範囲に適合することが可能である。全体的な組成は圧縮条件から影響を受けてもよく、積層はまた、個別層の粗度への影響を低減してもよい。
【００９１】
【表３】
2020522399.tif 000005
【００９２】
図３を参照すると、不織ポリウレタン改質ＣＮＴシート（表１から）および同じ種類のニートポリウレタンシートについての可逆性伸張能を推定するためにサイクル試験もまた実施した。実質的に垂直のループは、ニートポリウレタン（実質的に水平のループ）よりもはるかに大きな弾性率（線の勾配）を有する可逆性伸張を示している。したがって、変形が２０％を超えるサイクルで勾配の大きな増加（より高い剛性）が観察され、ナノコンポジットが実質的により良好な耐荷重能を有する標的伸張をもたらし得ることが確認された。これらおよびナノチューブ−ポリウレタンコンポジットシートについての同様の測定に基づいて、エラストマー性ポリマー改質ナノチューブベースのスキン材料の弾性歪みおよび剛性（弾性率）についての可能性のある範囲が確立された。
【００９３】
【表４】
2020522399.tif 000006
【００９４】
表４を参照すると、ポリウレタン改質ＣＮＴシートにニートポリウレタン層が積層されて（たとえば、図７Ｂに見られる通りの）サンドイッチ構成体が形成された例では、スキンの（屈曲への弾性率で表される通りの）曲げ剛性は実質的に増加する一方、（引張弾性率によって表される通りの）引張剛性、したがって、スキンおよび構造体を伸張させるのに必要なアクチュエーター力の増加は最小になる。このスキン構成体ではまた、個別ＮＴ−ＰＵ層と比較して伸縮性（可逆性歪み）が増加する。表４は、このサンドイッチ構成体を使用するスキン材料の例についての特性の一覧である。
【００９５】
少なくとも２０％伸張すると推定される得られたスキン材料の能力から、たとえば、スキン材料が、翼の前縁を自重湾曲させ且つ伸張に対応させるのに十分な弾性を、十分な剛性および強度と共に航空機の翼にもたらされるはずであることを予測されることに留意すべきである。
【００９６】
電極に接続された材料に通電することによってポリウレタン−ＣＮＴスキン材料の加熱能を確認するために、他の実験を実施した。図５は、電気加熱のためのスキンのカーボンナノチューブネットワークの使用を例示している。試験条件は、現実の翼スキンとサイズおよび周囲の熱損失の点で異なるが、しかし、図６のグラフから、氷を取り除く（de-icing）ための要件に適した電力密度に達してもよく、スキンは、好適に高温に耐えることが確認される。これらの低電圧は、小面積のために高電力密度につながる。実験は、スキンが高電力を出力し、高温に耐えることができることを実証している。
【００９７】
図８Ａおよび８Ｂは、垂直（厚さ）方向（ＣＮＴ−ＴＰＵナノコンポジット層間に層化されたニートポリウレタンシート）と水平（表面）方向（一緒に連結されて表面を構成する隣接ＣＮＴ−ＴＰＵシート）の両方で変化する組成により製造された１２”×３６”スキンを例示している。
【図１】
2020522399.tif 000007
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2020522399.tif 000019
【国際調査報告】
2020522399.tif 000020
2020522399.tif 000021
2020522399.tif 000022
2020522399.tif 000023
2020522399.tif 000024