特許 7053863 封止前に表面にバーチャル的に材料を付着させる方法

(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】2022-04-04

(45)【発行日】2022-04-12

(54)【発明の名称】封止前に表面にバーチャル的に材料を付着させる方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/168 20170101AFI20220405BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20220405BHJP

【ＦＩ】

C01B32/168

B82Y40/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020543941

(86)(22)【出願日】2019-05-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-06-10

(86)【国際出願番号】 US2019034237

(87)【国際公開番号】W WO2019231940

(87)【国際公開日】2019-12-05

【審査請求日】2020-08-18

(31)【優先権主張番号】15/992,965

(32)【優先日】2018-05-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】トレント，キャサリン

(72)【発明者】

【氏名】フレージャー，ゲイリー エー．

(72)【発明者】

【氏名】グロッセ，カイル エル．

【審査官】印出 亮太

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１６７６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９５３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭３４－０００５９８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３２／００

Ｂ３２Ｂ １／００ － ３８／００

Ｃ２３Ｃ １８／００ － ２８／００

Ｂ８２Ｙ ２５／００ － ４０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーチャル接着方法であって：
初期構造の磁気特性を増加するステップ；
基板の表面上に前記初期構造を支持するステップ；
前記初期構造が前記基板の前記表面に向かって押されるように向けられた磁場を生成するステップ；
前記初期構造の周囲で、前記表面の露出部分に結合される封止部を形成するステップ；
を含み、
前記初期構造はカーボンナノチューブを含み、前記基板は無機非金属材料を含み、前記封止部は石英を含む、バーチャル接着方法。

【請求項2】

請求項１に記載のバーチャル接着方法であって、
前記初期構造の前記磁気特性を増加するステップは、
スパッタリング及び電気メッキのうち少なくとも１つにより、前記初期構造の外側表面を磁性粒子で被覆するステップ；及び
液体-懸濁液の一体化により、磁性粒子を初期構造へ一体化するステップ；
のうち少なくとも1つを含む、バーチャル接着方法。

【請求項3】

前記磁場を生成するステップは、前記基板を永久磁石又は電磁石上に配置することを含む、請求項１に記載のバーチャル接着方法。

【請求項4】

前記封止部の形成の少なくとも部分的完了の後に、前記磁場を解除するステップをさらに含む、請求項１に記載のバーチャル接着方法。

【請求項5】

請求項１に記載のバーチャル接着方法であって、
前記磁場を生成するステップは、
前記表面上に前記初期構造を拘束するのに十分な大きさの磁場を生成することと、前記初期構造の磁気特性を低下させるのに不十分な大きさの磁場を生成すること
を含む、バーチャル接着方法。

【請求項6】

請求項１に記載のバーチャル接着方法であって、
前記封止部を形成するステップは、前記初期構造を前記表面に固定するのに十分なサイズの前記封止部を形成することを含む、バーチャル接着方法。

【請求項7】

請求項１に記載のバーチャル接着方法であって、
前記封止部を形成するステップは、スパッタリング、蒸着及び液体乾燥のうちの少なくとも１つを含む、バーチャル接着方法。

【請求項8】

バーチャル接着方法であって：
初期構造を磁性粒子で被覆し、前記初期構造上に磁性粒子被覆を形成するステップ；
基板の表面上に前記磁性粒子を伴う初期構造を支持するステップ；
前記磁性粒子被覆の前記磁性粒子を前記基板の前記表面に押すように向けられた磁場を生成するステップ；及び
前記磁性粒子被覆を伴う前記初期構造の周囲で、前記表面の露出部分に結合される封止部を形成するステップ；
を含み、
前記初期構造はカーボンナノチューブを含み、前記基板は無機非金属材料を含み、前記封止部は石英を含む、バーチャル接着方法。

【請求項9】

前記初期構造を被覆するステップは、スパッタリング、電気メッキ及び液体-懸濁液一体化の少なくとも１つを含む、請求項８に記載のバーチャル接着方法。

【請求項10】

前記磁場の生成は、前記基板を永久磁石又は電磁石上に配置することを含む、請求項８に記載のバーチャル接着方法。

【請求項11】

前記封止部の形成の少なくとも部分的完了の後に、前記磁場を解除するステップをさらに含む、請求項８に記載のバーチャル接着方法。

【請求項12】

請求項８に記載のバーチャル接着方法であって、
前記磁場を生成するステップは、
前記表面上に前記初期構造を拘束するのに十分な大きさの磁場を生成することと、前記初期構造の磁気特性を低下させるのに不十分な大きさの磁場を生成すること
を含む、バーチャル接着方法。

【請求項13】

請求項８に記載のバーチャル接着方法であって、
前記封止部を形成するステップは、前記初期構造を前記表面に固定するのに十分なサイズの前記封止部を形成することを含む、バーチャル接着方法。

【請求項14】

請求項８に記載のバーチャル接着方法であって、
前記封止部を形成するステップは、スパッタリング、蒸着及び液体乾燥のうちの少なくとも１つを含む、バーチャル接着方法。

【請求項15】

請求項８に記載のバーチャル接着方法であって、
前記初期構造を被覆するステップは、前記磁性粒子被覆をパターン化することを含み、
前記磁性粒子被覆のパターン化は、前記磁性粒子被覆を前記基板の前記表面に向けて押すことを促進するように前記磁性粒子被覆を形成することを含む、
バーチャル接着方法。

【請求項16】

請求項１５に記載のバーチャル接着方法であって、
前記初期構造を被覆するステップは、前記磁性粒子被覆をパターン化することを含み、
前記磁性粒子被覆のパターン化は、電磁信号の送受を促進するように前記磁性粒子被覆を形成することを含む、
バーチャル接着方法。

【請求項17】

非金属素子封止体であって：
無機及び非金属基板；
非磁性素子；
前記非磁性素子を被覆するように配置された磁性粒子被覆；及び
前記磁性粒子被覆の周囲に、かつ前記磁性粒子被覆に直接接触して配置された、前記磁性粒子被覆を伴う前記非磁性素子を前記無機及び非金属基板の表面に固定する、無機及び非金属封止部；
を含み、
前記非磁性素子はカーボンナノチューブを含み、前記封止部は石英を含む、非金属素子封止体。

【請求項18】

請求項１７に記載の非金属素子封止体であって：
前記無機及び非金属基板は石英を含み、
前記無機及び非金属基板の表面は、前記無機及び非金属封止部の不存在下では、前記磁性被覆を伴う前記非磁性素子を固定することができない、
非金属素子封止体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、磁気接着に関し、より詳細には、封止前に、材料の表面へのバーチャル的な接着をもたらす方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブ（CNTs）は、円筒状ナノ構造を有する炭素の同素体である。それらは、例外的な強度及び剛性などの異常な特性を有し、従って、非制限的にナノテクノロジー、エレクトロニクス、光学及びその他の材料科学技術分野を含む様々な分野において価値がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

１つ以上の技術分野でCNTを使用するには、無機材料で形成された基板にCNTを固定する必要があることが多い。しかしながら、接着には典型的にエポキシ、ゲル又は化学接着剤の使用を必要とするので、CNTを無機基板に固定又は接着するための現在の方法はしばしば問題がある。これらの場合、汚染物がシステムに導入され、さらなる処理の性能を阻害又は劣化させてしまい、最終的には、得られた構造を弱め、又は使用不能にしてしまうことがある。他の接着技術は、ファンデルワールス力又は静電引力を利用するが、通常、CNTを所定の位置に保持するには強度が不十分である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態によれば、バーチャル接着方法が提供される。本バーチャル接着方法は、初期構造の磁気特性を増加するステップ； 基板の表面上に前記初期構造を支持するステップ； 前記初期構造が前記基板の前記表面に向かって押されるように向けられた磁場を生成するステップ； 前記初期構造の周囲で、前記表面の露出部分に結合される封止部を形成するステップ；を含む。

【0005】

更に別の態様によれば、バーチャル的な接着方法は、初期構造を磁性粒子で被覆し、前記初期構造上に磁性粒子被覆を形成するステップ； 基板の表面上に前記磁性粒子を伴う初期構造を支持するステップ； 前記磁性粒子被覆の前記磁性粒子を前記基板の前記表面に押すように向けられた磁場を生成するステップ；及び 前記磁性粒子被覆を伴う前記初期構造の周囲で、前記表面の露出部分に結合される封止部を形成するステップ；を含む。

【0006】

さらに別の実施形態によれば、非金属要素の封入が提供される。本非金属素子封止体は、無機及び非金属基板； 非磁性素子； 前記非金属素子を被覆するように配置された磁性粒子被覆；及び 前記磁性粒子被覆の周囲に、かつ前記磁性粒子被覆に直接接触して配置された、前記磁性粒子被覆を伴う前記非磁性素子を前記無機及び非金属基板の表面に固定する、無機及び非金属封止部；を含む。

【0007】

追加的な特徴及び利点が、本発明の技術によって実現される。本発明の他の実施形態及び態様は、本明細書に詳細に記載されており、請求項に係る発明の一部とみなされる。利点及び特徴を有する本発明のより良い理解については、詳細な説明及び図面を参照されたい。

【0008】

本開示をより完全に理解するために、添付の図面及び詳細な説明に関連して、以下の簡単な説明を参照する。図面において同様の参照番号は同様の部分を表す。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に従ったバーチャル接着方法を示すフローチャートである。

【図2】実施形態に従った図１のバーチャル接着方法の図画表示である。

【図3】実施形態に従った図１のバーチャル接着方法の図画表示である。

【図4】実施形態に従った部分的封止によって囲まれた初期構造の軸方向図である。

【図5A】実施形態に従った磁化の前の初期時点で被覆ストリップを備える初期構造の説明図である。

【図5B】実施形態に従った磁化の後の時点で被覆ストリップを備える初期構造の説明図である。

【図6】実施形態に従ったパターン化された磁性粒子被覆を備える初期構造の斜視図である。

【図7】実施形態に従った磁性粒子被覆で半被覆された初期構造の軸線方向図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に説明するように、バーチャル的な接着方法が提供され、構造が保護層によって包囲される前に、ある表面にその構造を転写し、一時的に固定することを可能にする。バーチャル的な接着方法は、表面特性に悪影響を及ぼし得る接着剤やバインダの使用を回避して、構造の表面への一時的な接着を達成する。

【0011】

図１～図３を参照すると、バーチャル接着方法（virtual adhesion method）が提供される。図１及び図２に示すように、本方法は、初期構造（initial structure）１０を磁性粒子１１で被覆又は一体化し、初期構造１０上に磁性粒子被覆２０を形成するステップを含む（図１のブロック１０１）。初期構造１０は、例えば、CNT12として提供されてもよいが、如何なる小規模の非磁性構造も初期構造１０として使用され得ることを理解されたい。それにもかかわらず、明確性及び簡潔性の目的のために、以下の説明は、初期構造１０がCNT12として提供される場合に関する。

【0012】

図２に示すように、被覆は、初期構造１０の外側表面１３上に強磁性材料をスパッタリング又は電気メッキすることによって達成することができる。あるいは、図３に示すように、被覆又は一体化は、磁性粒子を液体懸濁液内の初期構造１０に一体化することによって達成することができる。しかし、初期構造１０は、磁性粒子で被覆又は一体化されており、被覆又は一体化プロセスの結果として、初期構造１０の少なくとも外側表面１３の磁気特性（すなわち、磁場中の、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０に印加される磁力）が増大することが理解されるべきである。

【0013】

磁性粒子は、初期構造１０上に被覆されるか、又は初期構造１０中に一体化され得るが、以下の説明は、一般に、初期構造１０の外側表面１３上に被覆される磁性粒子の場合に関する。これは、明りょう性及び簡潔性のために行われるものであって、特許請求の範囲又は出願全体の範囲を限定することを意図するものではない。

【0014】

本方法はさらに、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０を、基板３０の表面３０１上に支持するステップ（図１のブロック１０２）、及び磁性粒子被覆２０の磁性粒子が磁気引力によって基板３０の表面３０１に向かって押されるように向けられた磁場Ｂを生成するステップを含む（図１のブロック１０３）。基板３０は、石英又は他の類似の無機及び非金属材料で形成することができる。表面３０１は、実質的に平坦であり、それ以外は磁場Ｂの助けを借りずに、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０を確実に保持するために不適当である。しかしながら、磁場Ｂが発生し、磁性粒子被覆２０の磁性粒子が表面３０１に押される状態では、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０が表面３０１上に確実に保持され、構造１０は保持する表面の輪郭に沿っている。

【0015】

実施形態によれば、磁場Ｂの生成は、基板３０を、永久磁石上又は電流が印加される電磁石上に配置することによって達成され得る。

【0016】

いずれの場合においても、磁界Ｂの発生は、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０を表面３０１上に拘束するのに十分な大きさの磁界Ｂを発生させることと、初期構造１０から磁性粒子被覆２０を除去するのには不十分な大きさの磁界Ｂを発生させることとが含まれる。

【0017】

また、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０が基板３０の表面３０１上に確実に保持されている場合、本方法は、封止部４０を形成するステップを含む。封止部４０は、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０の周囲で表面３０１の露出部分に結合する（図１のブロック１０４）。封止部４０は、基板３０と同様の材料で形成することができ、基板３０が石英で形成される場合には、封止部４０が同様に石英で形成される。

【0018】

封止部４０は、スパッタリングプロセス、蒸着プロセス、液体乾燥プロセス及び/又は他の適切なプロセスのうちの少なくとも１つの結果として形成することができ、原表面３０１に沿って走る筋傷特徴を示すことができるが、これは必要ではない。

【0019】

封止部４０は、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０の周囲に形成されているため、結果としての構造５０は、非磁性素子として提供された初期構造１０と、非金属素子を被覆するよう配置された磁性粒子被覆材２０と、磁性粒子被覆材２０の周囲に、磁性粒子被覆材２０に直接接触して配置された無機及び非金属の封止部４０とを有している。かくして、結果としての構造５０は、封止部４０の内側表面が磁性粒子被覆２０の外がわ表面に直接接触するという特徴を有し、磁性粒子被覆２０は、さらなる構造的又は機能的目的を有することができるが、それを必要としないという特徴を有する。また、結果としての構造５０は、封止部４０の内側表面と磁性粒子被覆２０の外側表面及び表面３０１との間に接着剤、糊、樹脂又はエポキシが存在しないことを特徴とする。

【0020】

図１～図３を引き続き参照し、図４をさらに参照すると、いったん封止部４０が少なくとも部分的又は完全に形成されると、磁場Ｂの発生が解除又は停止されることができ（図１のブロック１０５）、さらなる処理が実行され得る。図４に示すように、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０が封止部４０の完成部分によって所定の位置に確実に保持される程度に、封止部４０が部分的に完成すると、磁場Ｂの発生を停止することができる。すなわち、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０の両側の封止部４０の壁４１が、磁性粒子被覆２０を伴う初期構造１０の周囲に及びそれに沿った溝を強固に形成するのに十分に高いと、磁場Ｂの発生の停止を実行することができる。

【0021】

さらなる実施形態によれば、図５Ａ及び図５Ｂ並びに図６を参照すると、初期構造１０の被覆は、磁性粒子被覆２０をパターン化するステップを含んでもよい。そのようなパターン化が指向されるのは、被覆２０の存在から生じる他の問題を制限しつつ特定の磁気特性を促進するため、及び／又は結果としての構造５０の特定のEM性能特性（例えば、電磁信号の送受信を促進するため）を促進するためである。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示すように、初期構造１０の被覆は、被覆２０を初期構造１０の側部に沿って延びる被覆ストリップ２０１に限定するように実施されてもよい。ここで、被覆ストリップ２０１が表面３０１からずれた状態（図５Ａ参照）で、初期構造１０が基板３０の表面３０１上に配置される場合、磁場Ｂが発生すると、磁場Ｂが被覆ストリップ２０１の磁性粒子と相互作用することによって、初期構造１０は、被覆ストリップ２０１が表面３０１（図５Ｂ参照）に接触する位置へと向かって回転する。別の例として、図６に示すように、磁性粒子被覆２０は、自己反復被覆パターン２０２を示すようにパターン化されてよく、或いは、結果としての構造５０の特定のEM透過能力又は特性を提供するように透過ゾーンを提供するためにパターン化されてもよい。選択的磁性体が、封入を容易にするために、基板の上方に初期構造の大部分を浮遊させる。

【0022】

図７を参照すると、さらに別の例では、初期構造１０の片側のみが、例えば真空蒸着及びスパッタリング堆積によって、被覆２０の磁性材料で被覆されてもよい。

【0023】

特許請求の範囲に記載した機能要素に加え全ての手段又はステップの対応する構造、材料、動作等は、特許請求の範囲に規定された他の構成要件との結合において当該機能を発揮する任意の構造、材料又は動作を含むものである。本発明の説明は、説明及び例示の目的で提示されたが、開示された形態の本発明を網羅的に又は限定することを意図したものではない。本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、当業者には多くの修正及び変形が明らかであろう。実施形態は、本発明の原理及び実際の用途を最もよく説明し、当業者が、意図される特定の用途に適した種々の修正を施した種々の実施形態について本発明を理解することを可能にするために選択され、説明された。

【0024】

本発明の好ましい実施形態を説明したが、当業者は、現在及び将来とも、以下の特許請求の範囲の範囲内にある種々の改良及び強化を行うことができることが理解されるであろう。これらのクレームは、最初に記載された発明に対する適切な保護を維持すると解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】