[发明专利]形成具有纳米颗粒的材料的方法以及具有纳米颗粒的材料

说明书

技术领域

本发明涉及材料以及形成材料的方法。更具体地，本发明涉及形成包含纳米颗粒的材料的方法以及包含纳米颗粒的材料。

发明背景

随着工业产品用于更多极端环境和极限用途，材料性能的局限也越来越被关注。作为回应，材料的性能被不断地改进。颗粒在材料内排列成预定图案可以提供所需的性能。

已知的材料是通过将纳米颗粒与基体混合形成增强混合物来强化的。增强混合物包含增大的粘度和更高的强度。然而，增强混合物成本昂贵并能导致不期望的性能如脆性。此外，增强混合物可能包含遍布的随机定向的纳米颗粒，并且不能用于需要有序纳米颗粒的应用。

一种已知的方法通过拉伸基体并将纳米颗粒放置在由基体拉伸而产生的空穴中以将有序纳米颗粒定位在基体中。纳米颗粒在基体的空穴中通常始终排列成行。这种方法的缺点是纳米颗粒的大小必须基本一致，由此导致了额外的成本。另外，纳米颗粒的排列成行是无法预见的，由于其受到基体中形成空穴的位置的限制从而防止纳米颗粒的排列。

在另一种已知的方法中，将纳米纤维定位在预定位置并与基体结合以形成具有期望的纳米纤维设计的平面层(flat ply)。将该平面层切成图案，与其他的平面层堆叠，和/或弯曲以形成期望的形状。这种方法的缺点是其导致了由于修剪造成的纤维末端无法预见的破裂、由于修剪造成的空穴无法预料的破裂、分层、不期望的纳米纤维移动以及不期望的纳米纤维碎片。

微米纤维的排列是已知的。本文中使用的术语“微米纤维”涉及具有直径在约15微米到约100微米之间的视觉上可见的纤维。过去，人们通过使纤维定向的机械系统以及通过施加磁场来排列微米纤维。例如，在一种已知的方法中，通过施加磁场以排列一些具有约20微米直径和约1微米厚度的圆盘形的铁磁薄片。这些薄片有足够的尺寸以在视觉上可见，并且有足够的尺寸以被分离成基本一致的尺寸。微米纤维不能提供纳米颗粒可得的性能。

包含以预定的图案排列的纳米颗粒的材料和以预定的图案排列纳米颗粒的方法在本技术领域中是令人期望的。

发明简述

根据一个示例性实施方案，一种形成产品的方法包括提供基体材料和多个纳米颗粒，并通过施加场在基体材料中将多个纳米颗粒排列成预定图案。

根据另一个示例性实施方案，利用一种方法形成了一种产品，该方法通过向包含多个纳米颗粒的基体材料施加磁场从而排列多个纳米颗粒以形成预定图案。

根据另一个示例性实施方案，一种产品包含一种基体材料和基体材料上的一种预定图案，该预定图案包含多个纳米颗粒。

通过下文结合附图经由示例阐述了本发明原理的优选实施方案的更详细的描述，本发明其他的特性和优点将变得明显。

附图简要说明

图1示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的一种包含经排列的纳米颗粒的示例性材料。

图2示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的一种包含经排列的纳米颗粒的示例性材料。

图3示意性地表示了在根据本公开的一个实施方案的示例性方法之前随机排列的纳米颗粒。

图4示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，沿随机排列的纳米颗粒布置的一个带正电的探头和一个带负电的探头。

图5示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，通过施加磁场定向的纳米颗粒排列。

图6示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，通过施加磁场定位的纳米颗粒排列。

图7示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，通过在第二位置施加磁场定位的纳米颗粒排列。

图8示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，定位为预定图案的纳米颗粒排列。

图9示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，定位为预定图案之前的纳米颗粒排列。

图10示意性地表示了根据本公开的一个实施方案的示例性方法，定位为预定图案的纳米颗粒排列。

相同的参考数字可用于整个附图中任何可能的位置以代表相同的部件。

发明详述