反，本申请应该扩展至可以将本申请原理包含在 其真正精神和范围内的所有替代方案和变形。
【附图说明】
[0027] 现在参照附图，仅作为实例描述本申请的示例性实施方式，附图合并在本说明书 中并构成本说明书的一部分，并且与上述给出的总体描述以及下述提出的【具体实施方式】一 起，用于解释本申请的原理，其中：
[0028] 图1是一种设备的示意图，该设备用于使导电的高纵横比纳米结构诸如纳米碳纤 维等在流体系统内进行场诱导排列并同时分析颗粒的运动；
[0029] 图2是示出用于在使用多孔海绵作为容纳介质使含纤维的纳米碳(纳米碳纤维)在 环氧树脂溶液中进行电场诱导排列的示例性设备的示意截面图；
[0030] 图3是在三个不同的场密度下的直流电场脉冲流中机械混合/超声处理的CNF/环 氧树脂样品的排列的与时间有关的标准偏差的趋势线，其中，较高的场密度提供较短的稳 定性时间；
[0031] 图4是在1赫兹-9千伏/厘米的直流电场脉冲中机械混合/超声处理的排列/环氧树 脂样品以及仅机械混合样品的排列与时间有关的标准偏差的趋势线，其中，超声处理的样 品示出较短的稳定时间和较高水平的一致性，；
[0032]图5是示出具有排列的高纵横比纳米结构的混合物转移进入诸如碳纤维、FRP、无 碱玻璃等多孔接收介质的示意图，诸如碳纤维、FRP、无碱玻璃等多孔接收介质以一定孔隙 度为特征，以允许沿厚度尺寸的流动。
[0033] 图6是示出在强制转移具有如图5示出的排列的高纵横比纳米结构的混合物之后 的多孔接收介质的示意截面图；
[0034] 图7是示出一个示例性的基于真空的组件的示意图，该示例性基于真空的组件用 于将具有排列的高纵横比纳米结构的混合物从第一多孔介质强制转移到多孔接收介质的 一个或多个相邻层，该多孔接收介质以一定孔隙度为特征，以允许沿厚度尺寸的流动；
[0035] 图8是用于将具有排列的高纵横比纳米结构的预成型膜以商业规模转移进入诸如 无碱玻璃、碳纤维等多孔接收介质的示例加工线的示意图；
[0036] 图9是示出混合物排列和流动进入接收介质以形成复合材料的示例性步骤的流程 图；
[0037] 图10是示出布置在从图9的过程中生成的无碱玻璃微纤维复合材料中的Z形排列 的纳米纤维的显微照片；
[0038] 图11是示出经碳纤维/环氧树脂预浸料的表面挤出的碳纳米纤维的显微照片；以 及
[0039] 图12是示出缝合浸渍料的两个Z形排列的碳纳米纤维的复合材料叠层的显微照 片。
[0040] 在详细解释示例性实施方式和过程之前，应该理解本发明的应用或结构不限于下 述说明中提出的或附图所示的细节。相反，本发明能够具有其他实施方式并且能够以不同 方式来实施或执行。同时，可以理解，本文使用的措辞和术语仅用于描述的目的而不应被认 为是限制。此处使用的词语诸如"包括"和"包含"及其变形表示包括之后所列出的项目及其 等同物以及额外项目及其等同物。
【具体实施方式】
[0041] 如前文所示，本申请提供了用于生产纳米结构的多尺度复合材料的方法。根据示 例性应用，该方法包括将分散在基质材料中的高纵横比纳米结构进行排列的步骤，以生成 具有高纵横比纳米结构的大致沿厚度排列的前体纳米结构/基质的混合物。混合物可以被 固化或保持液体状态，并且之后流动转移至可以包括微尺度纤维结构的多孔接收介质。然 后将基质材料在多孔接收介质中固化以形成多尺度复合材料。高纵横比纳米结构在多孔接 收介质中保持其取向。通过该方法，高纵横比纳米结构可大致为Z轴排列并且经多孔接收介 质缝合。在此方面，可以理解，Z轴大致对应混合物在进入多孔接收介质时的流动方向，并且 沿着大致垂直于混合物进入的多孔接收介质的表面的方向。因此，如果多孔接收介质以也 朝Z轴方向的沿厚度方向取向，则在过程完成后，高纵横比纳米结构会朝沿多孔接收介质的 厚度方向排列。
[0042]可以理解，纳米结构与多孔接收介质的沿厚度方向的相对取向可以通过改变混合 物经过多孔接收介质的流动方向来调节。也就是说，可以改变z轴方向和多孔接收介质的沿 厚度方向之间的关系，以大致实现多孔接收介质中任意理想的纳米结构排列。在此方面，可 以理解对于很多平坦和均匀厚度的叠层，理想的纳米结构排列是沿叠层的厚度方向的。然 而，应该认识到，在沿厚度方向的纳米结构排列不是对所有复合材料都是理想的。
[0043]根据一个示例性应用，已发现如果高纵横比纳米结构为导电的或包含能够有效极 化的介电材料，在进入接收介质之前混合物中的纳米结构排列可以通过施加磁场或电场来 充分地控制。仅作为实例但不构成限制，该纳米结构可包括高纵横比纳米碳纤维，高纵横比 纳米碳纤维包括纤维纳米碳、碳纳米管、碳纳米杆以及包含碳的任意其他长形纳米结构。如 果需要，可使用包括高纵横比和低纵横比颗粒组合的不同纳米结构的任意理想混合物。
[0044] 可以理解，基质材料可以为能够液化并且然后再固化的任意适当的聚合物。仅作 为实例但不构成限制，适当的基质材料可包括诸如包含环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、双马来 酰亚胺、聚酰亚胺、氰酸酯及其组合物等作为主要成分的热固性聚合物。作为另一实例但不 构成限制，还可以理解基质材料可以是诸如包含尼龙、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚酰 胺酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚和聚醚酰亚胺以及其组合物等为主要成分的热塑性 聚合物。还可以理解，基质材料可包含除了高纵横比纳米结构之外的填充物或成分。
[0045] 根据一个示例性应用，可以在超多孔介质中执行纳米结构在混合物基质材料中的 排列，超多孔介质具有的孔隙度明显高于多孔接收介质的孔隙度。仅作为实例，一种所述超 多孔介质为纤维素海绵。
[0046] 在一个示例性应用中，排列的混合物可转移至诸如织物等所谓的微尺度纤维系统 中，其中，系统中的大多数纤维以直径在从1微米至1 〇〇〇微米的范围内为特征。还可以理解， 在该微尺度纤维系统中的纤维可以为由纳米结构(诸如纳米管缠绕在一起以形成微径纱） 形成的微径绳，其以直径在从1微米至1 〇〇〇微米的范围内为特征。还可以理解，排列的混合 物可以转移至由如下材料形成的诸如织物等微尺度纤维系统，这些材料诸如为但不限于玻 璃纤维、碳纤维、芳纶纤维（例如KEVLAR? )、聚合物纤维（例如尼龙和聚乙烯）、天然纤维 (例如亚麻、黄麻、剑麻、竹材）、硼纤维、纳米管缠绕纱、纳米纤维缠绕纱、纺丝纳米管微纤 维、纺丝纳米纤维微纤维、陶瓷纤维或它们的任意组合等。
[0047] 根据一个示例性过程，通过在转移过程中向混合物施加力，排列的纳米结构和基 质材料的固态混合物可以随着其流动转移至多孔接收介质而被逐渐液化。仅作为实例但不 构成限制，该施加的力可包括压力、剪切力、重力、电场力、磁力、分子间力、以及用于在多孔 介质中流动的力等的分量。施加的力可作用在混合物的诸如纳米结构、基质材料、其他添加 成分(诸如其他填充物、表面活性剂、化学反应剂等)等任意组分上或者混合物组分的任意 组合上。还可以理解，混合物流动转移至多孔接收介质可以通过除了施加力、厚度控制、液 化、层流流体及其组合之外的因素进行调节。
[0048] 在混合物转移至多孔接收介质之后，可以固化混合物中的基质材料。根据一个示 例性应用，可通过使用热控制来进行该固化。仅作为实例但不构成限制，热固性聚合物基质 材料的基质材料固化过程可大致通过加热以使热固性聚合物反应至固态而执行。相似地， 热塑性聚合物基质材料的基质材料固化过程可以大致通过冷却以将所述热塑性聚合物转 变为固态而执行。该领域技术人员可以理解，对于未完全固化的热固性树脂，其在其熔融温 度（即，熔点）之上为液相，并且在熔融温度之下为固态，可以像热塑性树脂一样通过施加热 量使其液化并且通过将其冷却至熔点之下而固化。还可以理解，如果需要，可以使用不同于 热控的装置来使基质材料固化。作为实例，该替代装置可包括用于光反应聚合物材料的光 等。
[0049] 现在参照附图，图1示出用于使在周围基质材料12中的纳米结构10诸如高纵横比 纳米碳纤维等进行电场诱导排列的示例性设备。图1的设备还允许通过使用连接至计算机 16的显微镜或其他光学传感器对排列过程进行观察和记录。在这方面，计算机16可用于分 析和记录在施加电场期间纳米结构的相对排列程度。当然，应该理解，这种对排列的观察和 记录有益于建立优选的操作参数，但对于排列过程的最终应用并不是必须的。
[0050] 根据一个示例性应用，纳米碳纤维可分散在液态环氧树脂基质诸如ΕΡ0Ν?树脂862 (双酚F环氧树脂）中，该树脂为由环氧氯丙烷和双酚F制成的低粘度液态环氧树脂。可以通 过机械混合然后超声处理来执行分散。在此方面，将纳米碳纤维分散在环氧树脂中以使纳 米碳纤维进行电场诱导排列的过程可为本领域技术人员理解，并且在本发明人的以下公开 文献中进行了详细说明：《使用电场