本申請(qǐng)要求于2014年9月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/070,664和2014年11月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/123,354的優(yōu)先權(quán)。該在先申請(qǐng)和本文參考的所有文件的全部?jī)?nèi)容整體地通過(guò)援引并入本文，正如其在本文中完整地被描述了一樣。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)總體涉及納米復(fù)合材料和用于生產(chǎn)和使用納米復(fù)合材料的方法。更具體而言，本申請(qǐng)涉及下述的納米復(fù)合材料，其包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維(通常為超細(xì)纖維)與納米纖維的組合體，納米纖維導(dǎo)向?yàn)榕c長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維呈橫向聯(lián)結(jié)關(guān)系。納米纖維與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維使用少量連接劑以機(jī)械方式互鎖，以在接觸位置固定長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維和納米纖維而沒(méi)有使復(fù)合材料飽和。所生成的纖維復(fù)合材料和連接劑以顯著的內(nèi)部多孔性為特征，其中不包括纖維組分的很大百分比的內(nèi)部空間不會(huì)由結(jié)合基質(zhì)占用。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料(也稱為“合成材料”或縮寫為“合成物”)是由兩種或更多種具有明顯不同物理或化學(xué)特性的組成材料制成的材料，當(dāng)兩種或更多種具有明顯不同物理或化學(xué)特性的組成材料合并時(shí)，生成具有不同于單個(gè)組分特性的材料。單個(gè)組分在最終結(jié)構(gòu)中保持分開且不同。由于多種原因可以使新材料成為優(yōu)選：通常的實(shí)例包括當(dāng)與常規(guī)材料相比時(shí)，該材料更堅(jiān)固、更輕便或更便宜。

復(fù)合材料可以應(yīng)用在多種使用環(huán)境中。僅為示例形式而不構(gòu)成限制，通常的使用環(huán)境可包括建筑、橋梁、諸如船體、泳池板、車體、淋浴間、浴缸、儲(chǔ)罐、仿花崗巖和人造大理石水槽以及柜臺(tái)面等結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料最有利的實(shí)例可用在宇宙飛船和其他要求較高的環(huán)境中。

已經(jīng)使用幾種類型的納米材料來(lái)生成有利的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。需要高性能、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)越來(lái)越多地關(guān)注纖維增強(qiáng)塑料(FRPs)。在FRPs中，纖維增強(qiáng)通常是包含多個(gè)微尺度纖維的系統(tǒng)，其具有從1微米至1000微米的纖維直徑范圍。由于其較高的強(qiáng)度重量比，F(xiàn)RP材料總體考慮優(yōu)于其金屬對(duì)應(yīng)物。然而，在FRP疊層中結(jié)合的聚合物基質(zhì)相對(duì)較脆弱，仍然需要對(duì)這些輕質(zhì)材料的耐用性和受損容限方面的改進(jìn)。在這方面，由于在垂直于局部微尺度纖維導(dǎo)向的方向上缺少有效的纖維增強(qiáng)，使得大部分FRP疊層較脆弱。例如，在具有于平面方向?qū)虻奈⒊叨壤w維的常規(guī)FRP疊層中，脆弱的方向是經(jīng)過(guò)厚度的方向。結(jié)果，與經(jīng)過(guò)厚度方向相關(guān)的FRP疊層的很多特性由聚合物基質(zhì)而不是由纖維的特性主導(dǎo)。

已知合并有納米級(jí)材料的所謂“納米復(fù)合材料”。在這方面，可以理解，納米復(fù)合材料是多相固體材料，其中，這些相中的一個(gè)具有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)“納米級(jí)”的尺寸，或者在構(gòu)成材料的不同相之間具有“納米級(jí)”重復(fù)距離的結(jié)構(gòu)。合并納米級(jí)結(jié)構(gòu)的材料可具有由于納米級(jí)尺寸的形態(tài)特征導(dǎo)致的獨(dú)特特性。在這方面，詞語(yǔ)“納米級(jí)”通常定義為至少一個(gè)尺寸小于1納米。然而，在應(yīng)用和現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品中，一些納米結(jié)構(gòu)可具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1納米的其最小尺寸。另一方面，最近納米技術(shù)的發(fā)展也制造了一些具有明顯小于1納米尺寸的結(jié)構(gòu)。因此，為了本申請(qǐng)的目的，可以理解“納米級(jí)”被限定為從0.1納米至1000納米。“納米級(jí)材料”是天然的、附屬的、或生成的材料，該材料包含納米級(jí)結(jié)構(gòu)的“納米結(jié)構(gòu)”，諸如處于未結(jié)合狀態(tài)或作為集料或團(tuán)聚體的的纖維、顆粒等。在這方面，“納米復(fù)合材料”通常意味著大量連接劑基質(zhì)與納米尺寸的相的牢固結(jié)合，納米尺寸的相由于結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的差異而導(dǎo)致特性不同。納米復(fù)合材料的機(jī)械、電、熱、光學(xué)、電化、催化特性明顯不同于組分材料。

納米技術(shù)的重要方面是極大地增加了很多納米級(jí)材料中存在的表面積與體積的比率，其產(chǎn)生可能的新的量子力學(xué)效應(yīng)。一個(gè)實(shí)例是“量子尺寸效應(yīng)”，其中由于顆粒尺寸的明顯變小，可改變具有分散在基質(zhì)中的顆粒的固體特性。僅通過(guò)示例，由于這些結(jié)構(gòu)中劇烈增加的表面積與體積的比率，諸如電導(dǎo)性和光學(xué)熒光等特征可能很大程度地受到存在的納米結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)從宏觀維度進(jìn)行至宏觀維度，這些重要的影響通常不會(huì)發(fā)生作用。然而，當(dāng)達(dá)到納米級(jí)尺寸范圍時(shí)，它們會(huì)變得顯著。

一些物理特性也隨著納米級(jí)系統(tǒng)的變化而改變。僅通過(guò)示例，主要材料中的納米結(jié)構(gòu)可很大程度地影響材料的機(jī)械特性，諸如剛度或彈性。在一些應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)常規(guī)聚合物能夠由新型材料中產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，該新型材料可用作金屬的輕質(zhì)替代品。這種由納米技術(shù)增強(qiáng)的材料能夠?qū)崿F(xiàn)重量降低，并伴隨著增強(qiáng)的穩(wěn)定性和改進(jìn)的功能性。其他功能諸如用于生物材料處理的催化活性也可很大程度地受到存在的納米級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。

一些研究顯示，在聚合物基質(zhì)中適當(dāng)?shù)靥砑又T如納米纖維等納米結(jié)構(gòu)能夠劇烈增強(qiáng)聚合物基質(zhì)性能。當(dāng)引入納米結(jié)構(gòu)以改進(jìn)FRP材料性能時(shí)，存在用于改進(jìn)多尺度復(fù)合材料疊層的兩個(gè)主要過(guò)程：(1)纖維/基質(zhì)界面的目標(biāo)增強(qiáng)；以及(2)主要基質(zhì)的總體增強(qiáng)。界面增強(qiáng)可通過(guò)在連續(xù)纖維系統(tǒng)表面沉積納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。示例性沉積過(guò)程包括電泳、化學(xué)氣相沉積、以及分選等。在注入微尺度纖維系統(tǒng)之前，主要基質(zhì)增強(qiáng)通常通過(guò)將納米結(jié)構(gòu)添加至基質(zhì)溶液中進(jìn)行，從而形成所謂的“納米復(fù)合材料10”。

盡管現(xiàn)有納米復(fù)合材料提供了很多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)保持在較早階段，仍然需要進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)。具體地，存在這樣的需求，優(yōu)化連接劑的性能，其在最終復(fù)合材料中可能是性能受限組分。

在本申請(qǐng)中，應(yīng)用下述定義：

“納米結(jié)構(gòu)”是具有處于納米級(jí)范圍內(nèi)(即，從0.1納米至1000納米)的其至少一個(gè)尺寸的結(jié)構(gòu)；

“高縱橫比納米結(jié)構(gòu)”是這樣的納米結(jié)構(gòu)，其中，其至少一個(gè)尺寸比其最小尺寸至少大五倍。

“納米纖維”是具有長(zhǎng)度延長(zhǎng)的形狀、高縱橫比的納米結(jié)構(gòu)，其有效直徑在納米級(jí)范圍內(nèi)(即，從0.1納米至1000納米)，并且長(zhǎng)度至少為10微米。為了本申請(qǐng)的目的，“納米纖維”可包括單個(gè)纖維以及大量纖維或捆綁在一起或互連的其他結(jié)構(gòu)，以形成具有在納米級(jí)范圍內(nèi)的有效最終直徑的纖維形狀結(jié)構(gòu)。因此，僅通過(guò)示例，“納米纖維”可以為由一捆納米管或納米尺寸纖維形成的所謂的“納米繩”形式，其中，所產(chǎn)生的“納米繩”具有在上述參考納米級(jí)范圍內(nèi)的有效最終直徑。

“超細(xì)纖維”具有長(zhǎng)度延長(zhǎng)的形狀、高縱橫比結(jié)構(gòu)，其有效直徑在微米級(jí)范圍內(nèi)(即，從1微米至1000微米)。為了本申請(qǐng)的目的，“超細(xì)纖維”可包括單個(gè)纖維以及大量纖維或捆綁在一起或互連的其他結(jié)構(gòu)，以形成具有在微米級(jí)范圍內(nèi)的有效最終直徑的纖維形狀結(jié)構(gòu)。因此，僅通過(guò)示例，“超細(xì)纖維”可以是由一捆納米管或納米尺寸纖維形成的繩狀形式，其中，所產(chǎn)生的繩狀結(jié)構(gòu)具有在上述參考微米級(jí)范圍內(nèi)的最終有效直徑。

“長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維”具有長(zhǎng)度延長(zhǎng)的形狀、高縱橫比結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有的長(zhǎng)度尺寸是其直徑的至少100倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

通過(guò)提供包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維與納米纖維的組合體的納米復(fù)合材料，納米纖維取向?yàn)榕c長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維為橫切關(guān)系，本申請(qǐng)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供了優(yōu)點(diǎn)和替代選擇。使用連接劑，納米纖維與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維以機(jī)械方式互鎖，以形成示例性結(jié)合連接，而沒(méi)有使復(fù)合材料飽和，連接劑集中在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維與納米纖維之間的接觸位置。所產(chǎn)生的纖維與連接劑的復(fù)合材料特征在于，具有內(nèi)部空隙體積的大量?jī)?nèi)部多孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有由連接劑占據(jù)。

根據(jù)一個(gè)示例性的方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N納米復(fù)合材料，其包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維具有截面直徑和長(zhǎng)度尺寸。長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的長(zhǎng)度尺寸比截面直徑至少大100倍。長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維排列為其長(zhǎng)度尺寸大致平行于共用參考平面延伸。多個(gè)納米纖維以縫合關(guān)系至少部分地穿過(guò)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列延伸。納米纖維在大致橫切參考平面的方向?qū)?。納米纖維平均接觸和有效連接三個(gè)或更多個(gè)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維，使納米纖維形成長(zhǎng)范圍納米縫合模式。連接劑設(shè)置在納米纖維與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維之間的連接點(diǎn)處，使得在連接點(diǎn)處連接劑將納米纖維與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維以機(jī)械方式互鎖。遠(yuǎn)離連接點(diǎn)的區(qū)域顯著缺少連接劑，使納米復(fù)合材料具有多孔內(nèi)部空隙體積，并且其中，納米復(fù)合材料的控制體積滿足下述公式：

(V-Vf-Vnf-Vca)/(V-Vf-Vnf)≥20％

其中，V等于總控制體積；Vf等于在控制體積之內(nèi)的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的體積；Vnf等于在控制體積之內(nèi)的納米纖維的體積；以及Vca等于在控制體積之內(nèi)的連接劑的體積。

根據(jù)一個(gè)示例性特征，本申請(qǐng)涉及一種納米復(fù)合材料，其包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維具有的長(zhǎng)度是該長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的直徑的至少100倍。多個(gè)納米纖維設(shè)置在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列的橫切方向，以限定經(jīng)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列的延長(zhǎng)的納米縫合模式。連接劑在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維上的接觸位置處將納米纖維結(jié)合至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維。連接劑可以大致集中在接觸位置，使納米復(fù)合材料高度多孔，特征在于大量?jī)?nèi)部空隙體積沒(méi)有連接劑。也就是，連接劑沒(méi)有填充纖維成分之間的空隙。內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)使得納米復(fù)合材料中不包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維和納米纖維的代表性控制體積有至少20％沒(méi)有由連接劑占據(jù)。納米纖維平均結(jié)合三個(gè)或更多個(gè)橫向?qū)虻拈L(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維，以產(chǎn)生長(zhǎng)度延長(zhǎng)的納米縫合模式。該長(zhǎng)度延長(zhǎng)的納米縫合模式有利于經(jīng)納米纖維連接在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列中不相鄰的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維之間的負(fù)荷傳遞。

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)示例性特征，內(nèi)部空隙體積可至少部分地由能量吸收材料填充，能量吸收材料為諸如能量吸收凝膠、無(wú)機(jī)能量吸收材料(諸如陶瓷)、有機(jī)能量吸收材料等。

根據(jù)另一示例性特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料的特征在于，在平行于大部分長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的方向的機(jī)械抗拉強(qiáng)度不小于對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的60％，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)復(fù)合材料包括由相同連接劑完全充滿的等量的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維。

根據(jù)另一示例性特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料還可以包括設(shè)置在納米復(fù)合材料表面的至少一層保護(hù)性涂層或薄膜(例如聚合物、橡膠、陶瓷、金屬等)，以防止受惡劣環(huán)境的損害。

根據(jù)另一示例性特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料還包括設(shè)置在納米復(fù)合材料10表面的至少一層防水透氣涂層或薄膜，以防止受到水的損害。

根據(jù)另一示例性特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料可包括功能性材料。該功能性材料可呈現(xiàn)有利的性能變化，包括但不限于，電、磁、光、機(jī)械、壓電、鐵電、光伏、顯色、形狀記憶、熱電、自修復(fù)、自組裝、相變、放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、化學(xué)特性、焊接材料、粘著劑以及生物醫(yī)藥等。使用的功能性材料可以具有許多形式，包括液相、固相、氣相或包括相變材料。僅通過(guò)示例，示例功能性材料可包括傳感器材料、驅(qū)動(dòng)器材料、吸收材料、阻尼材料、修補(bǔ)材料、自修復(fù)材料、發(fā)光材料、光學(xué)材料、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、藥物、生物醫(yī)用材料、防火阻燃材料、滅火材料、活性材料、催化材料、或上述的混合物。功能性材料可以由溫度、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、pH值、濕度、與其接觸的化學(xué)成分控制。

根據(jù)另一示例性特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料可提供與任何功能性材料無(wú)關(guān)的所需功能。僅通過(guò)實(shí)例，納米復(fù)合材料可提供機(jī)械強(qiáng)度，以承受負(fù)荷，同時(shí)內(nèi)部空隙體積提供至少第二功能。不受限制，該第二功能可包括損壞感測(cè)、自修復(fù)、易于維修、流體動(dòng)力學(xué)控制/感測(cè)、熱控制/感測(cè)、與其接觸的化學(xué)品的控制和感測(cè)、濕度控制/感測(cè)、防止結(jié)冰、焊接結(jié)合、焊接拆卸、粘附結(jié)合、磁結(jié)合、促進(jìn)電性能、促進(jìn)熱性能、促進(jìn)磁性能、促進(jìn)光學(xué)性能、促進(jìn)聲學(xué)性能、促進(jìn)熱機(jī)械性能、增強(qiáng)納米復(fù)合材料的兩個(gè)連接件之間的電連接、促進(jìn)納米復(fù)合材料的生物醫(yī)學(xué)性能、波或信號(hào)吸收、波或信號(hào)發(fā)射、影響能量吸收、振動(dòng)阻尼、雷擊屏蔽、電磁干擾(EMI)屏蔽、射頻干擾(RFI)屏蔽、輻射屏蔽、或宇宙射線屏蔽、或提供熱保護(hù)屏障。

根據(jù)另一特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料還可包括關(guān)于上述內(nèi)部空隙體積的多種使用方法。僅通過(guò)示例但不構(gòu)成限制，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，內(nèi)部空隙體積可由至少一種功能性材料涂覆或填充或部分填充。在這方面，功能性材料可改進(jìn)納米復(fù)合材料的物理和化學(xué)性能(例如電導(dǎo)率、電特性、導(dǎo)熱系數(shù)、形狀記憶行為、壓電性能、斷裂韌度、臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子、振動(dòng)阻尼、極端溫度耐受性、與之后連接的其他材料的。與后來(lái)連接的其他材料的化學(xué)相容性等)。如果需要，可以使用多于一種的功能性材料，以提供不同的特性。僅通過(guò)示例，功能性材料可用于下述目的，諸如：促進(jìn)骨骼或組織生長(zhǎng)；防水的同時(shí)允許空氣通過(guò)；防一種化學(xué)流體的同時(shí)允許其他類型的流體通過(guò)；促進(jìn)或防止生物增長(zhǎng)；檢測(cè)環(huán)境變化；對(duì)環(huán)境變化作出反應(yīng)或與其相互作用；結(jié)合或拆除納米復(fù)合材料中的至少兩個(gè)；用于能量?jī)?chǔ)存；用于修補(bǔ)納米復(fù)合材料；用于檢測(cè)納米復(fù)合材料的損壞；控制電力傳輸；作為催化劑的基底；或檢測(cè)預(yù)定化學(xué)品。

根據(jù)另一特征，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料可包括內(nèi)部空隙體積，其用于聲學(xué)吸收、信號(hào)吸收、或控制流體進(jìn)入或流出納米復(fù)合材料的方向。

可以理解，經(jīng)過(guò)閱讀本申請(qǐng)的下述具體描述和/或經(jīng)過(guò)使用所述實(shí)施方式，本申請(qǐng)的其他方面、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得明顯。因此，應(yīng)該理解該描述僅為示例性和解釋性，本申請(qǐng)不限于所示出和描述的任意實(shí)施方式。相反，本申請(qǐng)應(yīng)該擴(kuò)展至可以將本申請(qǐng)?jiān)戆谄湔嬲窈头秶鷥?nèi)的所有替代方案和變形。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參照附圖，僅作為實(shí)例描述本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式，附圖合并在本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，并且與上述給出的總體描述以及下述提出的具體實(shí)施方式一起，用于解釋本申請(qǐng)的原理，其中：

圖1是與本申請(qǐng)一致的示例性納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，多個(gè)納米纖維設(shè)置為相對(duì)于長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維呈橫向插入關(guān)系，連接劑在接觸點(diǎn)將納米纖維連接至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維；

圖2是示出圖1的納米復(fù)合材料的控制體積的示意圖；以及

圖3是總體沿圖1中線3-3截取的示意圖，示出在納米復(fù)合材料表面處存在的可選外用涂層。

在詳細(xì)解釋示例性實(shí)施方式和過(guò)程之前，應(yīng)該理解本申請(qǐng)的應(yīng)用或結(jié)構(gòu)不限于下述說(shuō)明中提出的或附圖所示的細(xì)節(jié)。相反，本申請(qǐng)能夠具有其他實(shí)施方式并且能夠以不同方式來(lái)實(shí)施或執(zhí)行。同時(shí)，可以理解，本文使用的措辭和術(shù)語(yǔ)僅用于描述的目的而不應(yīng)被認(rèn)為是限制。此處使用的詞語(yǔ)諸如“包括”和“包含”及其變形表示包括之后所列出的項(xiàng)目及其等同物以及額外項(xiàng)目及其等同物。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖，其中某種可能的程度，各圖中相似的附圖標(biāo)記用于表示相似的部件。如結(jié)合參照?qǐng)D1和圖2所示，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的陣列，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12導(dǎo)向?yàn)榇笾缕叫杏诠灿脜⒖计矫?未示出)。因此，例如，在三維坐標(biāo)系統(tǒng)中，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12可大致在“X”方向和/或“Y”方向?qū)?，以大致平行于共用參考平?未示出)，該共用參考平面垂直于“Z”軸。在這方面，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12可以彼此平行或橫切導(dǎo)向。僅通過(guò)示例并不構(gòu)成限制，該長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12可以為如上定義的超細(xì)纖維，其具有在從1微米至1000微米的微米級(jí)范圍內(nèi)的有效直徑。然而，如果需要可以同樣地使用具有更大和更小直徑的纖維。長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的理想特征是高縱橫比，使纖維長(zhǎng)度是纖維直徑的至少100倍。當(dāng)然，如果需要也可以使用更長(zhǎng)得多的纖維。長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12可以由任意示例材料形成。僅通過(guò)示例，示例性材料可包括玻璃纖維、碳纖維、聚合物纖維、芳綸纖維等。對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)由這些材料形成超細(xì)纖維為已知的并且通常用作纖維增強(qiáng)復(fù)合材料諸如纖維增強(qiáng)聚合物“FRP”復(fù)合材料等中的增強(qiáng)材料。

在與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10中，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12可以聚集成纖維排，并且然后這些排可以進(jìn)一步聚集成墊料或織物。因此，如圖1所示，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的陣列可包括其長(zhǎng)度尺寸設(shè)置在兩個(gè)或更多個(gè)平行平面中的纖維。非常理想地是保持長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的長(zhǎng)度，因?yàn)槎汤w維具有滑動(dòng)的可能性，并且具有較短纖維的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常比具有較短纖維的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料更脆弱。因此，雖然為了本申請(qǐng)的目的可以使用較短纖維，但理想地是使用較長(zhǎng)纖維。在這方面，具有的長(zhǎng)度是直徑至少100倍的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維是尤其有利的。

與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10還包括多個(gè)納米纖維14，其經(jīng)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的陣列以插入縫合關(guān)系設(shè)置。在這方面，詞語(yǔ)“縫合關(guān)系”是指納米纖維經(jīng)由長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12占據(jù)的不同平面的起伏路徑，如圖2中所示。如所示出的，納米纖維14可導(dǎo)向?yàn)槭蛊溟L(zhǎng)度尺寸橫切(并且優(yōu)選大致垂直于)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的長(zhǎng)度尺寸。根據(jù)可能的優(yōu)選實(shí)施例，在與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10中，納米纖維14平均交搭在不少于三個(gè)(以及優(yōu)選為至少5個(gè))長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12上，以建立長(zhǎng)范圍的納米縫合模式。在這方面，可以理解雖然一些納米纖維14可以交搭在少于三個(gè)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12上，但其他納米纖維14可以交搭在更多數(shù)量的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12上，從而產(chǎn)生多于三個(gè)交搭的平均數(shù)?？傊?，較多數(shù)量的交搭是理想的，以產(chǎn)生納米纖維14與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12之間更多數(shù)量的接觸點(diǎn)，以增強(qiáng)負(fù)荷傳遞，如后文的進(jìn)一步說(shuō)明。

與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10還包括連接劑16，以在接觸位置將納米纖維14固定至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12，在接觸位置，納米纖維14與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12交搭。如所示出的，連接劑16可以大致定位在接觸位置。通過(guò)大致定位連接劑16，纖維成分之間的間質(zhì)區(qū)域具有大量不含有連接劑的部分，并且納米復(fù)合材料10設(shè)置有缺少連接劑的大量孔狀內(nèi)部空隙體積18?？梢岳斫猓摻Y(jié)構(gòu)顯著不同于現(xiàn)有的纖維增強(qiáng)塑料和其他復(fù)合材料，其中，連接劑通?；撅柡筒⑻畛渌虚g質(zhì)區(qū)域。

根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10可包括這種級(jí)別的連接劑16，其足以：(i)在接觸位置將長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12固定至納米纖維14；以及(ii)在納米復(fù)合材料10中產(chǎn)生高孔隙的內(nèi)部空隙體積18，其特征在于，在代表性控制體積20(圖2)中不包括長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和納米纖維的空間有至少20％(并且更優(yōu)選至少50％)不被連接劑16占用。也就是，納米復(fù)合材料10的孔隙率可由下述公式定義：

(V-V_f-V_nf-V_ca)/(V-V_f-V_nf)≥20％

其中，V等于總控制體積；V_f等于長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的體積；V_nf等于納米纖維的體積；以及V_ca等于連接劑的體積。

所產(chǎn)生的納米復(fù)合材料10在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12陣列與納米纖維14之間具有納米級(jí)長(zhǎng)度范圍的機(jī)械互鎖。所產(chǎn)生的納米復(fù)合材料10的特征為具有這樣的能力，通過(guò)連接劑16經(jīng)共用納米纖維14在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的陣列中的至少兩個(gè)不相鄰的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12之間傳遞負(fù)荷，連接劑16用于形成或促進(jìn)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14之間的機(jī)械互鎖。

根據(jù)納米復(fù)合材料10的一個(gè)重要方面，產(chǎn)生沒(méi)有由連接劑16填充的較高內(nèi)部孔隙率。然而，由于由納米纖維14提供納米級(jí)長(zhǎng)度范圍的機(jī)械互鎖，沒(méi)有必要像常規(guī)基質(zhì)結(jié)合的復(fù)合材料中通常所需的完全基質(zhì)飽和。

連接劑16可采用很多不同的形式。僅通過(guò)示例并不構(gòu)成限制，根據(jù)所示示例性實(shí)施例，連接劑可以為獨(dú)立于長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和納米纖維14的結(jié)合材料。一種該結(jié)合材料為樹脂，諸如熱固性或熱塑性樹脂等。然而，還考慮連接劑16可以為在長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和納米纖維14之間界面處產(chǎn)生的結(jié)合力，并且其不依賴使用不同于纖維成分的材料。僅通過(guò)實(shí)例，該結(jié)合力連接劑可以為下述形式，諸如摩擦力、范德華力、長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14之間的直接熔焊、由長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和納米纖維14形成的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14之間的磁力、長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14之間基于電荷的力等。當(dāng)然，如果需要也可以類似地使用其他連接劑。

在一種示例性實(shí)施例中，當(dāng)長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和/或納米纖維14部分熔融并允許固化從而在接觸點(diǎn)結(jié)合至相鄰纖維結(jié)構(gòu)時(shí)，可建立長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14之間的直接熔焊。用于局部熔融和結(jié)合的技術(shù)可包括超聲波焊接等。在另一示例性實(shí)施例中，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和/或納米纖維14可選擇為彼此化學(xué)反應(yīng)，以形成在連接點(diǎn)將纖維結(jié)合的化學(xué)產(chǎn)物。在另一示例性實(shí)施例中，如果纖維成分包括磁性材料，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12和納米纖維14可由磁力結(jié)合。在又一示例性實(shí)施例中，可施加電荷和/或通過(guò)摩擦等產(chǎn)生靜電荷，以作為連接劑16并因此將長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12與納米纖維14結(jié)合在一起。

僅通過(guò)示例并不構(gòu)成限制，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10可由具有三個(gè)主要步驟的過(guò)程形成。在第一步驟中，傳遞流體可以用于將多個(gè)納米纖維14傳送至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的預(yù)成型的纖維陣列中。在該步驟中，通過(guò)名稱為”用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)排列的多級(jí)別復(fù)合材料的方法”的國(guó)際申請(qǐng)PCT/US2014/048406中示出和描述的技術(shù)(在此將其教導(dǎo)的全部?jī)?nèi)容整體地通過(guò)援引并入本文，正如其在本文中完整地被描述了一樣)，納米纖維14可以相對(duì)于長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12以理想排列的“Z”方向?qū)蛞搿Ｈ欢?，可以類似地使用其他任何示例性技術(shù)。在接著的第二步驟中，移除相當(dāng)一部分傳遞流體，使引入纖維陣列中至少約20％體積的傳遞流體被移除，從而產(chǎn)生大量?jī)?nèi)部空隙體積。在第三步驟中，其能夠在任意時(shí)間開始，激活連接劑16，從而將納米纖維14與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12以機(jī)械方式結(jié)合。

如果需要，內(nèi)部空隙體積18可以至少部分填充有樹脂材料、金屬材料、磁性材料、陶瓷材料、導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、相變材料或行狀記憶材料(例如合金或聚合物)等。此外，內(nèi)部空隙體積18可以至少部分填充有能量吸收材料、能量吸收凝膠、無(wú)機(jī)能量吸收材料(諸如陶瓷)、以及有機(jī)能量吸收材料。

與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10的特征在于，除了大量?jī)?nèi)部空隙體積還具有高機(jī)械強(qiáng)度。具體而言，納米復(fù)合材料10在平行于大部分長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的方向可具有抗拉強(qiáng)度，其不少于對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的60％，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)復(fù)合材料包括由相同連接劑完全充滿的等量的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維。

如果需要，可以在與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10的表面施加至少一層保護(hù)性涂層或薄膜30(圖3)，以抵御惡劣環(huán)境。僅通過(guò)示例，該保護(hù)性涂層或薄膜30的示例性示例可包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物、硅、防腐金屬沉積、陶瓷、防水透氣膜(例如高度拉伸的多孔聚四氟乙烯膜)，防水透氣織物、其他納米復(fù)合材料10和由上述任意要素形成的多孔材料等。

如果需要，可以在與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10的表面施加至少一層防水透氣涂層或薄膜，以用于防水。該涂層或薄膜的示例性示例可包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物、硅、防腐金屬沉積、陶瓷、防水透氣膜，防水透氣織物、其他納米復(fù)合材料10和由上述任意要素形成的多孔材料等。

如果需要，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10的較薄的深度可由涂層密封，以抵御惡劣環(huán)境。該涂層的示例性實(shí)施例包括但不限于熱塑性聚合物、熱固性聚合物、硅、防腐金屬沉積、陶瓷、防水透氣膜，防水透氣織物、其他納米復(fù)合材料10等。

如果需要，與本申請(qǐng)一致的納米復(fù)合材料10的較薄的深度可以由防水透氣涂層密封，以用于防水。該圖層的示例性實(shí)施例包括但不限于熱塑性聚合物、熱固性聚合物、硅、防水透氣膜，防水透氣織物、納米復(fù)合材料10、和由上述任意要素形成的多孔材料等。

此外，關(guān)于納米復(fù)合材料10的組成，長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12、連接劑16和內(nèi)部空隙體積18能夠至少部分地構(gòu)成功能性材料(下文是指“功能化”核心成分)。用于“功能化”核心成分的功能性材料實(shí)例包括但不限于傳感器材料、驅(qū)動(dòng)器材料、吸收材料、阻尼材料、修補(bǔ)材料、自修復(fù)材料、發(fā)光材料、光學(xué)材料、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、藥物、生物醫(yī)用材料、防火阻燃材料、滅火材料、活性材料、催化材料、或上述的混合物。此外，功能性材料能夠?yàn)橥ㄟ^(guò)方法控制的材料，這些方法包括但不限于溫度、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、pH值、濕度、與其接觸的化學(xué)成分。此外，功能性材料可具有有利的性能變化，包括但不限于電子、磁、光、機(jī)械、壓電、鐵電、光伏、顯色、形狀記憶、熱電、自修復(fù)、自組裝、相變、放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、化學(xué)特性、焊接材料、粘著劑以及生物醫(yī)藥等。此外，功能性材料可以為液相、氣相或固相。此外，功能性材料可以為相變材料。

關(guān)于“功能化”核心成分的使用方法，示例性用途包括波的吸收、信號(hào)的吸收、波的發(fā)射、以及信號(hào)的發(fā)射。關(guān)于波的吸收，這些波可以為機(jī)械(聲波、集中波、化學(xué)濃度波、光(光和束)波)或電磁(光波、無(wú)線電頻率波、微波、X光、和宇宙射線)的。關(guān)于信號(hào)的吸收，這些信號(hào)可以為機(jī)械或電磁的，例如聲學(xué)信號(hào)、聲音信號(hào)、電信號(hào)、磁信號(hào)、輻射信號(hào)、集中信號(hào)、光信號(hào)、溫度信號(hào)和化學(xué)信號(hào)。關(guān)于“功能化”核心成分的使用方法，進(jìn)一步示例性用途包括控制對(duì)吸收的波和吸收的信號(hào)的響應(yīng)。

“功能化”核心成分的使用方法還可包括(關(guān)于納米復(fù)合材料10的)傳感、修補(bǔ)、或自修復(fù)任何損壞，更具體地防止任何火災(zāi)損失或熄滅其中或其附近的火?！肮δ芑焙诵某煞值钠渌褂梅椒砂?關(guān)于納米復(fù)合材料10)：通過(guò)與其接觸檢測(cè)或/和移除危險(xiǎn)化學(xué)品、焊接結(jié)合其至少兩件、拆卸其至少兩件、磁性連接其至少兩件、粘附連接其至少兩件、促進(jìn)至少兩個(gè)結(jié)合件之間的電連接、以及改進(jìn)上述其物理性能。示例性物理性能包括但不限于電性能、磁性能、熱性能、聲學(xué)性能、熱機(jī)械性能和光學(xué)性能。示例性電性能包括但不限于電導(dǎo)率、電容率、阻抗、和介電強(qiáng)度。示例性熱性能包括但不限于導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、潛熱和熔融溫度。示例性熱機(jī)械性能包括但不限于儲(chǔ)能模量和損耗模量(納米復(fù)合材料10能夠承受高溫的不同溫度和時(shí)間)。

“功能化”核心成分的其他使用方法包括(關(guān)于納米復(fù)合材料10)改進(jìn)其性能。示例性執(zhí)行措施包括但不限于雷擊屏蔽、輻射屏蔽、宇宙射線屏蔽、熱防護(hù)屏障、電磁干擾屏蔽和射頻干擾屏蔽。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的使用方法，上述內(nèi)部空隙體積18能夠用于聲學(xué)吸收或信號(hào)吸收。此外，上述內(nèi)部空隙體積18能夠用于控制流體流入或流出納米復(fù)合材料10的方向。該控制的示例性變化包括這樣的方法，其中內(nèi)部空隙體積18改變：(i)流體沿納米復(fù)合材料10表面流動(dòng)的流線；(ii)流體沿納米復(fù)合材料10表面流動(dòng)的壓力分配；(iii)流體沿納米復(fù)合材料10表面流動(dòng)的流動(dòng)邊界層；以及(iv)流體沿納米復(fù)合材料10表面流動(dòng)的熱邊界層。該控制的其他示例性變化包括如下方法，其中內(nèi)部空隙體積18額外地用于控制：(i)當(dāng)與外部流體環(huán)境相對(duì)移動(dòng)時(shí)，由納米復(fù)合材料10至少部分覆蓋的本體的邊界層；(ii)當(dāng)與外部流體環(huán)境相對(duì)移動(dòng)時(shí)，對(duì)由納米復(fù)合材料10至少部分覆蓋的本體的拖曳；(iii)當(dāng)與外部流體環(huán)境相對(duì)移動(dòng)時(shí)，對(duì)由納米復(fù)合材料10至少部分覆蓋的本體的提升力；以及(iv)當(dāng)與外部流體環(huán)境相對(duì)移動(dòng)時(shí)，對(duì)由納米復(fù)合材料10至少部分覆蓋的本體的流體動(dòng)力學(xué)。

該控制的另一示例性變化包括如下方法，其中內(nèi)部空隙體積18還用于：(i)冷卻或加熱納米復(fù)合材料10或包含納米復(fù)合材料10的環(huán)境；(ii)防止納米復(fù)合材料10的表面或包含納米復(fù)合材料10的環(huán)境結(jié)冰；(iii)從納米復(fù)合材料10吸走流動(dòng)；以及(iv)將流動(dòng)吸入納米復(fù)合材料10；以及(iv)從納米復(fù)合材料10吸走流出物。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，能夠使用至少一種功能性材料涂覆或填充或部分填充上述內(nèi)部空隙體積18。該功能性材料能夠用于：(i)促進(jìn)骨骼或組織生長(zhǎng)；(ii)當(dāng)同時(shí)允許空氣通過(guò)時(shí)排水；(iii)當(dāng)同時(shí)允許其他類型的流體通過(guò)時(shí)排出一種化學(xué)流體；(iv)促進(jìn)生物增長(zhǎng)；(v)防止生物增長(zhǎng)；(vi)傳輸電力；(vii)作為催化劑的基底，以及(viii)檢測(cè)預(yù)定化學(xué)品。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10能夠提供第一功能，其包括用以承受負(fù)荷的機(jī)械強(qiáng)度，并且內(nèi)部空隙體積18能夠提供第二功能。該第二功能能夠包括但不限于損壞感測(cè)、自修復(fù)、易于維修、流體動(dòng)力學(xué)控制/感測(cè)、熱控制/感測(cè)、與其接觸的化學(xué)品的控制和感測(cè)、濕度控制/感測(cè)、防止結(jié)冰、焊接結(jié)合、焊接拆卸、粘附結(jié)合、磁結(jié)合、促進(jìn)電性能、促進(jìn)熱性能、促進(jìn)磁性能、促進(jìn)光學(xué)性能、促進(jìn)聲學(xué)性能、促進(jìn)熱機(jī)械性能、增強(qiáng)納米復(fù)合材料10的兩個(gè)連接件之間的電連接、促進(jìn)納米復(fù)合材料10的生物醫(yī)學(xué)性能、波或信號(hào)吸收、波或信號(hào)發(fā)射、影響能量吸收、振動(dòng)阻尼、雷擊屏蔽、電磁干擾(EMI)屏蔽、射頻干擾(RFI)屏蔽、輻射屏蔽、或宇宙射線屏蔽、或產(chǎn)生熱保護(hù)屏障。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10與相應(yīng)基準(zhǔn)復(fù)合材料相比能夠具有更高的具體拉伸模量(拉伸模量與具體重量的比率)。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10與相應(yīng)基準(zhǔn)復(fù)合材料相比能夠具有更高的具體拉伸強(qiáng)度(即，拉伸強(qiáng)度與具體重量的比率)。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10與相應(yīng)基準(zhǔn)復(fù)合材料相比能夠具有更高的具體壓縮模量(即，壓縮模量與具體重量的比率)。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10與相應(yīng)基準(zhǔn)復(fù)合材料相比能夠具有更高的具體壓縮強(qiáng)度(即，壓縮強(qiáng)度與具體重量的比率)。

關(guān)于與“功能化”核心成分無(wú)關(guān)的其他使用方法，納米復(fù)合材料10與相應(yīng)基準(zhǔn)復(fù)合材料相比能夠具有更高抵制分層的強(qiáng)度。

通過(guò)參照下述非限制性實(shí)例，可以進(jìn)一步理解本申請(qǐng)的各方面。

實(shí)施例1

納米纖維諸如具有長(zhǎng)度約為50-500微米和直徑約為50-150納米的長(zhǎng)形碳絲分散在傳遞流體中，傳遞流體包括B階段熱固性樹脂(諸如為半固化的水性環(huán)氧樹脂，從而傳遞流體在室溫為固相)和其兼容溶劑(在水性環(huán)氧樹脂的情況中為水)。在該過(guò)程中，樹脂可溶解在兼容溶劑中，并且當(dāng)移除溶劑時(shí)從溶液析出。傳遞流體能夠被加熱并且變?yōu)橐后w，以及還能夠被冷卻以變?yōu)楣腆w。使用強(qiáng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，納米纖維與液相的傳遞流體對(duì)齊，接著固化，并且然后通過(guò)名稱為“用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)排列的多級(jí)別復(fù)合材料的方法”的申請(qǐng)PCT/US2014/048406中提出的技術(shù)，將對(duì)齊傳遞至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維12的預(yù)形成的陣列中。通過(guò)將納米纖維與液相流體對(duì)齊并且在對(duì)齊之后固化流體，形成包含對(duì)齊的納米纖維和流體的薄膜。如果需要，能夠使用高度多孔海綿吸收并保留納米纖維和流體。

可將固化膜壓抵織物等形式的長(zhǎng)度延長(zhǎng)的碳纖維的預(yù)熱陣列。與受熱纖維直接接觸的固化流體可熔融，因此對(duì)齊的納米纖維與熔融流體一起逐漸轉(zhuǎn)移至預(yù)形成的纖維陣列中。從而長(zhǎng)形納米纖維在預(yù)形成的纖維陣列中形成長(zhǎng)范圍的縫合模式。在引入納米纖維14和流體進(jìn)入長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維的預(yù)形成陣列中之后，可應(yīng)用具有適當(dāng)升高溫度的真空裝置，以使溶劑(例如水)汽化，從而保留在纖維陣列內(nèi)部的B階段樹脂變?yōu)楣腆w并將納米纖維結(jié)合至長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維。通過(guò)溶劑的汽化形成并精確地控制明顯的內(nèi)部空隙體積18。因此，通過(guò)完全移除溶劑，能夠產(chǎn)生大量的空隙空間。由于表面張力，樹脂優(yōu)選堆積在納米纖維與長(zhǎng)度延長(zhǎng)的纖維之間的界面處，從而形成局部結(jié)合。

當(dāng)然，上述的變形和變化落在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。因此，可以理解，本文所披露和限定的內(nèi)容包括上述的或從文字和/或附圖中明顯具有的兩個(gè)或多個(gè)單獨(dú)特征的所有可選組合。所有這些不同的組合構(gòu)成本申請(qǐng)的不同替代方面。