特表 2022-509999 グラフェン積層構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-25

(54)【発明の名称】グラフェン積層構造

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/194 20170101AFI20220118BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20220118BHJP

   B32B 9/04 20060101ALI20220118BHJP

   B32B 7/12 20060101ALI20220118BHJP

   B32B 27/06 20060101ALI20220118BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

C01B32/194

B32B9/00 A

B32B9/04

B32B7/12

B32B27/06

H05K9/00 W

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531494

(86)(22)【出願日】2019-11-29

(85)【翻訳文提出日】2021-07-16

(86)【国際出願番号】 US2019063869

(87)【国際公開番号】W WO2020113176

(87)【国際公開日】2020-06-04

(31)【優先権主張番号】62/773,693

(32)【優先日】2018-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509270225

【氏名又は名称】ザ・リサーチ・ファウンデーション・フォー・ザ・ステート・ユニヴァーシティー・オブ・ニュー・ヨーク

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100108903

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 和広

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100146466

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 正俊

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(72)【発明者】

【氏名】マシュー エイサマン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン フォークソン

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ アンドレード

【テーマコード（参考）】

4F100

4G146

5E321

【Ｆターム（参考）】

4F100AA37A

4F100AB10B

4F100AB10C

4F100AB17B

4F100AB17C

4F100AB24B

4F100AB24C

4F100AK04B

4F100AK04C

4F100AK07B

4F100AK07C

4F100AK12B

4F100AK12C

4F100AK18B

4F100AK18C

4F100AK22B

4F100AK22C

4F100AK23B

4F100AK23C

4F100AK25B

4F100AK25C

4F100AK42B

4F100AK42C

4F100AK45B

4F100AK45C

4F100AK46B

4F100AK46C

4F100AK49B

4F100AK49C

4F100AK51B

4F100AK51C

4F100AK54B

4F100AK54C

4F100AK68B

4F100AK68C

4F100BA03

4F100BA05

4F100BA06

4F100BA10B

4F100BA10C

4F100CB02D

4F100CB02E

4F100DB01B

4F100DB01C

4F100EH66B

4F100EH66C

4F100GB41

4F100JB13B

4F100JB13C

4F100JB13D

4F100JB13E

4F100JB16B

4F100JB16C

4F100JD08A

4F100JG01A

4F100JG01B

4F100JG01C

4F100JL11D

4F100JL11E

4G146AA01

4G146AB07

4G146AD22

4G146BA12

4G146BC09

4G146BC42

4G146BC43

4G146BC44

4G146CB19

4G146CB35

5E321AA46

5E321BB23

5E321BB24

5E321BB25

5E321BB60

5E321GG05

5E321GG11

5E321GH01

5E321GH10

(57)【要約】

提供されるのは、グラフェン積層組成物及びアーキテクチャを形成する方法である。方法は、（ｉ）１つ以上の平面グラフェンシートを含むグラフェン構造を第１の中間層材料と接触させることと、（ｉｉ）導電材料を堆積させることであって、導電材料は、グラフェンの縁及び第１の中間層の一端に沿って堆積される、堆積させることと、（ｉｉｉ）グラフェン構造を第２の中間層材料と接触させることと、を含む。また、提供されるのは、改善された機械強度、電気移動度、及び光透過性を有するドープされたグラフェン膜を含むグラフェン積層体構造である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

グラフェン積層体を形成する方法であって、
（ｉ）１つ以上の平面グラフェンシートを含むグラフェン構造を第１の中間層材料と接触させることと、
（ｉｉ）導電材料を堆積させることであって、前記導電材料は、前記グラフェンの縁及び前記第１の中間層の一端に沿って堆積される、前記堆積させることと、
（ｉｉｉ）前記グラフェン構造を第２の中間層材料と接触させることと、
を備えた、前記方法。

【請求項2】

前記グラフェン構造と前記第１の中間層材料及び前記第２の中間層材料のうちの少なくとも１つとの間に液体接着剤溶液を更に備えた、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記液体接着剤溶液は、熱により硬化される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

１つ以上のグラフェンの層の間に１つ以上のスペーサ層を更に備えた、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記中間層は、１つ以上のポリマを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記ポリマは、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマから構成されたグループから選択される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記ポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンから構成されたグループから選択される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記液体接着剤溶液は、溶剤及びポリマを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記ポリマは、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマから構成されたグループから選択される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンから構成されたグループから選択される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記中間層の一方または両方は、アルカリ金属塩を更に含む、請求項５に記載の方法。

【請求項12】

前記アルカリ金属塩内の陽イオンは、Ｎａ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｋ、及びＲｂから構成されたグループから選択される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記アルカリ金属塩内の陰イオンは、過塩素酸塩、沃化物、及び炭酸塩から構成されたグループから選択される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記グラフェンシートは、アルカリ金属イオンによりインターカレートされる、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記グラフェン構造は、１～５０個の平面グラフェンシートを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項16】

前記１つ以上の平面グラフェンシートは、個々に前記中間層材料に塗布される、請求項１に記載の方法。

【請求項17】

前記１つ以上の平面グラフェンシートは、多層グラフェンの成長として前記中間層に塗布され、前記多層グラフェンは、１～５０個の平面グラフェンシートを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項18】

ステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は両方とも１～５回直列に繰り返される、請求項１に記載の方法。

【請求項19】

前記グラフェンシート及び前記アルカリ金属イオンから形成された化合物は、ＬｉＣ_７２、ＬｉＣ_３６、ＬｉＣ_１８、ＬｉＣ_１２、及び／またはＬｉＣ_６から構成されたグループから選択される、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記導電材料は、金属テープまたは接着テープから構成されたグループから選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項21】

前記金属は、銅、銀、またはアルミニウムから構成されたグループから選択される、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

導電材料の前記堆積は、物理気相成長、熱蒸着、スパッタリング、及びプレーティングから選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項23】

前記液体接着剤は、１３０℃～１６０℃の範囲にある最終温度に硬化される、請求項３に記載の方法。

【請求項24】

前記最終温度は、約５分～約４時間の間に保持される、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

ＥＭＩシールディングをもたらすグラフェン積層体であって、
第１の中間層と第２の中間層との間の１つ以上のグラフェンの層と、
前記グラフェンの縁及び前記中間層の一端に沿った導電材料と、
を備えた、前記グラフェン積層体。

【請求項26】

前記グラフェン構造と前記第１の中間層の材料及び前記第２の中間層の材料のうちの少なくとも１つとの間に液体接着剤溶液を更に備えた、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項27】

前記液体接着剤溶液は、熱により硬化される、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項28】

１つ以上のグラフェンの層の間に１つ以上のスペーサ層を更に備えた、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項29】

前記中間層は、１つ以上のポリマから成っている、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項30】

前記ポリマは、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマから構成されたグループから選択される、請求項２９に記載のグラフェン積層体。

【請求項31】

前記ポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンから構成されたグループから選択される、請求項３０に記載のグラフェン積層体。

【請求項32】

前記接着剤容液は、溶剤及びポリマを含む液体溶液である、請求項２６に記載のグラフェン積層体。

【請求項33】

前記ポリマは、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマから構成されたグループから選択される、請求項３２に記載のグラフェン積層体。

【請求項34】

前記ポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンから構成されたグループから選択される、請求項３３に記載のグラフェン積層体。

【請求項35】

前記第１の中間層は、アルカリ金属塩を更に含む、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項36】

前記アルカリ金属塩内の陽イオンは、Ｎａ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｋ、Ｒｂから構成されたグループから選択される、請求項３５に記載のグラフェン積層体。

【請求項37】

前記アルカリ金属塩内の陰イオンは、過塩素酸塩、沃化物、及び炭酸塩から構成されたグループから選択される、請求項３５に記載のグラフェン積層体。

【請求項38】

前記グラフェンシートは、アルカリ金属イオンによりインターカレートされる、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項39】

前記グラフェン構造は、アルカリ金属イオンによりインターカレートされた１～５０個の平面グラフェンシートを含む、請求項３８に記載のグラフェン積層体。

【請求項40】

前記グラフェンシート及び前記アルカリ金属イオンから形成された化合物は、ＬｉＣ_７２、ＬｉＣ_３６、ＬｉＣ_１８、ＬｉＣ_１２、及び／またはＬｉＣ_６などから構成されたグループから選択される、請求項３９に記載のグラフェン積層体。

【請求項41】

前記導電材料は、金属テープまたは接着テープから構成されたグループから選択される、請求項２５に記載のグラフェン積層体。

【請求項42】

前記金属は、銅、銀、またはアルミニウムから構成されたグループから選択される、請求項４１に記載のグラフェン積層体。

【請求項43】

ＥＭＩシールディング、並びに耐衝撃性、耐爆性、及び耐弾性のうちの少なくとも１つ以上をもたらす積層されたガラスパネルであって、前記積層されたガラスパネルは、請求項２５に記載のグラフェン積層体の１つ以上のシートの間で結合された２つ以上のガラス片を含む、前記積層されたガラスパネル。

【請求項44】

ＥＭＩシールディング、並びに耐衝撃性、耐爆性、及び耐弾性のうちの少なくとも１つ以上をもたらす積層されたガラスパネルであって、前記積層されたガラスパネルは、請求項２５に記載のグラフェン積層体の１つ以上のシートの間で結合された２つ以上のガラス片及びポリカーボネート片を含む、前記積層されたガラスパネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、改善された機械強度、電気移動度、及び光透過性を有するグラフェン積層組成物及びアーキテクチャ、並びにグラフェン積層組成物及びアーキテクチャを作成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多数の用途は、光学的に透過であり（視覚的な明瞭さのために）、強度が高く（保護、セキュリティ、及び長寿命のために）、並びに導電性である（電磁気干渉の減少、すなわち、ＥＭＩシールディングのために）積層窓材料を必要とする。例えば、軍事用途及びセキュリティ用途は、耐弾及び耐爆の両方であり、電磁気放射の透過を遮断する、光学的に透過な窓を必要とすることが多い。ＥＭＩシールディングの能力を有する窓は典型的には、透過基板（それらに限定されないが、ガラス積層体、アクリル積層体、及びガラスポリマ積層体を含む）上の導電金属もしくは導電材料（それらに限定されないが、銅または銀を含む）または透過基板に組み込まれた導電金属もしくは導電材料の薄膜または格子から成る。

【0003】

ＥＭＩシールディング膜は、シールディング効果と光透過性との間の固有のトレードオフを有する。所与の材料に対し、材料をより厚くすることによって、シールディング効果を増大させることができるが、光透過性を減少させる。最新技術に対して、所与のシールディング効果のためのより高い光透過性を得る新たな材料が望まれる。

【0004】

積層ガラスアーキテクチャ（例えば、耐弾ガラス及び／または耐爆ガラス）は、同様のトレードオフの影響を受け、より厚みのあるガラスの層もしくはより厚みのあるプラスチックの層、または追加のガラスの層もしくは追加のプラスチックの層を追加することによって、防弾性及び防爆性を改善することができるが、光透過性及び物理的重量を減少させる。標準的なアーキテクチャに組み込まれるとき、同一の保護のためのより高い光透過性を得る新たな材料が望まれる。

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、例えば、積層窓に組み込まれるとき、ＥＭＩシールディングをもたらすグラフェン積層構造を形成する方法を提供することである。別の目的は、ＥＭＩシールディングをもたらすグラフェン積層体及び積層された窓パネルを提供することである。別の態様では、発明は、ＥＭＩシールディング、並びに耐衝撃性、耐爆性、及び耐弾性のうちの少なくとも１つ以上をもたらす、積層された窓パネルを提供する。

【0006】

発明は、グラフェン積層体を生成する方法を提供し、方法は、（ｉ）１つ以上の平面グラフェンシートを含むグラフェン構造を第１の中間層材料と接触させることと、（ｉｉ）導電材料を堆積させることであって、導電材料は、グラフェンの縁及び第１の中間層の一端に沿って堆積される、堆積させることと、（ｉｉｉ）グラフェン構造を第２の中間層材料と接触させることと、を含む。

【0007】

発明は、第１の中間層と第２の中間層との間の１つ以上のグラフェンの層と、グラフェンの縁及び中間層の一端に沿った導電材料と、を含むグラフェン積層構造を更に提供する。グラフェン積層構造は、ＥＭＩシールディングをもたらし、好ましくは、耐衝撃性、耐爆性、及び耐弾性のうちの少なくとも１つ以上をもたらすよう、積層窓構造に組み込まれる。

【0008】

図面の以下の詳細な説明を参照することによって、本発明の更なる特徴及び利点と共に、本発明のより完全な理解が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】グラフェン積層構造の概略図である。

【図2】２Ａ～２Ｄは、導電接地材料についての例示的な空間的な実施形態の表示である。

【図3】積層されたガラスパネルの概略図である。

【図4】代替的な積層されたガラスパネルの概略図である。

【図5】追加の代替的な積層されたガラスパネルの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書で提供されるのは、改善された機械強度、電気移動度、及び光透過性を有する、ドープされたグラフェン膜を含むグラフェン積層構造である。更に提供されるのは、ドープされたグラフェン膜を含むグラフェン積層体を形成する方法である。

【0011】

また、提供されるのは、第１の中間層と第２の中間層との間に挿入された１つ以上のグラフェンの層と、グラフェン層の少なくとも１つの縁に沿った導電材料と、を含むグラフェン積層構造である。

【0012】

また、提供されるのは、第１の中間層と第２の中間層との間に挿入された１つ以上のグラフェンの層と、グラフェン層の少なくとも１つの縁に沿った導電材料と、第１の中間層及び／または第２の中間層に隣接した１つ以上のガラスパネルまたは１つ以上のポリカーボネートパネルと、を含む積層窓である。

【0013】

グラフェン膜は、機械強度、電気移動度、及び光透過性（全ての視認可能な波長にわたって層ごとに２．３％の吸収率）を１つの材料に組み込む。ポリマの強度を増大させるためにグラフェン膜が示されてきた。しかしながら、グラフェンが高性能のＥＭＩシールディング材料の役割を果たすために、膜の平面に十分に高い導電性（グラフェン移動度及びキャリア濃度の積と比例した）を有する必要がある。移動度に関して、グラフェンに対して引き合いに出されることが多い極端に高い移動度の値は、基板と接触しているのではなく、それがサスペンドされることを条件とする。基板と接触しているときに高い値の移動度を達成することは、移動度の値を減少させることがある基板の相互作用を通じたグラフェンの電荷キャリアの分散に対する制御を伴う。キャリア濃度に関して、本来の（ドープされていない）グラフェンは、低いキャリア濃度を有する。高性能としての役割を果たす、十分に高いキャリア濃度を達成するために、グラフェンをドープすることによって（電荷キャリアとしての役割を果たすよう電子をドネートし、または正孔が電荷キャリアとしての役割を果たすように電子をボローする）ＥＭＩシールディングを改善することができる。層ごとに２．３％の光透過度を変えることなく、十分に高い値のキャリア濃度にグラフェンをドープすることができ、よって、強度の高いＥＭＩシールディングをもたらす高度に光学的に透過なグラフェン膜の可能性を広くする。非常に強くドープされた、多層グラフェンを有するアルカリ金属の層間化合物（ＬｉＣ_６など）も形成することができ、電子による伝導帯状態の占有に起因して、光吸収度が層ごとに２．３％を下回って著しく減少する。

【0014】

本明細書で使用される用語「グラフェン」は、相互に共有結合された複数の炭素原子から形成された多環芳香族分子を指す。共有結合された炭素原子は、反復単位として６員環を形成してもよく、または５員環及び７員環のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。したがって、グラフェン内で、共有結合された炭素原子（概して、ｓｐ２交配を有する）は、単層を形成する。グラフェンは、グラフェンに包含することができる５員環及び／または７員環の数に従って決定される様々な構造を有してもよい。グラフェンは、単層（単層グラフェン）または多層（多層グラフェン、数層グラフェンとも称されることがある）を有してもよい。多層グラフェン内のグラフェン層は各々、約３４０ｐｍを占有し、よって、多層グラフェン（１～５０個の層）は、約０．３ｎｍ～約１７０ｎｍの厚みを有してもよく、または、他の態様では、約１ｎｍ～約３０ｎｍの厚みを有してもよい。それらの層の間隔は、インターカレートされていない多層グラフェンに対してＬｉＣ_６について約１０％（層ごとに３４０ｐｍ～３７０ｐｍ）だけ増大する。

【0015】

本明細書で使用されるように、用語「ドープする」は、共役化合物、例えば、グラフェンなどの多環芳香族炭素化合物に導電性をもたらすよう、共役結合π軌道の一部に電子を供給し、または共役結合π軌道の一部から電子を除去することによって、電荷キャリアを提供する工程を指す。ここで、電子を付加し、または電子を除去する工程は「ドープする」と称される。

【0016】

本明細書で使用される用語「ドーパント」は、有機ドーパント、無機ドーパント、または上述したものの少なくとも１つを含む組み合わせを指す。

【0017】

図１は、例えば、（ｉ）第１の中間層材料に隣接した１つ以上の平面グラフェンシートを含むグラフェン構造と、（ｉｉ）グラフェンの縁及び第１の中間層の一端に沿った導電材料と、（ｉｉｉ）第２の中間層材料と、を含む例示的なグラフェン積層構造の表示を提供する。

【0018】

図１のグラフェン積層構造は、例えば、（ｉ）１つ以上の平面グラフェンシートを含むグラフェン構造を第１の中間層材料と接触させ、（ｉｉ）導電材料を堆積させ、導電材料は、グラフェンの縁及び第１の中間層の一端に沿って堆積され、（ｉｉｉ）グラフェン構造を第２の中間層材料と接触させる、ことによって形成されてもよい。実施形態では、ステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は、１～５回直列に繰り返されてもよい。

【0019】

例示的な実施形態に従って、グラフェン積層体は、第１の中間層１０２、グラフェン構造１０４、第２の中間層１０６、導電材料１０８、及び任意選択で導電タブ１１０を含む。

【0020】

第１の中間層材料及び第２の中間層材料は、同一の材料または異なる材料であってもよい。中間層は、ポリマ、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマから成ることが好ましい。好ましいポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンを含む。

【0021】

一態様では、中間層のうちの１つ以上は、隣接したグラフェンの導電性を増大させるドーパントを更に含む。中間層内のドーパントは、隣接したグラフェン層内の電荷キャリアの濃度を増大させる役割を果たす。更なる実施形態では、ドーパントは、アルカリ金属塩であってもよい。塩のアルカリ金属は、Ｎａ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｋ、及びＲｂから選択されてもよい。更なる態様では、アルカリ金属塩内の陰イオンは、過塩素酸塩、沃化物、及び炭酸塩であってもよい。一態様では、アルカリ金属塩は、ＭＣｌＯ_４またはＭＩであり、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、またはＫであってもよい。アルカリ金属の濃度は、約２重量％～約４５重量％（ｗ／ｗ）の範囲にある。実施形態では、アルカリ金属イオンは、ＭＣ_７２、ＭＣ_３６、ＭＣ_１８、ＭＣ_１２、及び／またはＭＣ_６（すなわち、ＬｉＣ_７２、ＬｉＣ_３６、ＬｉＣ_１８、ＬｉＣ_１２、及び／またはＬｉＣ_６）を形成するよう、多層グラフェンの層の間でインターカレートする。

【0022】

別の態様では、アルカリ金属ドーパントは、グラフェン積層構造へのその組み込みの前に、グラフェン構造１０４にインターカレートされる。アルカリ金属ドーパントは、Ｎａ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｋ、及びＲｂであってもよいと共に、Ｌｉ、Ｎａ、及びＫであることが好ましい。グラフェンは、例えば、グラフェンを適切な電解質溶液と接触させることによって、アルカリ金属ドーパントによりドープされてもよい。アルカリ金属への対イオンは、グラフェン構造の成形加工及び使用の条件の下に非反応であり、且つ安定しているいずれかの陰イオンであってもよい。好ましい対イオンは、ＣｌＯ_４ ^－及びＰＦ_６ ^－を含む。電解質溶液は、アルカリ金属塩についての溶剤を更に含む。好ましい溶剤は、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、及びそれらの混合物を含む。アルカリ金属塩は、０．５Ｍ～２Ｍの濃度、またはＭＣ_７２、ＭＣ_３６、ＭＣ_１８、ＭＣ_１２、及び／もしくはＭＣ_６（すなわち、ＬｉＣ_７２、ＬｉＣ_３６、ＬｉＣ_１８、ＬｉＣ_１２、及び／もしくはＬｉＣ_６）、好ましくはＭＣ_６を形成するのに十分な濃度にある電解質溶液に存在してもよい。電解質溶液は、電解質溶液内で高濃度のアルカリ金属を維持する、金属箔などの金属源と更に接触していてもよい。一実施形態では、多層グラフェンは、１：１ｗｔの比率のＥＣ／ＤＥＣ（炭酸エチレン及び炭酸ジエチルにあるヘキサフルオロリン酸リチウム溶液）内で１Ｍ～１．２ＭのＬｉＰＦ_６と接触していると共に、電解質は、Ｌｉ金属箔と接触している。アルカリ金属イオンは、多層グラフェンにインターカレートされる（例えば、ＬｉＣ_７２、ＬｉＣ_３６、ＬｉＣ_１８、ＬｉＣ_１２、及び／またはＬｉＣ_６を形成する）。インターカレートされたグラフェンは次いで、本明細書で提供されるような積層構造を形成するために使用される。このケースでは、中間層は好ましくは、追加のアルカリ金属イオンを含まない。

【0023】

実施形態では、グラフェン構造１０４と第１の中間層１０２及び第２の中間層１０６のうちの少なくとも１つとの間に液体接着剤溶液が塗布される。液体接着剤は好ましくは、溶剤及び１つ以上のポリマを含む。ポリマは、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリクロロエチレン、ポリウレタン、ポリビニルエーテル、ポリチオ尿素、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＴＦＥ、ポリ酢酸エチル、ポリ酢酸ビニル、及びフッ素ポリマを含む。好ましいポリマは、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、ポリエチレンテレフタラート、熱硬化性エチレン酢酸ビニル、ポリカーボネート、及びポリエチレンを含む。好ましい溶剤は、水、クロロベンゼン、アセトン、メタノール、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ヘキサン、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、クロロホルム、酢酸、２－メトキシエタノール、ｎ－ブチルアミン、またはそれらの組み合わせを含む。液体接着剤溶液は、熱により硬化されてもよい。実施形態では、液体接着剤溶液は、約１３０℃～約１６０℃の範囲にある最終温度に硬化され、最終温度は、約５分～約４時間の間に保持されてもよい。接着剤は、上記説明されたように、隣接したグラフェンの導電性を増大させるドーパントを更に含んでもよい。

【0024】

実施形態では、グラフェン積層体は、グラフェン層のうちの１つ以上の間に１つ以上のスペーサ層を含んでもよい。

【0025】

グラフェン構造１０４は、化学気相成長（ＣＶＤ）によって作成されてもよい。この工程では、グラフェンは、適切な温度（～１０００Ｃ～１１００Ｃ）及び圧力（～１ｍＴｏｒｒ１０Ｔｏｒｒ）において、一般的には水素と混合されたメタンなどの炭化水素前駆物質の分解を通じて触媒金属基板上で形成される。（Ｇ．Ｄｅｏｋａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｏｗａｒｄｓ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ＣＶＤ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｃａｒｂｏｎ，８９，８２－９２（２０１５）；Ｎ．Ｃ．Ｂａｒｔｅｌｔ ａｎｄ Ｋ．Ｆ．ＭｃＣａｒｔｙ，Ｇｒａｐｈｅｎｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｎ ｍｅｔａｌ ｓｕｒｆａｃｅｓ，ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，３７，１１５８－１１６５（２０１２））。適切な金属基板は、銅、ニッケル、白金、またはイリジウムであってもよい。均一な単層グラフェンシートを達成するために、銅基板が使用されることが最も多い。多層グラフェンに対して、銅またはより一般的にはニッケルのいずれかが選択される。それらの特定の金属は、それらがグラフェン成長のための触媒としての機能を果たすことと、グラフェンのその同様の格子面間隔に起因して、材料の間の最小の格子面不整合しかもたらさないことの両方であるように選択される。

【0026】

グラフェン構造１０４は、１～５０個の平面グラフェンシートを含む。１～５０個のグラフェンシートは、個々に、または多層グラフェンの成長として中間層材料に塗布されてもよい。一態様では、グラフェンシートは、アルカリ金属イオンによりインターカレートされる。

【0027】

導電材料１０８は、接地源をもたらす。実施形態では、導電材料１０８は、金属テープまたは接着テープであってもよい。代表的な金属は、銅、銀、及びアルミニウムを含む。導電材料は、物理気相成長、熱蒸着、スパッタリング、またはプレーティングによって堆積されてもよい。導電材料１０８は、多数の空間的方位においてグラフェンの縁に沿って堆積されてもよい。導電材料の考えられる空間的方位の例が図２Ａ～２Ｄに示される。例えば、導電材料は、グラフェンの境界の周りに、１つの縁に沿って、または縁に沿った１つのスポット上に存在してもよいが、発明は、それらの例示的なパターンに限定されない。導電材料とグラフェンとの間の小さな重なりは、十分な電気接点を可能にするために好ましい。２Ｄに示される実施形態では、グラフェンは、中間層の全領域にわたって１つの連続したシートでなくてもよいが、それらの隣接した縁に沿ってタイルをつなぐ導電材料によりタイル状にされてもよい。

【0028】

説明される方法は、ＥＭＩシールディングをもたらすグラフェン積層体を作成するために使用されてもよく、グラフェン積層体は、第１の中間層と第２の中間層との間の１つ以上のグラフェンの層と、グラフェンの縁及び中間層の一端に沿った導電材料と、を含む。

【0029】

実施形態では、発明は、ＥＭＩシールディング、並びに耐衝撃性、耐爆性、及び耐弾性のうちの少なくとも１つ以上をもたらす積層された窓パネルを提供し、積層された窓パネルは、図１のグラフェン積層構造の１つ以上のシートの間で結合された２つ以上のガラスのシート及び／または２つ以上のポリカーボネートのシートを含む。図３に示されるように、積層された窓パネルは、１つ以上のガラスの層または１つ以上のポリカーボネートの層３０２を含み、積層体は、ガラスの層、もしくはポリカーボネートの層、またはガラスの層及びポリカーボネートの層の両方を含んでもよい。積層されたガラスパネルは、前に定義されたように、１つ以上の中間層３０４を更に含む。積層されたガラスパネルは、１つ以上のグラフェン構造（複数可）３０６及び導電材料３０８を更に含む。グラフェン構造は、１～５０個のグラフェンの層を含んでもよい。図３の積層窓の好ましい実施形態では、グラフェン構造３０６の各々は、好ましくはアルカリ金属イオンによりインターカレートされた、１～５０個グラフェン層を有する多層グラフェンの膜から構成される。グラフェン構造３０６は、中間層／多層グラフェンの複数の積層体（すなわち、中間層／多層グラフェン／中間層／多層グラフェン／中間層／…、など）を更に含んでもよい。

【0030】

図面における様々な実施形態の特定の方位は、例示のみを目的としており、実施形態は、いくつかの用途において示された方位に対して回転してもよい。この実施例は、図４に示され、グラフェン構造は、のこぎり歯パターンにおいて角度付けられる。グラフェン構造が入射するＲＦ放射の反射を介してＥＭＩシールディングを著しくもたらすので、のこぎり歯パターンは、例えば、前方および後方に反射することによって、放射を捕捉することができる隣接したグラフェン構造の間で空洞を生成するのではなく、積層構造の縁に拒絶された電力を反射する。

【0031】

図４はまた、構造の縁に反射されたＲＦ放射を吸収する任意選択のＲＦ吸収層３０９を示す。放射吸収材料は、入射するＲＦ放射を吸収するよう特別に設計され、形状付けられた材料である。任意選択のＲＦ吸収層は、泡状炭素、炭化ケイ素、及び／またはカーボンナノチューブなど、ＲＦ放射を吸収する任意の適切な材料（複数可）から成ってもよい。発泡炭素放射吸収材料は、０．０５％～０．１％の混合した導電性カーボンブラック（カルボニル鉄球形粒子及び／またはりん状黒鉛粒子）が詰め込まれた耐火発泡ウレタンから構成されてもよい。

【0032】

層全体を角度付けるのではなく（または、並行して）、図５に示されるように、グラフェン構造の表面を構造化することによって、構造の縁への拒絶された電力を分岐するこの同一の効果も達成することができる。それらの構造は、ｃｍスケールのパターンまで、数十マイクロなどにあるパターニングの最上部において数マイクロ程度のパターニングを有する階層であってもよい。図５は、グラフェン構造３０６が構造化した（または、パターニングした）ガラスパネル３１０の概略図を示す。それらの構造は、中間層へのパターニングをスタンピングまたはエッチングすることによって形成されてもよい。グラフェン構造が中間層と接触するとき、中間層の下位にある空間的構造を仮定して、それは、中間層を等角に被膜する。図５が正方形パターニングを示すと共に、パターニングは、のこぎり歯、三角形、半球形などを含むいずれかの形状であってもよい。

【0033】

本明細書で提供される説明、及び以下の特許請求の範囲は、構造が図面の特定の方位にあるかどうか、またはそのような方位に対して回転するかどうかに関わらず、様々な特徴の間の関係を説明したいずれかの構造に関連する。

【0034】

添付の表示の断面図は、断面の平面内の特徴を示すにすぎず、図面を簡易化するために、断面の平面の背後の材料を示さない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】