JP2022553188A - パターン化された濾過によって組み立てられるパターン化されたナノファイバーアレイ - Google Patents

Abstract

互いに物理的に分離された離散的ナノファイバーフィルムのアレイについて説明する。ナノファイバーフィルムアレイを形成するための技術も説明する。これらの構造を形成するための技術には、パターン化された基材上にナノファイバー及び／またはナノ粒子の懸濁液を配置することが含まれる。圧力差が印加され、マスクの穴を通して懸濁液の溶媒が引き出される。ナノファイバーは、溶媒が穴を通って流れるときに、マスクのネガティブな形状（溝、穴、溝）に対応するパターンでマスクの不浸透性層に集まる。【選択図】なし

Description

関連出願
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１９年１０月２４日に出願された「ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＮＡＮＯＦＩＢＥＲ ＡＲＲＡＹＳ」と題する米国仮特許出願第６２／９２５，５１９号、及び２０２０年１月１７日に提出された「ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＮＡＮＯＦＩＢＥＲ ＡＲＲＡＹＳ ＡＳＳＥＭＢＬＥＤ ＴＨＲＯＵＧＨ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＦＩＬＴＲＡＴＩＯＮ」と題する米国仮特許出願第６２／９６２，５３２号に対する優先権を主張するものであり、これらはそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、概してナノファイバーに関する。具体的には、本開示は、パターン化されたナノファイバーアレイを形成するための技術に関する。

ナノファイバーは、並はずれた機械的特性、光学的特性、及び電子的特性を有することが知られている。しかしながら、ナノファイバーのナノスケールの寸法のために、市販の製品に統合できるナノファイバーの構成を考案することは困難であった。ナノファイバーの商業的に有用な実施形態の開発における進歩の一例は、ナノファイバーの「フォレスト」の製造である。このフォレストは、基材表面に垂直に成長した平行なナノファイバーのアレイである。フォレストは基材からナノファイバーシートに引き出すことができ、ナノファイバーはシートの平面内で互いに平行になる。次に、ナノファイバーシートを任意選択でナノファイバーヤーンに形成することができる。

第１の例では、基材上に複数の離散的ナノファイバーフィルムを形成する方法は、マスク及びマスクの反対側の多孔質層を有するフィルターアセンブリを提供することであって、フィルターアセンブリは、マスクに隣接する膜を含み、マスクは複数の穴を画定している、提供することと、フィルターアセンブリの膜上に、溶媒に懸濁されたナノファイバーを含むナノファイバー懸濁液を配置することと、フィルターアセンブリに圧力差を印加することであって、圧力差がマスクの複数の穴のうちの穴を通して溶媒を流す、印加することと、穴を通して溶媒を流すことに応じて、複数の穴のうちの穴に対応する位置で膜上にナノファイバー構造を形成することと、を含む。膜は、溶媒に対して透過性で、溶媒中に懸濁されたナノファイバーに対して透過性ではないものであり得る。複数の穴は幾何学的形状の規則的なパターンを形成することができ、ナノファイバー構造は離散的ナノファイバーフィルムを含むことができ、ナノファイバーフィルムはそれぞれ、ナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む。ナノファイバーフィルムは、導電性ナノ粒子を含むことができ、この方法は、膜からナノファイバー構造を除去し、ナノファイバー構造を第２の基材上に配置することを含むことができる。

第２の例では、ナノファイバー基材上に複数の離散的導電性構造を形成する方法は、マスク及びマスクの反対側の多孔質層を有するフィルターアセンブリを提供することであって、マスクは複数の穴を画定している、提供することと、ナノファイバー基材をマスク上に配置することと、ナノファイバー基材と流体連通している溶媒中に導電性ナノ粒子の懸濁液を配置することと、フィルターアセンブリに圧力差を印加することであって、圧力差がマスクの複数の穴のうちの穴に溶媒を強制的に通す、印加することと、複数の穴のうちの穴に対応するパターンでナノファイバー基材上に導電性構造を形成することと、を含む。ナノファイバー基材は、濾過されたナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む濾過されたナノファイバーフィルムであり得る。ナノファイバー基材は、引き出されたナノファイバーシートの平面内に端から端まで整列された複数のナノファイバーを含む引き出されたナノファイバーシートであり得る。導電性ナノ粒子は、銀（Ａｇ）ナノワイヤを含むことができる。複数の穴は、幾何学的形状の規則的なパターンを形成することができ、導電性構造は、複数の穴に対応する幾何学的形状の規則的なパターンであり得る。この方法は、フィルターアセンブリ及びその上のナノファイバー基材を水中に浸漬することによってナノファイバー基材を除去することを含むことができ、さらに、ナノファイバー基材及びその上の導電性構造を最終基材上に配置することを含み得る。

別の例では、ナノファイバー構造は、基材上の複数のナノファイバーフィルムを含み、ナノファイバーフィルムは、フィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む。ナノファイバーフィルムは、均質または不均質であり得、離散して互いに分離されたものであり得、及び／またはフィルムの規則的なアレイを形成することができる。複数のナノファイバーフィルムの少なくとも１つは、幾何学的形状であり得る。

別の例では、複合構造は、ナノファイバー基材と、ナノファイバー基材上のアレイ内の複数の導電性構造とを含む。ナノファイバー基材は、引き出されたナノファイバーシートの平面内に端から端まで整列された複数のナノファイバーを含む引き出されたナノファイバーシートであり得る。それは、濾過されたナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む濾過されたナノファイバーフィルムであり得る。アレイは、幾何学的形状の規則的なパターンにすることができる。

別の例では、方法は、多孔質層及び多孔質層上のマスクを含むフィルタースタックを組み立てることであって、マスクは、マスクの表面レベルより下の穴及び／またはネガティブな形状のパターンを含む、組み立てることと、多孔質層を固定することと、圧力差をフィルタースタックに印加することであって、圧力差によりスタックの下よりもスタックの上で圧力がより高くなる、印加することと、溶媒の懸濁液と、ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数とをフィルタースタック上に配置することと、印加された圧力差に応じて、マスクの穴を通して溶媒が流れるようにすることと、ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数、のアレイを濾過して取り除くことであって、アレイは、マスクの穴及び／またはネガティブな形状のパターンに対応する１つまたは複数の層を形成する、濾過して取り除くことと、を含む。この方法は、ナノファイバーシートまたはナノファイバーフィルムをマスク上に配置することと、懸濁液をナノファイバーシートまたはナノファイバーフィルムと接触させて配置することとを含むことができ、ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数がナノファイバーシート上の穴及び／またはネガティブな形状のパターンに形成される。圧力差は、フィルタースタックの上の圧力に対してフィルタースタックの下の圧力を下げるか、フィルタースタックの下の圧力に対してフィルタースタックの上の圧力を上げることによって印加できる。

別の例は、ナノファイバーの懸濁液の流体成分を、膜、マスク、及び多孔質層を通して流して、流体成分をナノファイバーから分離することと、マスクの穴のパターンに対応するパターンでナノファイバーを膜上に分散させることによってナノファイバーフィルムを形成することと、ナノファイバーフィルムを膜から分離することと、を含む方法である。

別の例は、ナノファイバー膜上に導電性構造を形成する方法であり、この方法は、導電性ナノ粒子の懸濁液の流体成分を、ナノファイバー膜、マスク、及び多孔質層を通して流すことと、導電性ナノ粒子を流体成分から分離して、ナノファイバー膜上に導電性構造のパターンを形成することと、を含む。流体成分は、膜、マスク、次に多孔質層の順に構造を通って流され得る。

一実施形態における、基材上のナノファイバーの例示的なフォレストの顕微鏡写真である。 一実施形態における、ナノファイバー成長のための例示的な反応器の概略図である。 一実施形態における、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り、シートの表面に平行な平面で端から端まで整列したシート内のナノファイバーを概略で示す。 一実施形態における、ナノファイバーシートがナノファイバーフォレストから横方向に引き出されているＳＥＭ顕微鏡写真であり、ナノファイバーは概略で端から端まで整列している。 一実施形態における、単層及び／または少数層カーボンナノチューブと混合された、より大きくより長い多層カーボンナノファイバーを含む濾過されたナノチューブフィルムの一部の概略図であり、これらのすべてがフィルムの平面内でランダムに配向されている。 一実施形態における、例示的なパターン化ナノファイバーアレイ及びパターン化アレイが形成される処理構造の断面側面図である。 （Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｆ）は、様々なマスクの平面図を示しており、実施形態では、それぞれが、対応するナノファイバーアレイを形成するために使用できる異なるパターンの穴を含む。（Ｂ）、（Ｅ）、及び（Ｇ）は、実施形態において、図７（Ａ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｆ）に示される対応するマスクを使用することによって形成されたナノファイバーアレイの平面図を示す。 一実施形態において、次にフィルターアセンブリの表面上にあるナノファイバーフィルム上に形成された、ナノファイバー及び／または導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数の、例示的なパターン化されたアレイの断面側面図である。 一実施形態における、導電性構造のアレイが配置されたナノファイバー基材を示す。

図は、例示だけの目的のために本開示の種々の実施形態を示す。多くの変形、構成、及び他の実施形態は、以下の詳細な説明から明らかになる。さらに、理解されるように、図面は、必ずしも一定の比率で描かれておらず、または説明された実施形態を示される特定の構成に限定することが意図されていない。例えば、いくつかの図は、概して、直線、直角、及び滑面を示すが、開示される技術の実際の実施態様は、完全ではない直線及び直角を有し得、いくつかの特徴は、製造プロセスの現実世界の制限を考慮して、表面トポグラフィーを有し得るか、またはそうでなければ非平滑であり得る。簡潔に、図は、単に例示的な構造を示すために提供される。

概要
ナノファイバーは、多くの場合、同様に構成されたバルク材料には存在しない、特異な興味深い特性を有している。しかしながら、個々のナノファイバーのナノスケールの寸法のため、一部のナノファイバーベースの材料は扱いが難しい場合がある。例えば、カーボンナノファイバーシートは多くの興味深い特性を備えているが、物理的に繊細であり、処理中に最も微妙な力でさえも裂けたり、折れ曲がったり、損傷したりする可能性がある。実験室での空気処理装置またはオペレーターの呼吸によって引き起こされる空気の流れは、ナノファイバーシートに損傷を与えることがある。この物理的にデリケートな性質のため、一部の開発努力は、ナノファイバー材料の異常な特性の調査と適用だけでなく、これらの材料の処理の改善にも焦点を当てている。

本明細書に記載の技術は、基材上に互いに分離された複数の離散的ナノファイバー構造（等価的に「アレイ」と呼ばれる）を形成するための液相法を含む。ナノファイバー構造の例には、個々のナノファイバーがフィルムの平面内で相互にランダムに配向されている濾過されたフィルムが含まれる。本明細書に記載の技術はまた、ナノファイバーフィルム上に他の構造のアレイ（例えば、銀ナノワイヤドットまたはストリップ）を形成するための液相法を含むことができる。

これらのアレイとアレイの製造方法を説明する前に、ナノファイバー、ナノファイバー濾過されたフィルム、ナノファイバーフォレストとシートについて説明する。

ナノファイバーフォレスト
本明細書に使用される場合、用語「ナノファイバー」は、１μｍ未満の直径を有する繊維を意味する。本明細書の実施形態が、カーボンナノチューブから製造されると主として記載される一方で、他の炭素同素体（グラフェン、ミクロンまたはナノ寸法のグラファイト繊維及び／またはプレートにかかわらず）ならびにナノ寸法繊維の他の組成物（例えば、窒化ホウ素）は、後述する技術を使用して処理してもよいことが理解されよう。本明細書に使用される場合、用語「ナノファイバー」及び「ナノチューブ」は互換的に使用され、原子が互いに結び付けられて円筒形構造を形成する単層ナノチューブ、少数層ナノチューブ及び／または多層カーボンナノチューブの両方を含む。いくつかの実施形態では、本明細書において参照する多層ナノチューブは、６層～２０層を有する。本明細書に使用される場合、「ナノファイバーシート」または単に「シート」は、引き出しプロセス（ＰＣＴ公開番号第ＷＯ２００７／０１５７１０号に説明され、参照によりその全体が本明細書に援用される）によって整列したナノファイバーのシートを指すので、シートのナノファイバーの長手方向軸は、シートの主面に垂直であるよりもむしろ、シートの主面に平行である（すなわち、多くの場合「フォレスト」と呼ぶシートが成膜されたままの形態になる）。これは、各々、図３及び図４に例示され、示される。

ナノチューブの寸法は、使用する製造方法に応じて大きく変わり得る。例えば、カーボンナノチューブの直径は、０．４ｎｍ～１００ｎｍである場合があり、その長さは１０μｍ～５５．５ｃｍを超える範囲となる場合がある。また、カーボンナノチューブは、１３２，０００，０００：１以上の、またはそれよりも高い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。様々な寸法の可能性を考慮して、カーボンナノチューブの特性は、高度に調節可能または「調整可能」である。カーボンナノチューブの多くの興味深い特性が確認されているが、実際の用途でカーボンナノチューブの特性を利用するには、カーボンナノチューブの特徴を維持またはそれを強化するのを可能にする、スケーラブルで制御可能な製造方法を必要とする。

ナノチューブはその特有の構造により、カーボンナノチューブを特定用途に適合させる特定の機械的、電気的、化学的、熱的、及び光学的特性を有する。特に、カーボンナノチューブは優れた電気伝導度、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、また、有用な光学特性を示し得る。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放出または検出するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光検出器で使用され得る。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有用であることが判明する場合がある。

本開示の様々な実施形態によれば、ナノファイバー（カーボンナノチューブを含むが、これに限定されない）は、「フォレスト」と本明細書で呼ぶ構成を含む多様な構成で配列できる。本明細書に使用される場合、ナノファイバーまたはカーボンナノチューブの「フォレスト」は、基材上で互いに実質的に平行に配列されるほぼ同等の寸法を有するナノファイバーのアレイを指す。図１は、基材上のナノファイバーの例示的なフォレストを示す。基材は任意の形状であってよいが、いくつかの実施形態では、基材は、フォレストが集合する平面を有する。図１に見られることができるように、フォレスト内のナノファイバーは、ほぼ等しい高さ及び／または直径であることができる。

本明細書に開示されるようなナノファイバーフォレストは、相対的に高密度であることができる。具体的には、開示されたナノファイバーフォレストは、少なくとも１０億ナノファイバー／ｃｍ^２の密度を有することができる。いくつかの特定の実施形態では、本明細書に説明されるようなナノファイバーフォレストは、１００億／ｃｍ^２～３００億／ｃｍ^２の間の密度を有することができる。他の例では、本明細書に説明されるようなナノファイバーフォレストは、９００億ナノファイバー／ｃｍ^２の範囲の密度を有することができる。このフォレストは高密度または低密度の領域を含むことができ、特定の領域はナノファイバーがない場合がある。また、フォレスト内のナノファイバーは、繊維間結合性を示すことができる。例えば、ナノファイバーフォレスト内の隣接するナノファイバーは、ファンデルワールス力によって相互に引き付けられ得る。いずれにせよ、本明細書に説明する技術を適用することによって、フォレスト内のナノファイバーの密度を高めることができる。

ナノファイバーフォレストを製造する方法は、例えば、参照によりその全体が本明細書に援用されるＰＣＴ第ＷＯ２００７／０１５７１０号に説明されている。

ナノファイバー前駆体フォレストを生成するために多様な方法を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ナノファイバーは、図２に概略で示す高温炉内で成長し得る。いくつかの実施形態では、触媒は、基材上に堆積され、反応器に載置され、次に、反応器に供給される燃料化合物に曝露され得る。基材は８００℃またはさらに１０００℃よりも高い温度にも耐えることができ、不活性物質であり得る。Ｓｉウェハ（例えば、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＯ_２、ガラスセラミックス）の代わりに他のセラミック基材が使用される場合もあるが、基材は、下にあるシリコン（Ｓｉ）ウェハ上に配置されたステンレス鋼またはアルミニウムを含み得る。前駆体フォレストのナノファイバーがカーボンナノチューブである例では、アセチレン等の炭素系化合物を燃料化合物として使用し得る。反応器に導入された後、次に、燃料化合物（複数可）は触媒上に蓄積し始め得、基材から上に成長することにより集合して、ナノファイバーのフォレストを形成し得る。反応器は、また、燃料化合物（複数可）及びキャリアガスが反応器に供給され得るガス入口と、消費された燃料化合物及びキャリアガスが反応器から放出され得るガス出口とを含み得る。キャリアガスの例は、水素、アルゴン、及びヘリウムを含む。これらのガス（特に水素）もまた、ナノファイバーフォレストの成長を促進するために反応器に導入されることができる。加えて、ナノファイバーに撮影されるドーパントをガス流に添加し得る。

多層ナノファイバー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つのナノファイバーフォレストが基材上に形成され、その後、第１のナノファイバーフォレストと接触する第２のナノファイバーフォレストの成長が続く。多層ナノファイバーフォレストは、第１のナノファイバーフォレストを基材上に形成し、触媒を第１のナノファイバーフォレスト上に堆積させ、次に、追加の燃料化合物を反応器に導入して、第１のナノファイバーフォレスト上に位置付けられる触媒から第２のナノファイバーフォレストの成長を促進することによる等、多くの適切な方法によって形成することができる。適用される成長方法、触媒の種類、及び触媒の場所に応じて、第２のナノファイバー層は第１のナノファイバー層の上で成長し得るか、または例えば水素ガス等で触媒をリフレッシュした後、基材上で直接成長し得るかのいずれかにより、第１のナノファイバー層の下で成長する。いずれにせよ、第２のナノファイバーフォレストは、第１のナノファイバーフォレストのナノファイバーとほぼ端から端まで整列されることができるが、第１のフォレストと第２のフォレストとの間で容易に検出可能な界面がある。多層ナノファイバーフォレストは、任意の数のフォレストを含み得る。例えば、多層前駆体フォレストには、２、３、４、５、またはそれよりも多いフォレストを含み得る。

ナノファイバーシート
フォレスト構成での配置に加えて、本出願のナノファイバーもまたシート構成で配置され得る。本明細書で使用される場合、用語「ナノファイバーシート」、「ナノチューブシート」、または単に「シート」は、ナノファイバーが平面内で端から端へ整列したナノファイバーの配置を指す。例示的なナノファイバーシートの図は、寸法のラベルとともに図３に示される。いくつかの実施形態では、シートは、シートの厚さよりも、１００倍より大きい長さ及び／または幅を有する。いくつかの実施形態では、長さ、幅またはその両方は、シートの平均厚さよりも１０^３倍、１０^６倍、または１０^９倍超大きい。ナノファイバーシートは、例えば、約５ｎｍから３０μｍの間の厚さ、ならびに意図された用途に適している任意の長さ及び幅を有することができる。いくつかの実施形態では、ナノファイバーシートは、１ｃｍから１０メートルの間の長さ、及び１ｃｍから１メートルの間の幅を有することができる。これらの長さは、説明のために提供されるに過ぎない。ナノファイバーシートの長さ及び幅は、ナノチューブ、フォレスト、またはナノファイバーシートのうちのいずれかの物理的特性または化学的特性ではなく、製造機器の構成によって制約される。例えば、連続プロセスは、任意の長さのシートを製造することができる。これらのシートは、製造される際に、ロールに巻き付けることができる。

図３に示すように、ナノファイバーが端から端へ整列した軸をナノファイバーアライメントの方向と呼ぶ。いくつかの実施形態では、ナノファイバーアライメントの方向は、ナノファイバーシート全体にわたって連続的であり得る。ナノファイバーは必ずしも互いに完全に平行ではなく、ナノファイバーアライメントの方向がナノファイバーのアライメントの方向の平均的または一般的な尺度であることが理解される。

ナノファイバーシートは、シートを製造することができる任意のタイプの適切なプロセスを使用して集合させ得る。いくつかの例示的な実施形態では、ナノファイバーシートは、ナノファイバーフォレストから引き出され得る。ナノファイバーフォレストから引き出されるナノファイバーシートの実施例を、図４に示す。

図４に示すように、ナノファイバーは、フォレストから横方向に引き出されて、次に端から端まで整列して、ナノファイバーシートを形成することができる。ナノファイバーシートがナノファイバーフォレストから引き出される実施形態では、フォレストの寸法を制御して、特定の寸法を有するナノファイバーシートを形成することができる。例えば、ナノファイバーシートの幅は、シートが引き出されたナノファイバーフォレストの幅にほぼ等しくてもよい。さらに、シートの長さは、例えば、所望のシート長が達成されたときに引き出しプロセスを終了することなどによって制御されることができる。

ナノファイバーシートは、様々な用途に利用されることができる多くの特性を有する。例えば、ナノファイバーシートは、調整可能な不透明度、高い機械的強度及び可撓性、熱伝導度及び電気伝導度を有することができ、そしてまた疎水性を示すことができる。シート内のナノファイバーの高度なアライメントを考慮すると、ナノファイバーシートは極端に薄い可能性がある。いくつかの例では、ナノファイバーシートは約１０ｎｍオーダーの厚さであり（通常の測定公差内で測定した場合）、その厚さはほぼ２次元で表される。他の例では、ナノファイバーシートの厚さは、２００ｎｍまたは３００ｎｍになり得る。そのため、ナノファイバーシートは構成要素に最小限の追加の厚さを加えることができる。

ナノファイバーフォレストと同様に、ナノファイバーシート中のナノファイバーに、シートのナノファイバーの表面に化学基または元素を追加することによって処理剤で機能をもたせることができ、それはナノファイバー単独とは異なる化学活性を提供する。ナノファイバーシートの機能付与は、以前に機能をもたせたナノファイバーで実行されることができる、または以前に機能をもたせていないナノファイバーで実行され得る。機能付与は、ＣＶＤ及び多様なドーピング技法を含むがこれらに限定されない、本明細書に説明する技術のいずれかを使用して実行できる。

また、ナノファイバーシートは、ナノファイバーフォレストから引き出されると高純度を有することができ、いくつかの例では、９０％超、９５％超、または９９％超のナノファイバーシートの重量パーセントはナノファイバーに起因する。同様に、ナノファイバーシートは、９０重量％超、９５重量％超、９９重量％超または９９．９重量％超の炭素を含むことができる。

濾過されたナノファイバーフィルム
組み立てられたナノファイバーの別の平面形態は、１つまたは複数の多層ナノチューブ、少数層ナノチューブ、及び／または単層ナノチューブは溶媒に分散され（すなわち、ナノチューブの大部分が個別に懸濁され、他のナノチューブに吸着されない）、その後ランダムに配向されたカーボンナノチューブのシートに形成される、「濾過されたフィルム」である。個々のナノチューブが溶媒中に均一に分散するこの能力は、次に、懸濁されたナノファイバーから溶媒を除去することによって形成される寸法的に均一な（すなわち、均一な厚さの）ナノチューブフィルムを製造することができる。この物理的均一性（複数の濾過されたフィルムを互いに積み重ねることによってさらに改善される）は、フィルム全体の特性の均一性（例えば、放射線に対する透過性）も改善することができる。

明確にするために、多層ナノチューブは、４～２０個の同心層及び４ｎｍ～１００ｎｍの直径を有すると見なされ、少数層ナノチューブは、２～３個の同心層及び２ｎｍ～６ｎｍの直径を有すると見なされ、単層カーボンナノチューブは、１つの層と０．２ｎｍ～４ｎｍのチューブ直径を有すると見なされる。

これらの３つの異なるタイプのナノチューブはそれぞれ異なる特性を有することができる。一例では、少数層カーボンナノチューブ及び単層カーボンナノチューブを溶媒中により便利に分散させて（すなわち、ナノチューブの大部分を個別に懸濁し、他のナノチューブに吸着させずに）、その後ランダムに配向したカーボンナノチューブのシートに形成することができる。個々のナノチューブが溶媒中に均一に分散するこの能力は、次に、懸濁されたナノファイバーから溶媒を除去することによって形成される寸法的に均一なナノチューブ濾過されたフィルムを製造することができる。ナノファイバー間のファンデルワールス引力の強さも、単層／少数層ナノファイバーと多層ナノファイバーの間で異なる。一般的に、単層／少数層ナノファイバーは、多層ナノファイバーで観察されるものよりも、互いにファンデルワールス引力が大きくなっている。単層／少数層ナノファイバー間のこの引力の増加により、単層／少数層のカーボンナノチューブが互いに接着して、濾過されたフィルムなどのコヒーレントなナノファイバー構造を形成する能力を向上させることができる。単層カーボンナノチューブ及び少数層カーボンナノチューブから形成されたシートまたはフィルムは、多層カーボンナノチューブから形成されたシートまたはフィルムよりも小さい寸法で、下にある表面のトポグラフィーに適合することができる。いくつかの例では、単層カーボンナノチューブ及び／または少数層カーボンナノチューブから形成されたシートまたはフィルムは、多層カーボンナノチューブフィルムが適合できる特徴サイズよりも少なくとも５０％小さい１０ｎｍという小さな下にある基材のトポグラフィーに適合できる。場合によっては、多層カーボンナノチューブは単層／少数層ナノチューブが一緒に凝集し、それによって、下にある表面に適合及び／または接着する可能性がより低い構造的に不均一なフィルムを製造する。

濾過されたフィルムの調製は、１つまたは複数の多層ナノチューブ、少数層ナノチューブ、及び／または単層ナノチューブの所望の割合の乾燥混合物を調製することから始めることができる。次に、異なるタイプのナノチューブの１つまたは複数のこの混合物を溶媒に懸濁することができる。別の例では、溶媒中の既知の濃度のナノチューブの別個の懸濁液が調製される。例えば、多層カーボンナノチューブ、少数層カーボンナノチューブ、及び単層カーボンナノチューブの別個の懸濁液を調製することができる。次に、懸濁液を所望の比率で混合して、組み合わされた懸濁液における、そして最終的には最終的な濾過されたフィルムにおける、多層及び単層／少数層ナノチューブの所望の相対比率に到達することができる。

いくつかの例において、ナノチューブ懸濁液を調製するために使用される溶媒は、水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ）、及びそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、溶媒中のカーボンナノファイバーの均一な分散を助けるために界面活性剤を含めることもできる。界面活性剤の例には、コール酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）が含まれるが、これらに限定されない。溶媒中の界面活性剤の重量パーセントは、任意の有効濃度、例えば、０．１重量％～１０重量％の溶媒であり得る。一組の実施形態では、多層カーボンナノチューブと少数層／単層カーボンナノチューブの混合物を調製して、水とＳＤＳ界面活性剤に懸濁させることができる。重量による多層カーボンナノチューブと単層（または少数層）カーボンナノチューブの比率は、１００％多層から１００％単層まで変化可能であり、０％ 多層、２０％多層、４０％多層、６０％多層、または８０％多層、及びそれらの間のすべての比率を含む。溶媒中のナノチューブの混合及び懸濁には、機械的混合（例えば、磁気攪拌棒及び攪拌プレートを使用する）、超音波攪拌（例えば、液浸超音波プローブを使用する）または他の手段が含まれ得る。

上記のように、本明細書に記載の例には、１つのタイプのナノファイバー（例えば、単層、少数層、多層）またはこれらの異なるタイプのナノファイバーの組み合わせから形成することができるナノファイバーフィルムが含まれる。複数の種類のナノファイバーで構成されている例は、様々な種類のナノファイバーの組み合わせまたは混合により、「複合フィルム」として説明できる。本明細書のいくつかの例では、多層カーボンナノチューブは、約３００μｍ（＋／－１０％）の長さの中央値を有することができる。以下の説明に照らして理解されるように、少なくとも２５０μｍ以上の長さを有する多層カーボンナノチューブを濾過されたフィルムに含めることができ、一般的に短い（例えば、０．５μｍから３０μｍの）単層及び／または少数層カーボンナノチューブも含む濾過されたフィルムの機械的安定性を改善することができる。より長い多層ナノチューブまたはより短い単層／少数層カーボンナノチューブのいずれかのみから形成されたフィルムは、一般に、多層及び単層／少数層カーボンナノチューブの混合物を含むものほど耐久性がない（つまり、亀裂や崩壊などの機械的故障に耐性がない）。

図５は、本開示の一例における、複合ナノチューブ濾過されたフィルム５００の概略図である。示されるように、複合ナノチューブ濾過されたフィルム５００は、多層カーボンナノチューブ５０８と相互分散している単層／少数層ナノチューブ５０４を含む。この例示のフィルム５００では、単層／少数層カーボンナノチューブ５０４は、全体として、フィルム５００の構造に少なくとも２つの有益な効果をもたらすことができる。例えば、単層／少数層カーボンナノチューブ５０８は、近接する多層カーボンナノチューブ５０４間のギャップを埋めることにより、近接する多層カーボンナノチューブ５０８間の間接接続の数を増やすことができる。短いナノファイバーと長いナノファイバーの間の相互接続は、フィルムに印加される力の伝達と分散を改善し、したがって耐久性を改善することができる。有益な効果の２番目の例では、単層／少数層カーボンナノチューブ５０４は、隣接する及び／または重なり合う多層カーボンナノチューブ５０８の間のギャップの中央値及び／または平均値サイズを減少させることができ、これはいくつかの実施形態にとって有利であり得る。さらに、より長い多層カーボンナノチューブは多すぎると、溶媒に分散したときに凝集する可能性がある。これにより、フィルムが不均一になる可能性がある。より短いナノチューブは、溶媒中でより容易に分散され、したがって、単位体積または面積あたりのナノチューブの均一な密度を有する寸法的に均一なフィルムを形成する可能性が高い。

ナノファイバー濾過されたフィルムの特性
濾過されたフィルム、特に単層及び／または少数層カーボンナノチューブで作られたフィルムはまた、一般に、いくつかの波長の放射線に対してより高い透過性を有している。いくつかの例では、入射放射線の透過率は、５５０ｎｍで９０％または９７％に達する可能性がある。いくつかの場合では、この透過率は、多層カーボンナノチューブの引き出されたシート（以下で説明するカーボンナノチューブフォレストから引き出されたシートなど）よりも大幅に高くなる。理論に拘束されることを望まないが、引き出されたシート中のナノチューブの整列した配向は、濾過されたフィルムと比較して放射線の散乱を増加させると考えられている。部分的には、濾過されたフィルム（ランダムに配向されたナノチューブを備える）の透過性が高いため、様々な用途で濾過されたカーボンナノチューブフィルムから透明なフィルターとペリクルを形成することに関心が集まっている。

上記の単層カーボンナノチューブ及び少数層カーボンナノチューブの利点にもかかわらず、多層カーボンナノチューブはまた、単層または少数層ナノチューブから形成されたナノチューブ構造において必ずしも同程度に観察されるとは限らない利点を有する。例えば、多層カーボンナノチューブから形成された構造は、一般に、少数層／単層カーボンナノチューブから形成された構造よりも大きな放射率を有することが観察されている。理論に拘束されることを望まないが、層数が多く、多層カーボンナノチューブの直径が大きいことが、放射率の増加の要因であると考えられている。例えば、多層カーボンナノチューブ構造（例えば、ナノチューブフォレスト、ナノチューブシート）は、単層／少数層ナノチューブから形成されたナノチューブ構造よりも高い熱放射率を有している。一比較例では、多層カーボンナノチューブを含むナノファイバー構造の放射率は、０．２７５（＋／－１５％）のオーダーであるが、単層カーボンナノチューブを含むナノファイバー構造は、０．０５（＋／－１５％）という大幅に低い放射率を有することができる。高い放射率は、プロセスがナノファイバー構造内で加熱を引き起こす可能性があり、ナノファイバー構造の伝導性または対流性冷却のメカニズムが制限されているか、技術的に実現可能ではない技術的用途において特に有利である。

特定の波長の放射線（例えば、１０ｎｍから１２４ｎｍの範囲の極紫外線または「ＥＵＶ」）に対して透過性を有するナノファイバー構造は、ＥＵＶリソグラフィーデバイスのフィルター（「ペリクル」とも呼ばれる）としての使用が期待されている。ペリクルは、粒子フィルターとして機能することができ、異物が、パターン化されている材料の表面に付着するのを防ぎ、及び／または光活性表面をパターン化するために使用されているリソグラフィーマスクの表面に付着することを防ぐ。これにより、リソグラフィーで導入される欠陥の割合が減少し、パターン化されたデバイスの製造歩留まりが向上する。

ＥＵＶ放射線波長範囲の透過性が高いにもかかわらず、ナノファイバーＥＵＶペリクルの採用には課題が残っている。例えば、ナノファイバーペリクルの冷却は、リソグラフィーのパターニング中にＥＵＶエネルギーが吸収されることによるペリクルの過熱を防ぐために重要であり得る。ペリクルの温度が上昇すると、ナノファイバー構造の完全性が低下する可能性があり、ＥＵＶリソグラフィーが真空中で実行され、ペリクルが（周辺エッジがフレームに取り付けられて）ほとんど懸濁されているため、この環境でのナノファイバー構造の対流冷却または導電冷却の機会は少なくなる。この理由で、熱放射は、ＥＵＶアプリケーションに使用されるナノファイバーペリクルの冷却の好ましいメカニズムである。

多層カーボンナノチューブ構造は一般に放射率が高く、ＥＵＶペリクルの冷却の問題に対処するが、多層カーボンナノチューブはまた、引き出されたシートに整列された場合、ランダムに配向された濾過されたフィルムの単層／少数層カーボンナノファイバーよりも透過性が低くなる。より透明な（しかしより放射性が低い）少数層／単層のナノファイバーフィルムは、機械的に繊細すぎてペリクルとして使用できないことが多い。いくつかの場合では、長さが比較的短いため（例えば、１００μｍ未満）、少数層／単層ナノファイバーで作られているフィルム及びシートは壊れやすく、ＥＵＶリソグラフィー装置で一般的に使用される圧力サイクル（例えば、＋／－１気圧から２気圧（大気圧から真空まで）の変化）にさらされると崩壊する可能性がある。

パターン化されたナノファイバーアレイ
ナノファイバーの前述の構成は一般に平面の連続構成（シートまたはフォレスト）を有しているが、以下に説明する実施形態は、上記の溶媒ベースの技術を使用して、基材上の離散的ナノファイバー濾過されたフィルムの（任意の様々な形状とパターンの）パターン化されたアレイを形成することができる。例えば、互いに分離された離散的な円形、正方形、線形、柱状、または他のナノファイバー濾過されたフィルムのパターンを基材上に形成することができる。いくつかの例では、結果として得られるアレイは導電性であり、及び／または極ＵＶ放射、赤外線放射、または光スペクトル内の他の波長の放射に対して透過的である。ナノファイバー構造のこのパターン化されたアレイは、必要に応じて別の基材に転写することができる。

図６は、パターン化されたナノファイバーアレイ６００と、パターン化されたアレイが形成される処理構造６０４との、一実施形態の断面図を示している。この断面図のパターン化されたナノファイバーアレイ６００は、ナノファイバーフィルムディスク６０２Ａ及び６０２Ｂを含む。処理構造６０４は、フィルターアセンブリ６０６及び吸引フィッティング６０８を含む。

高レベルでは、パターン化されたナノファイバーアレイ６００を形成するための技術は、図６に示されるように、吸引フィッティング６０８上にフィルターアセンブリ６０６を配置することによって開始される。次に、圧力差を膜６２４全体に印加することができ、圧力は、下側よりも上側の方が大きくする。例えば、陰圧を、真空ポンプまたは他の同様の装置を介して、吸引フィッティング６０８を介して、フィルターアセンブリ６０６に印加することができる。ナノファイバーの懸濁液（上記のような１つまたは複数のタイプのナノファイバーを含む）を、フィルターアセンブリ６０６の露出面に塗布することができる。印加されたナノファイバー懸濁液の反対側のフィルターアセンブリ６０６の表面に印加された陰圧は、フィルターアセンブリの１つの層の穴に向かって懸濁液を引き出すことができる。溶媒はフィルターアセンブリの様々な層を通過することができるが、ナノファイバーは通過できないので、ナノファイバーは、パターンでフィルターアセンブリ６０６の露出面に残る。プロセス及び図６に示される様々な要素のより詳細な説明を続ける。

フィルターアセンブリ６０６は、支持フレーム６１２、多孔質層６１６、マスク６２０、及び膜６２４を含む。

多孔質層６１６は、マスク６２０の片側と接触して、かつマスク６２０と陰圧源（例えば、真空ポンプ）との間に保持することができる、１つまたは複数の多孔質材料（すなわち、流体が通過できる材料）から構成されている。多孔質層６１６の多孔質及びガス／流体透過特性は、マスク６２０の全領域にわたって陰圧のより均一な分布を提供するのに役立つ。多孔質層６１６を形成するために使用することができる多孔質及び／またはガス／流体透過性材料の例には、中でも、織布（例えば、ナイロン織布、アクリル織布、合成繊維織布、天然繊維織布）、非織布（フェルト、ウール、綿）、押し出し織布と透過性バリア層（例えば、ＧＯＲＥＴＥＸ（登録商標）などのＰＴＦＥ）、焼結ガラス、焼結ステンレス鋼、ガラスフリットなどが含まれるが、これらに限定されない。

支持フレーム６１２は、多孔質層６１６をマスク６２０と接触させて保持し、陰圧の印加中に多孔質層６１６がフィルターアセンブリ６０６から分離されるのを防ぐために使用される。多孔質層が十分な剛性を有する場合、それは多孔質層と支持フレームの両方の目的を果たすことができる。

マスク６２０は、多孔質層６１６と膜６２４との間、及び陰圧源とは反対側の多孔質層６１６の側に配置することができる。マスク６２０は、ナノファイバーフィルムのアレイ６００が形成されるパターンに対応するネガティブスペース６２２（例えば、穴）のパターンを含む。多孔質層６１６が中間にあるこの穴６２２のパターンを通して、フィルターアセンブリ６０６の露出面上のナノファイバーの懸濁液に陰圧が印加される。マスク６２０は、穴６２２のパターンが形成されたポリマーフィルムで作ることができる。マスク６２０は、ガラスまたは織布から形成することもでき、これらのいずれも、穴６２２を含むように処理することができる。マスク６２０に使用することができる他の材料は、本開示に照らして理解されるであろう。

膜６２４は、吸引フィッティング６０８を介して印加された陰圧に応じて、溶媒（ナノファイバーを懸濁するために使用される）がマスク６２０の穴６２２に引き込まれることを可能にする濾過構造である。膜６２４を透過することができないナノファイバーは、下にある穴６２２に対応する位置で膜６２４の表面に集まり、したがって、マスク６２０の穴６２２のパターンに対応する離散的ナノファイバー濾過されたフィルムのアレイに形成される。膜６２４に使用できる材料の例には、ニトロセルロース、セルロース（すなわち、濾紙）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ナイロン、または濾過膜または濾紙として一般に使用される任意の他の材料が含まれるが、これらに限定されない。

吸引フィッティング６０８は、フィルターアセンブリ６０６の周囲またはフィルターアセンブリ６０６の一部とシールを形成することができる任意の構造（例えば、漏斗）であり得る。このシールは、吸引フィッティング６０８を通してフィルターアセンブリ６０６の下側に印加される陰圧が、フィルターアセンブリ６０６を通して溶媒を引き出すことを可能にする。上記のように、これにより、濾過されたナノファイバーフィルム６００のアレイが、フィルターアセンブリ６０６の露出面上に形成される。いくつかの例では、印加される陰圧は－１気圧（ａｔｍ）または－０．１ａｔｍと－１．０ａｔｍの間である。

ナノファイバーの懸濁液は、プロセス中に攪拌して異なるサイズまたは特性のナノファイバーの均一な分布を保証することができる。他の場合では、異なるサイズまたは特性のナノファイバーを部分的に分離するために、懸濁液を沈降させることができる。例えば、より密度の高いまたはより大きな多層ナノファイバーは、懸濁液の底部近くに集まることができ、一方、単層またはより密度の低いナノファイバーは、均一な懸濁液の中に残る。この分離を利用して、単一のプロセスで、主に多層ナノチューブの層を最初に堆積させ、次に主に少数層または単層ナノチューブの層を堆積させて、不均質な層をもたらすことができる。

図７（Ａ）～（Ｇ）は、本明細書に記載の技術を使用して製造することができる例示的なマスク及び対応するナノファイバーアレイの様々な平面図を示す。図７（Ａ）は、その中に様々な円形、楕円形、及び長方形の穴７０８を有するマスク７０４を示している。これは、いくつかの例では、マスク７０４が、正多角形、不規則多角形、及び他の様々な形状のいずれかを含む様々な穴形状のいずれかを含むことができることを示している。図７（Ｂ）は、濾過されたナノファイバーフィルム７１２の対応するパターンを示している。図７（Ｃ）は、複数の平行で細長い長方形の穴を有し、それぞれが（拡大挿入図７（Ｄ）に示されるように）幅β及び隣接する側面間の分離距離αを有するマスク７１６を示す。αとβの値は、数ミクロンから数百センチメートルの間のどこであってもよい。いくつかの例では、αとβの値は、（マスク７１６におけるのと同じ（＋／－５％）間隔及び幅を有する）濾過されたナノファイバーフィルムの対応するパターン７２４が、極ＵＶ放射、赤外線放射、または光スペクトルの放射のための回折格子として使用できるようなものとすることができる。図７（Ｆ）及び（Ｇ）は、対応するナノファイバーフィルムアレイ７３６を形成するアレイ内の円形の穴７３２のパターンを備えたマスク７２８を示している。

前述の例のいずれにおいても、アレイの各構造は、０．０２ミクロンから１００ミクロンの平均厚さを有することができる（溶媒中のナノファイバーの濃度及びマスク６２０を通って流れる懸濁液の量に依存する）。

一旦形成されると、ナノファイバーフィルムのアレイ（例えば、例７１２、７２４、７３６によって示される）は、別の（最終的な）基材上に配置され得る。最終的な基材の例には、とりわけ、ナノファイバーシート、グラフェンシート、ポリマーシート、接着剤層でコーティングされたポリマーシート、シリコンウェハ、ガラス基材（例えば、ケイ酸塩ガラス）が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの例では、ナノファイバーフィルムのアレイは、膜６２４を水に浸漬することによって膜６２４から除去することができる。ナノファイバーフィルムは疎水性であるため、それらは一般に、浸漬時に膜６２４から持ち上げられる。次に、最終的な基材をフローティングアレイに接触させて、アレイに接着させ、アレイを水から取り除くことができる。他の例では、ナノファイバーフィルムのアレイは、アレイのナノファイバーシートの露出面と直接接触するように最終基材を単に配置することによって、最終基材上に直接配置することができる。最終基材とアレイのシートとの間の相対的引力／接着に応じて、アレイのシートは、最終基材に付着し、膜６２４から除去され得る。さらに他の実施形態では、可溶性膜を使用することができ、適切な溶媒を加えることによってナノファイバーフィルムから除去（溶解）することができる。

ナノファイバー濾過されたフィルム上の導電性アレイ
図８は、離散的ナノファイバー／ナノ粒子／マイクロ粒子領域のアレイが、濾過されたナノファイバーフィルム（または代わりに、ナノファイバーのフォレストから引き出されたナノファイバーシート）の上にパターン及び／またはアレイで形成することができる実施形態を準備するための代替的な構成を示す。図８に示される処理構造８０４は、フィルターアセンブリ８０６及び吸引固定具８０８を含む。フィルターアセンブリ８０６は、支持フレーム８１２、多孔質層８１６、濾過膜８２０、及びパターン化された非透過性層８２４を含む。

ナノファイバーシート及び／またはナノファイバー濾過されたフィルム８３０は、パターン化された非透過性層８２４上に配置されている。ナノファイバーシート及び／または濾過されたフィルム８３０は、上記の実施形態に対応し、したがって、さらなる説明を必要としない。

支持フレーム８１２、多孔質層８１６、及び吸引固定具８０８はすべて、図６の文脈で上記に説明したものと同じであるかまたは類似している。したがって、これらの要素についてこれ以上説明する必要はない。

濾過膜８２０は、堅い支持フレーム８１２によって生成され得る任意のパターンを滑らかにするのを助ける織布などの材料から形成することができる。それは、上記の多孔質層６１６と同様であり得る。

パターン化された非透過性層８２４は、（任意の形状及び任意のパターンの）穴８２２を含むように製造され、その結果、吸引固定具８０８を通して印加される陰圧は、フィルタースタック８０６の様々な要素を通してナノファイバーまたはナノ粒子懸濁液から溶媒を引き出すことができ、それによって、ナノファイバー／ナノ粒子／マイクロ粒子８０２Ａ、８０２Ｂの対応するパターンを、ナノファイバーフィルム／ナノファイバーシート８３０の露出面に残す。穴８２２のパターンは、エッチング（例えば、フォトリソグラフィー、レーザー）、または機械的処理（例えば、ブレード、フライス加工）によって、パターン化された非透過性層８２４に形成することができる。

いくつかの例では、パターン化された非透過性層８２４は、とりわけ、酸化グラフェン、ポリマー、ガラス（例えば、ホウケイ酸ガラス）、シリコンウェハのシートから形成することができる。

図６の文脈で上に提示された例とは異なり、濾過されたナノファイバーフィルム８３０（またはナノファイバーフォレストから引き出されたナノファイバーシート）は、フィルタースタック８０６上に配置される。次に、ナノファイバーまたは導電性ナノ粒子（またはその両方）の懸濁液を、ナノファイバーフィルム８３０の上に置くことができる。圧力差がフィルタースタックに印加されると、溶媒は、穴８２２を介してフィルタースタックを通って引き出される。結果として得られるのは、パターン化された非透過性層８２４の穴及び他のネガティブな形状のパターンに対応するパターンの、ナノファイバーフィルム８３０の露出面上のナノファイバー／ナノ粒子／マイクロ粒子フィルム８０２Ａ、８０２Ｂのアレイ８００である。これらのパターンは、図７（Ａ）～（Ｇ）の文脈で以前に説明されたものなどの、任意の形状または分布であり得る。いくつかの例では、懸濁液は、銀（Ａｇ）ナノワイヤなどの導電性ナノ粒子のものであり得る。組成に関係なく、アレイ８００は、一般に、導電性構造８０２のアレイ８００と呼ぶことができる。

陰圧の強さの制限は、図６の文脈で説明されたものと同様である。

この例において、そして図６では、溶媒がフィルタースタックを通して押し出されるように、懸濁液が加えられた表面（吸引フィルターの表面の反対側）に陽圧を印加することができる。

いくつかの例では、ナノファイバーのパターンを有するナノファイバーフィルム８３０及び／または表面上のナノ粒子８０２Ａ、８０２Ｂは、脱イオン水に浸漬することによってフィルタースタック８０６から除去することができる。ナノファイバーフィルム８３０は疎水性であるため、この層は、フィルタースタック８０６から自然に持ち上げられて、水面に浮かぶ。次に、フレームを使用してフィルムを水面から持ち上げ、濾過されたフィルムをフレームに堆積させることができる。必要に応じて、水（または他の溶媒）の表面張力は、界面活性剤または他の溶媒を追加することによって変更できる。フレーム（または他の基材）８３４上のナノファイバーフィルム８３０上の導電性構造８０２Ａ、８０２Ｂのアレイのこの構成が図９に示されている。次に、複合フィルムを乾燥させることができる（例えば、低湿度環境、熱、真空を使用して）。このプロセスを繰り返して、任意選択で、多層、少数層、及び／または単層ナノチューブ、ならびに金属粒子などの非炭素材料の異なる組成の混合物のスタックフィルムを形成することができる。

この例示のプロセスを複数回繰り返して、カーボンナノチューブの複数のフィルム及び／またはナノファイバーアレイの複数のパターンを製造することができる。いくつかの例では、個々のフィルム（各フィルムに同じまたは異なる比率の多層と少数層／単層カーボンナノチューブを有する）を互いに積み重ねて、多層複合フィルムを形成する。２つ以上のフィルムを積み重ねると、より均一な特性を持つより均一なスタックを生成できる。例えば、スタック内の１つのフィルムに局所的な欠陥（例えば、穴や裂け目）がある場合、スタック内の隣接するフィルムは、欠陥の場所には他の場合存在しない特性の物理的な連続性と均一性を提供できる。いくつかの実施形態では、スタックは、２から１０個のいくつであってもよい個々のフィルムを含むことができ、そのそれぞれは、スタック内の他のフィルムと同じまたは異なる組成（すなわち、異なる相対的比率の単層／少数層カーボンナノチューブ）を有することができる。

さらなる考察
本開示の実施形態の前述の説明は、例示の目的で提示されたものであり、網羅的であること、または特許請求の範囲を開示された正確な形態に限定することを意図していない。当業者は、上記の開示を考慮して、多くの修正及び変化が可能であることを認識することができる。

本明細書で使用される言葉は、主に読みやすさ及び指示の目的のために選択されており、その言葉は、本発明の主題を記述または制限するために選択されていない場合がある。したがって、本開示の範囲は、この「発明を実施する形態」によってではなく、むしろ本明細書に基づく出願において生じるいずれかの請求項によって制限されることが意図される。したがって、本実施形態の開示は、限定ではないが、以下の「特許請求の範囲」に記載されている本発明の範囲を例示することを意図している。

Claims (30)

1. 基材上に複数の離散的ナノファイバーフィルムを形成する方法であって、
   マスク及び前記マスクの反対側の多孔質層を有するフィルターアセンブリを提供することであって、前記フィルターアセンブリは、前記マスクに隣接する膜を含み、前記マスクは複数の穴を画定している、前記提供することと、
   前記フィルターアセンブリの前記膜上に、溶媒に懸濁されたナノファイバーを含むナノファイバー懸濁液を配置することと、
   前記フィルターアセンブリに圧力差を印加することであって、前記圧力差が前記マスクの前記複数の穴のうちの穴を通して前記溶媒を流す、前記印加することと、
   前記穴を通して前記溶媒を流すことに応じて、前記複数の穴のうちの前記穴に対応する位置で前記膜上にナノファイバー構造を形成することと、
   を含む、前記方法。
2. 前記膜が、前記溶媒に対して透過性で、前記溶媒中に懸濁された前記ナノファイバーに対して透過性ではない、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の穴が幾何学的形状の規則的なパターンを形成する、請求項１に記載の方法。
4. 前記ナノファイバー構造が離散的ナノファイバーフィルムを含み、前記ナノファイバーフィルムはそれぞれ、前記ナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ナノファイバーフィルム中に導電性ナノ粒子をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記膜から前記ナノファイバー構造を除去することと、
   前記ナノファイバー構造を第２の基材上に配置することと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. ナノファイバー基材上に複数の離散的導電性構造を形成する方法であって、
   マスク及び前記マスクの反対側の多孔質層を有するフィルターアセンブリを提供することであって、前記マスクは複数の穴を画定している、前記提供することと、
   ナノファイバー基材を前記マスク上に配置することと、
   前記ナノファイバー基材と流体連通している溶媒中に導電性ナノ粒子の懸濁液を配置することと、
   前記フィルターアセンブリに圧力差を印加することであって、前記圧力差が前記マスクの前記複数の穴のうちの穴に前記溶媒を強制的に通す、前記印加することと、
   前記複数の穴のうちの前記穴に対応するパターンで前記ナノファイバー基材上に導電性構造を形成することと、
   を含む、前記方法。
8. 前記ナノファイバー基材が、濾過されたナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む前記濾過されたナノファイバーフィルムである、請求項７に記載の方法。
9. 前記ナノファイバー基材が、引き出されたナノファイバーシートの平面内に端から端まで整列された複数のナノファイバーを含む前記引き出されたナノファイバーシートである、請求項７に記載の方法。
10. 前記導電性ナノ粒子が、銀（Ａｇ）ナノワイヤを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記複数の穴が幾何学的形状の規則的なパターンを形成し、
    前記導電性構造は、前記複数の穴に対応する幾何学的形状の前記規則的なパターンになっている、
    請求項７に記載の方法。
12. 前記フィルターアセンブリ及びその上の前記ナノファイバー基材を水に浸漬することによって前記ナノファイバー基材を除去することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ナノファイバー基材及びその上の前記導電性構造を最終基材上に配置することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 基材上の複数のナノファイバーフィルムを含み、前記ナノファイバーフィルムは、前記フィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む、
    ナノファイバー構造。
15. 前記複数のナノファイバーフィルムのナノファイバーフィルムが離散して互いに分離されている、請求項１４に記載のナノファイバー構造。
16. 前記複数のナノファイバーフィルムがフィルムの規則的なアレイを形成する、請求項１４に記載のナノファイバー構造。
17. 前記複数のナノファイバーフィルムのうちの少なくとも１つが幾何学的形状である、請求項１４に記載のナノファイバー構造。
18. 前記複数のナノファイバーフィルムが均質である、請求項１４に記載のナノファイバー構造。
19. 前記複数のナノファイバーフィルムが不均質である、請求項１４に記載のナノファイバー構造。
20. ナノファイバー基材と、
    前記ナノファイバー基材上のアレイ内の複数の導電性構造と、
    を含む、複合構造。
21. 前記ナノファイバー基材が、引き出されたナノファイバーシートの平面内に端から端まで整列された複数のナノファイバーを含む前記引き出されたナノファイバーシートである、請求項２０に記載の複合構造。
22. 前記ナノファイバー基材が、濾過されたナノファイバーフィルムの平面内で互いにランダムに配向された複数のナノファイバーを含む前記濾過されたナノファイバーフィルムである、請求項２０に記載の複合構造。
23. 前記アレイが幾何学的形状の規則的なパターンである、請求項２０に記載の複合構造。
24. 多孔質層及び前記多孔質層上のマスクを含むフィルタースタックを組み立てることであって、前記マスクは、前記マスクの表面レベルより下の穴及び／またはネガティブな形状のパターンを含む、前記組み立てることと、
    前記多孔質層を固定することと、
    圧力差を前記フィルタースタックに印加することであって、前記圧力差により前記スタックの下よりも前記スタックの上で圧力がより高くなる、前記印加することと、
    溶媒の懸濁液と、ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数とを前記フィルタースタック上に配置することと、
    前記印加された圧力差に応じて、前記マスクの穴を通して前記溶媒が流れるようにすることと、
    ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの１つまたは複数、のアレイを濾過して取り除くことであって、前記アレイは、前記マスクの穴及び／またはネガティブな形状の前記パターンに対応する１つまたは複数の層を形成する、前記濾過して取り除くことと、
    を含む、方法。
25. ナノファイバーシートまたはナノファイバーフィルムを前記マスク上に配置することと、前記懸濁液を前記ナノファイバーシートまたは前記ナノファイバーフィルムと接触させて配置することと、をさらに含み、ナノファイバー及び導電性ナノ粒子のうちの前記１つまたは複数が前記ナノファイバーシート上の穴及び／またはネガティブな形状の前記パターンに形成される、
    請求項２４に記載の方法。
26. 前記圧力差は、前記フィルタースタックの上の前記圧力に対して前記フィルタースタックの下の前記圧力を下げることによって印加される、請求項２４に記載の方法。
27. 前記圧力差は、前記フィルタースタックの下の前記圧力に対して前記フィルタースタックの上の前記圧力を上げることによって印加される、請求項２４に記載の方法。
28. ナノファイバーのアレイを製造する方法であって、
    ナノファイバーの懸濁液の流体成分を、膜、マスク、及び多孔質層を通して流して、前記流体成分をナノファイバーから分離することと、
    前記マスクの穴のパターンに対応するパターンで前記ナノファイバーを前記膜上に分布させることによってナノファイバーフィルムを形成することと、
    前記ナノファイバーフィルムを前記膜から分離することと、
    を含む、前記方法。
29. ナノファイバー膜上に導電性構造を形成する方法であって、
    導電性ナノ粒子の懸濁液の流体成分を、ナノファイバー膜、マスク、及び多孔質層を通して流すことと、
    導電性ナノ粒子を前記流体成分から分離して、前記ナノファイバー膜上に導電性構造のパターンを形成することと、
    を含む、前記方法。
30. 前記流体成分が、膜、マスク、次に多孔質層の順に前記構造を通って流される、請求項２８または２９のいずれか一項に記載の方法。

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