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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2021-515854(P2021-515854A)
(43)【公表日】2021年6月24日
(54)【発明の名称】ナノ材料被覆繊維
(51)【国際特許分類】
D01F 1/09 20060101AFI20210528BHJP
H01B 1/00 20060101ALI20210528BHJP
H01B 5/00 20060101ALI20210528BHJP
H01B 13/00 20060101ALI20210528BHJP
【ＦＩ】
D01F1/09
H01B1/00 H
H01B5/00 H
H01B13/00 501M
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2020-568862(P2020-568862)
(86)(22)【出願日】2019年2月28日
(85)【翻訳文提出日】2020年10月19日
(86)【国際出願番号】IB2019051634
(87)【国際公開番号】WO2019166993
(87)【国際公開日】20190906
(31)【優先権主張番号】62/637,699
(32)【優先日】2018年3月2日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】520335141
【氏名又は名称】メゾマット インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100205659
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 拓也
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100185269
【弁理士】
【氏名又は名称】小菅 一弘
(72)【発明者】
【氏名】フォウラー ポール
(72)【発明者】
【氏名】デモンサン シャルロット
(72)【発明者】
【氏名】ダングレモン アドリアン
(72)【発明者】
【氏名】シュルマン ラファエル
(72)【発明者】
【氏名】ダルノキ−ヴェレス カロリー ジェイ．ティー
(72)【発明者】
【氏名】アームストロング クレア リンジー
【テーマコード（参考）】
4L035
5G307
【Ｆターム（参考）】
4L035EE13
5G307AA08
(57)【要約】
ナノ材料被覆繊維及びその製造方法が提供される。ナノ材料被覆繊維は、伸縮性繊維コアと、この伸縮性繊維コアの周りに被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュとを含む。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維に付与する。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際にその材料特性を維持する。ナノ材料被覆繊維は、伸縮性繊維コアを得る工程と、この伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、この伸縮性繊維コアの周りに上記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程とにより製造される。このメッシュは、電気伝導率をナノ材料被覆繊維に付与するために導電性であってもよい。ナノ材料被覆繊維は、撚り糸へと巻かれてもよい。【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ナノ材料被覆繊維であって、
伸縮性繊維コアと、
前記伸縮性繊維コアの周りに被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュであって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維に付与し、前記メッシュはさらに、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に、前記材料特性を維持するメッシュと
を含むナノ材料被覆繊維。
伸縮性繊維コアと、
前記伸縮性繊維コアの周りに被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュであって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維に付与し、前記メッシュはさらに、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に、前記材料特性を維持するメッシュと
を含むナノ材料被覆繊維。
【請求項2】
前記高アスペクト比ナノ材料が導電性であり、前記材料特性が電気伝導率である請求項１に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項3】
前記伸縮性繊維コアがポリマーを含む請求項１又は請求項２に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項4】
前記伸縮性繊維コアが少なくとも約１０％伸縮可能である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項5】
前記伸縮性繊維コアが約１ミリメートル未満の半径を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項6】
前記高アスペクト比ナノ材料が、少なくとも約５００：１の平均の長さ対直径のアスペクト比を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項7】
前記高アスペクト比ナノ材料が約５０ナノメートル未満の平均直径を有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項8】
前記高アスペクト比ナノ材料のメッシュの周りに処理層をさらに含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項9】
前記メッシュの前記高アスペクト比ナノ材料が、前記ナノ材料被覆繊維の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交している請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項10】
ナノ材料被覆繊維の撚り糸であって、
第１伸縮性繊維コアと、
前記第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュであって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、前記メッシュはさらに、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持するメッシュと
を含むナノ材料被覆繊維の撚り糸。
第１伸縮性繊維コアと、
前記第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュであって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、前記メッシュはさらに、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持するメッシュと
を含むナノ材料被覆繊維の撚り糸。
【請求項11】
前記高アスペクト比ナノ材料が導電性であり、前記材料特性が電気伝導率である請求項１０に記載のナノ材料被覆繊維の撚り糸。
【請求項12】
ナノ材料被覆繊維の製造方法であって、
伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記伸縮性繊維コアの周りに前記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程であって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維に付与し、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持する工程と
を備える方法。
伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記伸縮性繊維コアの周りに前記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程であって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維に付与し、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持する工程と
を備える方法。
【請求項13】
前記高アスペクト比ナノ材料が導電性であり、前記材料特性が電気伝導率である請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記高アスペクト比ナノ材料を、前記ナノ材料被覆繊維の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交させる工程をさらに備える請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
ナノ材料被覆繊維の撚り糸の製造方法であって、
第１伸縮性繊維コアを得る工程と、
第２伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記第１伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第２伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第１伸縮性繊維コア及び前記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に前記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程であって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持する工程と
を備える方法。
第１伸縮性繊維コアを得る工程と、
第２伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記第１伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第２伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第１伸縮性繊維コア及び前記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に前記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程であって、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性を前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、前記メッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に前記材料特性を維持する工程と
を備える方法。
【請求項16】
前記高アスペクト比ナノ材料が導電性であり、前記材料特性が電気伝導率である請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記高アスペクト比ナノ材料を、前記ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交させる工程をさらに備える請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
導電性のナノ材料被覆繊維であって、
伸縮性繊維コアと、
前記伸縮性繊維コアの周りに被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであって、前記導電性のメッシュは、前記導電性のナノ材料被覆繊維の全長にわたって電気を伝導し、前記導電性のメッシュはさらに、前記導電性のナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する導電性のメッシュと
を含む導電性のナノ材料被覆繊維。
伸縮性繊維コアと、
前記伸縮性繊維コアの周りに被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであって、前記導電性のメッシュは、前記導電性のナノ材料被覆繊維の全長にわたって電気を伝導し、前記導電性のメッシュはさらに、前記導電性のナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する導電性のメッシュと
を含む導電性のナノ材料被覆繊維。
【請求項19】
前記導電性のメッシュの周りに電気絶縁層をさらに含む請求項１８に記載のナノ材料被覆繊維。
【請求項20】
導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸であって、
第１伸縮性繊維コアと、
前記第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであって、前記導電性のメッシュは、前記導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって電気を伝導し、前記導電性のメッシュはさらに、前記導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する導電性のメッシュと
を含む導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸。
第１伸縮性繊維コアと、
前記第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであって、前記導電性のメッシュは、前記導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって電気を伝導し、前記導電性のメッシュはさらに、前記導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する導電性のメッシュと
を含む導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸。
【請求項21】
前記導電性のメッシュの周りに電気絶縁層をさらに含む請求項２０に記載の導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸。
【請求項22】
導電性のナノ材料被覆繊維の製造方法であって、
伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記伸縮性繊維コアの周りに前記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程であって、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する工程と
を備える方法。
伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記伸縮性繊維コアの周りに前記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程であって、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する工程と
を備える方法。
【請求項23】
前記導電性の高アスペクト比ナノ材料を、前記導電性のナノ材料被覆繊維の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交させる工程をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記導電性のメッシュを電気絶縁層で被覆する工程をさらに備える請求項２２又は請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の製造方法であって、
第１伸縮性繊維コアを得る工程と、
第２伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記第１伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第２伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第１伸縮性繊維コア及び前記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に前記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程であって、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する工程と
を備える方法。
第１伸縮性繊維コアを得る工程と、
第２伸縮性繊維コアを得る工程と、
前記第１伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第２伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、
前記第１伸縮性繊維コア及び前記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、
前記撚り糸の周り、及び前記第１伸縮性繊維コアと前記第２伸縮性繊維コアとの間に前記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程であって、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、前記導電性のメッシュは、前記ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する工程と
を備える方法。
【請求項26】
前記導電性のメッシュを電気絶縁層で被覆する工程をさらに含む請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記導電性の高アスペクト比ナノ材料を、前記導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交させる工程をさらに備える請求項２５又は請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、全体として材料に、特に繊維材料に関する。
【背景技術】
【0002】
繊維材料は、繊維の組み合わせから形成される。繊維は、その幅よりも著しく長い天然物質又は合成物質である。天然繊維としては、植物繊維、木質繊維、及び他の天然に存在する繊維が挙げられる。合成繊維としては、とりわけ金属繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、及びマイクロファイバー（超極細繊維）が挙げられる。多くの繊維が織物生産で使用されている。
【0003】
合成繊維は、与えられる用途に好適な所定の材料特性を持つように改変されてもよい。例えば、合成繊維は、所定の密度、引張強さ、弾性係数、吸水性、又は他の特性を持つように設計されてもよい。所定の材料特性を持つ合成繊維は、その材料特性、又は類似の材料特性を、その合成繊維が組み込まれる繊維材料又は物理的な物品に付与する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本明細書の一態様によれば、ナノ材料被覆繊維は、伸縮性繊維コアと、この伸縮性繊維コアの周りに被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュとを含む。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維に付与し、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に、その材料特性を維持するためのものである。
【0005】
本明細書の別の態様によれば、ナノ材料被覆繊維の撚り糸（紡糸、ヤーン）は、第１伸縮性繊維コアと、この第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、上記撚り糸の周り、及び第１伸縮性繊維コアと第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された高アスペクト比ナノ材料のメッシュとを含む。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際にその材料特性を維持するためのものである。
【0006】
本明細書の別の態様によれば、ナノ材料被覆繊維の製造方法は、伸縮性繊維コアを得る工程と、この伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、この伸縮性繊維コアの周りに上記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程とを備える。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維に付与し、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際にその材料特性を維持するためのものである。
【0007】
本明細書の別の態様によれば、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の製造方法は、第１伸縮性繊維コアを得る工程と、第２伸縮性繊維コアを得る工程と、第１伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、第２伸縮性繊維コアを高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、上記第１伸縮性繊維コア及び上記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、この撚り糸の周り、及び上記第１伸縮性繊維コアと上記第２伸縮性繊維コアとの間に上記高アスペクト比ナノ材料のメッシュを形成する工程とを備える。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与し、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際にその材料特性を維持する。
【0008】
本明細書の別の態様によれば、導電性のナノ材料被覆繊維は、伸縮性繊維コアと、この伸縮性繊維コアの周りに被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュとを含む。この導電性のメッシュは、導電性のナノ材料被覆繊維の全長にわたって電気を伝導し、その導電性のナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持するためのものである。
【0009】
本明細書の別の態様によれば、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸は、第１伸縮性繊維コアと、この第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、この撚り糸の周り、及び第１伸縮性繊維コアと第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュとを含む。この導電性のメッシュは、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって電気を伝導し、その導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持するためのものである。
【0010】
本明細書の別の態様によれば、導電性のナノ材料被覆繊維の製造方法は、伸縮性繊維コアを得る工程と、この伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、この伸縮性繊維コアの周りに上記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程とを備える。この導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、そのナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。
【0011】
本明細書の別の態様によれば、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の製造方法は、第１伸縮性繊維コアを得る工程と、第２伸縮性繊維コアを得る工程と、この第１伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、第２伸縮性繊維コアを導電性の高アスペクト比ナノ材料で被覆する工程と、上記第１伸縮性繊維コア及び上記第２伸縮性繊維コアを一緒に巻いて、撚り糸を形成する工程と、この撚り糸の周り、及び上記第１伸縮性繊維コアと上記第２伸縮性繊維コアとの間に上記導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュを形成する工程とを備える。この導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、そのナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
繊維材料は、各々望ましい材料特性を持ち、組み合わさって望ましい全体的な材料特性をその繊維材料に付与するいくつかの繊維から作製されてもよい。しかしながら、このいくつかの繊維は、望ましくない材料特性を副次的効果として繊維材料に付与する可能性もある。例えば、各々が導電性であるいくつかの金属繊維は、望ましくは全体としても導電性である繊維材料を製造するために組み合わされる可能性がある。しかしながら、その金属繊維は、繊維材料を望ましくないほどに剛性にし、それゆえ伸縮性の電子機器等の特定の用途にとって使用できないものにする可能性がある。
【0014】
繊維のナノ材料被覆（コーティング）は、別の方法では繊維によって付与される可能性がある望ましくない材料特性という副次的効果を軽減しつつ、繊維によって付与される望ましい材料特性を持つ繊維材料の製造を可能にしうる。繊維コアは、組み合わさって繊維コアの周りにメッシュを形成してその繊維に望ましい材料特性を全体的に付与する高アスペクト比ナノ材料で被覆されてもよい。メッシュを介して望ましい材料特性を付与することは、繊維コア自体がその望ましい材料特性を持つ必要性を取り除く。これにより、繊維コア自体は、付加的な望ましい材料特性を持つ可能性があり、又は別の方法であれば望ましくない副次的効果を繊維材料に付与する可能性がある望ましくない材料特性を持つことを回避する可能性がある。
【0015】
図１は、例示のナノ材料被覆繊維１００のセグメントの図であり、部分的に断面で示されている。ナノ材料被覆繊維１００は、伸縮性繊維コア１１０と、伸縮性繊維コア１１０の周りに被覆された高アスペクト比ナノ材料１２２のメッシュ１２０とを含む。
【0016】
伸縮性繊維コア１１０は、それが柔軟であり、曲げることができ、変形可能であり、破断することなくかなりの程度伸長されても、又は圧縮されてもよいという点で、伸縮可能である。伸縮性繊維コア１１０は、好ましくは少なくとも約１０％、より好ましくは少なくとも約３０％、より好ましくは少なくとも約５０％伸縮性があってもよい。伸縮性繊維コア１１０は、約１ミリメートル未満の半径を有してもよく、従ってマイクロファイバーと呼ばれてもよく、好ましくは、伸縮性繊維コア１１０は、約１〜約５００マイクロメートルの半径を有してもよい。
【0017】
伸縮性繊維コア１１０は、任意の伸縮可能な材料、例えば高分子材料を含んでもよい。例えば、この高分子材料は、ポリスチレン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（メタクリル酸ｎ−ブチル）、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル、ポリオレフィン、アクリル系ポリマー、ポリウレタン、及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）のうちの１つの又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
【0018】
メッシュ１２０は、ナノ材料被覆繊維１００の全長にわたって連続して材料特性をナノ材料被覆繊維１００に付与するためのものである。メッシュ１２０は、さらには、ナノ材料被覆繊維１００の長さの伸縮の際に材料特性を維持するためのものである。換言すれば、ナノ材料被覆繊維１００が伸縮され、湾曲され、又は別の態様で変形されるときに、メッシュ１２０は、十分に連続で留まり、その材料特性をナノ材料被覆繊維１００に付与することを維持する。いくつかの例では、変形にもかかわらず材料特性を維持することは、高アスペクト比ナノ材料１２２が変形のあいだ接触したままで留まることにより成し遂げられてもよい。
【0019】
高アスペクト比ナノ材料１２２は、換言すれば、長さが幅又は直径よりも実質的に大きい細長いナノ材料堆積物を含む。高アスペクト比ナノ材料１２２は、少なくとも約５０：１、又はより好ましくは約５００：１、より好ましくはなお約１０００：１、より好ましくはなお１０，０００：１の平均の長さ対直径のアスペクト比を有してもよい。約１，０００，０００：１以上の平均の長さ対直径のアスペクト比を有する高アスペクト比ナノ材料１２２が使用されてもよい。高アスペクト比ナノ材料１２２は、約５０ナノメートル未満の平均直径を有してもよい。
【0020】
メッシュ１２０によって付与される材料特性としては、所定の特性を有し伸縮性繊維コア１１０の周りにメッシュ１２０を形成する複数の高アスペクト比ナノ材料１２２の協働の結果として現れるナノ材料被覆繊維１００全体に帰属できるいずれの材料特性を挙げてもよい。メッシュ１２０は、材料特性を所定の長さのナノ材料被覆繊維１００に付与するために、ナノ材料被覆繊維１００の全長に、又は少なくともそのセグメントの長さに広がってもよい。
【0021】
例えば、高アスペクト比ナノ材料１２２は導電性であってもよく、材料特性は電気伝導率であってもよい。換言すれば、それぞれ個々の高アスペクト比ナノ材料１２２の電気伝導率が組み合わされて、全体としての電気伝導率がナノ材料被覆繊維１００に付与される。そのような例では、ナノ材料被覆繊維１００は、導電性のナノ材料被覆繊維と呼ばれてもよい。このような導電性のナノ材料被覆繊維は、伸縮性繊維コアと、この伸縮性繊維コアの周りに被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュとを含み、この導電性のメッシュは、導電性のナノ材料被覆繊維の全長にわたって電気を伝導し、この導電性のメッシュは、さらに、導電性のナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。そのような例では、導電性の高アスペクト比ナノ材料が変形のあいだ接触したままで留まることにより、導電性のメッシュの電気伝導率は、変形にもかかわらず維持される。
【0022】
高アスペクト比ナノ材料１２２が導電性である場合、ナノ材料被覆繊維１００は、伸縮性配線、導電性の織物、例えばスポーツ用又は医療センシング用のウェアラブル（装着用）技術の生産において、及び軽量で耐久性があり、伸縮又は他の態様で変形されるあいだ導電性を保つ材料が望まれるフレキシブルな電子機器の開発において使用されてもよい。高アスペクト比ナノ材料１２２は、電気伝導率以外の他の望ましい材料特性を持つように設計されてもよい。例えば、加熱用途のために、高アスペクト比ナノ材料１２２は高熱伝導率及び高電気抵抗率を持つように設計されてもよく、そのような高アスペクト比ナノ材料１２２は、衣類、航空機の翼、又はフレキシブルな電熱線が望ましい可能性がある他の用途において使用されるべき電熱線の製造において使用されてもよい。別の例として、高アスペクト比ナノ材料１２２は、保護用衣服の製造において使用するための耐薬品性という材料特性を有してもよい。
【0023】
高アスペクト比ナノ材料１２２が導電性である場合、高アスペクト比ナノ材料１２２は、ナノワイヤ形態の銅、銀、金、白金、鉄等の金属化合物又は金属元素、カーボンナノチューブ、他の高アスペクト比ナノ粒子、及び他の高アスペクト比ナノ材料を含んでもよい。高アスペクト比ナノ材料１２２は、伸縮性繊維コア１１０を被覆するための被覆材料に組み込まれるとき、高アスペクト比ナノ材料１２２の粉末の乾燥固体形態にあってもよいし、又は溶液に分散されてもよい。
【0024】
ナノ材料被覆繊維１００は、処理層を高アスペクト比ナノ材料１２２のメッシュ１２０の周りにさらに備えてもよい。例えば、伸縮性繊維コア１１０へのメッシュ１２０の接着を高めるために、ナノ材料被覆繊維１００は化学的に処理されてもよい。別の例として、メッシュ１２０の周りに絶縁コーティングを形成するために、ナノ材料被覆繊維１００は絶縁材料の層で処理されてもよい。ナノ材料被覆繊維１００を被覆するための被覆材料に組み込まれるときの絶縁処理層は、ポリスチレン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（メタクリル酸ｎ−ブチル）、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル、ポリオレフィン、アクリル系ポリマー、ポリウレタン又は熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を含んでもよい。絶縁処理層は、高アスペクト比ナノ材料１２２が導電性である例では電気絶縁をもたらしてもよいし、又は耐薬品性等の保護的な絶縁をもたらしてもよい。絶縁処理層は、伸縮能力について選択されてもよく、従って、伸縮性繊維コア１１０と同様の伸縮性を有するように選択されてもよい。
【0025】
このように、ナノ材料被覆繊維１００は、高度に柔軟性で高弾性であってもよく、メッシュ１２０が導電性である場合には、高導電性であってもよい。例えば、ナノ材料被覆繊維１００は、約１ギガパスカル（ＧＰａ）未満の曲げ弾性率を有してもよく、破断することなく約１０％、３０％、又は５０％の歪みに耐える可能性があり、約１０００ｏｈｍ／ｃｍ未満、又はより好ましくは約１ｏｈｍ／ｃｍ未満の抵抗率を維持してもよい。
【0026】
図２は、例示のナノ材料被覆繊維２００のセグメントの顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は光学顕微鏡法を使用して撮影された。示されるナノ材料被覆繊維２００は、図１のナノ材料被覆繊維１００と同様であり、従って伸縮性繊維コア２１０と、高アスペクト比ナノ材料２２２のメッシュ２２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図１のナノ材料被覆繊維１００の説明が参照されてもよい。
【0027】
図３は、例示のナノ材料被覆繊維３００のセグメントのクローズアップ顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は光学顕微鏡法を使用して撮影された。示されるナノ材料被覆繊維３００は、図１のナノ材料被覆繊維１００と同様であり、従って伸縮性繊維コア３１０と、高アスペクト比ナノ材料３２２のメッシュ３２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図１のナノ材料被覆繊維１００の説明が参照されてもよい。
【0028】
図４Ａは、例示のナノ材料被覆繊維４００のセグメントの図である。ナノ材料被覆繊維４００は、図１のナノ材料被覆繊維１００と同様であり、従って伸縮性繊維コア４１０と、高アスペクト比ナノ材料４２２のメッシュ４２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図１のナノ材料被覆繊維１００の説明が参照されてもよい。ナノ材料被覆繊維４００は、長手方向４０２、及び伸縮性繊維コア４１０の外周の周りに延びる周方向４０４を含む。高アスペクト比ナノ材料４２２は、メッシュ４２０の中にランダムに配置されている。それゆえ、高アスペクト比ナノ材料４２２は、ランダム配置で他の高アスペクト比ナノ材料４２２と重なり接触する。
【0029】
図４Ｂは、ナノ材料被覆繊維４００のメッシュ４２０と同様の例示のナノ材料被覆繊維のメッシュの一部分のクローズアップ顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は原子間力顕微鏡法を使用して撮影された。高アスペクト比ナノ材料４２２は、メッシュ４２０の中にランダムに配置されて示されている。それゆえ、高アスペクト比ナノ材料４２２は、ランダム配置で他の高アスペクト比ナノ材料４２２と重なり接触する。
【0030】
図５Ａは、例示のナノ材料被覆繊維５００のセグメントの図である。ナノ材料被覆繊維５００は、図１のナノ材料被覆繊維１００と同様であり、従って伸縮性繊維コア５１０と、高アスペクト比ナノ材料５２２のメッシュ５２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図１のナノ材料被覆繊維１００の説明が参照されてもよい。ナノ材料被覆繊維５００は、長手方向５０２、及び伸縮性繊維コア５１０の外周の周りに延びる周方向５０４を含む。図４Ａのナノ材料被覆繊維４００とは対照的に、高アスペクト比ナノ材料５２２は、周方向５０４との整列に向かって斜交して（ねじれて）おり、周方向５０４は、ナノ材料被覆繊維５００の長手方向５０２に、それゆえ長さに垂直である。
【0031】
図５Ｂは、ナノ材料被覆繊維５００のメッシュ５２０と同様の例示のナノ材料被覆繊維のメッシュの一部分のクローズアップ顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は原子間力顕微鏡法を使用して撮影された。高アスペクト比ナノ材料５２２は、周方向５０４との整列に向かって斜交して配置されて示されている。
【0032】
高アスペクト比ナノ材料５２２が導電性である場合、周方向５０４との整列に向かって斜交したメッシュ５２０は、伸縮、曲げ又は他の変形の際に、ナノ材料被覆繊維５００の長さに沿って長手方向５０２に電気伝導性の接続をより良好に保持する。
【0033】
図６Ａは、例示のナノ材料被覆繊維６００のセグメントの図である。ナノ材料被覆繊維６００は、図１のナノ材料被覆繊維１００と同様であり、従って伸縮性繊維コア６１０と、高アスペクト比ナノ材料６２２のメッシュ６２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図１のナノ材料被覆繊維１００の説明が参照されてもよい。示されるように、ナノ材料被覆繊維６００は、長手方向に第１長さ６０２を有する。
【0034】
図６Ｂは、ナノ材料被覆繊維６００のセグメントの、その長さに沿って伸長したときの図であり、従ってこのセグメントは長手方向に第２長さ６０４を有し、この第２長さ６０４は第１長さ６０２よりも大きい。メッシュ６２０は、相互に接続されたメッシュ構造を伸長のあいだ及び伸長後に実質的に維持する。
【0035】
図６Ｃは、ナノ材料被覆繊維６００のセグメントの、その長さに沿って圧縮されたときの図であり、従ってこのセグメントは長手方向に第３長さ６０６を有し、この第３長さは第１長さ６０２及び第２長さ６０４よりも小さい。メッシュ６２０は、相互に接続されたメッシュ構造を圧縮のあいだ及び圧縮の後に実質的に維持する。
【0036】
図示されるとおり、ナノ材料被覆繊維６００のメッシュ６２０は、ナノ材料被覆繊維６００の伸長及び圧縮のあいだ並びに伸長及び圧縮の後に連続性を維持する。
【0037】
図７は、ナノ材料被覆繊維を製造するための例示の方法７００のフロー図である。方法７００は、例えば図１のナノ材料被覆繊維１００等のナノ材料被覆繊維を製造するために使用されてもよい。従って、方法７００は、導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用されてもよい。方法７００はブロック７０２で始まる。
【0038】
ブロック７０４において、伸縮性繊維コアが得られる。この伸縮性繊維コアは、図１の伸縮性繊維コア１１０と同様であってもよい。伸縮性繊維コアの材料は、図１の伸縮性繊維コア１１０に関して提供された例示の材料のいずれかから選択されてもよい。いくつかの例では、ポリマー製の出発物質が、例えばペレット、円柱状のフィラメント、又は繊維の巻物として保管されて維持され、加熱部で加熱され、所望の直径で加熱部から押し出されてもよい。そのような例では、種々の糸車、引張要素、及び他の機械的手段が伸縮性繊維コアを製造するための形成プロセスを通して材料を案内してもよい。例えば、ＴＰＵの１ｍｍ直径の巻物が約２１０℃〜２４０℃で加熱され、直径約０．５ｍｍのノズルを通して押し出されてもよい。引張要素は、円筒状に集める回転式のスプールを備えてもよい。ポリマー製の出発物質がＴＰＵである例では、そのＴＰＵを約０．０１ｃｍ／ｓ〜約０．０２５ｃｍ／ｓの範囲の速度で加熱要素に供給し、押し出された液体を約１．８ｍ／ｓ〜約４．５ｍ／ｓの速度で回転する円筒の上に引っ張ることにより、約５〜約１００マイクロメートルの範囲の半径を有する伸縮性繊維コアが製造されてもよい。
【0039】
ブロック７０６において、伸縮性繊維コアは高アスペクト比ナノ材料で被覆される。この高アスペクト比ナノ材料は、図１の高アスペクト比ナノ材料１２２と同様であってもよい。方法７００が導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用される場合、高アスペクト比ナノ材料は導電性であり、従って図１の高アスペクト比ナノ材料１２２に関して上で論じられた導電性の高アスペクト比ナノ材料の一覧から選択されてもよい。
【0040】
被覆（コーティング）は、伸縮性繊維コアを被覆材料で被覆するコーティングチャンバーに伸縮性繊維コアを通すことを伴ってもよい。この被覆材料は、粉末形態、揮発性溶媒の溶液、又は別の形態の高アスペクト比ナノ材料を含んでもよい。いくつかの例では、マイクロファイバーが通される開口は、被覆材料が毛細管力によってチャンバー内に保持されるように、十分小さい。
【0041】
伸縮性繊維コアは、高アスペクト比ナノ材料で複数回被覆されてもよい。同じ被覆材料の多数の層が塗布されてもよいし、又は異なる被覆材料の異なる層が塗布されてもよい。従って、いくつかの被覆物が当該方法における種々の段階で塗布されてもよいという点で、ナノ材料被覆繊維の製造方法は、モジュール式であってもよい。
【0042】
ブロック７０８において、高アスペクト比ナノ材料のメッシュが伸縮性繊維コアの周りに形成される。このメッシュは、図１のメッシュ１２０と同様であってもよい。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続して材料特性をナノ材料被覆繊維に付与する。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際にその材料特性を維持する。方法７００が導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用される場合、高アスペクト比ナノ材料は導電性であり、上記材料特性は電気伝導率である。従って、そのような例では、上記メッシュは、伸縮性繊維コアの周りの導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであり、この導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、この導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。方法７００はブロック７１０で終了する。
【0043】
方法７００は、上記高アスペクト比ナノ材料を、ナノ材料被覆繊維の長さに垂直な周方向との整列に向かって斜交させる（ねじる）工程をさらに含んでもよい。従って、伸縮性繊維コアは、長手方向、及び伸縮性繊維コアの外周の周りに延びる周方向を有してもよく、高アスペクト比ナノ材料は、周方向との整列に向かって斜交していてもよい。高アスペクト比ナノ材料の整列を斜交させるために、高アスペクト比ナノ材料は、例えば、伸縮性繊維コアが高アスペクト比ナノ材料の被覆物を通る時に伸縮性繊維コアを回転させるか、又は被覆物を塗布する装置を回転させることによりせん断整列されてもよい。
【0044】
方法７００は、伸縮性繊維コアへのメッシュの接着を高めるために、伸縮性繊維コアを処理する工程をさらに含んでもよい。接着を高めるための処理は、例えば、伸縮性繊維コアの表面を揮発性溶媒で膨潤させること、又は熱を加えて伸縮性繊維コアの表面を部分的に融解及び／又は軟化させることを伴ってもよい。上記処理が伸縮性繊維コアの表面を揮発性溶媒で膨潤させることを伴う場合、その揮発性溶媒は、トルエン、アセトン、メタノール、アセトニトリル、シクロヘキサノン、又はテトラヒドロフランを含んでもよい。
【0045】
方法７００が導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用される場合、方法７００は、導電性のメッシュを電気絶縁層で被覆する工程をさらに含んでもよい。
【0046】
方法７００は、示されるのとまったく同じ順序で実行される必要はない。方法７００のあるブロックがさらなるブロックと結合されてもよいし、又はさらなるブロックへと分割されてもよい。
【0047】
図８は、例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸８００のセグメントの図である。撚り糸８００は、一緒に巻かれた複数の伸縮性繊維コア８１０を含む。例えば、撚り糸８００は、少なくとも第１伸縮性繊維コア８１０Ａと、第１伸縮性繊維コア８１０Ａと一緒に巻かれた第２伸縮性繊維コア８１０Ｂとを含む。撚り糸８００は、いくつかのより多くの伸縮性繊維コア８１０，例えば一緒に巻かれた約７５本又は約１００本の伸縮性繊維コア８１０等を含んでもよい。伸縮性繊維コア８１０は、図１の伸縮性繊維コア１１０と同様であってもよく、伸縮性繊維コア８１０については、さらなる説明のために、図１の説明を参照されてもよい。
【0048】
撚り糸８００は、撚り糸８００の周りに、及び伸縮性繊維コア８１０の間に、例えば第１伸縮性繊維コア８１０Ａと第２伸縮性繊維コア８１０Ｂとの間に被覆された高アスペクト比ナノ材料８２２のメッシュ８２０を含む。メッシュ８２０は、図１のメッシュ１２０と同様であってもよく、メッシュ８２０については、さらなる説明のために、図１の説明を参照されてもよい。従って、メッシュ８２０は、ナノ材料被覆繊維８２２の撚り糸８００の全長にわたって連続して材料特性をナノ材料被覆繊維８２２の撚り糸８００に付与するためのものである。メッシュ８２０は、さらに、ナノ材料被覆繊維８２２の撚り糸８００の長さの伸縮の際にその材料特性を維持するためのものである。
【0049】
図１のナノ材料被覆繊維１００に関して上記したのと同様に、メッシュ８２０によって付与される材料特性は、所定の特性を有し撚り糸８００の周りに、及び伸縮性繊維コア８１０の間にメッシュ８２０を形成する複数の高アスペクト比ナノ材料８２２の協働の結果として現れるナノ材料被覆繊維の撚り糸８００全体に帰属できるいずれの材料特性を挙げてもよい。メッシュ１２０は、材料特性を所定の長さのナノ材料被覆繊維の撚り糸８００に付与するために、ナノ材料被覆された撚り糸８００の全長に、又は少なくともそのセグメントの長さに広がってもよい。撚り糸８００の外部の周りに、及び伸縮性繊維コア８１０の間に形成されているメッシュ８２０は、より安定な材料特性、例えばより安定な電気伝導率を撚り糸８００に付与してもよい。
【0050】
例えば、高アスペクト比ナノ材料８２２は導電性であってもよく、材料特性は電気伝導率であってもよい。換言すれば、それぞれ個々の高アスペクト比ナノ材料８２２の電気伝導率が組み合わされて、全体としての電気伝導率がナノ材料被覆繊維の撚り糸８００に付与される。そのような例では、ナノ材料被覆繊維の撚り糸８００は、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸と呼ばれてもよい。このような導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸は、第１伸縮性繊維コアと、この第１伸縮性繊維コアと一緒に巻かれて撚り糸を形成する第２伸縮性繊維コアと、この撚り糸の周りに、及び第１伸縮性繊維コアと第２伸縮性繊維コアとの間に被覆された導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュとを含み、この導電性のメッシュは、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって電気を伝導し、この導電性のメッシュは、さらに、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。例えば、各々約１０マイクロメートルの直径を有する約１００本の伸縮性繊維コアの撚り糸が一緒に巻かれ、導電性のメッシュで被覆され、そして約５０％までの伸長の間及び伸長の後に約１ｏｈｍ／ｃｍ未満の抵抗率を維持してもよい。
【0051】
撚り糸８００が導電性である例では、多くの伸縮性繊維コアを撚り糸へと一緒に束ねることは、伸長の際に電気伝導率、破断点伸び及び電気伝導率の維持等の特性の改善をもたらしうる。このような撚り糸の電気伝導率は、電子が導電性のメッシュを通って移動するときの自由度に依存し、この自由度は、メッシュが撚り糸の周り、及び撚り糸の個々の伸縮性繊維コアの間に存在するとき向上する。
【0052】
図９は、例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸９００のセグメントの顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は光学顕微鏡法を使用して撮影された。示される撚り糸９００は、図８のナノ材料被覆繊維の撚り糸８００と同様であり、従って複数の伸縮性繊維コアと、撚り糸９００の周り、及び伸縮性繊維コアの間にある高アスペクト比ナノ材料９２２のメッシュ９２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図８のナノ材料被覆繊維の撚り糸８００の説明が参照されてもよい。
【0053】
図１０は、例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸１０００のセグメントの図である。撚り糸１０００は、図８の撚り糸８００と同様であり、従って複数の伸縮性繊維コア１０１０と、撚り糸１０００の周り、及び伸縮性繊維コア１０１０の間にある高アスペクト比ナノ材料１０２２のメッシュ１０２０とを含む。上記の要素のさらなる説明については、図８のナノ材料被覆繊維の撚り糸８００の説明が参照されてもよい。
【0054】
撚り糸１０００は、メッシュ１０２０を取り囲む絶縁層１００２をさらに含む。撚り糸１０００が導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸である場合、絶縁層１００２は、撚り糸１０００の電気絶縁をもたらす。
【0055】
図１１は、ナノ材料被覆繊維の撚り糸を製造するための例示の方法１１００のフロー図である。方法１１００は、ナノ材料被覆繊維の撚り糸、例えば、図８のナノ材料被覆繊維の撚り糸８００等を製造するために使用されてもよい。従って、方法１１００は、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸を製造するために使用されてもよい。方法１１００はブロック１１０２で始まる。
【0056】
ブロック１１０４において、第１伸縮性繊維コアが得られる。この第１伸縮性繊維コアは、図８の第１伸縮性繊維コア８１０Ａと同様であってもよい。ブロック１１０６において、第２伸縮性繊維コアが得られる。この第２伸縮性繊維コアは、図８の第２伸縮性繊維コア８１０Ｂと同様であってもよい。この第１及び第２の伸縮性繊維は、並行して、又は任意の順番で得られてもよい。伸縮性繊維コアを得る工程は、図７の方法７００のブロック７０４と同様であってもよく、さらなる説明のためにブロック７０４が参照されてもよい。
【0057】
ブロック１１０８において、第１伸縮性繊維コアは、高アスペクト比ナノ材料で被覆される。ブロック１１１０において、第２伸縮性繊維コアは、高アスペクト比ナノ材料で被覆される。この高アスペクト比ナノ材料は、図８の高アスペクト比ナノ材料８２２と同様であってもよい。この第１及び第２の伸縮性繊維は、並行して、又は任意の順番で被覆されてもよい。方法１１００が導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用される場合、上記高アスペクト比ナノ材料は導電性である。
【0058】
ブロック１１１２において、第１及び第２の伸縮性繊維コアは、一緒に巻かれて撚り糸が形成される。撚り糸は、多くの個々の伸縮性繊維コアを一緒に機械的に捻じるか、又は複数の伸縮性繊維コア互いの周りに巻くことにより製造されてもよい。
【0059】
ブロック１１１４において、高アスペクト比ナノ材料のメッシュが、伸縮性繊維コアの撚り糸の周りに形成される。このメッシュは、図８のメッシュ８２０と同様であってもよい。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の全長にわたって連続して材料特性をそのナノ材料被覆繊維の撚り糸に付与する。このメッシュは、ナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さの伸縮の際にその材料特性を維持する。例えば、高アスペクト比ナノ材料は導電性であってもよく、材料特性は電気伝導率であってもよい。方法１１００が導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸を製造するために使用される場合、上記高アスペクト比ナノ材料は導電性であり、上記材料特性は電気伝導率である。従ってそのような例では、上記メッシュは、撚り糸の周り、及び第１伸縮性繊維コアと第２伸縮性繊維コアとの間にある導電性の高アスペクト比ナノ材料の導電性のメッシュであり、導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の全長にわたって連続的に導電性であり、導電性のメッシュは、ナノ材料被覆繊維の長さの伸縮の際に電気伝導率を維持する。方法１１００は、ブロック１１１６で終了する。
【0060】
方法１１００は、導電性のナノ材料被覆繊維の撚り糸の長さとの整列に向かって導電性の高アスペクト比ナノ材料を斜交させる工程をさらに含んでもよい。
【0061】
方法１１００が導電性のナノ材料被覆繊維を製造するために使用される場合、方法１１００は、導電性のメッシュを電気絶縁層で被覆する工程をさらに含んでもよい。
【0062】
方法１１００は、示されるのとまったく同じ順序で実行される必要はない。方法１１００のあるブロックがさらなるブロックと結合されてもよいし、又はさらなるブロックへと分割されてもよい。例えば、第１及び第２の伸縮性繊維コアは、いずれの順序で得られ被覆されてもよい。さらに、他の例では、第１及び第２の伸縮性繊維コアは、高アスペクト比ナノ材料で被覆される前に、一緒に巻かれて撚り糸を形成してもよい。
【0063】
図１２は、ナノ材料被覆繊維を製造するための例示の装置１２００である。装置１２００は、図７の方法７００の１つのバリエーションを実施するために使用されてもよい１つの例示の装置である。装置１２００は、高分子材料を維持するための保管庫１２１０と、ナノ材料被覆繊維の伸縮性繊維コアを形成するために使用されるべき高分子材料１２０２を溶融し押し出すための加熱要素１２２０とを備える。装置１２００は、高分子材料１２０２をコーティングユニット１２４０の中へと案内するための案内要素１２３０と、コーティングユニット１２４０を通して及びコーティングユニット１２４０から高分子材料１２０２を引っ張るための引張要素１２５０とをさらに備える。
【0064】
コーティングユニット１２４０は、１以上のコーティングチャンバー１２４２及び処理プロセス１２４４を備える。コーティングチャンバー１２４２は、高アスペクト比ナノ材料の被覆物を高分子材料１２０２に塗布してもよい。コーティングチャンバー１２４２に入る前の乾燥した固体被覆材料、例えば銀ナノ粒子粉末を含有するコーティングチャンバー１２４２について、高分子材料１２０２は、高分子材料１２０２を濡らして被覆材料を高分子材料１２０２に接着させる溶媒に通されてもよい。濡れた高分子材料１２０２が以降のコーティングチャンバー１２４２を通過するときに、乾燥した被覆材料が濡れた高分子材料１２０２に接着し、残留溶媒があればその残留溶媒が急速に蒸発して薄い固体コーティングが残る。コーティングチャンバー１２４２は、高分子材料１２０２がディップコーティングと同様の機構でコーティングチャンバー１２４２を通過するときに、被覆材料の溶液、例えばエタノールに分散した銀ナノワイヤを高分子材料１２０２の上へ塗布してもよい。高分子材料１２０２がコーティングチャンバー１２４２を出るときに、液体−空気界面にある溶媒の急速な蒸発により固体被覆材料の薄層が残る。高分子材料がチャンバーを通過する速度が、塗布される被覆物の得られる厚さを決定してもよい。
【0065】
高分子材料を一連のコーティングチャンバー１２４２に通すことにより、複数の被覆物が塗布されてもよく、導電性材料及び非導電性材料の組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、各々が銀ナノワイヤ等の導電性被覆材料を含有するいくつかのチャンバー１２４２に高分子材料１２０２を通すことにより、堅牢な薄い導電性の被覆物が高分子材料１２０２の上に堆積されて、例えば約１０００ｏｈｍｓ／ｃｍ未満の低線形抵抗率を有する導電繊維が得られてもよい。いくつかの例では、一連の導電性の被覆物の塗布の後で、非導電性の絶縁層が、高分子材料１２０２の上に形成された導電性のメッシュの表面に堆積されてもよい。
【0066】
高分子材料１２０２がＴＰＵを含む例では、高分子材料１２０２は、３つのコーティングチャンバー１２４２を介して銀ナノワイヤで被覆されて、約１０〜約１００ｏｈｍ／ｃｍの線形抵抗率を有するナノ材料被覆繊維が得られてもよい。第１コーティングチャンバー１２４２は、約５０ナノメートルの平均半径を有する銀ナノワイヤの粉末を含有してもよい。高分子材料１２０２を銀ナノワイヤに通すことに先立って、高分子材料１２０２は、高分子材料１２０２を濡らすシクロヘキサノンモジュールに通されてもよい。他の例では、使用される溶媒は、例えばトルエン、メタノール、アセトン、エタノール、テトラヒドロフラン、又はアセトニトリルであってもよい。次に、高分子材料１２０２は、２つの付加的なコーティングチャンバー１２４２に通されてもよく、この２つの付加的なコーティングチャンバー１２４２には、各々、約３０ナノメートルの平均直径及び約１００〜約２００マイクロメートルの長さを有する銀ナノワイヤが約２０ｍｇ／ｍＬの濃度でエタノールに分散された溶液が入っている。生成される最終の銀ナノワイヤ被覆は、厚さが約１マイクロメートル未満であってよく、コーティングチャンバー１２４２内のコーティング溶液の濃度及び高分子材料１２０２がコーティングチャンバー１２４２に通される速度によって制御されてもよい。
【0067】
コーティングチャンバー１２４２又は高分子材料１２０２自体が、高分子材料１２０２に堆積される高アスペクト比ナノ材料の整列を斜交させるために回転されてもよい。約１００〜約２００マイクロメートルの平均長さ及び約３０ナノメートルの平均直径を有する銀ナノワイヤの１マイクロメートル被覆を有する１０マイクロメートルのＴＰＵフィラメントの出発物質の例では、この銀ナノワイヤは、約２０ｍｇ／ｍＬの濃度の上記ナノワイヤの溶液が入っているコーティングチャンバー１２４２をＴＰＵフィラメントが通るときに、ＴＰＵフィラメントを回転させることにより高分子材料１２０２の表面の周りに螺旋状に巻かれてもよい。螺旋状ナノワイヤのピッチは、高分子材料１２０２がコーティングチャンバー１２４２を通されるときに高分子材料１２０２が回転される速度によって制御される。
【0068】
処理プロセス１２４４は、特定の処理を高分子材料１２０２に提供するために適用できる任意の装置を備える。例えば、処理プロセス１２４４は、高分子材料１２０２の最外層を部分的に融解又は軟化させて高分子材料１２０２と塗布された被膜との界面の強化をもたらすために、高分子材料１２０２の融解温度の近くの温度に維持された加熱用チャンバー又は加熱用コイルを備えてもよい。別の例として、処理プロセス１２４４は、化学品塗布チャンバー、例えば高分子材料１２０２への被膜の接着を高めるために、高分子材料１２０２をシクロヘキサノン、アセトン、メタノール、トルエン、又はアセトニトリル等の溶媒で処理するためのチャンバーを備える。
【実施例】
【0069】
図１３は、例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸の電気抵抗（Ω／ｃｍ）を歪み（％）の関数として示すプロットである。試験した例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸は、各々約３０マイクロメートルの直径を有する６０本の伸縮性繊維コアを含み、それらが約２３２マイクロメートルの直径の撚り糸へと一緒に巻かれている。この伸縮性繊維コアはＴＰＵから作製され、その撚り糸の周りに厚さが約１００ナノメートルの銀ナノワイヤのメッシュが被覆されている。この銀ナノワイヤは、約２００マイクロメートルの平均長さ及び約３０ナノメートルの直径、従って約６６６７：１の長さ対直径比を有する。伸縮性繊維コアは、銀ナノワイヤとＴＰＵとの間の接着を高めるために、加熱及びトルエンの塗布で処理された。
【0070】
上記撚り糸に、種々の程度の長さ方向の伸長という歪みを与えた。このプロットは、撚り糸が約０％歪みで約２Ω／ｃｍ、約１０％歪みで約３Ω／ｃｍ、約２０％歪みで約４Ω／ｃｍ、約３０％歪みで約５Ω／ｃｍ、及び約４０％歪みで約６Ω／ｃｍの抵抗値を有することを示す。
【0071】
図１４は、一連の伸長サイクルにわたる例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸の電気抵抗（Ω／ｃｍ）を示すプロットである。試験した例示のナノ材料被覆繊維の撚り糸は、各々約３０マイクロメートルの直径を有する３０本の伸縮性繊維コアを含み、それらが約１６４マイクロメートルの直径を有する撚り糸へと一緒に巻かれている。この伸縮性繊維コアはＴＰＵから作製され、その撚り糸の周りに厚さが約１００ナノメートルの銀ナノワイヤのメッシュが被覆されている。この銀ナノワイヤは、約２００マイクロメートルの平均長さ及び約３０ナノメートルの直径、従って約６６６７：１の長さ対直径比を有する。伸縮性繊維コアは、銀ナノワイヤとＴＰＵとの間の接着を高めるために、加熱及びトルエンの塗布で処理された。
【0072】
上記撚り糸に、交互に、約２０％の長さ方向の伸長という歪みを与え及び緩和し、これを約１２０サイクル繰り返した。このプロットは、撚り糸が約２０％歪みで約７Ω／ｃｍの抵抗値に到達し、緩和すると約４Ω／ｃｍに戻ることを示す。撚り糸は、試験全体にわたって約２０％歪みで約７Ω／ｃｍ抵抗率及び緩和時に約４Ω／ｃｍ抵抗率を実質的に維持する。
【0073】
それゆえ、材料コーティングは、繊維がその材料自体から作製された場合に有する可能性がある望ましくない副次的効果なしに、その材料が持つ望ましい材料特性を繊維にもたらす可能性がある。例えば、繊維が過度の剛性なしに導電性になりうる。
【0074】
請求項の範囲は、上記の例によって限定されることはなく、請求項の範囲には、上記説明全体と整合する最も広い解釈が与えられるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【国際調査報告】