[发明专利]高强度复合材料和相关方法

权利要求书

1.制造高强度复合材料的方法，所述复合材料包括(i)有效量的至少一种 纵横比大于1.0的纳米结构和(ii)基质材料，方法包括

提供基质材料；

加热基质材料，使得基质材料能够流动；

提供至少一种纵横比大于1.0的纳米结构；

至少一种有效量的纳米结构和基质材料进行结合；

与基质材料结合的纳米结构以层流方式流动，从而使得至少大多数纳米结 构在基质材料中平行取向；

当纳米结构在基质材料中平行取向时，固化复合材料从而制造高强度复合 材料。

2.根据权利要求1的方法，其中，流动操作使得至少大多数平行取向的 纳米结构也实质上与流动方向平行取向。

3.根据权利要求1的方法，还包括：

在以层流方式流动后，对与基质材料结合的纳米结构进行拉伸操作以进一 步使纳米结构在基质材料内平行取向，形成复合材料纤维。

4.根据权利要求1的方法，其中，纳米结构选自(i)单壁纳米管、(ii)多壁 纳米管、(iii)纳米纤维和(iv)其组合。

5.根据权利要求1的方法，其中，基质材料选择(i)玻璃、(ii)熔融石英、 (iii)金属和(iv)其组合。

6.根据权利要求1的方法，其中，基质材料是玻璃或熔融石英，加热操 作加热基质材料到约1000℃～约1600℃温度。

7.根据权利要求6的方法，其中，基质材料是金属，加热操作加热基质 材料到约600℃～-约2000℃温度。

8.根据权利要求1的方法，其中，所述方法的至少一部分在惰性气氛中 进行。

9.根据权利要求8的方法，其中，气氛包括选自(i)氮气、(ii)氩气和(iii) 二氧化碳中的至少一种惰性气体。

10.根据权利要求1的方法，其中，复合材料纤维切成长度大于其中结合 的纳米结构长度的离散单元集合。

11.根据权利要求10的方法，其中，切短的单元再次混合，再次加热成 可流动状态，进行拉伸操作。

12.根据权利要求3的方法，其中，复合材料纤维切成长度大于其中结合 的纳米结构长度的含纤维组分集合。

13.根据权利要求12的方法，其中，切短的含纤维组分再次混合，再次 加热成可流动状态，进行拉伸操作。

14.根据权利要求1的方法，其中，当基质材料为固态时，进行结合操作。

15.根据权利要求14的方法，其中，固体基质材料是玻璃粉。

16.根据权利要求14的方法，其中，固体基质材料是金属粉末。

17.根据权利要求14的方法，其中，固体基质材料是熔融石英粉末。

18.根据权利要求1的方法，其中，当基质材料是可流动状态时，进行结 合操作。

19.通过权利要求1的方法制造的高强度复合材料。

20.通过权利要求3的方法制造的复合材料的纤维。

21.在基质材料中分散和排列纳米结构的方法，该方法包括：

选择纵横比大于1.0的纳米结构；

提供可流动的基质材料；

选择的纳米结构在流动的基质材料中进行结合；

结合的基质材料和选择的纳米结构以层流方式流动足够的时间使得至少 大多数纳米结构在基质材料中平行取向。

22.根据权利要求1的方法，其中，流动操作使得至少大多数平行取向的 纳米结构也实质上与流动方向平行取向。

23.根据权利要求21的方法，还包括：

对结合的基质材料和选择的纳米结构进行拉伸操作以进一步使纳米结构 在基质材料内平行取向，形成纤维。