知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ リンテック・オヴ・アメリカ，インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-18
(45)【発行日】2022-02-10
(54)【発明の名称】エッジ面を使用したナノファイバシートの密度の変更
(51)【国際特許分類】
C01B 32/168 20170101AFI20220203BHJP
D02J 1/22 20060101ALI20220203BHJP
【ＦＩ】
C01B32/168
D02J1/22 303
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2020507112
(86)(22)【出願日】2018-07-25
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-10-22
(86)【国際出願番号】 US2018043630
(87)【国際公開番号】W WO2019032291
(87)【国際公開日】2019-02-14
【審査請求日】2020-04-06
(31)【優先権主張番号】62/542,355
(32)【優先日】2017-08-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519164079
【氏名又は名称】リンテック・オヴ・アメリカ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100107319
【弁理士】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100170379
【弁理士】
【氏名又は名称】徳本 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100180231
【弁理士】
【氏名又は名称】水島 亜希子
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【弁理士】
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】リマ，マルシオ・ディー
(72)【発明者】
【氏名】ブイコワ，ジュリア
【審査官】廣野 知子
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０６０４４７３９（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表２００８－５２３２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１９１１７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０６９１５３（ＷＯ，Ａ３）
【文献】特表２００９－５３５５３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２０８７０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】ZHANG Liwen et al.，small-journal.com，2015年，P.1-P.7，DOI:10.1002/small.201500111
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０１Ｂ ３２／００－３２／９９１
Ｄ０２Ｊ １／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノファイバシートの密度を高めるためのシステムであって、ナノファイバシートソースと、
前記ナノファイバシートソースから引き出されたナノファイバシートに、引っ張り力を印加するための引き出し機構と、
前記ナノファイバシートソースと前記引き出し機構との間に配置された少なくとも１つの弓形のエッジと
を備え、
前記少なくとも１つの弓形のエッジが可撓性であり、前記少なくとも１つの弓形のエッジを圧縮することで、前記少なくとも１つの弓形のエッジの湾曲の量が調整可能であり、
前記少なくとも１つの弓形のエッジの湾曲が、凹状または凸状であり、
前記少なくとも１つの弓形のエッジが、前記引き出されたナノファイバシートと接触するように配置され、
前記湾曲の量が、前記ナノファイバシートソースから引き出される前記ナノファイバシートの密度によって調整され、
前記少なくとも１つの弓形のエッジが、前記ナノファイバシートの平面、前記ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバの軸、または前記ナノファイバシートの引き出し方向のうちの少なくとも１つに対して９０°±３０°に配向される半径を有する、システム。
【請求項2】
前記ナノファイバシートソースが、基板と、
前記基板上に配置されたナノファイバフォレストと
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記引き出し機構がボビンを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの弓形のエッジが、分割されたシリコンウェハの破断面を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記少なくとも１つの弓形のエッジがブレードを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記ブレードの少なくとも一部分が、セラミック、ポリマー、及びガラスのうちの少なくとも１つから選択された低エネルギー材料でコーティングされたブレードである、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記ブレードがポリテトラフルオロエチレンでコーティングされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記ナノファイバシートの第１の主面と接触するように配置された第１の弓形のエッジと、前記ナノファイバシートの第２の主面と接触するように配置された第２の弓形のエッジと
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記第１の弓形のエッジ及び前記第２の弓形のエッジが、互いに同一平面上にはない、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記第１の弓形のエッジ及び前記第２の弓形のエッジの少なくとも１つが、前記引き出し機構と同一平面上にはない、請求項８に記載のシステム。
【請求項11】
前記第１の弓形のエッジ及び前記第２の弓形のエッジの少なくとも１つが、前記ナノファイバシートソースと同一平面上にはない、請求項８に記載のシステム。
【請求項12】
前記弓形のエッジが、円、放物線、または楕円の一部分から選択された曲線を転写する、請求項１～１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項13】
前記弓形のエッジが、前記ナノファイバシートの主面に垂直な半径を有する曲線を転写する、請求項１～１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項14】
前記弓形のエッジが２つの異なる平面で曲げられる、請求項１～１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項15】
ナノファイバシートの密度を高めるための方法であって、第１の密度と、
第１の主面と、
前記第１の主面に向かい合った第２の主面と
を有するナノファイバシートを提供するステップと、
ナノファイバシートソースから、前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方が、対応する弓形のエッジの上で及び対応する弓形のエッジに接触して引き出されるように、第１の方向で前記第１の密度を有する前記ナノファイバシートを引き出すステップであって、前記弓形のエッジが可撓性である、ステップと、
前記ナノファイバシートを、前記弓形のエッジの上で及び前記弓形のエッジに接触して引き出すことに応答して、前記ナノファイバシートの前記第１の密度を第２の密度に変更するステップと、
前記弓形のエッジを圧縮して、前記弓形のエッジの湾曲の量を調整するステップと
を含み、
前記弓形のエッジの湾曲が、凹状または凸状であり、
前記弓形のエッジの湾曲の量が、前記ナノファイバシートソースから引き出される前記ナノファイバシートの密度によって調整され、
前記弓形のエッジが、前記ナノファイバシートの平面、前記ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバの軸、または前記ナノファイバシートの引き出し方向のうちの少なくとも１つに対して９０°±３０°に配向される半径を有する、方法。
【請求項16】
前記第１の密度を前記第２の密度に変更することが、前記ナノファイバシートと前記少なくとも１つの弓形のエッジとの間の接触線に近接する場所で発生する、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記接触線に近接する前記場所が、遷移セクションを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記ナノファイバシートがカーボンチューブナノファイバシートである、請求項１５～１７のいずれかに記載の方法。
【請求項19】
ナノファイバシートであって、ナノファイバシートソースとエッジ面の第１の側面との間に配置された前記ナノファイバシートの第１のセクションであって、第１の密度を有する第１のセクションと、
前記エッジ面の前記第１の側面と引き出し機構との間に配置された前記ナノファイバシートの第２のセクションであって、前記第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２のセクションと、
前記第１のセクションと前記エッジ面の前記第１の側面との間に配置された前記ナノファイバシートの遷移セクションと
を備え、
前記エッジ面が、凹状または凸状の湾曲であり、
前記エッジ面が可撓性であり、前記エッジ面を圧縮することで、前記エッジ面の湾曲の量が調整可能であり、
前記エッジ面の湾曲の量が、前記ナノファイバシートの密度によって調整可能であり、
前記エッジ面が、前記ナノファイバシートの平面、または前記ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバの軸のうちの少なくとも１つに対して９０°±３０°に配向される半径を有する、ナノファイバシート。
【請求項20】
前記第２のセクションの前記第２の密度が、前記第１のセクションの前記第１の密度よりも大きい、請求項１９に記載のナノファイバシート。
【請求項21】
前記第１のセクションが第１の幅を有し、前記第２のセクションが、前記第１の幅に満たない第２の幅を有する、請求項２０に記載のナノファイバシート。
【請求項22】
前記第２のセクションの前記第２の密度が、前記第１のセクションの前記第１の密度に満たない、請求項１９に記載のナノファイバシート。
【請求項23】
前記第１のセクションが第１の幅を有し、前記第２のセクションが、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する、請求項２２に記載のナノファイバシート。
【請求項24】
前記第１の幅が、前記ナノファイバシートソースでのナノファイバシートの幅に対応する、請求項２１に記載のナノファイバシート。
【請求項25】
前記第１の密度が、前記弓形のエッジの上流のナノファイバシートを測定した密度に対応する、請求項１５～１８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、ここに引用することでその全体が本明細書の記載の一部をなす、２０１７年８月８日に出願された「Ｃｈａｎｇｉｎｇ ａ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ａ Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ Ｓｈｅｅｔ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｅｄｇｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ」と題する米国仮特許出願第６２／５４２，３５５号に基づく優先権を主張する。
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、ここに引用することでその全体が本明細書の記載の一部をなす、２０１７年８月８日に出願された「Ｃｈａｎｇｉｎｇ ａ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ａ Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ Ｓｈｅｅｔ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ｅｄｇｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ」と題する米国仮特許出願第６２／５４２，３５５号に基づく優先権を主張する。
【0002】
本開示は、概してナノファイバ製造に関する。具体的には、本開示は、エッジ面（edged surface）を使用し、ナノファイバシートの密度を変更することに関する。
【背景技術】
【0003】
単一壁ナノチューブと多壁ナノチューブの両方から成るナノファイバフォレストは、ナノファイバリボンまたはナノファイバシートの中に引き出すことができる。その引き出し前の状態で、ナノファイバフォレストは、互いに平行であり、成長基板の表面に垂直であるナノファイバの１つの層（またはいくつかの積層）を含む。ナノファイバシートの中に引き出されると、ナノファイバの向きは成長基板の表面に対して垂直から平行に変化する。引き出されたナノファイバシート内の複数のナノチューブは、端から端へと互いに結合して連続的なシートを形成し、このシートにおける複数のナノファイバの長手方向の軸は、シートの平面に平行となる（つまり、ナノファイバシートの第１の主面と第２の主面の両方に平行となる）。ナノファイバシートは、ナノファイバシートをナノファイバヤーンに紡ぐことを含む、さまざまな方法のいずれかで処理できる。
【発明の概要】
【0004】
例１（Example 1）は、引き出し機構によりナノファイバシートソースから引き出され、エッジ面を使用し、密度を高められたナノファイバシートであって、ナノファイバシートは、ナノファイバシートソースとエッジ面の第１の側面との間に配置されたナノファイバシートの第１のセクションであって、第１の密度を有する第１のセクションと、エッジ面の第１の側面と引き出し機構との間に配置されたナノファイバシートの第２のセクションであって、第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２のセクションと、第１のセクションとエッジ面の第１の側面との間に配置されたナノファイバシートの遷移セクションとを含む。
【0005】
例２（Example 2）は、例１の主題を含み、第２のセクションの第２の密度は、第１のセクションの第１の密度よりも大きい。
【0006】
例３（Example 3）は、例２の主題を含み、第１のセクションは第１の幅を有し、第２のセクションは第１の幅に満たない第２の幅を有する。
【0007】
例４（Example 4）は、例１の主題を含み、第２のセクションの第２の密度は第１のセクションの第１の密度に満たない。
【0008】
例５（Example 5）は例４の主題を含み、第１のセクションは第１の幅を有し、第２のセクションは、第１の幅よりも大きい第２の幅を有する。
【0009】
例６（Example 6）はナノファイバシートソース、ナノファイバシートソースから引き出されたナノファイバシートに引っ張り力を印加するために構成された引き出し機構、及びナノファイバシートソースと引き出し機構との間に配置された少なくとも１つの弓形のエッジを含むナノファイバシートの密度を高めるためのシステムである。
【0010】
例７（Example 7）は例６の主題を含み、少なくとも１つの弓形のエッジは凹状であり、ナノファイバシートの平面、ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバの軸、またはナノファイバシートが引き出される方向のうちの少なくとも１つに対して９０°±３０°に配向される半径を有する。
【0011】
例８（Example 8）は例６の主題を含み、少なくとも１つの弓形のエッジは凸状であり、ナノファイバシートの平面、ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバの軸、または引き出し方向のうちの少なくとも１つに対して９０°±３０°に配向される半径を有する。
【0012】
例９（Example 9）は例６～例８にずれかの主題を含み、ナノファイバシートソースは、基板、及び基板上に配置されたナノファイバフォレストをさらに含む。
【0013】
例１０（Example 10）は例６～９のいずれかの主題を含み、引き出し機構がボビンを含む。
【0014】
例１１（Example 11）は例６～１０のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの弓形のエッジは分割したシリコンウェハの破断面を含む。
【0015】
例１２（Example 12）は例６～１０のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの弓形のエッジはブレードを含む。
【0016】
例１３（Example 13）は例１２の主題を含み、ブレードはポリテトラフルオロエチレンでコーティングされる。
【0017】
例１４（Example 14）は例１３の主題を含み、ブレードはポリテトラフルオロエチレンでコーティングされる。
【0018】
例１５（Example 15）は例６～１４のいずれかの主題を含み、ナノファイバシートの第１の主面と接触するように配置された第１の弓形のエッジ、及びナノファイバシートの第２の主面と接触するように配置された第２の弓形のエッジを含む。
【0019】
例１６（Example 16）は例６～１５のいずれかの主題を含み、第１の弓形のエッジ及び第２の弓形のエッジは互いに同一平面上にない。
【0020】
例１７（Example 17）は例６～１６のいずれかの主題を含み、第１の弓形のエッジ及び第２の弓形のエッジの少なくとも１つが引き出し機構と同一平面上にない。
【0021】
例１８（Example 18）は例６～１７のいずれかの主題を含み、第１の弓形のエッジ及び第２の弓形のエッジの少なくとも１つは、ナノファイバシートソースと同一平面上にない。
【0022】
例１９（Example 19）は例６～１８のいずれかの主題を含み、弓形のエッジは、円、放物線、または楕円の一部分から選択された曲線を転写する。
【0023】
例２０（Example 20）は例６～１９のいずれかの主題を含み、弓形のエッジは、ナノファイバシートソースからまたは引き出し機構から伸長する半径に沿って曲線を転写する。
【0024】
例２１（Example 21）は例６～２０のいずれかの主題を含み、弓形のエッジはナノファイバシートの主面に垂直である半径を有する曲線を転写する。
【0025】
例２２（Example 22）は例６～２１のいずれかの主題を含み、弓形のエッジは２つの異なる平面内で曲げられる。
【0026】
例２３（Example 23）は例６～２２のいずれかの主題を含み、弓形のエッジの湾曲は調整可能である。
【0027】
例２４（Example 24）は、第１の密度、第１の主面、及び第１の主面に向かい合った第２の主面を有するナノファイバシートを提供することと、第１の主面及び第２の主面の少なくとも１つが、対応する少なくとも１つの弓形のエッジの上で及び少なくとも１つの弓形のエッジに接触して引き出されるように第１の方向で第１の密度を有するナノファイバシートを引き出すことと、少なくとも１つの弓形のエッジの上で及び少なくとも１つの弓形のエッジに接触して引き出すことに応えて、ナノファイバシートの第１の密度を第２の密度に変更することとを含むナノファイバシートの密度を高めるための方法である。
【0028】
例２５（Example 25）は例２４の主題を含み、第１の密度を第２の密度に変更することは、ナノファイバシートと少なくとも１つの弓形のエッジとの間の接触線に近接した場所で発生する。
【0029】
例２６（Example 26）は例２５の主題を含み、接触線に近接した場所は遷移セクションを含む。
【0030】
例２７（Example 27）は例２４～２６のいずれかの主題を含み、ナノファイバシートはカーボンナノチューブナノファイバシートである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】実施形態における基板上のナノファイバの例のフォレストを示す。
【図2】図２Ａは、実施形態において、それぞれが直線部及び弓形部分を含む複数の個々のナノチューブを有するカーボンナノチューブフォレスト（本明細書では代わりに「層」と呼ぶ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の斜視図である。図２Ｂは、実施形態において、カーボンナノチューブフォレストの個々のナノファイバの弓形部分から成るもつれた部分のＳＥＭ画像の平面図である。
【図3】ナノファイバーシートの相対的な寸法を識別するナノファイバーシートの図であって、一実施形態において、シート内の複数のナノファイバーが端から端へと、シートの表面に平行な平面に整列されていることを概略的に示す図である。
【図7】実施形態において、エッジ面を使用し、ナノファイバシートの密度を機械的に変更するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
図は、例示のためだけに本開示の多様な実施形態を示す。多数の変形形態、構成、及び他の実施形態は、以下の発明を実施するための形態から明らかになる。
【0033】
［概要］
ナノファイバシートの密度を高めるために使用できる様々な方法がある。一部の例では、ナノファイバシートは溶剤または他の液体にさらされる場合がある。溶剤または他の液体の除去時、ナノファイバはともに引き出され、このようにして（単位体積あたりのナノファイバで測定されるのか、それとも単位体積あたりの質量で測定されるのかに関わりなく）ナノファイバシートの密度を高める。
ナノファイバシートの密度を高めるために使用できる様々な方法がある。一部の例では、ナノファイバシートは溶剤または他の液体にさらされる場合がある。溶剤または他の液体の除去時、ナノファイバはともに引き出され、このようにして（単位体積あたりのナノファイバで測定されるのか、それとも単位体積あたりの質量で測定されるのかに関わりなく）ナノファイバシートの密度を高める。
【0034】
液体をベースにした高密度化は効果的かつ便利である一方、液体をベースにした高密度化はいくつかの欠点を有する。例えば、引き出された通りの（as-drawn）、密度を高められていないシート内のナノファイバは、多くの場合絡まっている。また、引き出された通りの、密度を高められていないシート内のナノファイバは、概して完全に真直ぐではなく、むしろ各ナノファイバはさまざまな曲線を含み、その長さに沿って形状または向きが変化する。ナノファイバ間の絡み合い及びナノファイバの非線形の形状は、ナノファイバシートの密度を高めることができる程度を制限する。溶剤の適用及びナノファイバシートからの後続の除去は、ナノファイバを互いにより近くに引き出させる（言い換えると、密度を高めさせる）が、溶剤の除去は通常ナノファイバのもつれを一斉に解き、真直ぐにするには十分ではない。ナノファイバの機械的特性及び電気的特性はナノファイバの長手方向軸に沿った方向できわめて異方性であるため、ナノファイバの絡み合い及び非線形の形状を保持するナノファイバシート、ヤーン、及び他のアセンブリは、ナノファイバのもつれを解き、真直ぐにすることにより改善できるであろう機械的特性及び電気的特性を有する。
【0035】
ナノファイバシートを「マイクロコーミングすること」は、ナノファイバのもつれを解き、真直ぐにするための１つの技術である。この技術では、ナノファイバシートは、例えば剃刀の刃等の真直ぐな（つまり、直線である端縁を有する）ブレードを使用し、金属繊維の端縁全体で引き出される。ブレードの端縁のミクロン規模の凹凸は、シート内のナノファイバのもつれを解き、真直ぐするのを助ける櫛として働く。このマイクロコーミングが完了すると、溶剤を使用し、シートの密度を高めることができる。
【0036】
しかしながら、マイクロコーミングと液体高密度化の組み合わせは、それがナノファイバシートを完全に処理するためには２ステップのプロセスを必要とするため効率的ではない。さらに、液体高密度化されたナノファイバシートの最終的な密度は、部分的には、液体をベースにした高密度化で使用する液体にさらされる前のナノファイバシートの密度の関数である。言い換えると、ナノファイバシートが、液体をベースにした高密度化の前により高密度であるほど、ナノファイバシートは液体をベースにした高密度化の後により高密度になる。
【0037】
したがって、本開示の実施形態によれば、エッジ面、特に弓形のエッジ面を使用し、ナノファイバの密度を変化させるための技術が説明される。本明細書に説明するように、ナノファイバシートは弓形のエッジ面の上で（及び弓形のエッジ面に接触して）引き出される。弓形の面が（ナノファイバシートの引き出し方向に対して）凸状であるか又は凹状であるかに応じて、ナノファイバシートの密度が、引き出された通りのシートに対して増加するか又は引き出された通りのシートに対して減少するかが決まる。
【0038】
本明細書に説明する実施形態は多くに利点を生み出す。１つの利点は、ナノファイバシートの中で複数のナノファイバを真直ぐにし、整列させ、このようにしてシート（またはシートから作り出されるヤーン）の特性を改善する能力、及びナノファイバシートの密度を増加もしくは減少させる能力である。別の利点は、例えば、ナノファイバシートがその上で引き出され、それと接触するエッジ面の寸法及び湾曲に基づいてナノファイバシートの幅を調整する能力である。これは、材料を取り除くことなく、提供された通りの（as-provided）ナノファイバシートの幅にも関わらず、所望する幅のナノファイバシートを作り出すことを可能にする。別の利点は、例えば、シート幅の単位またはシート表面積当たりと、シート体積の単位当たりの両方のナノファイバ数（または関係するパラメータナノファイバ質量）に関してナノファイバシートの密度を変更する能力である。単位体積あたりでナノファイバの密度を変更することは、同様に、シートにより吸収される溶剤及び／または浸透材料の量を変更する場合がある。一例では、ナノファイバシートは、その容積密度を削減し、シートのファイバ間の割れ目空間の体積を増加させ、このようにしてシートによって吸収可能であるよりも浸透材料の量を増加させるように引き出すことができる。同様に、ナノファイバシートがその容積密度を増加させるように引き出される場合、ファイバ間の割れ目空間はサイズが減少し、このようにしてシートによって吸収可能であるよりも浸透材料の量を削減する。別の例では、ナノファイバシートは、その容積密度を増加させるように引き出され、シートのファイバ間の割れ目の空間の体積を減少させ、このようにしてシートによって吸収可能であるよりも浸透材料の量を減少させることができる。一部の実施形態では、シート密度は、５０％より大きく、１００％より大きく、または２００％より大きく増加させることができる。他の実施形態では、シート密度は、１０％より大きく、２０％より大きく、または５０％より大きく減少させることができる。同様に、ナノファイバシートの面密度は増加または減少させることができ、一部の場合には、面密度は１０％を超えて、２０％を超えて、または５０％を超えて増加させ得る。他の実施形態では、面密度は、１０％を超えて、２０％を超えて、または５０％を超えて減少させ得る。
【0039】
本開示の実施形態に従って製造されたナノファイバシートの応用例は、そのうちのいくつかが自立構造で立っている部分（つまり、基板と直接的に接触していない部分）を有するシートを含む、さまざまな応用例で使用できる。例の応用例は、フィルタ、ペリクル、電磁干渉（ＥＭＩ）シールド、及び熱音響スピーカを含むが、これに限定されるものではない。他の応用例では、ナノファイバシート（例えば、支えられていない中心及び周辺フレームに取り付けられた外周を有するシート）の自立構造で立っている部分は、セラミック、金属、ポリマー、及びそのフィルムを含む１つ以上の他のＣＮＴシートまたは材料のための支持体として使用され得る。
【0040】
ナノファイバフォレスト及びシートの説明は、エッジ面を使用し、ナノファイバシートの密度を高めるための技術の説明に先行する。
【0041】
ナノファイバフォレスト
本明細書で使用するように、用語「ナノファイバ」は、１μｍ未満の直径を有するファイバを意味する。本明細書の実施形態はカーボンナノチューブから製造されるとしておもに説明しているが、他の炭素同素体が、グラフェンであるのか、ミクロンもしくはナノスケールのグラファイトファイバ及び／またはプレートであるのか、ならびに例えば窒化ホウ素等のナノスケールファイバの他の組成物であるのかに関わらず、以下に説明する技術を使用し、密度を高め得ることが理解される。本明細書で使用するように、用語「ナノファイバ」及び「カーボンナノチューブ」は、炭素原子が互いに連結されて円筒形の構造を形成する、単一壁カーボンナノチューブ及び／または多壁ナノチューブの両方を包含する。一部の実施形態では、本明細書で参照されるカーボンナノチューブは、４と１０の間の壁を有する。本明細書で使用するように、「ナノファイバシート」又は単に「シート」は、引き出しプロセスを介して整列された複数のナノファイバのシートを指し（ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００７／０１５７１０号に記載されている）、このシートのナノファイバの長手方向の軸は、シートの主面に垂直よりむしろ、シートの主面に平行である（すなわち、しばしば「フォレスト」と呼ばれる、シートの成膜直後（as-deposited）の状態で）。これは、それぞれ図３及び図４に説明され、示される。
本明細書で使用するように、用語「ナノファイバ」は、１μｍ未満の直径を有するファイバを意味する。本明細書の実施形態はカーボンナノチューブから製造されるとしておもに説明しているが、他の炭素同素体が、グラフェンであるのか、ミクロンもしくはナノスケールのグラファイトファイバ及び／またはプレートであるのか、ならびに例えば窒化ホウ素等のナノスケールファイバの他の組成物であるのかに関わらず、以下に説明する技術を使用し、密度を高め得ることが理解される。本明細書で使用するように、用語「ナノファイバ」及び「カーボンナノチューブ」は、炭素原子が互いに連結されて円筒形の構造を形成する、単一壁カーボンナノチューブ及び／または多壁ナノチューブの両方を包含する。一部の実施形態では、本明細書で参照されるカーボンナノチューブは、４と１０の間の壁を有する。本明細書で使用するように、「ナノファイバシート」又は単に「シート」は、引き出しプロセスを介して整列された複数のナノファイバのシートを指し（ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００７／０１５７１０号に記載されている）、このシートのナノファイバの長手方向の軸は、シートの主面に垂直よりむしろ、シートの主面に平行である（すなわち、しばしば「フォレスト」と呼ばれる、シートの成膜直後（as-deposited）の状態で）。これは、それぞれ図３及び図４に説明され、示される。
【0042】
カーボンナノチューブの寸法は、使用する生産方法に応じて大きく変わる場合がある。例えば、カーボンナノチューブの直径は０．４ｎｍ～１００ｎｍであってよく、その長さは１０μｍから５５．５ｃｍを超えるまでに及ぶ場合がある。また、カーボンナノチューブは、１３２，０００，０００：１以上ほど高いなにかで、非常に高いアスペクト比（長さ対直径の比）を有することも可能である。広範囲の寸法上の可能性を所与として、カーボンナノチューブの特性は、きわめて調整可能、つまり「調節可能」である。カーボンナノチューブの多くの興味深い特性が特定されてきたが、カーボンナノチューブの特性を実際的な応用例で利用することは、カーボンナノチューブの特徴を維持または拡張できるようにする拡張可能かつ制御可能な生産方法を必要とする。
【0043】
カーボンナノチューブは、その一意な構造のため、カーボンナノチューブを特定の応用例に適切にする特定の機械的特性、電気的特性、化学的特性、熱的特定、及び光学的特性を所有する。特に、カーボンナノチューブは、優れた電気伝導性、高い機械的強度、良好な熱安定性を示し、疎水性でもある。これらの特性に加えて、カーボンナノチューブは、有用な光学的特性も示す場合がある。例えば、カーボンナノチューブは、狭く選択された波長で光を発するまたは検出するために発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光検知器で使用されてよい。また、カーボンナノチューブは、光子輸送及び／またはフォノン輸送にも有用であることが判明する場合がある。
【0044】
本開示の多様な実施形態によれば、（カーボンナノチューブを含むが、これに限定されるものではない）ナノファイバは、本明細書で「フォレスト」と呼ぶ構成においてを含む、多様な構成において配置される場合がある。本明細書に使用するように、ナノファイバまたはカーボンナノチューブの「フォレスト」は、基板上で互いに対して実質的に平行に配置されるほぼ同等な寸法を有するナノチューブのアレイを指す。図１は、基板上のナノファイバの例のフォレストを示す。基板は、任意の形状であってよいが、一部の実施形態では、基板は、フォレストがアセンブルされる平面を有する。図１で分かるように、フォレスト内のナノチューブは、高さ及び／または直径がほぼ等しい場合がある。一部の場合には、フォレストは、ナノチューブが基板上に形成されたことを意味する「堆積された通り（as-deposited）」である場合もあれば、他の場合には、成長基板から二次基板上に移された可能性もある。
【0045】
ナノファイバフォレストの一部の実施形態は、その「堆積された通り」の形式の２つの部分を有するナノファイバを含む。図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、一方の部分は成長基板に結合し、成長基板の近くに配置される（「開放端部」で終端する）「直線部」である。他方の部分は、ナノファイバ層の露呈面に配置され、直線部の長手方向軸から離れて曲がる（「もつれた端部」と呼ぶこともある）「弓形部分」である。これらの端部は、約３００Ｘの倍率及び１０ｋＶの加速電圧で撮影された図２Ａの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像に示される。図２Ｂは、ナノファイバ層の平面図であり、弓形部分のもつれた性質を示す。
【0046】
本明細書に開示するナノファイバフォレストは、相対的に高密度であってよい。具体的には、開示するナノファイバフォレストは、少なくとも１０億ナノファイバ／ｃｍ２の密度を有してよい。一部の具体的な実施形態では、本明細書に説明するナノファイバフォレストは、１００億／ｃｍ２と３００億／ｃｍ２との間の密度を有してよい。他の例では、本明細書に説明するナノファイバフォレストは、９００億ナノファイバ／ｃｍ２の範囲の密度を有してよい。フォレストは、高密度または低密度の領域を含んでよく、特定の領域はナノファイバを欠いていてよい。また、フォレストの中のナノファイバは、ファイバ間接続性を示してもよい。例えば、ナノファイバフォレストの中の近傍のナノファイバは、ファンデルワールス力により互いに引きつけられてよい。にも関わらず、フォレストの中のナノファイバの密度は、本明細書に説明する技術を適用することによって増加することができる。
【0047】
ナノファイバフォレストを製造する方法は、例えば、ここに引用することでその全体が本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００７／０１５７１０号に説明される。
【0048】
ナノファイバ前駆物質フォレストを作り出すために多様な方法を使用できる。例えば、一部の実施形態では、ナノファイバは高温炉内で成長する場合がある。一部の実施形態では、触媒が基板に付着され、リアクタ内に置かれてよく、次いでリアクタに供給される燃料化合物に曝露されてよい。基板は、８００℃または１０００℃も超える温度に耐えることができ、不活性物質である場合がある。他のセラミック基板が、Ｓｉウェハ（例えば、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＯ２、ガラスセラミック）の代わりに使用されてよいが、基板は、下にあるシリコン（Ｓｉ）ウェハに付着されたステンレス鋼またはアルミニウムを含んでよい。前駆物質フォレストのナノファイバがカーボンナノチューブである例では、例えばアセチレン等の炭素系化合物が燃料化合物として使用されてよい。リアクタに導入後、燃料化合物（複数可）は、次いで触媒に蓄積し始めてよく、ナノファイバのフォレストを形成するために基板から上方に成長することによって集合してよい。また、リアクタは、燃料化合物（複数可）及びキャリアガスがリアクタに供給されてよいガス入口、及び消費された燃料化合物及びキャリアガスがリアクタから放出されてよいガス出口を含んでもよい。キャリアガスの例は、水素、アルゴン、及びヘリウムを含む。また、特定の水素中のこれらのガスは、ナノファイバフォレストの成長を容易にするためにリアクタに導入されてもよい。さらに、ナノファイバに組み込まれるドーパントは、ガスストリームに加えられてよい。
【0049】
多層ナノファイバフォレストを製造するために使用されるプロセスでは、１つのナノファイバフォレストが基板上に形成され、続いて第１のナノファイバフォレストに接触する第２のナノファイバの成長が後に続く。多層ナノファイバフォレストは、例えば基板上に第１のナノファイバフォレストを形成し、第１のナノファイバフォレストに触媒を付着させ、次いでリアクタに追加の燃料化合物を導入して、第１のナノファイバフォレストに置かれた触媒から第２のナノファイバフォレストの成長を促進するために追加の燃料化合物をリアクタに導入することによって等、多数の適切な方法により形成することができる。適用する成長方法、触媒のタイプ、及び触媒の場所に応じて、第２のナノファイバ層は、第１のナノファイバ層の上部で成長するか、または例えば水素ガスで触媒をリフレッシュした後に、直接的に基板上で成長し、このようにして第１のナノファイバ層の下で成長するかのどちらかであってよい。にも関わらず、第１のフォレストと第２のフォレストとの間に容易に検出可能な界面があるが、第２のナノファイバフォレストは、第１のナノファイバフォレストの複数のナノファイバに対して実質的に端から端へと整列される場合がある。多層ナノファイバフォレストは、任意の数のフォレストを含んでよい。例えば、多層前駆物質フォレストは、２つ、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上のフォレストを含んでよい。
【0050】
［ナノファイバシート］
フォレスト構成での配置に加えて、本願のナノファイバはシート構成で配置されてもよい。本明細書で使用するように、用語「ナノファイバシート」、「ナノチューブシート」、または単に「シート」は、複数のナノファイバが端から端へ平面に整列しているという、複数のナノファイバの配列を指す。例のナノファイバシートの図は、寸法のラベルとともに図３に示される。一部の実施形態では、シートはシートの厚さよりも１００倍以上大きい長さ及び／または幅を有する。一部の実施形態では、長さ、幅、または両方は、シートの平均厚さよりも１０３倍、１０６倍、または１０９倍以上大きい。ナノファイバシートは、例えば約５ｎｍと３０μｍの間の厚さ、及び意図した応用例に適した任意の長さ及び幅を有する場合がある。一部の実施形態では、ナノファイバシートは、１ｃｍと１０メートルの間の長さ、及び１ｃｍと１メートルの間の幅を有する場合がある。これらの長さは、単に例示のために提供される。ナノファイバシートの長さ及び幅は、製造設備の構成によって制約され、ナノチューブ、フォレスト、またはナノファイバシートのいずれかの物理的特性または化学的特性によって制約されない。例えば、連続的なプロセスは、任意の長さのシートを作り出す場合がある。これらのシートは、それらが作り出されるにつれ、ロールに巻き付けることができる。
フォレスト構成での配置に加えて、本願のナノファイバはシート構成で配置されてもよい。本明細書で使用するように、用語「ナノファイバシート」、「ナノチューブシート」、または単に「シート」は、複数のナノファイバが端から端へ平面に整列しているという、複数のナノファイバの配列を指す。例のナノファイバシートの図は、寸法のラベルとともに図３に示される。一部の実施形態では、シートはシートの厚さよりも１００倍以上大きい長さ及び／または幅を有する。一部の実施形態では、長さ、幅、または両方は、シートの平均厚さよりも１０３倍、１０６倍、または１０９倍以上大きい。ナノファイバシートは、例えば約５ｎｍと３０μｍの間の厚さ、及び意図した応用例に適した任意の長さ及び幅を有する場合がある。一部の実施形態では、ナノファイバシートは、１ｃｍと１０メートルの間の長さ、及び１ｃｍと１メートルの間の幅を有する場合がある。これらの長さは、単に例示のために提供される。ナノファイバシートの長さ及び幅は、製造設備の構成によって制約され、ナノチューブ、フォレスト、またはナノファイバシートのいずれかの物理的特性または化学的特性によって制約されない。例えば、連続的なプロセスは、任意の長さのシートを作り出す場合がある。これらのシートは、それらが作り出されるにつれ、ロールに巻き付けることができる。
【0051】
図３で分かるように、複数のナノファイバが端から端へと整列している軸（axis）を、ナノファイバの整列方向と呼ぶ。一部の実施形態では、ナノファイバの整列方向は、ナノファイバシート全体を通して連続してよい。ナノファイバは、互いにとって必ずしも完璧に平行ではなく、ナノファイバの整列方向は、ナノファイバの整列方向の平均的なまたは一般的な指標であることが理解される。
【0052】
ナノファイバシートは、シートを作り出すことができる任意のタイプの適切なプロセスを使用し、アセンブルされてよい。一部の例の実施形態では、ナノファイバシートは、ナノファイバフォレストから引き出されてよい。ナノファイバフォレストから引き出されるナノファイバシートの例は、図４に示される。
【0053】
図４で分かるように、ナノファイバはフォレストから側面方向に引き出され、次いで端から端へと整列し、ナノファイバシートを形成してよい。ナノファイバシートがナノファイバフォレストから引き出される実施形態では、フォレストの寸法は、特定の寸法を有するナノファイバシートを形成するために制御されてよい。例えば、ナノファイバシートの幅は、シートがそれから引き出されたナノファイバフォレストの幅にほぼ等しくてよい。さらに、シートの長さは、例えば所望するシート長が達成されたときに引き出しプロセスを完了することによって制御される場合がある。
【0054】
ナノファイバシートは、多様な応用例に利用できる多くの特性を有する。例えば、ナノファイバシートは調節可能な不透過率、高い機械的強度及び機械的柔軟性、熱伝導性及び電気伝導性を有する場合があり、疎水性を示す場合もある。シートの中での複数のナノファイバの高度の整列を所与とすると、ナノファイバシートはきわめて薄い場合がある。一部の例では、ナノファイバシートの厚さは、（通常の測定公差の中で測定される）約１０ｎｍほどであり、ナノファイバシートをほぼ二次元にする。他の例では、ナノファイバシートの厚さは２００ｎｍまたは３００ｎｍほど高い場合がある。したがって、ナノファイバシートは、構成要素に最小の追加厚さを追加してよい。
【0055】
ナノファイバフォレストと同様に、ナノファイバシート内のナノファイバは、ナノファイバ単独とは異なる化学的活性を提供する、シートのナノファイバの表面に化学基または化学元素を添加することによって処理剤により機能的にされてよい。ナノファイバシートの機能化は、以前に機能化されたナノファイバに対して実行される場合もあれば、以前に機能化されていないナノファイバに対して実行される場合もある。機能化は、ＣＶＤ及び多様なドーピング技術を含むが、これに限定されるものではない、本明細書に説明する技術のいずれかを使用し、実行できる。
【0056】
また、ナノファイバシートは、ナノファイバフォレストから引き出されると、高い純度を有する場合があり、いくつかの例では、ナノファイバシートの９０％を超える、９５％を超える、または９９％を超える重量パーセントがナノファイバに起因する。同様に、ナノファイバシートは、炭素の９０％を超える重量パーセント、９５％を超える重量パーセント、９９％を超える重量パーセント、または９９．９％を超える重量パーセントを含んでよい。
【0057】
［ナノファイバシート密度の機械的な変更］
上述したように、本明細書に開示する実施形態は、ナノファイバシート（またはリボン）の密度を、その中のナノファイバのもつれを解き、真直ぐにしつつも機械的に改変する。以下により詳細に説明するように、これは、エッジ面の上で及びエッジ面に接触してナノファイバシートを引き出すことによって達成される。エッジ面の例は、外科用ブレード、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でコーティングされた外科用ブレード、及び分割されたシリコンウェハの破断面を含むが、これに限定されるものではない。多様な実施形態では、端縁の接触面は、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５００μｍ未満、２５０μｍ未満、または１００μｍ未満のナノファイバシートとの（引き出しの軸の方向での）接触の長さを有する場合がある。接触面は円滑である場合があり、端縁に沿って、そうでなければ従来の剃刀の刃に存在する、例えば１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、５０μｍ、または１００μｍより大きい頂点または谷間の不在を示す場合がある。ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバは、やはり通常、ナノファイバシートがエッジ面の上で引き出されるのと同じ方向である引き出し方向と同じ軸に沿って配向されてよい。
上述したように、本明細書に開示する実施形態は、ナノファイバシート（またはリボン）の密度を、その中のナノファイバのもつれを解き、真直ぐにしつつも機械的に改変する。以下により詳細に説明するように、これは、エッジ面の上で及びエッジ面に接触してナノファイバシートを引き出すことによって達成される。エッジ面の例は、外科用ブレード、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でコーティングされた外科用ブレード、及び分割されたシリコンウェハの破断面を含むが、これに限定されるものではない。多様な実施形態では、端縁の接触面は、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５００μｍ未満、２５０μｍ未満、または１００μｍ未満のナノファイバシートとの（引き出しの軸の方向での）接触の長さを有する場合がある。接触面は円滑である場合があり、端縁に沿って、そうでなければ従来の剃刀の刃に存在する、例えば１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、５０μｍ、または１００μｍより大きい頂点または谷間の不在を示す場合がある。ナノファイバシートの整列された複数のナノファイバは、やはり通常、ナノファイバシートがエッジ面の上で引き出されるのと同じ方向である引き出し方向と同じ軸に沿って配向されてよい。
【0058】
特に、ＰＴＦＥでコーティングされた外科用ブレード、及び分割されたシリコンウェハの破断面は、一様なナノファイバシートを作り出すその一様なエッジ面のために使用できる。これは、シート内のナノファイバを真直ぐにするために、ブレードの端縁の不均等性及び欠陥に頼る上述したマイクロコーミング技術とは別個である。本開示の実施形態とは異なり、従来のマイクロコーミング技術で使用されるブレードの欠陥は、ナノファイバ密度及び欠陥密度が変化するナノファイバシートを作り出す。従来の技術のこれらの変動は、ブレード内の欠陥のいくつかにより引き起こされるナノファイバシートの主面における長手方向の断裂を含む。ナノファイバシートの断裂していない部分はより高密度である場合がある一方、長手方向断裂はナノファイバシートの有用性を削減する。
【0059】
また、本明細書の実施形態は、弓形表面の端縁を使用することも含む。弓形表面上の点に垂直なベクトルは、ナノファイバシートの主面に平行である。言い換えると、弓形表面の湾曲の方向は、円筒の長手方向軸がナノファイバシートの主面に垂直である円筒の表面の一部分と考えられる場合がある。弓形表面の端縁は、実施形態では、ナノファイバシートの主面と部分的にまたは完全に同一平面上にある場合がある。一実施形態では、ナノファイバシートの引き出し方向を向く凸状表面を有するエッジ面を使用することによって、ナノファイバシートの幅は拡大する。シート内のナノファイバは真直ぐにされ、もつれを解かれるが、ナノファイバシートの単位体積当たりのナノファイバ数は、シートの幅が増加するために減少する。これは、任意の数の理由からナノファイバシートには有用である場合がある。例えば、真直ぐかつもつれが解かれたナノファイバを有する、より密度が高くないナノファイバシートは、より密度が高いナノファイバシートで可能であるよりも大きい割合で別の材料を染み込むことが所望される場合がある。
【0060】
別の実施形態では、エッジ面にナノファイバシートの引き出し方向に向く凹面を持たせることによって、ナノファイバシートの幅は、この表面に接触して引き出されるとき収縮する。これは、シート内のナノファイバを真直ぐにし、もつれを解くだけではなく、それはシートの幅を減少させることによってシートの単位体積当たりのナノファイバ数も増加させる。これは、ナノファイバシートから紡がれるより高密度なナノファイバヤーンにつながる場合がある。
【0061】
弓形表面の湾曲は一貫性がある場合もあれば、表面の端縁の長さに沿って変わる場合もある。多様な実施形態では、湾曲は、例えば円、放物線、または楕円の部分から形成されてよい。一部の場合では、湾曲は固定されている。一方、他の場合、湾曲は調整可能であってよい。例えば、可撓の曲線状のブレードは、２つの対向するクランプ面で圧縮して保つことができる。湾曲の量は、クランプ面間の距離を削減または拡大することにより調整できる。調整は、ナノファイバシートの異なるソースのために、または例えば密度の変動等、仕上げられたシートの異なる特性により保証され得る。また、湾曲は、品質を保証するためにリアルタイムで調整される場合もあり、下流または上流のシート密度の測定等、上流または下流の分析入力に対応してよい。
【0062】
図５Ａ及び図５Ｂは、本明細書に説明するように、ナノファイバシートの処理に使用されるシステムの多様な実施形態を概略で示す。図５Ａ及び図５Ｂは側面図であり、エッジ付きの弓形表面が、これらの側面図の中で、システムの他の特徴を強調するようにだけ便宜的に平面的として示されていることが理解される。図６Ｂ及び図６Ｃの平面図は、弓形表面の曲線状の形状をより明確に示す。
【0063】
図５Ａに示すように、例のシステム５００は、ブレード５０４及び５０８、ならびに引き出し機構５１２を含む。また図５Ａには、システム５００の動作の説明を助けるために例のシステム５００との関連で説明されるナノチューブフォレスト５１６、基板５２０、及びナノファイバシート５２４も示す。
【0064】
上述したナノチューブフォレスト５１６は、基板５２０の上に配置される。基板５２０は、上述したもののような成長基板である場合もあれば、基板５２０は、ナノファイバフォレストが成長基板上で成長した後にその上に配置された搬送基板である場合もある。にも関わらず、ナノファイバフォレストは、ナノファイバシート５２４の中に引き出される。ナノファイバフォレストを成長させ、引き出してナノファイバシートとするための技術は、ここに引用することでその全体が本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第２００７／０１５７１０号に説明される。
【0065】
例のシステム５００では、ナノファイバシート５２４は、ブレード５０４の弓形のエッジ（図６Ｂ及び図６Ｃに示す例の弓形形状）及びブレード５０８の弓形のエッジの上で及びブレード５０４の弓形のエッジに接触して通され、次いで引き出し機構５１２に巻き付けられる。２つのブレード５０４及び５０８は、例のシステム５００に示される。ブレード５０４は、ナノファイバシート５２４の「上部」主面に接触し、ブレード５０８は、上部主面に向かい合ったナノファイバシート５２４の「底部」主面と接触する。このようにして、主面の両方と関連付けられた複数のナノファイバは、整列され、もつれを解かれる。さらに、ブレード５０４、５０８のエッジ面が弓形である実施形態では、ナノファイバシート５２４のより多くは、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃとの関連でより詳細に説明されるように、その密度を変化させる。他の実施形態では、１つのブレードしか使用されない。さらに他の実施形態では、２つ以上のブレードが使用される。
【0066】
上述するように、ブレード５０４及び５０８のそれぞれは、例えば外科用ブレード、ＰＴＦＥでコーティングされた外科用ブレード、分割されたシリコンウェハの破断面、またはその組み合わせである場合がある。これらのオプションのすべては、ナノファイバ５２４がそれに対して引き出され、このようにして例えばナノファイバシートの中のナノファイバを真直ぐにし、もつれを解くことによりナノファイバシートの構造を改変できるエッジ面を提供する。また、一様なエッジ面を提供する他のタイプのブレード５０４、５０８は、上記に明確に識別されたものの代わりに使用されてもよい。
【0067】
また、ブレード５０４、５０８の鋭い端縁は、少なくとも別の理由から役に立つ。ナノファイバシート５２４のようなナノファイバシートは、それらが接触する大部分の表面に張り付く。しかしながら、ナノファイバシート５２４は、その最小表面積のために、ブレード５０４、５０８の鋭い端縁には張り付かない。これは、ＰＴＦＥでコーティングされた表面のように、低い表面エネルギーを有するそれらの端縁材料にとって特に当てはまる場合がある。低表面エネルギー材料は、例えば１００°を超える、１０５°を超える、もしくは１１０°を超える等の大きい水滴角度を示す、または例えば０．３未満、０．２未満、もしくは０．１未満等の低い摩擦係数を有するものである場合がある。
【0068】
ＰＴＦＥでコーティングされた外科用ブレード（または他のＰＴＦＥでコーティングされた鋭い端縁）、及び分割されたシリコンウェハの破断面を使用することは、別の利点を有する。これらの実施形態の両方ともで、ナノファイバシート５２４に接触して置かれた端縁は一様であり、例えば標準的なブレードまたは他の鋭い金属面で発見される凹み、欠け、不均等性、及び局所性の変形物を欠く。これらの局所性の変形物は、シート５２４が局所性の変形物の上で引き出されると、ナノファイバシート５２４内の長手方向の断裂または局所的な密度の変動をもたらす場合がある。断裂及び変動は、機械的特性及び電気的特性の場所に依存する変動を有するより一様ではないナノファイバシート５２４を作り出す。結果として、従来の急な端縁よりもより一様である端縁を提供することが好ましい。
【0069】
ブレード５０４、５０８の配向及び設置は、ブレード５０４、５０８のエッジ面の、ナノファイバシート５２４の中のナノファイバのもつれを解き、真直ぐにする能力を改善するために選択される。この改善は、２つの方法で達成される。最初に、ブレード５０４、５０８は、対応するエッジ面（またはブレード自体）が、ナノファイバシート５２４の対応する主面に対してある角度となるように置かれる。角度は、直交である場合もあれば、直交ではない場合もある。これらの角度は、角度α及びβとして図５Ａに示される。角度α及びβは、同じ場合もあれば、異なる場合もあり、ナノファイバシート５２４がブレード５０４、５０８に近づくと、またはそれがブレード５０４、５０８を離れると、ナノファイバシート５２４の平面に関して測定された以下の範囲、つまり、１０°～９０°、４５°～８９°、４５°～６０°、６０°～８９°、８５°～８９°、７５°～８９°、８０°～９０°のいずれかの範囲内にある場合がある。
【0070】
第２に、ブレード５０４、５０８は、追加の引張り応力（または単に「張力」）を、引き出し機構５１２（例えば電動ボビンまたは他の引き出し機構等）により提供された引っ張り力を超えて、ブレード５０４、５０８の間に配置されたナノファイバシート５２４のセクションに印加するために互いに対して置かれる。この加えられた張力は、単独でブレード５０４、５０８のエッジ面により提供される真直ぐにし、もつれを解くことに加えて、ナノファイバシート５２４内のナノファイバを真直ぐにし、もつれを解くことを容易にする。一部の例では、引張り応力は約０．１ＭＰａ～１ＭＰａである。例のシステム５００では、ブレード５０４をブレード５０８に対して置くことは角度χにより示される。同様に、張力は、ブレード５０８を引き出し機構５１２に対して置くことにより加えられ、これは角度δにより示される。角度χは、ナノファイバフォレスト５１６とブレード５０４との間のナノファイバシート５２４のセクションに対する、ブレード５０４とブレード５０８の間のナノファイバシート５２４のセクションの角度である。同様に、角度δは、ブレード５０４とブレード５０８との間のナノファイバシート５２４のセクションに対する、ブレード５０８と引き出し機構５１２との間のナノファイバシート５２４のセクションの角度である。多様な実施形態では、角度χ及びδは、例えば１°を超える、５°を超える、１０°を超える、２０°を超える、４５°を超える、１２０°未満、９０°未満、または４５°未満である場合がある。
【0071】
簡潔に図５Ｂ及びその中に示す例のシステム５５０を参照すると、システム５００の角度χ及びδは、図５Ｂに示す対応する角度γ及びηよりも浅い（つまり、より鋭角ではない、または代わりに０°の角度により近い）ことが観察される。これは、ブレード５０４と５０８との間、及びブレード５０８と引き出し機構５１２との間の鉛直変位が、システム５００に比較してシステム５５０で増加したためである。角度γ及びηの増加は、このようにしてナノファイバシート５２４のこのセクションに印加される張力を増加させる場合がある。この張力の増加は、ナノファイバシート５２４内の複数のナノファイバが真直ぐにされ、互いに整列する度合いを増加させる場合がある。
【0072】
例のシステム５００に戻ると、引き出し機構５１２は、ナノファイバフォレスト５１６に引っ張り力を印加し、このようにして基板５２０上のナノファイバフォレスト５１６からナノファイバシート５２４を引き出す。引き出し機構５１２の例は、例えばボビン等の電動の回転機構を含む。引き出し機構は、ナノファイバシートの全長を通して引っ張り力または牽引力を提供し、このようにしてシートソースからナノファイバシートを引き出す。一部の例では、引っ張り力は、ナノファイバフォレストからのナノファイバが基板から取り除かれ、ナノファイバシート高密度化システムにより漸進的に処理されるように、基板上のナノファイバフォレストから直接的にナノファイバシートを引き出すために十分である。引っ張り力は一定である場合もあれば、モータ、ばね、または他の機構により引き出し機構に印加されるトルクを変えることによって変えられる場合もある。また、引っ張り力の大きさは、ヤーンの複数のナノファイバ間の整列に影響を与えるために使用される場合もある。一般的に言えば、引っ張り力の大きさが大きくなるほど、ナノファイバ間、ナノファイバとナノ粒子の間、及びナノ粒子間の整列の度合いも高くなる。引き出し機構により印加される引っ張り力は、上述したように、ブレード５０４、５０８の相対的な場所と協調して選択できる。
【0073】
［弓形のエッジ面］
弓形のエッジ面のナノファイバシートに対する影響は、図６Ａ～図６Ｇとの関連で以下に説明する。ナノファイバシートが引き出される方向は、ラベル付きの矢印により図６Ａ～図６Ｇのそれぞれに示される。図６Ａ～図６Ｃは、弓形表面に直交するベクトルがナノファイバシートの引き出し方向に対して平行（または逆平行）である実施形態を示す。図６Ｄ～図６Ｇは、弓形表面の半径が、ナノファイバシートの引き出し方向に対して、及び整列された複数のナノファイバの軸に対して垂直である実施形態を示す。
弓形のエッジ面のナノファイバシートに対する影響は、図６Ａ～図６Ｇとの関連で以下に説明する。ナノファイバシートが引き出される方向は、ラベル付きの矢印により図６Ａ～図６Ｇのそれぞれに示される。図６Ａ～図６Ｃは、弓形表面に直交するベクトルがナノファイバシートの引き出し方向に対して平行（または逆平行）である実施形態を示す。図６Ｄ～図６Ｇは、弓形表面の半径が、ナノファイバシートの引き出し方向に対して、及び整列された複数のナノファイバの軸に対して垂直である実施形態を示す。
【0074】
図６Ａは、真直ぐなエッジ面が、ナノファイバシートのナノファイバに力を印加するために使用される例を示す。示すように、まだエッジ面６０４に接触していないナノファイバシートのセクション６００は、エッジ面６０４の上で（つまり、エッジ面６０４に接触して）引き出され、エッジ面６０４を通り過ぎて引き出されたセクション６０８の幅と同じである幅Ｗ１を有する。
【0075】
図６Ｂは、ナノファイバシートのナノファイバに力を印加するために使用されるエッジ面６１２が弓形であり、ナノファイバシート６００が引き出されている方向に向かって配置された凸面６１６を有する例を示す。示すように、その引き出された通りの（またはより一般的には、供給された通りの（as-supplied）状態のナノファイバシートセクション６００は、幅Ｗ１を有する。図６Ｂに示すように、ナノファイバシート６００を、凸状のエッジ面６１６の上で、及び凸状のエッジ面６１６に接触して引き出すと、ナノファイバシート６００は、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きい第２のセクション６２４での幅Ｗ２まで広がる。ナノファイバシートのこの第２のセクション６２４は、その供給された通りの（つまり、引き出された通りの）状態のナノファイバシートのセクション６００よりも密度が低い場合がある。いくつかの例では、この拡大は、ナノファイバシート６００と凸面６１６との間の実際の接触の前に始まる。これは、Ｗ１からＷ２に増加する幅を含む遷移セクション６２８として図６Ｂに示される。この遷移セクション６２８（及び以下に説明する他）は、ナノファイバシートとエッジ面との間の接触線でまたは接触線に近接して発生する場合がある。
【0076】
ナノファイバシートの幅を、供給された通りのセクション６００での幅Ｗ１から第２のセクション６２４でのより大きい幅Ｗ２に機械的に変更した結果は、第２のセクションの密度を供給された通りのセクション６００の密度未満の密度に削減する効果を有する。
【0077】
図６Ｃは、エッジ面６３２の凹面６３６が、ナノファイバシートが引き出される方向に向くように配置されることを除き、図６Ｂに示す状況に類似した状況を示す。図６Ｂに示す状況と同様に、図６Ｃに示す状況は、幅Ｗ１を有する供給された通りのナノファイバシートセクション６００を含む。ナノファイバシートの幅は、図６Ｃに示すように配向された凹状のエッジ面６３２の上で引き出されるとき（つまり、凹面６３６が引き出し方向に向かって配置された状態で）削減される。ナノファイバシートのこのより狭いセクション６４４は、幅Ｗ１に満たない幅Ｗ３を有する。図６Ｃにも示すように、幅の削減は、遷移セクション６４８により示されるように、ナノファイバシートと凹状のエッジ面６３６との間の実際の接触前に始まる場合がある。
【0078】
また、ナノファイバシートの幅を、供給された通りのセクション６００での幅Ｗ１からセクション６４４での幅Ｗ３に機械的に変更した結果は、セクション６４４の密度を、供給された通りのセクション６００の密度よりも大きい密度に増加させる効果も有する。
【0079】
実施形態では、ナノファイバフォレスト（または他のナノファイバシートソース）から引き出され、本明細書の実施形態に従って処理されたナノファイバシートは、３つのセクションを有すると考えられる場合がある。第１のセクション（例えば、セクション６００）は、ナノファイバフォレストから引き出された通りの、またはナノファイバシートソース（例えば、ナノファイバシートのスプール）から提供された通りのナノファイバシートに対応する密度を有する。この第１のセクションは、（図６Ａ～図６Ｃに示していない）ナノファイバシートのソースと、弓形のエッジ面（例えば、弓形のエッジ面６１２、６３２）との間に配置される。第２のセクションは、より低い密度（例えば、セクション６２４）なのか、それともより高い密度（例えば、セクション６４４）なのかに関わりなく、第１のセクションとは異なる密度を有する。この第２のセクションは、弓形のエッジ面と引き出し機構（不図示）との間に配置される。別のセクションは、これらの第１のセクションと第２のセクションとの間に配置され、２つ（例えば、セクション６２８、６４８）の間の遷移セクションである。この遷移セクションは、第１のセクションの密度と第２のセクションの密度の間である中間密度を有する。一部の実施形態では、この遷移セクションの密度は、第１のセクションと第２のセクションとの間で一様に減少または増加する。
【0080】
図６Ｄ～図６Ｇは、弓形表面が、弓形表面の半径が、ナノファイバシートが引き出される方向に実質的に垂直であるように構成され、配置される図６Ａ～図６Ｃに示す構成の代替構成を示す。関係する実施形態では、弓形表面の半径は、引き出しの軸または整列された複数のナノファイバの軸のどちらか、または両方から０°～９０°、０°～８０°、０°～７０°、０°～６０°、２０°～９０°、２０°～７０°、または３０°～９０°で引き出し方向の中にまたは引き出し方向から離れてのどちらかで配向（oriented）される場合がある。図６Ｄは、（例えば、曲線状のブレード等の）弓形表面６５２の端縁６５６が、ナノファイバシートの幅を広げるために使用される実施形態を示す。上記に提示した例と同様に、ナノファイバシートセクション６００は、その引き出された通りの（つまり供給された通りの）状態で幅Ｗ１を有する。ナノファイバシートは、エッジ付き構造の弓形表面６５２の凸状の弓形のエッジ６５６の上で及び凸状の弓形のエッジ６５６に接触して引き出される。凸状の弓形のエッジ６５６は、ナノファイバシート６００を、幅Ｗ４が幅Ｗ１よりも大きい、ナノファイバシートの第２のセクション６５４での幅Ｗ４まで広げさせる。上述したように、第２のセクション６５４は、その供給された通りのまたは引き出された通りの状態でナノファイバシートの第１のセクション６００よりも密度が低い場合がある。上述の実施形態にも説明したように、一部の例では、ナノファイバシートの拡大は、ナノファイバシートと凸状の弓形のエッジ６５６との接触の前に始まる場合がある。これは、遷移ゾーン６５８として、及び遷移ゾーン６５８の中のナノファイバシート上の矢印により図６Ｄに示される。図６Ｄの断面図は、図６Ｅに表示される。
【0081】
図６Ｆは、凹状の弓形のエッジ６６２の端縁６６６が、その引き出された通りのまたは供給された通りの状態のナノファイバシートの幅を削減するために使用される実施形態を示す。上述したように、供給された通りのナノファイバシートセクション６００は幅Ｗ１を有する。これは、構造６６２の凸状の端縁６６６の上で及び凸状の端縁６６６に接触して引き出される。図６Ｇに示される全体的な構造６６２は弓形で、凹状であるが、これが一実施形態にすぎないこと、及び端縁６６６だけが凸状である必要があり、構造６６２は（例えば、ブレード６５２の図６Ｅに示すように）任意の形状である場合があることが理解される。にも関わらず、凸状端縁６６６との接触は、幅Ｗ１を、ナノファイバシートの第２のセクション６６４の幅Ｗ１に満たない幅Ｗ５に削減させる。例では、第２のセクション６６４は、供給された通りのセクション６００よりも高密度である。上述した例と同様に、幅の削減は、端縁６６６とナノファイバシートとの間の接触に先行する遷移セクション６６８で発生する場合がある。これは、図６Ｆ及び図６Ｇで矢印により示される。図６Ｆの断面図は、図６Ｇに表示される。
【0082】
［例示的な方法］
図７は、本開示の実施形態として、ナノファイバシートの密度を機械的に変更する例示的な方法７００を示す。上述したように、方法７００は、ナノファイバシートを提供するステップ７０４により開始する。ナノファイバシートは第１の密度を含み、第１の主面及び第２の主面を有する。第１の密度を有するナノファイバシートは、少なくとも１つの弓形のエッジ面の上で、且つ弓形のエッジ面に接触して引き出される７０８。この引き出し７０８は、ナノファイバシートの主面の少なくとも１つと、対応するエッジ面との間の物理的な接触を提供する。引き出し７０８に応答して、ナノファイバシートの第１の密度は、第２の密度に変化する（７１２）。凸状のエッジ面を使用し、第１の密度は、第１の密度に満たない第２の密度に減少する（７１６）。凹状のエッジ面を使用し、第１の密度は、第１の密度よりも大きい第２の密度に増加する（７２０）。
図７は、本開示の実施形態として、ナノファイバシートの密度を機械的に変更する例示的な方法７００を示す。上述したように、方法７００は、ナノファイバシートを提供するステップ７０４により開始する。ナノファイバシートは第１の密度を含み、第１の主面及び第２の主面を有する。第１の密度を有するナノファイバシートは、少なくとも１つの弓形のエッジ面の上で、且つ弓形のエッジ面に接触して引き出される７０８。この引き出し７０８は、ナノファイバシートの主面の少なくとも１つと、対応するエッジ面との間の物理的な接触を提供する。引き出し７０８に応答して、ナノファイバシートの第１の密度は、第２の密度に変化する（７１２）。凸状のエッジ面を使用し、第１の密度は、第１の密度に満たない第２の密度に減少する（７１６）。凹状のエッジ面を使用し、第１の密度は、第１の密度よりも大きい第２の密度に増加する（７２０）。
【0083】
［追加の考慮事項］
本開示の実施形態の上述の説明は、例示のために提示されている。包括的であること、または特許請求の範囲を開示された正確な形式に制限することは意図されていない。当業者は、多くの修正形態及び変形形態が、上記の開示を鑑みて可能であることを理解できる。
本開示の実施形態の上述の説明は、例示のために提示されている。包括的であること、または特許請求の範囲を開示された正確な形式に制限することは意図されていない。当業者は、多くの修正形態及び変形形態が、上記の開示を鑑みて可能であることを理解できる。
【0084】
本明細書に使用する言語は、おもに読みやすさ及び教育の目的で選択されており、言語は、本発明の主題を詳しく説明するまたは制限するために選択されなかった可能性がある。したがって、本開示の範囲が、本発明を実施するための形態によってではなく、むしろ本明細書に基づいた出願に関して生じるあらゆる特許請求の範囲によって制限されることが意図される。したがって、実施形態の開示は、例示的であることを意図するが、以下の特許請求の範囲に説明する本発明の範囲に制限的ではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A-6C】
【図6D-6G】
【図7】
