特表 2024-540341 極薄グラフェンを含む導電性分散体

(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】2024-10-31

(54)【発明の名称】極薄グラフェンを含む導電性分散体

(51)【国際特許分類】

   C09D 11/037 20140101AFI20241024BHJP

   C09D 11/033 20140101ALI20241024BHJP

   H01B 1/24 20060101ALI20241024BHJP

   H01B 1/00 20060101ALI20241024BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

C09D11/037

C09D11/033

H01B1/24 A

H01B1/00 L

H01B13/00 503D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024526771

(86)(22)【出願日】2022-11-03

(85)【翻訳文提出日】2024-07-03

(86)【国際出願番号】 US2022048788

(87)【国際公開番号】W WO2023081265

(87)【国際公開日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】63/275,804

(32)【優先日】2021-11-04

(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】518294029

【氏名又は名称】ナノテック エナジー，インク．

(74)【代理人】

【識別番号】110003797

【氏名又は名称】弁理士法人清原国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エル－カディ，マヘル エフ．

(72)【発明者】

【氏名】プライス，シャノン

(72)【発明者】

【氏名】タルシャン，ゴーラヴ

【テーマコード（参考）】

4J039

5G301

5G323

【Ｆターム（参考）】

4J039AD20

4J039AE07

4J039BA02

4J039BC07

4J039BC10

4J039BC12

4J039EA24

4J039GA03

4J039GA09

4J039GA10

5G301DA19

5G301DA20

5G301DA23

5G301DA42

5G301DD02

5G301DE01

5G323CA03

5G323CA05

(57)【要約】

本明細書には、その電気特性および機械特性（例えば、粘度および表面張力）によって広範な印刷技法への使用が可能となる、導電性インクおよびその配合方法が提供される。本発明中のインク内のグラフェンの顕著な導電性、熱安定性、化学安定性、および柔軟性によって、電気化学特性が調整可能である低コストの電子機器の生産が可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）グラフェンシートであって、
（ｉ）前記グラフェンシートの少なくとも約９０％が単層からなり、
（ｉｉ）前記グラフェンシートの酸素含有量が最大で約６％であり、または
（ｉｉｉ）その両方である、グラフェンシートと、
（ｂ）結合剤と、
（ｃ）安定剤と、
（ｄ）溶媒と
を含む、導電性インク。

【請求項2】

グラフェンが、還元酸化グラフェンまたは活性化還元酸化グラフェンを含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項3】

前記結合剤が高分子結合剤である、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項4】

前記高分子結合剤が熱可塑性共重合体である、請求項３に記載の導電性インク。

【請求項5】

前記結合剤が、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項6】

前記安定剤が、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ワックス、エチルセルロース、ジエチレングリコール、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項7】

前記安定剤が、ポリテトラヒドロフランおよびジエチレングリコールを含み、前記ポリテトラヒドロフランと前記ジエチレングリコールとの比が、約８：１～約１１：１である、請求項６に記載の導電性インク。

【請求項8】

前記溶媒が、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項9】

重量百分率濃度が約０．１％～約１０％である前記グラフェンを有する、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項10】

重量百分率濃度が約５％～約６０％である前記結合剤を有する、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項11】

重量百分率濃度が約１％～約８０％である前記安定剤を有する、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項12】

重量百分率濃度が約２０％～約９０％である前記溶媒を有する、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項13】

固形物含有量が約５％～約８０％である、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項14】

粘度が約２５ｃＰ～約４，０００ｃＰである、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項15】

剪断速度が約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項16】

基板に分散された前記導電性インクの湿潤厚と前記基板上で乾燥させた前記導電性インクの乾燥厚との比が、約２：１～約６：１である、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項17】

乾燥時の抵抗が約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項18】

乾燥時の抵抗が約３００ｏｈｍ／ｓｑ以下である、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項19】

粒径が約１ｕｍ～約４０ｕｍである、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項20】

導電性添加剤をさらに含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項21】

前記導電性添加剤がナノカーボンを含む、請求項２０に記載の導電性インク。

【請求項22】

前記ナノカーボンが、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンオニオン、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項２１に記載の導電性インク。

【請求項23】

重量百分率濃度が約１％～約４０％である前記導電性添加剤を有する、請求項２０に記載の導電性インク。

【請求項24】

黒鉛をさらに含む、請求項１に記載の導電性インク。

【請求項25】

重量百分率濃度が約５％～約８０％である前記黒鉛を有する、請求項２４に記載の導電性インク。

【請求項26】

導電性インクを印刷する方法であって、
（ａ）最大で２層の請求項１に記載のインクを基板に堆積させる工程と、
（ｂ）前記基板上の前記インクを乾燥させる工程と
を含む方法。

【請求項27】

前記堆積させる工程が、スクリーン印刷、フレキソ印刷、スロットダイ印刷、ナイフ・オーバーエッジ・コーティング（ｋｎｉｆｅ－ｏｖｅｒ ｅｄｇｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーン印刷、グラビア印刷、噴霧、浸漬、またはそれらのあらゆる組合せによって行われる、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記インクが約１００℃～約１８０℃の温度で乾燥される、請求項２６に記載の方法。

【請求項29】

前記インクが約１０分～約６０分の期間にわたり乾燥される、請求項２６に記載の方法。

【請求項30】

前記インクが、約１５０ｕｍ～約３，０００ｕｍの線幅で前記基板に堆積される、請求項２６に記載の方法。

【請求項31】

前記基板が、雲母、ガラス、シリコン、ガラス、金属、プラスチック、織布、黒鉛シート、金、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項32】

乾燥された前記インクの平均粗度が、約１ｕｍ～約２ｕｍである、請求項２６に記載の方法。

【請求項33】

乾燥された前記インクのテクスチャアスペクト比が、約０．２５°～約１．５°である、請求項２６に記載の方法。

【請求項34】

印刷された前記導電性インクの抵抗が、約１，０００～約４０，０００ｏｈｍ／ｓｑである、請求項２６に記載の方法。

【請求項35】

前記基板上のインクを焼成する工程をさらに含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項36】

導電性インクを形成する方法であって、
（ａ）グラフェンシートであって、
（ｉ）前記グラフェンシートの少なくとも約９０％が単層からなり、
（ｉｉ）前記グラフェンシートの酸素含有量が最大で約６％であり、または
（ｉｉｉ）その両方である、グラフェンシートと、
（ｂ）結合剤と、
（ｃ）安定剤と、
（ｄ）溶媒と
を含む溶液を混合する工程を含む方法。

【請求項37】

グラフェンが、還元酸化グラフェンまたは活性化還元酸化グラフェンを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記結合剤が高分子結合剤である、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

前記高分子結合剤が熱可塑性共重合体である、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

前記結合剤が、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項41】

前記安定剤が、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ワックス、エチルセルロース、ジエチレングリコール、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項42】

前記溶媒が、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項43】

前記溶液が、重量百分率濃度が約０．１％～約１０％のグラフェンを有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項44】

前記溶液が、重量百分率濃度が約５％～約６０％の前記結合剤を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項45】

前記溶液が、重量百分率濃度が約１％～約８０％の前記安定剤を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項46】

前記溶液が、重量百分率濃度が約２０％～約９０％の前記溶媒を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項47】

前記溶液の固形物含有量が約５％～約８０％である、請求項３６に記載の方法。

【請求項48】

前記溶液が、約１時間～約４時間の期間にわたり混合される、請求項３６に記載の方法。

【請求項49】

前記導電性インクの粘度が約２５ｃＰ～約４，０００ｃＰである、請求項３６に記載の方法。

【請求項50】

前記導電性インクの剪断速度が約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である、請求項３６に記載の方法。

【請求項51】

基板に分散された前記導電性インクの湿潤厚と前記基板上で乾燥させた前記導電性インクの乾燥厚との比が、約２：１～約６：１である、請求項３６に記載の方法。

【請求項52】

前記導電性インクの乾燥時の抵抗が約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである、請求項３６に記載の方法。

【請求項53】

前記導電性インクの粒径が約３ｕｍ～約４０ｕｍである、請求項３６に記載の方法。

【請求項54】

前記溶液が導電性添加剤をさらに含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項55】

前記導電性添加剤がナノカーボンを含む、請求項５４に記載の方法。

【請求項56】

前記ナノカーボンが、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンアニオン、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む、請求項５５に記載の方法。

【請求項57】

前記溶液が、重量百分率濃度が約１％～約４０％の前記導電性添加剤を有する、請求項５４に記載の方法。

【請求項58】

前記溶液がグラフェンをさらに含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項59】

前記溶液が、重量百分率濃度が約５％～約８０％の前記グラフェンを有する、請求項５８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

相互参照
本出願は、２０２１年１１月４日出願の米国仮特許出願第６３／２７５，８０４号に基づく利益を主張し、当該仮特許出願は、その全体を参照することによって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

フレキシブル基板に導電性パターンを印刷することにより、マイクロスケールで低コストのフレキシブルエレクトロニクスの製造が可能になる。印刷インクの改善には、そのようなデバイスに対する需要の増加に歩調を合わせることが必要とされる。印刷エレクトロニクスは、タッチスクリーン、太陽電池、センサ、フレキシブルディスプレイ、折畳み式ディスプレイ、電子ペーパ、センサ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ、バッテリ、およびスーパーキャパシタなどのデバイスに使用される。

【発明の概要】

【0003】

導電性インクは、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ）、フレキソ印刷（ｆｌｅｘｏｇｒａｐｈｉｃ）、スロットダイ印刷（ｓｌｏｔ－ｄｉｅ）、ナイフ・オーバーエッジ・コーティング（ｋｎｉｆｅ－ｏｖｅｒ－ｅｄｇｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーン印刷、グラビア印刷、噴霧、浸漬、またはそれらのあらゆる組合せなどの用途に特に好適な高粘度インクであり得る。別の導電性インクは、グラビアコーティング、噴霧コーティング、および浸漬コーティングなどの用途に特に好適な低粘度インクであり得る。

【0004】

本明細書中の一態様では、少なくとも約９０％が単層からなるか、酸素含有量が最大約６％であるか、またはその両方であるグラフェンシートと、結合剤と、安定剤と、溶媒とを含む、導電性インクが提供される。

【0005】

一部の実施形態では、グラフェンは、還元酸化グラフェンまたは活性化還元酸化グラフェンを含む。一部の実施形態では、結合剤は高分子結合剤である。一部の実施形態では、高分子結合剤は熱可塑性共重合体である。一部の実施形態では、結合剤は、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、安定剤は、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ワックス、エチルセルロース、ジエチレングリコール、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、安定剤は、ポリテトラヒドロフランおよびジエチレングリコールを含み、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、約８：１～約１１：１である。一部の実施形態では、溶媒は、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、導電性インクは、約０．１％～約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、導電性インクは、約５％～約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、約１％～約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、約２０％～約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、約５％～約８０％である。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、約２５ｃＰ～約４，０００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、約２：１～約６：１である。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ以下である。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、約１ｕｍ～約４０ｕｍである。一部の実施形態では、導電性インクは、導電性添加剤をさらに含む。一部の実施形態では、導電性添加剤は、ナノカーボンを含む。一部の実施形態では、ナノカーボンは、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンオニオン、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、導電性インクは、約１％～約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、黒鉛をさらに含む。一部の実施形態では、導電性インクは、約５％～約８０％の重量百分率濃度の黒鉛を有する。

【0006】

本明細書中の別の態様は、導電性インクを印刷する方法であって、最大で２層の請求項１に記載のインクを基板に堆積させる工程と、基板上のインクを乾燥させる工程とを含む方法が提供される。一部の実施形態では、堆積させる工程は、スクリーン印刷、フレキソ印刷、スロットダイ印刷、ナイフ・オーバーエッジ・コーティング、スクリーン印刷、グラビア印刷、噴霧、浸漬、またはそれらのあらゆる組合せによって行われる。一部の実施形態では、インクは、約１００℃～約１８０℃の温度で乾燥される。一部の実施形態では、インクは、約１０分～約６０分の期間にわたり乾燥される。一部の実施形態では、インクは、約１５０ｕｍ～約３，０００ｕｍの線幅で基板に堆積される。一部の実施形態では、基板は、雲母、ガラス、シリコン、ガラス、金属、プラスチック、織布、黒鉛シート、金、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、乾燥されたインクの平均粗度は、約１ｕｍ～約２ｕｍである。一部の実施形態では、乾燥されたインクのテクスチャアスペクト比は、約０．２５°～約１．５°である。一部の実施形態では、印刷された導電性インクの抵抗は、約１，０００～約４０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、本方法は、基板上のインクを焼成する工程をさらに含む。

【0007】

導電性インクを形成する方法であって、少なくとも約９０％が単層からなるか、酸素含有量が最大約６％であるか、またはその両方であるグラフェンシートと、結合剤と、安定剤と、溶媒とを含む溶液を混合する工程を含む、方法。

【0008】

一部の実施形態では、グラフェンは、還元酸化グラフェンまたは活性化還元酸化グラフェンを含む。一部の実施形態では、結合剤は高分子結合剤である。高分子結合剤が熱可塑性共重合体である、請求項３８に記載の方法。一部の実施形態では、結合剤は、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、安定剤は、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ワックス、エチルセルロース、ジエチレングリコール、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、溶媒は、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、溶液は、約０．１％～約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、溶液は、約５％～約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、約１％～約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、約２０％～約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、溶液の固形物含有量は、約５％～約８０％である。一部の実施形態では、溶液は、約１時間～約４時間の期間にわたり混合される。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、約２５ｃＰ～約４，０００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、約２：１～約６：１である。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、約３ｕｍ～約４０ｕｍである。一部の実施形態では、溶液は、導電性添加剤をさらに含む。一部の実施形態では、導電性添加剤は、ナノカーボンを含む。一部の実施形態では、ナノカーボンは、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンアニオン（ｃａｒｂｏｎ ａｎｉｏｎｓ）、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、溶液は、約１％～約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、グラフェンをさらに含む。一部の実施形態では、溶液は、約５％～約８０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲において詳細に明記される。本開示の特徴および利点は、本開示の原理が利用される例示的な実施形態を明記する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって、より良く理解されるであろう。

【0010】

【図1】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、導電性インクの図である。

【図2A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクの第１の光学顕微鏡画像である。

【図2B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクの第２の光学顕微鏡画像である。

【図3A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクの粒径分布の図である。

【図3B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、Ｈｅｇｍａｎゲージ上の例示的な第１の導電性インクの画像である。

【図4A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクのＸ線回折グラフである。

【図4B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクのラマン分光法グラフである。

【図5】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図6A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクに対する熱分析の例示的な第１のグラフである。

【図6B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクに対する熱分析の例示的な第２のグラフである。

【図7】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１の導電性インクに対する熱分析の例示的な第３のグラフである。

【図8A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクの第１のＳＥＭ画像である。

【図8B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクの第２のＳＥＭ画像である。

【図9A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクの粒径分布の図である。

【図9B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、Ｈｅｇｍａｎゲージ上の例示的な第２の導電性インクの画像である。

【図10】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクのラマン分光法グラフである。

【図11A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図11B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第１および第２の導電性インクのＸ線回折グラフである。

【図12A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクに対する熱分析の例示的な第１のグラフである。

【図12B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクに対する熱分析の例示的な第２のグラフである。

【図13】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第２の導電性インクに対する熱分析の例示的な第３のグラフである。

【図14A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、シリコンウエハに印刷された例示的な導電性インクスクリーンの写真である。

【図14B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、シリコンウエハに印刷された様々な幅の例示的な導電性インクスクリーンのトレースの写真、およびトレースの高倍率写真を示す図である。

【図15A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図１４Ａのトレースの光学プロフィロメトリー画像である。

【図15B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図１５Ａの光学プロフィロメトリー画像の三次元レンダリングである。

【図16A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図１５Ａのトレースの第１の軸に沿った光学プロフィロメトリー画像の高さのグラフである。

【図16B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図１５Ａのトレースの第２の軸に沿った光学プロフィロメトリー画像の高さのグラフである。

【図17】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な導電性インクで形成されたトレースの導電率対幅のグラフである。

【図18A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な導電性インクで形成されたトレースの乾燥厚対シート抵抗のグラフである。

【図18B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な導電性インクで形成されたトレースの湿潤厚対乾燥厚のグラフである。

【図19A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な導電性インクで形成された例示的なトレースの波長透過率のグラフである。

【図19B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な導電性インクの波長透過率のグラフである。

【図20A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な還元酸化グラフェンシートの第１の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。

【図20B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な還元酸化グラフェンシートの第２のＳＥＭ画像である。

【図21A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な還元酸化グラフェンシートの第１の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像である。

【図21B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な還元酸化グラフェンシートの第２のＡＦＭ画像である。

【図22A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図22B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【図23A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクの時間対熱流のグラフである。

【図23B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクの時間対重量のグラフである。

【図24A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクを被覆した基板のＸＲＤパターンである。

【図24B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクを被覆した基板のラマンスペクトルである。

【図25A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクを被覆した基板の乾燥膜厚対シート抵抗のグラフである。

【図25B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクを被覆した基板の湿潤膜厚対乾燥膜厚のグラフである。

【図26A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクの粒子分布のグラフである。

【図26B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第３の導電性インクを被覆した基板におけるトレース幅対抵抗を示す図である。

【図27A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図27B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【図28A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクの時間対熱流のグラフである。

【図28B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクの時間対重量のグラフである。

【図29A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクのＸＲＤグラフである。

【図29B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクのラマンスペクトルである。

【図30A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクを被覆した基板の乾燥膜厚対シート抵抗のグラフである。

【図30B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクを被覆した基板の湿潤膜厚対乾燥膜厚のグラフである。

【図31】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第４の導電性インクの粒子分布のグラフである。

【図32A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図32B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【図33A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクの時間対熱流のグラフである。

【図33B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクの時間対重量のグラフである。

【図34A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクのＸＲＤグラフである。

【図34B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクのラマンスペクトルである。

【図35A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクの粒子分布のグラフである。

【図35B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板におけるトレース幅対抵抗を示す図である。

【図36A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の第１の光学プロフィロメトリー画像を示す図である。

【図36B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図３６Ａ中の試料の長さに沿った乾燥済みの例示的な第５の導電性インクの厚さのグラフを示す図である。

【図36C】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、図３６Ａ中の試料の幅に沿った乾燥済みの例示的な第５の導電性インクの厚さのグラフを示す図である。

【図37A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の第２の光学プロフィロメトリー画像を示す図である。

【図37B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の第３の光学プロフィロメトリー画像を示す図である。

【図38A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の乾燥膜厚対シート抵抗のグラフである。

【図38B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の湿潤膜厚対乾燥膜厚のグラフである。

【図39A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の低倍率ＳＥＭ画像である。

【図39B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第５の導電性インクを被覆した基板の高倍率ＳＥＭ画像である。

【図40A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。

【図40B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【図41A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクの時間対熱流のグラフである。

【図41B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクの時間対重量のグラフである。

【図42A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクを被覆した基板のＸＲＤパターンである。

【図42B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクを被覆した基板のラマンスペクトルである。

【図43A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクの粒子分布のグラフである。

【図43B】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクを被覆した基板の乾燥膜厚対シート抵抗のグラフである。

【図44A】本明細書中の１つまたは複数の実施形態による、例示的な第６の導電性インクで形成されたトレースの湿潤厚対乾燥厚のグラフである。

【図44B】例示的な第６の導電性インクを被覆した基板におけるトレース幅対抵抗を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

現在、使用される導電性インクが限られているため、印刷エレクトロニクスを製造するのに利用可能な方法は限られている。現行の銀および銅をベースとするインクは、多くの場合、大規模なデバイス生産では高価すぎる。さらに、そのようなインクは、印刷中に凝集して不均一で不整合な成分を生じさせ、特定の印刷方法に合わせることができない粘度および表面張力を有するため、基板への接着性が乏しく、柔軟性が低いという欠点がある。そのため、そのようなインクを用いて耐久性があり高導電性の印刷部品を経済的に製造することは、困難であるか、または効果的でないことが多い。

【0012】

そのような印刷エレクトロニクスの性能を改善し、そのようなエレクトロニクスのより広範な製造を可能にするには、インクの改善が必要とされる。そのため本明細書には、その電気特性および機械特性（例えば、粘度および表面張力）によって広範な印刷技法への使用が可能となる、導電性インクおよびその配合方法が提供される。本発明中のインク内のグラフェンの顕著な導電性、熱安定性、化学安定性、および柔軟性によって、電気化学特性が調整可能である低コストのエレクトロニクスの生産が可能となる。最終的に、現行の多くの導電性インクは適切な接着性および伝導性のために複数の層を必要とするが、本明細書中のインクは、たとえ単回の印刷であっても、層の数を減らして充分な厚さを有する電子回路を形成することができる。

【0013】

導電性インク
図１は、導電性インク（１０００）の図である。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、グラフェン（１１０）、結合剤（１２０）、安定剤（１３０）、および溶媒（１４０）を含む。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、グラフェン（１１０）、結合剤（１２０）、安定剤（１３０）、および溶媒（１４０）からなる。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、グラフェン（１１０）、結合剤（１２０）、安定剤（１３０）、および溶媒（１４０）から本質的になる。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、界面活性剤を含まない。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、消泡剤を含まない。

【0014】

本明細書中の導電性インク（１０００）の特定の成分によって、その弾性、接着性、熱安定性、被覆の均一性、化学安定性、および調整可能な粘度を予想外に改善することが可能になる。本インクは、優れた安定性を呈し、穴を残すことなく均一に被覆し、滑らかな表面を呈する。

【0015】

一部の実施形態では、グラフェン（１１０）は、還元酸化グラフェンを含む。一部の実施形態では、グラフェン（１１０）は、活性化還元酸化グラフェンを含む。一部の実施形態では、グラフェン（１１０）シートの少なくとも約８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、またはそれより多くは、グラフェンの単層（１１１）からなる。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）内の単層グラフェンシート（１１１）が高含有量であるため、乾燥時の導電性インク（１０００）の導電性が改善される。一部の実施形態では、単層からなる還元酸化グラフェンの百分率は、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）によって決定される。一部の実施形態では、グラフェンシート（１１０）の酸素含有量は、その中の増分を含め最大約２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、または１０％である。一部の実施形態では、導電性インク（１０００）内のグラフェンシート（１１０）が低酸素含有量であるため、乾燥時の導電性インク（１０００）の導電性が改善される。

【0016】

一部の実施形態では、結合剤（１２０）は高分子結合剤（１２０）である。一部の実施形態では、高分子結合剤（１２０）は熱可塑性共重合体である。一部の実施形態では、結合剤（１２０）は、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む。本明細書中の特定の結合剤（１２０）は、本明細書中の導電性インク（１０００）およびそこから形成されるエレクトロニクスの弾性、接着性、熱安定性、化学安定性、および調整可能な粘度の予想外の改善を可能にする。

【0017】

一部の実施形態では、安定剤（１３０）は高分子を含む。一部の実施形態では、安定剤（１３０）は、室温では固体である。一部の実施形態では、安定剤（１３０）は、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルロース、ジエチレングリコール、またはそれらのあらゆる組合せを含む。本明細書中の特定の安定剤（１３０）は、本明細書中のインク（１０００）に対し、基板の被覆を均一にし、ゆっくり乾燥して亀裂および島形成を防止し、インク（１０００）内のグラフェン（１１０）を安定させ、凝集を防止し、損傷を伴うことなく弾性的に湾曲する能力の予想外の改善をもたらす。一部の実施形態では、安定剤（１３０）はポリテトラヒドロフランを含み、これは、導電性インク（１０００）の粘度、柔軟性、および弾性を増加させ、導電性インク（１０００）内のグラフェン（１１０）を安定させ、かつ室温での乾燥プロセスを遅くして亀裂および島形成を防止する。一部の実施形態では、安定剤（１３０）はジエチレングリコールを含み、これは乾燥した導電性インク（１０００）の柔軟性と強度を改善する。

【0018】

一部の実施形態では、溶媒（１４０）は、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、ワックスは、動物ワックス、植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックス、またはそれらのあらゆる組合せである。一部の実施形態では、溶媒（１４０）は、本明細書中のインク（１０００）内のグラフェン（１１０）の安定性を増加させる。一部の実施形態では、溶媒（１４０）は揮発性である。一部の実施形態では、溶媒（１４０）の蒸気圧は、２０℃で約２０Ｐａ～約２５０Ｐａである。一部の実施形態では、溶媒（１４０）の沸点は、約１１０℃～約２００℃である。一部の実施形態では、溶媒の蒸気圧および沸点は、本明細書中のインク（１０００）がゆっくりと乾燥するのを可能とするため、亀裂を防止する。一部の実施形態では、高沸点の溶媒は、導電性インクの乾燥時間を増加させ、導電性インクで基板を被覆するための時間を増加させ、基板に塗布されたインクの表面全体にわたり導電性インクの均一な乾燥を可能にし得る。一部の実施形態では、基板に塗布されたインクの表面全体にわたるインクの均一な乾燥は、導電性インクの大部分より前に縁部が乾燥するのを防止し、基板に塗布されたときに懸濁した還元酸化グラフェン粒子が導電性インクの大部分から導電性インクの縁部に外向きの毛細管流動を行うのを防止し、かつ、基板に塗布された導電性インク全体にわたる酸化グラフェン粒子の分散が均一または略均一である基板上の導電性インクの均一な被覆を可能にし得る。一部の実施形態では、基板に塗布されたインクの表面全体にわたるインクのゆっくりとした均一な乾燥は、基板に塗布された導電性インクの高度に均一な被覆を可能にして、基板に塗布された導電性インクを用いて生産された最終製品の導電性を改善し得る。

【0019】

一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、約３ｕｍ～約２０ｕｍである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、その中の増分を含めて約３ｕｍ～約４ｕｍ、約３ｕｍ～約６ｕｍ、約３ｕｍ～約８ｕｍ、約３ｕｍ～約１０ｕｍ、約３ｕｍ～約１２ｕｍ、約３ｕｍ～約１４ｕｍ、約３ｕｍ～約１６ｕｍ、約３ｕｍ～約１８ｕｍ、約３ｕｍ～約２０ｕｍ、約４ｕｍ～約６ｕｍ、約４ｕｍ～約８ｕｍ、約４ｕｍ～約１０ｕｍ、約４ｕｍ～約１２ｕｍ、約４ｕｍ～約１４ｕｍ、約４ｕｍ～約１６ｕｍ、約４ｕｍ～約１８ｕｍ、約４ｕｍ～約２０ｕｍ、約６ｕｍ～約８ｕｍ、約６ｕｍ～約１０ｕｍ、約６ｕｍ～約１２ｕｍ、約６ｕｍ～約１４ｕｍ、約６ｕｍ～約１６ｕｍ、約６ｕｍ～約１８ｕｍ、約６ｕｍ～約２０ｕｍ、約８ｕｍ～約１０ｕｍ、約８ｕｍ～約１２ｕｍ、約８ｕｍ～約１４ｕｍ、約８ｕｍ～約１６ｕｍ、約８ｕｍ～約１８ｕｍ、約８ｕｍ～約２０ｕｍ、約１０ｕｍ～約１２ｕｍ、約１０ｕｍ～約１４ｕｍ、約１０ｕｍ～約１６ｕｍ、約１０ｕｍ～約１８ｕｍ、約１０ｕｍ～約２０ｕｍ、約１２ｕｍ～約１４ｕｍ、約１２ｕｍ～約１６ｕｍ、約１２ｕｍ～約１８ｕｍ、約１２ｕｍ～約２０ｕｍ、約１４ｕｍ～約１６ｕｍ、約１４ｕｍ～約１８ｕｍ、約１４ｕｍ～約２０ｕｍ、約１６ｕｍ～約１８ｕｍ、約１６ｕｍ～約２０ｕｍ、または約１８ｕｍ～約２０ｕｍである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、約３ｕｍ、約４ｕｍ、約６ｕｍ、約８ｕｍ、約１０ｕｍ、約１２ｕｍ、約１４ｕｍ、約１６ｕｍ、約１８ｕｍ、または約２０ｕｍである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、最低で約３ｕｍ、約４ｕｍ、約６ｕｍ、約８ｕｍ、約１０ｕｍ、約１２ｕｍ、約１４ｕｍ、約１６ｕｍ、または約１８ｕｍである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、最大で約４ｕｍ、約６ｕｍ、約８ｕｍ、約１０ｕｍ、約１２ｕｍ、約１４ｕｍ、約１６ｕｍ、約１８ｕｍ、または約２０ｕｍである。一部の実施形態では、本明細書中のインクの特定の粒径は、多種多様な電子部品を生産するための様々な方法および機械による印刷を可能にする、調整可能な粘度および表面張力をもたらす。一部の実施形態では、上述の粒径は、平均（ｍｅａｎ ｏｒ ａｖｅｒａｇｅ）粒径を指す。一部の実施形態では、上述の粒径は、列挙された粒径を有するインクの少なくとも８０％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％を指す。

【0020】

導電性インクの粘度は、剪断混合時間を調節することによって調整することができ、このとき、剪断時間が長いほど粘度は低下する。一部実施形態では、導電性インクの粘度は、約２５ｃＰ～約３，０００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、その中の増分を含めて約２５ｃＰ～約５０ｃＰ、約２５ｃＰ～約１００ｃＰ、約２５ｃＰ～約２５０ｃＰ、約２５ｃＰ～約５００ｃＰ、約２５ｃＰ～約７５０ｃＰ、約２５ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約２５ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約２５ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約２５ｃＰ～約４００ｃＰ、約５０ｃＰ～約１００ｃＰ、約５０ｃＰ～約２５０ｃＰ、約５０ｃＰ～約５００ｃＰ、約５０ｃＰ～約７５０ｃＰ、約５０ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約５０ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約５０ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約５０ｃＰ～約４００ｃＰ、約１００ｃＰ～約２５０ｃＰ、約１００ｃＰ～約５００ｃＰ、約１００ｃＰ～約７５０ｃＰ、約１００ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約１００ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約１００ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約１００ｃＰ～約４００ｃＰ、約２５０ｃＰ～約５００ｃＰ、約２５０ｃＰ～約７５０ｃＰ、約２５０ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約２５０ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約２５０ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約２５０ｃＰ～約４００ｃＰ、約５００ｃＰ～約７５０ｃＰ、約５００ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約５００ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約５００ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約５００ｃＰ～約４００ｃＰ、約７５０ｃＰ～約１，０００ｃＰ、約７５０ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約７５０ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約７５０ｃＰ～約４００ｃＰ、約１，０００ｃＰ～約２，０００ｃＰ、約１，０００ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約１，０００ｃＰ～約４００ｃＰ、約２，０００ｃＰ～約３，０００ｃＰ、約２，０００ｃＰ～約４００ｃＰ、または約３，０００ｃＰ～約４００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、約２５ｃＰ、約５０ｃＰ、約１００ｃＰ、約２５０ｃＰ、約５００ｃＰ、約７５０ｃＰ、約１，０００ｃＰ、約２，０００ｃＰ、約３，０００ｃＰ、または約４００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、最低で約２５ｃＰ、約５０ｃＰ、約１００ｃＰ、約２５０ｃＰ、約５００ｃＰ、約７５０ｃＰ、約１，０００ｃＰ、約２，０００ｃＰ、または約３，０００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、最大で約５０ｃＰ、約１００ｃＰ、約２５０ｃＰ、約５００ｃＰ、約７５０ｃＰ、約１，０００ｃＰ、約２，０００ｃＰ、約３，０００ｃＰ、または約４００ｃＰである。一部の実施形態では、本明細書中のインクの粘度は、多種多様な電子部品を生産するための様々な方法および機械による印刷を可能にする。

【0021】

一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、その中の増分を含めて約１００ｓ－１～約１５０ｓ－１、約１００ｓ－１～約２００ｓ－１、約１００ｓ－１～約２５０ｓ－１、約１００ｓ－１～約３００ｓ－１、約１００ｓ－１～約３５０ｓ－１、約１００ｓ－１～約４００ｓ－１、約１５０ｓ－１～約２００ｓ－１、約１５０ｓ－１～約２５０ｓ－１、約１５０ｓ－１～約３００ｓ－１、約１５０ｓ－１～約３５０ｓ－１、約１５０ｓ－１～約４００ｓ－１、約２００ｓ－１～約２５０ｓ－１、約２００ｓ－１～約３００ｓ－１、約２００ｓ－１～約３５０ｓ－１、約２００ｓ－１～約４００ｓ－１、約２５０ｓ－１～約３００ｓ－１、約２５０ｓ－１～約３５０ｓ－１、約２５０ｓ－１～約４００ｓ－１、約３００ｓ－１～約３５０ｓ－１、約３００ｓ－１～約４００ｓ－１、または約３５０ｓ－１～約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、約１００ｓ－１、約１５０ｓ－１、約２００ｓ－１、約２５０ｓ－１、約３００ｓ－１、約３５０ｓ－１、または約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、最低で約１００ｓ－１、約１５０ｓ－１、約２００ｓ－１、約２５０ｓ－１、約３００ｓ－１、または約３５０ｓ－１である。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、最大で約１５０ｓ－１、約２００ｓ－１、約２５０ｓ－１、約３００ｓ－１、約３５０ｓ－１、または約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、本明細書中のインクの剪断速度は、多種多様な電子部品を生産するための様々な方法および機械による印刷を可能にする。

【0022】

一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約０．１％～約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、その中の増分を含めて約０．１％～約０．５％、約０．１％～約１％、約０。１％～約２％、約０．１％～約３％、約０．１％～約４％、約０．１％～約５％、約０．１％～約６％、約０．１％～約７％、約０．１％～約８％、約０．１％～約９％、約０．１％～約１０％、約０．５％～約１％、約０．５％～約２％、約０．５％～約３％、約０．５％～約４％、約０．５％～約５％、約０．５％～約６％、約０．５％～約７％、約０．５％～約８％、約０．５％～約９％、約０．５％～約１０％、約１％～約２％、約１％～約３％、約１％～約４％、約１％～約５％、約１％～約６％、約１％～約７％、約１％～約８％、約１％～約９％、約１％～約１０％、約２％～約３％、約２％～約４％、約２％～約５％、約２％～約６％、約２％～約７％、約２％～約８％、約２％～約９％、約２％～約１０％、約３％～約４％、約３％～約５％、約３％～約６％、約３％～約７％、約３％～約８％、約３％～約９％、約３％～約１０％、約４％～約５％、約４％～約６％、約４％～約７％、約４％～約８％、約４％～約９％、約４％～約１０％、約５％～約６％、約５％～約７％、約５％～約８％、約５％～約９％、約５％～約１０％、約６％～約７％、約６％～約８％、約６％～約９％、約６％～約１０％、約７％～約８％、約７％～約９％、約７％～約１０％、約８％～約９％、約８％～約１０％、または約９％～約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時、約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時、最低で約０．１％、約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、または約９％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時、最大で約０．５％、約１％、約２％、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、本明細書中の低濃度の酸化グラフェンは、導電性インクの追加要素に加えて、本明細書中の導電性インクのコストを削減すると同時に、高い導電性および低い抵抗を維持する。

【0023】

一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１０％～約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、その中の増分を含めて約１０％～約１５％、約１０％～約２０％、約１０％～約２５％、約１０％～約３０％、約１０％～約３５％、約１０％～約４０％、約１０％～約４５％、約１０％～約５０％、約１０％～約５５％、約１０％～約６０％、約１５％～約２０％、約１５％～約２５％、約１５％～約３０％、約１５％～約３５％、約１５％～約４０％、約１５％～約４５％、約１５％～約５０％。約１５％～約５５％、約１５％～約６０％、約２０％～約２５％、約２０％～約３０％、約２０％～約３５％、約２０％～約４０％、約２０％～約４５％、約２０％～約５０％、約２０％～約５５％、約２０％～約６０％。約２５％～約３０％、約２５％～約３５％、約２５％～約４０％、約２５％～約４５％、約２５％～約５０％、約２５％～約５５％、約２５％～約６０％、約３０％～約３５％、約３０％～約４０％、約３０％～約４５％、約３０％～約５０％、約３０％～約５５％、約３０％～約６０％、約３５％～約４０％、約３５％～約４５％、約３５％～約５０％、約３５％～約５５％、約３５％～約６０％、約４０％～約４５％、約４０％～約５０％、約４０％～約５５％、約４０％～約６０％、約４５％～約５０％、約４５％～約５５％、約４５％～約６０％、約５０％～約５５％、約５０％～約６０％、または約５５％～約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、または約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最低で約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、または約５５％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最大で約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、または約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。本明細書中の特定の重量百分率濃度の結合剤は、本明細書中のインクの弾性、接着性、熱安定性、および化学安定性を改善すると同時に、調整可能な粘度および表面張力を維持する。

【0024】

一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１％～約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、その中の増分を含めて約１％～約５％、約１％～約１０％、約１％～約１５％、約１％～約２０％、約１％～約２５％、約１％～約３０％、約１％～約４０％、約１％～約５０％、約１％～約６０％、約１％～約７０％、約１％～約８０％、約５％～約１０％、約５％～約１５％、約５％～約２０％、約５％～約２５％、約５％～約３０％、約５％～約４０％、約５％～約５０％、約５％～約６０％、約５％～約７０％、約５％～約８０％、約１０％～約１５％、約１０％～約２０％、約１０％～約２５％、約１０％～約３０％、約１０％～約４０％、約１０％～約５０％、約１０％～約６０％、約１０％～約７０％、約１０％～約８０％、約１５％～約２０％、約１５％～約２５％、約１５％～約３０％、約１５％～約４０％、約１５％～約５０％、約１５％～約６０％、約１５％～約７０％、約１５％～約８０％、約２０％～約２５％、約２０％～約３０％、約２０％～約４０％、約２０％～約５０％、約２０％～約６０％、約２０％～約７０％、約２０％～約８０％、約２５％～約３０％、約２５％～約４０％、約２５％～約５０％、約２５％～約６０％、約２５％～約７０％、約２５％～約８０％、約３０％～約４０％、約３０％～約５０％、約３０％～約６０％、約３０％～約７０％、約３０％～約８０％、約４０％～約５０％、約４０％～約６０％、約４０％～約７０％、約４０％～約８０％、約５０％～約６０％、約５０％～約７０％、約５０％～約８０％、約６０％～約７０％、約６０％～約８０％、または約７０％～約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最低で約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、または約７０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最大で約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。本明細書に開示される種々の重量百分率濃度の安定剤は、インクが基板を均一に被覆する能力を改善すると同時に亀裂および島形成を防止することができ、かつ、インク内のグラフェンを安定させて凝集を防止すると同時に、調整可能な粘度および表面張力を維持する。一部の実施形態では、本明細書中の重量百分率濃度の安定剤は、導電性インクの乾燥時間を増加させ、導電性インクで基板を被覆するための時間を増加させ、基板に塗布されたインクの表面全体にわたり導電性インクの均一な乾燥を可能にし得る。一部の実施形態では、基板に塗布されたインクの表面全体にわたるインクの均一な乾燥は、導電性インクの大部分より前に縁部が乾燥するのを防止し、基板に塗布されたときに懸濁した還元酸化グラフェン粒子が導電性インクの大部分から導電性インクの縁部に外向きの毛細管流動を行うのを防止し、かつ、基板に塗布された導電性インク全体にわたる酸化グラフェン粒子の分散が均一または略均一である基板上の導電性インクの均一な被覆を可能にし得る。一部の実施形態では、基板に塗布されたインクの表面全体にわたるインクのゆっくりとした均一な乾燥は、基板に塗布された導電性インクの高度に均一な被覆を可能にして、基板に塗布された導電性インクを用いて生産された最終製品の導電性を改善し得る。

【0025】

一部の実施形態では、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、約８：１～約１１：１である。一部の実施形態では、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、その中の増分を含めて約８：１～約８．５：１、約８：１～約９：１、約８：１～約９．５：１、約８：１～約１０：１、約８：１～約１０．５：１、約８：１～約１１：１、約８．５：１～約９：１、約８．５：１～約９．５：１、約８．５：１～約１０：１、約８．５：１～約１０．５：１、約８．５：１～約１１：１、約９：１～約９．５：１、約９：１～約１０：１、約９：１～約１０．５：１、約９：１～約１１：１、約９．５：１～約１０：１、約９．５：１～約１０．５：１、約９．５：１～約１１：１、約１０：１～約１０．５：１、約１０：１～約１１：１、または約１０．５：１～約１１：１である。一部の実施形態では、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、約８：１、約８．５：１、約９：１、約９．５：１、約１０：１、約１０．５：１、または約１１：１である。一部の実施形態では、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、最低で約８：１、約８．５：１、約９：１、約９．５：１、約１０：１、または約１０．５：１である。一部の実施形態では、ポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、最大で約８．５：１、約９：１、約９．５：１、約１０：１、約１０．５：１、または約１１：１である。

【0026】

一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約２０％～約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、その中の増分を含めて約２０％～約３０％、約２０％～約４０％、約２０％～約５０％、約２０％～約６０％、約２０％～約７０％、約２０％～約８０％、約２０％～約９０％、約３０％～約４０％、約３０％～約５０％、約３０％～約６０％、約３０％～約７０％、約３０％～約８０％、約３０％～約９０％、約４０％～約５０％、約４０％～約６０％、約４０％～約７０％、約４０％～約８０％、約４０％～約９０％、約５０％～約６０％、約５０％～約７０％、約５０％～約８０％、約５０％～約９０％、約６０％～約７０％、約６０％～約８０％、約６０％～約９０％、約７０％～約８０％、約７０％～約９０％、または約８０％～約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最低で約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最大で約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。本明細書中の特定の重量百分率濃度の溶媒は、インク内のグラフェンの安定性を予想外に改善すると同時に、調整可能な粘度および表面張力を維持する。

【0027】

一部の実施形態では、導電性インク（１０００）は、導電性添加剤（１５０）をさらに含む。一部の実施形態では、導電性添加剤（１５０）は、ナノカーボンを含む。一部の実施形態では、ナノカーボンは、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンオニオン、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、本明細書中の導電性添加剤（１５０）は、本明細書中のインク（２０００）の導電性を改善すると同時にそのレオロジー特性を維持することで、様々な手段による印刷によって広範な電子部品の形成を可能にする。一部の実施形態では、本明細書中の導電性添加剤（１５０）は、インクの導電性を改善し、全体的な粘度を低下させることで、マイクログラビア印刷の要件に一致する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、カーボンブラックを含む。

【0028】

一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１％～約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、その中の増分を含めて約１％～約５％、約１％～約１０％、約１％～約１５％、約１％～約２０％、約１％～約２５％、約１％～約３０％、約１％～約３５％、約１％～約４０％、約５％～約１０％、約５％～約１５％、約５％～約２０％、約５％～約２５％、約５％～約３０％、約５％～約３５％、約５％～約４０％、約１０％～約１５％。約１０％～約２０％、約１０％～約２５％、約１０％～約３０％、約１０％～約３５％、約１０％～約４０％、約１５％～約２０％、約１５％～約２５％、約１５％～約３０％、約１５％～約３５％、約１５％～約４０％、約２０％～約２５％、約２０％～約３０％、約２０％～約３５％、約２０％～約４０％、約２５％～約３０％、約２５％～約３５％、約２５％～約４０％、約３０％～約３５％、約３０％～約４０％、または約３５％～約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、または約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最低で約１％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、または約３５％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、導電性インクは、湿潤時に、最大で約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、または約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。

【0029】

導電性インクの特徴解析
本明細書中の導電性インクは、レベル５Ｂの接着性（理想的な接着性）を呈し、例えばポリイミド、ガラス、アルミニウム、およびポリエチレンテレフタレートなどの広範な基板で使用されることを可能にする。さらに、現行の多くの導電性インク中の成分は分離して非分散性の凝集塊を生じさせるが、本明細書中の導電性インクは１年を超える貯蔵寿命を呈し、本インクの成分は溶液中にとどまる。さらに、現行の多くの導電性インクとは異なり、本明細書中の導電性インクは、大量に生産かつ供給することができる。くわえて、本明細書中の導電性インクは、あらゆる温度において、かつ１１０℃未満の温度で１０分以下の短い硬化時間で硬化することができるため、印刷された導電性材料を形成する効率と速度を改善する。最終的に、本明細書中の導電性インクは水溶性であり、乾燥すると一貫した連続コーティングを生産する。

【0030】

一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、約５％～約８０％である。一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、その中の増分を含めて約５％～約１０％、約５％～約２０％、約５％～約３０％、約５％～約４０％、約５％～約５０％、約５％～約６０％、約５％～約７０％、約５％～約８０％、約１０％～約２０％、約１０％～約３０％、約１０％～約４０％、約１０％～約５０％、約１０％～約６０％、約１０％～約７０％、約１０％～約８０％、約２０％～約３０％、約２０％～約４０％、約２０％～約５０％、約２０％～約６０％、約２０％～約７０％、約２０％～約８０％、約３０％～約４０％、約３０％～約５０％、約３０％～約６０％、約３０％～約７０％、約３０％～約８０％、約４０％～約５０％、約４０％～約６０％、約４０％～約７０％、約４０％～約８０％、約５０％～約６０％、約５０％～約７０％、約５０％～約８０％、約６０％～約７０％、約６０％～約８０％、または約７０％～約８０％である。一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％である。一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、最低で約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、または約７０％である。一部の実施形態では、導電性インクの固形物含有量は、最大で約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％である。

【0031】

一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、約２：１～約６：１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、その中の増分を含めて約２：１～約２．５：１、約２：１～約３：１、約２：１～約３．５：１、約２：１～約４：１、約２：１～約４．５：１、約２：１～約５：１、約２：１～約５．５：１、約２：１～約６：１、約２．５：１～約３：１、約２．５：１～約３．５：１、約２．５：１～約４：１、約２．５：１～約４．５：１、約２．５：１～約５：１、約２．５：１～約５．５：１、約２．５：１～約６：１、約３：１～約３．５：１、約３：１～約４：１、約３：１～約４．５：１、約３：１～約５：１、約３：１～約５．５：１、約３：１～約６：１、約３．５：１～約４：１、約３．５：１～約４．５：１、約３．５：１～約５：１、約３．５：１～約５．５：１、約３．５：１～約６：１、約４：１～約４．５：１、約４：１～約５：１、約４：１～約５．５：１、約４：１～約６：１、約４．５：１～約５：１、約４．５：１～約５．５：１、約４．５：１～約６：１、約５：１～約５．５：１、約５：１～約６：１、または約５．５：１～約６：１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、約２：１、約２．５：１、約３：１、約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、約５．５：１、または約６：１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、最低で約２：１、約２．５：１、約３：１、約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、または約５．５：１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、最大で約２．５：１、約３：１、約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、約５．５：１、または約６：１である。

【0032】

一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、その中の増分を含めて約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約５００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約７５０ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約７５０ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、または約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、または約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、最低で約３００ｏｈｍ／ｓｑ、約５００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、または約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、最大で約５００ｏｈｍ／ｓｑ、約７５０ｏｈｍ／ｓｑ、約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約７，５００ｏｈｍ／ｓｑ、約１０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約２５，０００ｏｈｍ／ｓｑ、約５０，０００ｏｈｍ／ｓｑ、または約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。

【0033】

一部の実施形態では、基板に印刷された導電性インクは、約４００℃まで熱的に安定する。一部の実施形態では、導電性インクは、乾燥されて基板に塗布されたとき、柔軟性である。一部の実施形態では、導電性インクの柔軟性は、湾曲後に基板に塗布されたときの導電性インクのシート抵抗を測定することによって測定される。一部の実施形態では、導電性インクのシート抵抗は、基板を湾曲させる、基板を折り畳む、または基板に折り目を付けた後、低下しない。一部の実施形態では、導電性インクのシート抵抗は、基板を湾曲させる、基板を折り畳む、または基板に折り目を付けた後、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％以下しか低下しない。

【0034】

一部の実施形態では、導電性インクは接着性であり、亀裂に対する抵抗を持つ。導電性インクの亀裂は、導電性インクの表面のコーティングに切れ込みを入れ、導電性インクの切れ込みを入れた表面に接着性表面を適用することによって測定することができる。一部の実施形態では、導電性インクは亀裂に対する抵抗を持ち、本導電性インクはいずれも、導電性インクの切れ込みを入れた表面に接着性表面を適用した後、切れ込みを入れた表面から除去されない。一部の実施形態では、導電性インクは亀裂に対する抵抗を持ち、導電性インクの切れ込みを入れた表面に接着性表面を適用した後、導電性インクの１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％未満しか、切れ込みを入れた表面から除去されない。

【0035】

導電性インクの形成方法
導電性インクを形成する方法であって、グラフェン、結合剤、安定剤、および溶媒を含む溶液を混合する工程と、溶液を第１の温度に加熱する工程と、溶液の第１の温度を保持時間にわたり維持する工程と、溶液を第２の温度に加熱する工程とを含む方法。

【0036】

一部の実施形態では、グラフェンは、還元酸化グラフェンまたは活性化還元酸化グラフェンを含む。一部の実施形態では、結合剤は高分子結合剤である。一部の実施形態では、高分子結合剤は熱可塑性共重合体である。一部の実施形態では、結合剤は、ポリビニルピロリドン、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、安定剤は、ポリテトラヒドロフラン、フッ素化トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ワックス、エチルセルロース、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、安定剤は、ポリテトラヒドロフランおよびジエチレングリコールを含む。一部の実施形態では、安定剤中のポリテトラヒドロフランとジエチレングリコールとの比は、約８：１～約１１：１である。

【0037】

一部の実施形態では、溶媒は、プロピレングリコールｎ－プロピルエーテル、２－エチル－１－ヘキサノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、２－エチル－１－ブタノール、２－メチル－１－ペンタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキサミン、シクロヘプチルアミン、イソアミルアミン、３－メトキシプロピルアミン、パラクロロベンゾトリフルオリド、エチレングリコール、イソプロパノール、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、ｎ－メチル－２－ピロリドン、テトラヒドロフラン、およびジクロロベンゼン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。

【0038】

一部の実施形態では、溶液は、約０．１％～約１０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。一部の実施形態では、溶液は、約５％～約６０％の重量百分率濃度の結合剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、約１％～約８０％の重量百分率濃度の安定剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、約２０％～約９０％の重量百分率濃度の溶媒を有する。一部の実施形態では、溶液の固形物含有量は、約５％～約８０％である。一部の実施形態では、溶液は、約１時間～約４時間の期間にわたり混合される。一部の実施形態では、第１の温度は、約１００℃～約２００℃である。一部の実施形態では、溶液は、約１℃／分～約１０℃／分の速度で第１の温度に加熱される。一部の実施形態では、保持時間は、約２時間～約５時間である。一部の実施形態では、第２の温度は、約８００℃～１，０００℃である。一部の実施形態では、溶液は、約１℃／分～約１０℃／分の速度で第２の温度に加熱される。一部の実施形態では、導電性インクの粘度は、約２５ｃＰ～約４，０００ｃＰである。一部の実施形態では、導電性インクの剪断速度は、約１００ｓ－１～約４００ｓ－１である。一部の実施形態では、基板に分散された導電性インクの湿潤厚と基板上で乾燥させた導電性インクの乾燥厚との比は、約２１～約６１である。一部の実施形態では、導電性インクの乾燥時の抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、導電性インクの粒径は、約３ｕｍ～約４０ｕｍである。

【0039】

一部の実施形態では、溶液は、導電性添加剤をさらに含む。一部の実施形態では、導電性添加剤は、ナノカーボンを含む。一部の実施形態では、ナノカーボンは、カーボンナノ粒子、カーボンナノドット、カーボンナノチューブ、グラフェンナノリボン、カーボンナノファイバ、ナノグラファイト、カーボンオニオン、カーボンナノコーン、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、溶液は、約１％～約４０％の重量百分率濃度の導電性添加剤を有する。一部の実施形態では、溶液は、グラフェンをさらに含む。一部の実施形態では、溶液は、約５％～約８０％の重量百分率濃度のグラフェンを有する。

【0040】

導電性インクの印刷方法
本明細書には、本明細書中の導電性インクを印刷する方法が提供される。一部の実施形態では、本方法は、最大で２層の本明細書中の導電性インクを基板に堆積させる工程と、基板上のインクを乾燥させる工程とを含む。一部の実施形態では、本方法は、基板上のインクを焼成する工程をさらに含む。一部の実施形態では、本方法は、最大で１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０層の本明細書中の導電性インクを基板に堆積させる工程を含む。

【0041】

一部の実施形態では、堆積させる工程は、スクリーン印刷、フレキソ印刷、スロットダイ印刷、ナイフ・オーバーエッジ・コーティング、ロール・ツー・ロール・コーティング、スクリーン印刷、グラビア印刷、噴霧、浸漬、またはそれらのあらゆる組合せによって行われる。本明細書中のインクの粘度および表面張力は、広範囲の電子部品を生産するために種々のそのような方法によるインクの堆積を可能にする。さらに、本明細書中のインクの成分およびレオロジー特性は、本明細書に記載される方法のうちいずれか１つまたは複数を使用して、耐久性があり、熱的に安定し、かつ化学的に安定する電子部品を形成することを可能にする。

【0042】

一部の実施形態では、導電性インクは、Ｍｅｙｅｒロッドによって基板に印刷される。Ｍｅｙｅｒロッドは、制御され一貫した厚さのインクを表面に塗布するのに使用される、ワイヤで覆われた金属棒である。以下、Ｍｅｙｅｒロッドのサイズによって湿潤厚が決定される。

【0043】

【表1】

【0044】

一部の実施形態では、本明細書中の導電性インクは、湿潤厚を有する基板上に印刷され、湿潤厚は、基板に塗布されるインクの最大、最小、または平均の厚さである。一部の実施形態では、基板は、雲母、ガラス、シリコン、ガラス、金属、プラスチック、織布、黒鉛シート、金、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、プラスチックは、ＰＥＴ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＰＴＦＥ、Ｋａｐｔｏｎ、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、金属は、銅、アルミニウム、鋼、白金、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、印刷された導電性インクの抵抗は、約３００ｏｈｍ／ｓｑ～約８０，０００ｏｈｍ／ｓｑである。一部の実施形態では、インクは、約１５０ｕｍ～約３，０００ｕｍの線幅で基板に堆積される。

【0045】

一部の実施形態では、インクは、約１００℃～約１８０℃の温度で乾燥される。一部の実施形態では、インクは、その中の増分を含めて約１００℃～約１１０℃、約１００℃～約１２０℃、約１００℃～約１３０℃、約１００℃～約１４０℃、約１００℃～約１５０℃、約１００℃～約１６０℃、約１００℃～約１７０℃、約１００℃～約１８０℃、約１１０℃～約１２０℃、約１１０℃～約１３０℃、約１１０℃～約１４０℃、約１１０℃～約１５０℃、約１１０℃～約１６０℃、約１１０℃～約１７０℃、約１１０℃～約１８０℃、約１２０℃～約１３０℃、約１２０℃～約１４０℃、約１２０℃～約１５０℃、約１２０℃～約１６０℃、約１２０℃～約１７０℃、約１２０℃～約１８０℃、約１３０℃～約１４０℃、約１３０℃～約１５０℃、約１３０℃～約１６０℃、約１３０℃～約１７０℃、約１３０℃～約１８０℃、約１４０℃～約１５０℃、約１４０℃～約１６０℃、約１４０℃～約１７０℃、約１４０℃～約１８０℃、約１５０℃～約１６０℃、約１５０℃～約１７０℃、約１５０℃～約１８０℃、約１６０℃～約１７０℃、約１６０℃～約１８０℃、または約１７０℃～約１８０℃の温度で乾燥される。一部の実施形態では、インクは、約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、または約１８０℃の温度で乾燥される。一部の実施形態では、インクは、最低で約１００℃、約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１６０℃、または約１７０℃の温度で乾燥される。一部の実施形態では、インクは、最大で約１１０℃、約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、約１５０℃、約１６０℃、約１７０℃、または約１８０℃の温度で乾燥される。

【0046】

一部の実施形態では、インクは、約１０分～約６０分の期間にわたり乾燥される。一部の実施形態では、インクは、その中の増分を含めて約１０分～約１５分、約１０分～約２０分、約１０分～約２５分、約１０分～約３０分、約１０分～約３５分、約１０分～約４０分、約１０分～約４５分、約１０分～約５０分、約１０分～約５５分、約１０分～約６０分、約１５分～約２０分、約１５分～約２５分、約１５分～約３０分、約１５分～約３５分、約１５分～約４０分、約１５分～約４５分、約１５分～約５０分、約１５分～約５５分、約１５分～約６０分、約２０分～約２５分、約２０分～約３０分、約２０分～約３５分、約２０分～約４０分、約２０分～約４５分、約２０分～約５０分、約２０分～約５５分、約２０分～約６０分、約２５分～約３０分、約２５分～約３５分、約２５分～約４０分、約２５分～約４５分、約２５分～約５０分、約２５分～約５５分、約２５分～約６０分、約３０分～約３５分、約３０分～約４０分、約３０分～約４５分、約３０分～約５０分、約３０分～約５５分、約３０分～約６０分、約３５分～約４０分、約３５分～約４５分、約３５分～約５０分、約３５分～約５５分、約３５分～約６０分、約４０分～約４５分、約４０分～約５０分、約４０分～約５５分、約４０分～約６０分、約４５分～約５０分、約４５分～約５５分、約４５分～約６０分、約５０分～約５５分、約５０分～約６０分、または約５５分～約６０分の期間にわたり乾燥される。一部の実施形態では、インクは、約１０分、約１５分、約２０分、約２５分、約３０分、約３５分、約４０分、約４５分、約５０分、約５５分、または約６０分の期間にわたり乾燥される。一部の実施形態では、インクは、最低で約１０分、約１５分、約２０分、約２５分、約３０分、約３５分、約４０分、約４５分、約５０分、または約５５分の期間にわたり乾燥される。一部の実施形態では、インクは、最大で約１５分、約２０分、約２５分、約３０分、約３５分、約４０分、約４５分、約５０分、約５５分、または約６０分の期間にわたり乾燥される。

【0047】

一部の実施形態では、本明細書に記載の導電性インクは、シングルパスのみを使用して印刷され、導電性インクを被覆した基板の表面上に還元酸化グラフェンの単層を生成する。一部の実施形態では、シングルパス印刷は、導電性インクを被覆した基板を生成し、シングルパス印刷プロセスから得られる導電性表面は、少なくとも約９０％のグラフェンシートが単層からなること、グラフェンの重量百分率濃度が約０．２５％～約５％であること、グラフェンシートの酸素含有量が最大で約６％であること、乾燥時の抵抗が約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑであることを特徴とする、導電性表面を生成する。一部の実施形態では、シングルパス印刷は、導電性インクを被覆した基板を生成し、シングルパス印刷プロセスから得られる導電性表面は、グラフェンシートが単層からなること、グラフェンの重量百分率濃度が約０．２５％～約５％であること、グラフェンシートの酸素含有量が最大で約６％であること、乾燥時の抵抗が約１，０００ｏｈｍ／ｓｑ～約５，０００ｏｈｍ／ｓｑであることを特徴とする、導電性表面を生成する。

【0048】

一部の実施形態では、導電性インクが印刷される基板として、シリコンウエハ、ガラス、カプトンテープ、ポリアミド、ＰＥＴ、雲母、シリコンウエハ、ＩＴＯガラス、ポリエチレンシート、テフロン（登録商標）、アクリル、ポリマー、プラスチック、黒鉛シート、金被覆カプトン、アルミニウム、銅、金属、集電体、金属集電体、非金属集電体、紙が挙げられるが、本開示はこれらの材料に限定されず、他のあらゆる好適な材料を含んでもよい。

【0049】

還元酸化グラフェン
本明細書中の導電性インクを形成するのに使用される還元酸化グラフェン（ｒＧＯ）は、広範囲の溶媒から容易に分散および加工することができ、広範な用途において調整可能な電子特性および機械特性を有する導電性インクを可能にする。

【0050】

図２０Ａは、例示的なｒＧＯシートの第１の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図２０Ｂは、例示的なｒＧＯシートの第２のＳＥＭ画像である。図２１Ａは、例示的なｒＧＯシートの第１の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像である。図２１Ｂは、例示的なｒＧＯシートの第２のＡＦＭ画像である。

【0051】

一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、大きな周囲長を有する樹状形状を呈する。一部の実施形態では、ｒＧＯは、ナノプレート、ナノシート、ナノ粒子、ナノフレーク、ナノプレートレット、またはそれらのあらゆる組合せを含む形状を呈する。

【0052】

一部の実施形態では、ｒＧＯは、単層のｒＧＯである。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、しわの付いた単層を有するフレークである。一部の実施形態では、グラフェンナノシートの基底平面における大きなしわおよび隆起により、ファンデルワールス相互作用によるグラフェンシートの崩壊および再積層が防止される。

【0053】

一部の実施形態では、ｒＧＯは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くの層を含む。一部の実施形態では、ｒＧＯは、間に層間細孔を形成する複数の層を含む。一部の実施形態では、層間細孔は、連続ネットワークを形成する。一部の実施形態では、層間細孔の１つまたは複数は、閉鎖している。一部の実施形態では、層間細孔の１つまたは複数は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれより多くの層によって画定される。一部の実施形態では、層は相互接続される。一部の実施形態では、層のうちの１つまたは複数は、波形である。一部の実施形態では、層のうちの１つまたは複数は、しわを有する。一部の実施形態では、層のうちの１つまたは複数は、折り目を有する。一部の実施形態では、複数の層は、蛇腹状構造を形成する。一部の実施形態では、複数の層は、泡状構造を形成する。一部の実施形態では、ｒＧＯ内の複数の層は、全体的に平行である。一部の実施形態では、層は積層されない。本明細書に示される大きなサイズの層間空間は、乾燥インク内に高表面積およびイオン拡散速度を作り出すことを可能にする。

【0054】

一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、約１μｍ～約５μｍの範囲のサイズを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、約０．１μｍ～約１μｍの範囲のサイズを有し、中央値は約０．５μｍである。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、その中の増分を含めて最低で約０．１μｍ、０．２５μｍ、０．５μｍ、０．７５μｍ、１μｍ、１．２５μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、または約３μｍのサイズを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、その中の増分を含めて最大で約０．２５μｍ、０．５μｍ、０．７５μｍ、１μｍ、１．２５μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、約３μｍ、または３．５ｐｍのサイズを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートのサイズは、平均粒径または中央粒径として測定される。一部の実施形態では、ｒＧＯシートのサイズは、長さ、幅、または対角線長さとして測定される。一部の実施形態では、サイズ（例えば、長さ、幅、または対角線長さ）は、平均として測定される。例えば、複数の測定値を取得し、平均化して平均サイズを求めてもよい。

【0055】

一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍの最大、最小、または平均の厚さを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、その中の増分を含めて約０．５ｎｍ～約０．７５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．２５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約４ｎｍ、約０．５ｎｍ～約５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約１ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約１．２５ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約２ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約３ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約４ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約５ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．７５ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約１．２５ｎｍ、約１ｎｍ～約１．５ｎｍ、約１ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約１ｎｍ～約２ｎｍ、約１ｎｍ～約３ｎｍ、約１ｎｍ～約４ｎｍ、約１ｎｍ～約５ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約２ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約３ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約４ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約５ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約１０ｎｍ、約１．２５ｎｍ～約２０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２ｎｍ、約１．５ｎｍ～約３ｎｍ、約１．５ｎｍ～約４ｎｍ、約１．５ｎｍ～約５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約２ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約３ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約４ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約５ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約１０ｎｍ、約１．７５ｎｍ～約２０ｎｍ、約２ｎｍ～約３ｎｍ、約２ｎｍ～約４ｎｍ、約２ｎｍ～約５ｎｍ、約２ｎｍ～約１０ｎｍ、約２ｎｍ～約２０ｎｍ、約３ｎｍ～約４ｎｍ、約３ｎｍ～約５ｎｍ、約３ｎｍ～約１０ｎｍ、約３ｎｍ～約２０ｎｍ、約４ｎｍ～約５ｎｍ、約４ｎｍ～約１０ｎｍ、約４ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約５ｎｍ～約２０ｎｍ、または約１０ｎｍ～約２０ｎｍの最大、最小、または平均の厚さを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、約０．５ｎｍ、約０．７５ｎｍ、約１ｎｍ、約１．２５ｎｍ、約１．５ｎｍ、約１．７５ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、または約２０ｎｍの最大、最小、または平均の厚さを有する。一部の実施形態では、ｒＧＯシートは、最大で約０．７５ｎｍ、約１ｎｍ、約１．２５ｎｍ、約１．５ｎｍ、約１．７５ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、または約２０ｎｍの最大、最小、または平均の厚さを有する。

【0056】

一部の実施形態では、ｒＧＯシートの高さが低いと、その表面積は大幅に増加し、再積層が最小限とされる。一部の実施形態では、本明細書中のｒＧＯシートの酸素含有官能性は、極性溶媒を用いたインクの形成を可能にする。

【0057】

還元酸化グラフェンの形成方法
一部の実施形態では、グラフェンは、還元酸化グラフェン（ｒＧＯ）または活性化還元酸化グラフェン（ＡｒＧＯ）を含む。一部の実施形態では、ｒＧＯ、ＡｒＧＯ、またはその両方が、熱還元される。一部の実施形態では、ｒＧＯ、ＡｒＧＯ、またはその両方は、化学的に還元されない。一部の実施形態では、熱還元は、ｒＧＯ、ＡｒＧＯ、またはその両方の酸素含有量を低下させる。

【0058】

一部の実施形態では、酸化グラフェンは、（ａ）エッチング液および酸化グラフェン溶液を含む第１の溶液を加熱する工程と、（ｂ）第１の溶液を降温する工程と、（ｃ）第１の溶液を濾過して洗浄する工程と、（ｄ）第１の溶液を噴霧乾燥する工程とを含む方法によって活性化されて、活性化酸化グラフェン（ＡＧＯ）を形成する。酸化グラフェンの活性化は、個々の酸化グラフェンシート内に面内欠陥を生じさせるために使用することができる。シート中のこれらの欠陥の数および／またはサイズは、例えば、エッチング液の反応温度および／または重量百分率濃度を調節することによって、この活性化工程全体において調節することができる。酸化グラフェンシートを得るべく第１の溶液を乾燥させるために、噴霧乾燥に代わる機構、例えば、空気乾燥、加熱、凍結乾燥、および真空乾燥を使用することができる。

【0059】

一部の実施形態では、第１の溶液は、約１ｍｇ／ｍｌ～約２０ｍｇ／ｍｌの重量百分率濃度の酸化グラフェンを有する。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最低で約１ｍｇ／ｍｌ、２ｍｇ／ｍｌ、３ｍｇ／ｍｌ、４ｍｇ／ｍｌ、６ｍｇ／ｍｌ、８ｍｇ／ｍｌ、１０ｍｇ／ｍｌ、１２ｍｇ／ｍｌ、１４ｍｇ／ｍｌ、１６ｍｇ／ｍｌ、１８ｍｇ／ｍｌ、またはそれより多くの重量百分率濃度の酸化グラフェンを有する。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最大で２ｍｇ／ｍｌ、３ｍｇ／ｍｌ、４ｍｇ／ｍｌ、６ｍｇ／ｍｌ、８ｍｇ／ｍｌ、１０ｍｇ／ｍｌ、１２ｍｇ／ｍｌ、１４ｍｇ／ｍｌ、１６ｍｇ／ｍｌ、１８ｍｇ／ｍｌ、２０ｍｇ／ｍｌ、またはそれより多くの重量百分率濃度の酸化グラフェンを有する。一部の実施形態では、第１の溶液は、体積ベースで約６０％～約９８％の重量百分率濃度のエッチング液を有する。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて体積ベースで最低で約６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、またはそれより多くの重量百分率濃度のエッチング液を有する。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて体積ベースで最大で約６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９８％、またはそれより多くの重量百分率濃度のエッチング液を有する。一部の実施形態では、第１の溶液中のエッチング液の体積ベースの重量百分率濃度により、グラフェンシート中の欠陥のサイズおよび／または密度が決定される。一部の実施形態では、酸化グラフェン、エッチング液、またはその両方の重量百分率濃度は、ＡＧＯの酸素含有量に影響を及ぼす。

【0060】

一部の実施形態では、第１の溶液は、約６０℃～約１２０℃の温度に加熱される。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最低で約６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、またはそれより上の温度に加熱される。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最大で約７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、またはそれより上の温度に加熱される。一部の実施形態では、第１の溶液は、加熱工程の後に降温される。一部の実施形態では、第１の溶液は、約７０℃～約９０℃の温度に降温される。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最低で約７０℃、７５℃、８０℃、８５℃、またはそれより上の温度に降温される。一部の実施形態では、第１の溶液は、その中の増分を含めて最大で約７５℃、８０℃、８５℃、９０℃、またはそれより上の温度に降温される。一部の実施形態では、加熱および／または降温の温度は、ＡＧＯの含水量、したがって酸素含有量に影響を及ぼす。

【0061】

一部の実施形態では、第１の溶液の濾過は、メッシュサイズが約０．５μｍ～約３μｍのフィルタを用いて行われる。一部の実施形態では、第１の溶液の濾過は、メッシュサイズがその中の増分を含めて最低で約０．５μｍ、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、またはそれより上のフィルタを用いて行われる。一部の実施形態では、第１の溶液の濾過は、メッシュサイズがその中の増分を含めて最大で約１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、３μｍ、またはそれより上のフィルタを用いて行われる。一部の実施形態では、フィルタは、２つ以上の濾過層を備える。一部の実施形態では、フィルタは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０のフィルタ層を備える。一部の実施形態では、少なくとも１つのメッシュフィルタ層は、金属である。一部の実施形態では、フィルタは真空フィルタを備える。一部の実施形態では、真空フィルタは、第１の溶液および洗浄液のうちの少なくとも１つをフィルタ上に分注するように配置された少なくとも１つのスプレーバーアセンブリを備える。一部の実施形態では、真空フィルタは、負圧をフィルタに適用して濾過を向上させるように構成された真空源を備える。一部の実施形態では、真空フィルタは、第１の溶液のｐＨを測定するためのｐＨセンサを備える。一部の実施形態では、濾過され洗浄された第１の溶液は、ｐＨが約１～約５である。一部の実施形態では、濾過され洗浄された第１の溶液は、ｐＨがその中の増分を含めて最低で約１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、またはそれより上である。一部の実施形態では、濾過され洗浄された第１の溶液は、ｐＨがその中の増分を含めて最大で約１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、またはそれより上である。一部の実施形態では、第１の溶液のｐＨ、濾過方法、またはその両方により、グラフェンシートにおける欠陥のサイズおよび／または密度が決定される

【0062】

一部の実施形態では、噴霧乾燥は、第１の溶液を噴霧乾燥ノズルに通すことによって行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルは超音波ノズルであり、第１の溶液は、第１の溶液中の音速よりも早い速度でノズルを通過する。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルは亜音速ノズルであり、第１の溶液は、第１の溶液中の音速未満の速度でノズルを通過する。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルは、第１の溶液を噴霧化するプレーンオリフィスノズル（ｐｌａｉｎ－ｏｒｉｆｉｃｅ ｎｏｚｚｌｅ）である。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルは、第１の溶液の粒径を縮小するための圧力旋回スプレーを有する。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルはシングルエフェクトノズル（ｓｉｎｇｌｅ－ｅｆｆｅｃｔ ｎｏｚｚｌｅ）である。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルはマルチエフェクトノズル（ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｅｆｆｅｃｔ ｎｏｚｚｌｅ）である。一部の実施形態では、噴霧乾燥ノズルは噴霧器を備える。

【0063】

一部の実施形態では、噴霧乾燥は、約１ｍｌ／ｈｒ～約６，０００ｍｌ／ｈｒの流速で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最低で約１ｍｌ／ｈｒ、５ｍｌ／ｈｒ、１０ｍｌ／ｈｒ、５０ｍｌ／ｈｒ、１００ｍｌ／ｈｒ、５００ｍｌ／ｈｒ、１，０００ｍｌ／ｈｒ、２，０００ｍｌ／ｈｒ、４，０００ｍｌ／ｈｒ、またはそれより上の流速で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最大で約５ｍｌ／ｈｒ、１０ｍｌ／ｈｒ、５０ｍｌ／ｈｒ、１００ｍｌ／ｈｒ、５００ｍｌ／ｈｒ、１，０００ｍｌ／ｈｒ、２，０００ｍｌ／ｈｒ、４，０００ｍｌ／ｈｒ、６，０００ｍｌ／ｈｒ、またはそれより上の流速で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、約１０ｐｓｉ～約５０ｐｓｉの圧力で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最低で約１０ｐｓｉ、１５ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、２５ｐｓｉ、３０ｐｓｉ、３５ｐｓｉ、４０ｐｓｉ、４５ｐｓｉ、またはそれより上の圧力で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最大で約１５ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、２５ｐｓｉ、３０ｐｓｉ、３５ｐｓｉ、４０ｐｓｉ、４５ｐｓｉ、５０ｐｓｉ、またはそれより上の圧力で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、約１２０℃～約２００℃の入口温度で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最低で約１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、またはそれより上の入口温度で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥は、その中の増分を含めて最大で約１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、またはそれより上の入口温度で行われる。一部の実施形態では、噴霧乾燥の出口温度は、約３０℃～約８０℃である。一部の実施形態では、噴霧乾燥の出口温度は、その中の増分を含めて最低で約３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、またはそれより上である。一部の実施形態では、噴霧乾燥の出口温度は、その中の増分を含めて最大で約４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、またはそれより上である。

【0064】

一部の実施形態では、第１の溶液を加熱することは、第１の溶液を撹拌することを含む。一部の実施形態では、焼成は、大気、窒素、アルゴン、またはそれらのあらゆる組合せの中で行われる。一部の実施形態では、第１の溶液は、第１の溶液に氷を添加することによって降温される。一部の実施形態では、エッチング液は、過酸化水素、臭素、ヨウ素、過マンガン酸カリウム、塩素酸カリウム、二クロム酸カリウム、酸化マンガン、塩化鉄（ｉｉｉ）、過酸化ナトリウム、過硫酸カリウム、次亜塩素酸、またはそれらのあらゆる組合せを含む。

【0065】

グラフェンは溶媒培地中での分散が困難であり得るが、本明細書中のＡＧＯの酸素含有官能基は、極性溶媒中での分散を可能にする。一部の実施形態では、本明細書中のＡＧＯは、界面活性剤を添加し、例えば、剪断混合、超音波撹拌、ボールミル粉砕、またはそれらのあらゆる組合せにより機械力を加えることによって、有機または水性溶媒（例えば、ｎ－メチル－２ －ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、クロロホルム、およびジクロロベンゼン）中に分散される。

【0066】

一部の実施形態では、酸化グラフェンは、還元されるとｒＧＯを生じさせる。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンは、還元されるとＡｒＧＯを生じさせる。例えば、活性化工程から生じた活性化酸化グラフェンは、化学的還元工程に供することでＡｒＧＯをもたらすことができる。

【0067】

一部の実施形態では、ｒＧＯを形成するための化学的還元は、ＡＧＯ、強塩基、および還元剤を含む第２の溶液を第２の溶液に加熱し、任意選択で還元剤および第２の溶液を濾過して洗浄することを含む。一部の実施形態では、強塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、尿素、メラミン、炭酸ナトリウム、またはそれらのあらゆる組合せを含む。一部の実施形態では、還元剤は、アスコルビン酸、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、ピロガロール、水素化アルミニウムリチウム、アンモニアボラン、二酸化チオ尿素、ヨウ化水素酸、臭化水素、エタンチオール－アルミニウムクロリド、ローソン試薬、亜硫酸水素ナトリウム、亜ジチオン酸ナトリウム、アルミニウム、鉄、亜鉛、マグネシウム、またはそれらのあらゆる組合せを含む。

【0068】

一部の実施形態では、ＡＧＯを還元することは、噴霧乾燥された第１の溶液を焼成することを含む。一部の実施形態では、焼成は、フレイムトーチ、加熱ストリップ、加熱コイル、またはそれらのあらゆる組合せによって行われる。一部の実施形態では、焼成は、大気、窒素、アルゴン、またはそれらのあらゆる組合せの中で行われる。一部の実施形態では、焼成は、その中の増分を含めて約３，００００℃、２，５００℃、２，０００℃未満の温度で行われる。一部の実施形態では、ＡＧＯを還元することは、噴霧乾燥された第１の溶液を焼成することを含まない。一部の実施形態では、焼成は、約１００℃～約１，５００℃の温度で行われる。一部の実施形態では、焼成は、その中の増分を含めて最低で約１００℃、１１０℃、１５０℃、２５０℃、５００℃、７５０℃、１，０００℃、または１，２５０℃の温度で行われる。一部の実施形態では、焼成は、その中の増分を含めて最大で２５０℃、５００℃、７５０℃、１，０００℃、１，２５０℃、または１，５００℃の温度で行われる。一部の実施形態では、焼成は、約１分～約１，５００分の期間にわたり行われる。一部の実施形態では、焼成の温度、手段、時間、またはそれらのあらゆる組合せは、ＡＧＯの点火、爆発、および膨張、したがって形態に影響を及ぼす。一部の実施形態では、ＡＧＯを還元することは、初期熱での膨張、それに続く焼成を含む。焼成工程は、表面積および導電性などＡＧＯの特性を改善することができる。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンを焼成することにより、その中の酸素官能基が除去される。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンの焼成により、その中の酸素官能基が約２５％～約７５％除去される。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンから酸素官能基を除去することにより、その導電性が増加する。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンから酸素官能基を除去することにより、その導電性が約７５％～約１２５％増加する。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンを焼成することにより、その表面積が増加する。一部の実施形態では、活性化酸化グラフェンを焼成することにより、その表面積が約７５％～約１２５％増加する。一例では、活性化酸化グラフェンを焼成することにより、表面積が約３５０ｍ^２／ｇから７００ｍ^２／ｇに増加し、酸素含有量が約３０％から約１６％に低下し、導電性が約５０Ｓ／ｍから約１００Ｓ／ｍに増加する。

【0069】

一部の実施形態では、乾燥は、約３分～約６０分の期間にわたり行われる。一部の実施形態では、乾燥は、その中の増分を含めて最低で約３分、５分、１０分、２０分、３０分、４０分、５０分、またはそれより多くの期間にわたり行われる。一部の実施形態では、乾燥は、その中の増分を含めて最大で約５分、１０分、２０分、３０分、４０分、５０分、６０分、またはそれより多くの期間にわたり行われる。一部の実施形態では、第２の溶液は、約６０℃～約１２０℃の温度に加熱される。一部の実施形態では、第２の溶液は、その中の増分を含めて最低で約６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、またはそれより上の温度に加熱される。一部の実施形態では、第２の溶液は、その中の増分を含めて最大で約７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、またはそれより上の温度に加熱される。一部の実施形態では、第２の溶液の濾過および洗浄は、第２の溶液に還元剤を添加して約０．５時間～１０時間後の期間内に行われる。一部の実施形態では、第２の溶液の濾過および洗浄は、第２の溶液のｐＨが約８～約１１であるときに行われる。

【0070】

一部の実施形態では、ＡＧＯを還元することは、第１のＡＲＧＯを生じさせるための上述のような熱還元の方法、および第２のＡＲＧＯを生じさせるための第１のＡＲＧＯにマイクロウェーブを照射することを含む。一部の実施形態では、第２のＡＲＧＯは、第１のＡＲＧＯと比較して酸素含有量が低下している。一部の実施形態では、マイクロウェーブ照射は、約１０秒～約６０秒の期間にわたり行われる。一部の実施形態では、マイクロウェーブ照射は、約５００Ｗ～約２，０００Ｗの出力で行われる。一部の実施形態では、マイクロウェーブ照射は、その中の増分を含めて最低で約５００Ｗ、７５０Ｗ、１，０００Ｗ、１，２５０Ｗ、１，５００Ｗ、１，７５０Ｗ、またはそれより上の出力で行われる。一部の実施形態では、マイクロウェーブ照射の時間、ワット数、またはその両方は、ＡＧＯの点火、爆発、および膨張、したがって形態に影響を及ぼす。

【0071】

印刷された導電性インクの特徴解析
図１４Ａおよび図１４Ｂは、Ｍｅｙｅｒロッドを用いてシリコンウエハに印刷された例示的な導電性インクスクリーンの写真を示す。一部の実施形態では、示されるように、１５０ｕｍ、３００ｕｍ、５００ｕｍ、１，０００ｕｍ、２，０００ｕｍ、および３，０００ｕｍの厚さを有するインクトレースは、ギャップも分離も伴うことなくシングルパスで印刷することができる。示されるように、インクトレースは、長さ約４ｃｍである。現行の導電性インクは分散性が低いため、プリンタを詰まらせ一貫性なく乾燥する凝集物を生じさせるが、本明細書中の導電性インクは、小規模であっても導電性トレースおよび他の形状の一貫した印刷を可能にする。

【0072】

図１５Ａは、図１４Ｂのトレースの光学プロフィロメトリー画像である。図１５Ｂは、図１５Ａの光学プロフィロメトリー画像の三次元レンダリングである。図に示されるように、例示的な導電性インクで印刷されたトレースは、非常に均一な断面プロファイルを呈する直線状できれいな縁部を有する。図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ図１５Ａのトレースの第１の軸および図１５Ｂのトレースの第２の軸に沿った光学プロフィロメトリー画像の高さのグラフである。図１５Ａ～図１６Ｂのデータから、以下の粗度測定値を算出できる。

【0073】

【表2】

【0074】

図１６Ａは、粗度平均（Ｓａ）（１６０１）、最大高さ（Ｓｐ）（１６０２）、最大谷深さ（Ｓｖ）（１６０３）、および最大ピーク高さ（Ｓｚ）（１６０４）の例示的な測定値を示す。基板上に設定長さ（１）にわたって厚さＴ（ｘ）で印刷された導電性インクの場合、粗度の変数は、

【0075】

【数1】

として算出される。

【0076】

一部の実施形態では、印刷された例示的な導電性インクは、尖度が約３．５～約５である。尖度は、粗度プロファイルの鋭度についての尺度であり、３の尖度は、正規分布曲線と等価な粗度プロファイルを表し、大きな尖度値は、より大きな鋭度と相関する。一部の実施形態では、堆積は、コートスクリーン印刷によって行われ、乾燥インクの粗度は、約０．０２～約０．１５である。一部の実施形態では、堆積は、コートスクリーン印刷によって行われ、乾燥インクの尖度は、約２～約８である。一部の実施形態では、堆積は、コートスクリーン印刷によって行われ、乾燥インクのテクスチャアスペクト比は、約０．２５°～約１．５°である。

【0077】

テクスチャアスペクト比は、主な表面パターンまたはレイの等方性または均一性の尺度である。テクスチャアスペクト比はまた、その他に均一なテクスチャの方向性を表す。高度にパターン化されたテクスチャを有する表面は、テクスチャアスペクト比が０であり、高度に等方性の表面は、テクスチャアスペクト比が１である。

【0078】

自己相関長さ（Ｓａｌ）は、主な表面パターンまたはレイの波長に相当する。例えば、高い自己相関長さ（Ｓａｌ）を有する表面は、低い周波数および長い波長を有する主な表面パターンまたはレイを有し、低い自己相関長さ（Ｓａｌ）を有する表面は、高い周波数および短い波長を有する主な表面パターンまたはレイを有する。

【0079】

図１７は、例示的な導電性インクで形成されたトレースの導電率対幅のグラフである。示されるように、幅が３００ｕｍ～３，０００ｕｍのトレースは、約２，０００Ｓの高い導電率を呈し、少なくとも１５０μｍのトレース幅を首尾よく印刷することができる。

【0080】

図１８Ａは、例示的な導電性インクで形成されたトレースの乾燥厚対シート抵抗のグラフである。図１８Ｂは、例示的な導電性インクで形成されたトレースの湿潤厚対乾燥厚のグラフである。

【0081】

図１９Ａは、例示的な導電性インクで形成された例示的なトレースの波長透過率のグラフである。図１９Ｂは、例示的な導電性インクの波長透過率のグラフである。図で確認されるように、液体インクおよび印刷されたトレースを通る透過率は、ほぼ０であり、このときの最大透過率は、液体インクおよび印刷されたトレースを通る場合にそれぞれ０．００９２％および０．０１７７％である。一部の実施形態では、本明細書中の導電性インクは、最大透過率が約０．００４％～約０．０１５％である。一部の実施形態では、本明細書中の導電性インクは、最大透過率が少なくとも約０．００４％である。一部の実施形態では、本明細書中の導電性インクは、印刷時および乾燥時に、最大透過率が約０．０１％～約０．０３％である。一部の実施形態では、本明細書中の導電性インクは、印刷時および乾燥時に、最大透過率が少なくとも約０．０１％である。

【0082】

用語と定義
別段の定めのない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。

【0083】

本明細書で使用される場合、「単層グラフェン」という用語は、多層グラフェンに凝集していないグラフェンの単一シートからなる、グラフェンまたは還元酸化グラフェンを指す。グラフェンの単一シートは、二次元構造とされたシートが多層または黒鉛状構造に積層されないが、依然として部分的な物理的接触（例えば、三次元ネットワークを形成する相互接続されたシート）を呈し得るように、互いに分離される。例えば、単層グラフェンは、本明細書に開示される方法によるグラファイトからの高効率剥離によって形成され得る。

【0084】

本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数形を含む。本明細書中の「または（ｏｒ）」に対する言及はすべて、別段の定めのない限り、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を包含することが意図される。

【0085】

本明細書で使用される場合、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、場合により、おおよその明記された量である量を指す。

【0086】

本明細書で使用される場合、「約」という用語は、その中の増分を含めて明示された量に１０％、５％、または１％近い量を指すことができる。別段の具体的な定めのない限り、「約」という用語は、明示された百分率が１０％を超えるかそれ未満である量を指す。

【0087】

本明細書で使用される場合、百分率に関する「約」という用語は、その中の増分を含めて明示された百分率より１０％、５％、または１％高いか低い量を指すことができる。別段の具体的な定めのない限り、百分率に関する「約」という用語は、明示された百分率が１０％を超えるかそれ未満である量を指す。

【0088】

本明細書で使用される場合、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」、「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」、および「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という句は、動作において接続的かつ離接的であるオープンエンド表現である。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうち少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうち１つまたは複数」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたは複数」、ならびに「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という表現のそれぞれは、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、またはＡとＢとＣを意味する。

【0089】

本明細書で使用される場合、「固形物含有量」という用語は、乾燥後に残留する分散液またはインクの百分率を指し、このときに揮発性溶媒が蒸発する。

【実施例】

【0090】

以下の例示的な実施例は、本明細書に記載される組成物および方法の実施形態を表すものであり、決して限定を意図したものではない。以下、６つの例示的なインクを本明細書で提供する。

【0091】

【表3】

【0092】

実施例１－第１の導電性インク
図２Ａおよび図２Ｂは、例示的な第１の導電性インクの光学顕微鏡画像を示す。図に示されるように、第１の導電性インクは非常に安定しており、基板を均一に被覆して、穴も収縮もない滑らかな表面を形成する。さらに示されるように、２Ｄグラフェンシートとゼロ次元カーボンナノ粒子との相互作用により、電子導電性に優れ抵抗が少ないシームレスなカーボンネットワークが生成される。

【0093】

図３Ａは、例示的な第１の導電性インクの粒径分布である。図３Ｂは、Ｈｅｇｍａｎゲージ上の例示的な第１の導電性インクの画像である。示されるように、例示的な第１の導電性インクは、平均が約９μｍで最大が約２６μｍである単峰性（ｍｏｎｏ－ｍｏｄａｌ）の粒径分布を有し、粒子の９０％のサイズが約１３．５ｕｍ未満である。

【0094】

図４Ａは、基板に被覆される第１の導電性インクのＸ線回折グラフである。図中、それぞれ７．５および４．５°オングストロームのｄ値に相当する１２．３°および１９．４°の２θでの２つの広域特性ピークが、結合剤のＸＲＤチャートと一致する。図４Ｂは、基板に印刷された例示的な第１の導電性インクのラマン分光グラフであり、１３４６ｃｍ－１のＤバンドおよび１６０３ｃｍ－１のＧバンドが、ｒＧＯに特徴的である。

【0095】

図５は、例示的な第１の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。示されるように、第１の導電性インクの粘度は、剪断混合時間を調節することによって調整することができ、このとき、剪断時間が長いほど粘度は低下する。

【0096】

図６Ａおよび図６Ｂは、例示的な第１の導電性インクに対する熱分析のグラフである。熱分析において、液体形態にある本明細書中の第１の導電性インクを、約３℃／分の速度で約１４０℃に加熱し、約１４０℃で約３時間維持し、約３℃／分の速度で約９００℃に加熱した。図６Ａおよび図６Ｂによれば、一部の実施形態では第１の導電性インクは、約１２９℃の吸熱ピーク（６０１）を有し、蒸気圧が高い溶媒の蒸発による急速な質量損失を示す。さらに示されるように、一部の実施形態では、第１の導電性インクは、それぞれ約４１５．７５℃、４４９．９８℃、４８５．７８℃、および５５２．４０℃の発熱ピーク（６１１）（６１２）（６１３）（６１４）を有する。図６Ｂによれば、約９００℃でのインクの質量はほぼ０であるため、第１の導電性インクのすべてまたは略すべてが、その温度での酸素との反応中に消費される。

【0097】

図７は、基板上で乾燥させた例示的な第１の導電性インクの熱分析のグラフである。示されるように、一部の実施形態では、第１の導電性インクは、それぞれ約３９１．７３℃、４６９．６９℃、および５８２．３７℃の発熱ピーク（７０１）（７０２）（７０３）を有する。第１の発熱ピーク（７０１）および第２の発熱ピーク（７０２）は、結合剤、軟化剤、またはその両方の蒸発に対応し得、第３の発熱ピーク（７０３）は、グラフェンに対応し得る。示されるように、約５５０℃の温度では、印刷された第１の導電性インクの質量は、約９３．５％減少している。約８００℃の温度では、第１の導電性インクの略すべてが酸素との反応中に消費される。この熱分析により、基板に印刷された第１の導電性インクが、約４００℃まで熱的に安定することが証明される。

【0098】

実施例２－第２の導電性インク
図８Ａおよび図８Ｂは、例示的な第２の導電性インクの光学顕微鏡画像を示す。図に示されるように、第２の導電性インクは非常に安定しており、基板を均一に被覆して、穴も収縮もない滑らかな表面を形成する。さらに示されるように、２Ｄグラフェンシートとゼロ次元カーボンナノ粒子との相互作用により、電子導電性に優れたシームレスなカーボンネットワークが生成される。グラフェンおよびカーボンナノ粒子は、中で密接にシームレスに接触しており、それによって、被覆されたフィルムの全体的な抵抗が低下する。

【0099】

図９Ａは、例示的な第２の導電性インクの粒径分布である。図９Ｂは、Ｈｅｇｍａｎゲージ上の例示的な第１の導電性インクの画像であり、約１０ｕｍの粒径の縞模様（ｓｔｒｅａｋ）を伴う。示されるように、例示的な第２の導電性インクは、平均が約９μｍで最大が約２６μｍである単峰性の粒径分布を有し、粒子の９０％のサイズが約１３．５ｕｍ未満である。

【0100】

図１０は、約１，３６８ｃｍ－１のＤピークおよび約１，６２４ｃｍ－１のＧピークを示す、例示的な第２の導電性インクのラマン分光法グラフである。

【0101】

図１１Ａは、例示的な第２の導電性インクの剪断速度と粘度との線形関係を示す。示されるように、例示的な第２の導電性インクは、約１００ｓ－１の剪断速度で粘度が約２１０ｃＰであり、約７５０ｓ－１の剪断速度で粘度が約１８５ｃＰである。示されるように、第２の導電性インクの粘度は、剪断混合時間を調節することによって調整することができ、このとき、剪断時間が長いほど粘度は低下する。

【0102】

図１１Ｂは、例示的な第２および第２の導電性インクのＸ線回折グラフであり、ともに約２６°のピークを示す。

【0103】

図１２Ａおよび図１２Ｂは、例示的な第２の導電性インクに対する熱分析のグラフである。熱分析において、液体形態にある本明細書中の第２の導電性インクを、約３℃／分の速度で約１４０℃に加熱し、約１４０℃で約３時間維持し、約３℃／分の速度で約９００℃に加熱した。図１２Ａおよび図１２Ｂによれば、一部の実施形態では第２の導電性インクは、約２９℃の吸熱ピーク（１２０１）を有し、蒸気圧が高い溶媒の蒸発による急速な質量損失を示す。さらに示されるように、一部の実施形態では第２の導電性インクは、それぞれ約３２９℃、４２２．０４℃、４４８．３７℃、および６５４．９８℃の発熱ピーク（１２１１）（１２１２）（１２１３）（１２１４）を有する。図１２Ｂによれば、約９００℃でのインクの質量はほぼ０であるため、第２の導電性インクのすべてまたは略すべてが、その温度での酸素との反応中に消費される。

【0104】

図１３は、基板上で乾燥させた例示的な第２の導電性インクの熱分析のグラフである。示されるように、一部の実施形態では第２の導電性インクは、それぞれ約３２０．２２℃、４１３．７９℃、４５６．４８℃、および６６３．３℃の発熱ピーク（１３０１）（１３０２）（１３０３）（１３０４）を有する。第２の発熱ピーク（１３０１）は、結合剤、軟化剤、またはその両方の蒸発に対応し得、第２の発熱ピーク（１３０２）および第３の発熱ピーク（１３０３）は、グラフェンに対応し得る。示されるように、約６８０℃の温度では、印刷された第２の導電性インクの質量は、約９５％減少している。約８００℃の温度では、第２の導電性インクの略すべてが酸素との反応中に消費される。この熱分析により、基板に印刷された第２の導電性インクは約４００℃まで熱的に安定し、本明細書中の第２の導電性インクの使用事例の増加が可能となることが証明される。

【0105】

実施例３－第３の導電性インク
図２２Ａは、例示的な第３の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。流動曲線は線形またはニュートン（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）のように見えるが、例示的な第３の導電性インクは、わずかな曲率、剪断減粘性、および／または擬塑性配向を示す。インクは、スクリーン印刷、スロットダイまたはリバースコンマブレードによるロールコーティング、さらにはフレキソ印刷に好適である。図２２Ｂは、例示的な第３の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【0106】

１つの実験において、図２３Ａおよび図２３Ｂによれば、例示的な第３の導電性インクを、１０℃／分の速度で１１０℃に加熱し、１１０℃で２時間保持し、１０℃／分の速度で８００℃に加熱した。示されるように、吸熱ピークは１１０℃で検出され、これは高蒸気圧溶媒の蒸発によるインクの急速な重量損失に対応する。一部の実施形態では、例示的な第３の導電性インクを、基板に印刷した後に約１１０℃の温度で焼成することによって、最適な導電性、理想的な接着性、および柔軟性が達成される。さらに示されるように、いくつかの発熱ピークを３５０℃、４１１℃、５３７℃、および６３７℃で見い出し、これらは、結合剤、分散剤、および／またはグラフェンの分解に対応し得る。６３７℃で残留物はほぼ０であるため、すべてのインク成分は、その温度で空気流からの酸素と反応することによって消費される。

【0107】

図２４Ａでは、例示的な第３の導電性インクで被覆された基板のＸＲＤパターンは、それぞれ７．５および４．５°オングストロームのｄ値に対応する１２．９°および２０．８°の２θの２つの広範な特性ピークを示し、これらは高分子結合剤で報告された値と一致する。

【0108】

図２４Ｂでは、基板に印刷された例示的な第３の導電性インクのラマンスペクトルは、ｒＧＯに特徴的な約１４００ｃｍ^－１のＤバンドおよび１６００ｃｍ^－１のＧバンドを示す。

【0109】

図２５Ａ～図２５Ｂでは、厚さ１μｍのポリイミド基板を、Ｍａｙｅｒロッドによって様々な厚さの例示的な第３の導電性インクで被覆し、被覆された基板を乾燥するまで１１０℃で硬化させた。予想どおり、乾燥厚の減少に付随してシート抵抗が増加するという結果が示され、平均導電率は約７．６Ｓ／ｍであり、標準偏差は約１．８Ｓ／ｍである。

【0110】

図２６Ａでは、例示的な第３の導電性インクは、中央粒径が約８．８μｍ、平均粒径が約７．９μｍ、および最大径が約１９μｍであり、粒子の９０％のサイズが約１１．５μｍ未満であった。

【0111】

図２６Ｂは、例示的な第３の導電性インクで被覆した基板のトレース幅対抵抗を示し、例示的な第３の導電性インクは、線幅が１５０～３０００マイクロメートルのトレースに首尾よくスクリーン印刷することができる。

【0112】

ポリイミド基板を湿潤膜厚５０μｍの例示的な第３の導電性インクで被覆し、その後、コーティングを１１０℃で１０分間、および３００℃で３０分間硬化させ、次いで水を噴霧した。コーティングに損傷の徴候は認められなかった。

【0113】

液浸試験の結果を以下に示す。

【0114】

【表4】

【0115】

実施例４－第４の導電性インク
図２７Ａは、例示的な第４の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。図２７Ｂは、例示的な第４の導電性インクのトルク対速度のグラフである。示されるように、流動曲線は線形またはニュートン（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）のように見え、例示的な第４の導電性インクのグラフは、剪断減粘性および／または擬塑性配向においてわずかな曲率を示す。

【0116】

図２８Ａ～図２８Ｂでの熱分析では、例示的な第４の導電性インクの液体を、１０℃／分の速度で１１０℃に加熱し、１１０℃で２時間維持し、１０℃／分の速度で８００℃に加熱した。示されるように、吸熱ピークは１１０℃で検出され、これは高蒸気圧溶媒の蒸発に付随するインクの速やかな重量損失に対応する。さらに示されるように、例示的な第３の導電性インクを、基板に印刷した後に約１１０℃の温度で焼成することによって、最適な導電性、理想的な接着性、および柔軟性が達成される。いくつかの発熱ピークを３５８℃、４６６℃、５１５．７９℃、および７２６．２４℃で見い出し、これらは、結合剤、分散剤、炭素、およびグラフェンの分解に対応する。７９７．４８℃で残留物はほぼ０であり、このことは、すべてのインク成分が空気流からの酸素と反応することによって消費されることを意味する。

【0117】

図２９Ａにおける、例示的な第４の導電性インクで被覆された基板のＸＲＤパターンは、それぞれ７．５および４．５°オングストロームのｄ値に対応する１２．４°および２１．１°の２θの２つの広範な特性ピークを示し、これらは高分子結合剤で報告された値と一致する。

【0118】

図２９Ｂでは、例示的な第４の導電性インクで被覆された基板のラマンスペクトルは、ｒＧＯに特徴的な約１４００ｃｍ^－１のＤバンドおよび１６００ｃｍ^－１のＧバンドを示す。

【0119】

図３０Ａ～図３０Ｂでは、厚さ１μｍのポリイミド基板を、Ｍａｙｅｒロッドによって様々な厚さの例示的な第４の導電性インクで被覆し、被覆された基板を乾燥するまで１１０℃で硬化させた。予想どおり、乾燥厚の減少に付随してシート抵抗が増加するという結果が示され、平均導電率は約１２．７Ｓ／ｍであり、標準偏差は約３．７Ｓ／ｍである。

【0120】

図３１は、例示的な第４の導電性インクで被覆した基板のトレース幅対抵抗を示し、例示的な第３の導電性インクは、線幅が１５０～３０００マイクロメートルのトレースに首尾よくスクリーン印刷することができる。

【0121】

実施例５－第５の導電性インク
図３２Ａは、例示的な第５の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。図３２Ｂは、例示的な第５の導電性インクのトルク対速度のグラフである。示されるように、流動曲線は線形またはニュートン（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）のように見え、例示的な第５の導電性インクのグラフは、剪断減粘性および／または擬塑性配向においてわずかな曲率を示す。

【0122】

図３３Ａ～図３３Ｂでの熱分析では、例示的な第４の導電性インクの液体を、１０℃／分の速度で１１０℃に加熱し、１１０℃で２時間維持し、１０℃／分の速度で８００℃に加熱した。示されるように、吸熱ピークは１１０℃で検出され、これは高蒸気圧溶媒の蒸発に付随するインクの速やかな重量損失に対応する。さらに示されるように、例示的な第３の導電性インクを、基板に印刷した後に約１１０℃の温度で焼成することによって、最適な導電性、理想的な接着性、および柔軟性が達成される。いくつかの発熱ピークを３６７℃、４７４℃、７１４℃、および８０５℃で見い出し、これらは、結合剤、分散剤、炭素、およびグラフェンの分解に対応する。８０５℃で残留物はほぼ０であり、このことは、すべてのインク成分が空気流からの酸素と反応することによって消費されることを意味する。

【0123】

図３４Ａにおける、例示的な第５の導電性インクで被覆された基板のＸＲＤパターンは、黒鉛において２θ＝２６°で鋭い強度特性ピークを示し、２Θ＝５５°でピークはより小さくなる。２θ＝４５°付近での他のピークは、ｒＧＯと相関する。

【0124】

図３４Ｂでは、例示的な第５の導電性インクで被覆された基板のラマンスペクトルは、ｒＧＯに特徴的な約１４００ｃｍ^－１のＤバンドおよび１６００ｃｍ^－１のＧバンドを示す。約２７００ｃｍ－１で見い出されたピークは、約１６００のピークの鋭度も説明する黒鉛の特徴である。

【0125】

図３５Ａでは、例示的な第５の導電性インクは、中央粒径が約１１．８μｍ、および平均粒径が約１１．２μｍであり、粒子の９０％のサイズが約１５．７μｍ未満であった。

【0126】

図３５Ｂは、例示的な第５の導電性インクで被覆した基板のトレース幅対抵抗を示し、例示的な第５の導電性インクは、線幅が１５０～３０００マイクロメートルのトレースに首尾よくスクリーン印刷することができる。

【0127】

図３６Ａ～図３６Ｃおよび図３７Ａ～図３７Ｂでは、印刷線の光学プロフィロメトリーは、縁部が直線できれいであることを示す。非常に均一な断面プロファイルにより、インク製剤の調製に成功したという証拠が得られる。

【0128】

図３８Ａ～図３８Ｂでは、厚さ１μｍのポリイミド基板を、Ｍａｙｅｒロッドによって様々な厚さの例示的な第５の導電性インクで被覆し、被覆された基板を乾燥するまで１１０℃で硬化させた。予想どおり、乾燥厚の減少に付随してシート抵抗が増加するという結果が示され、平均導電率は約４１．９Ｓ／ｍであり、標準偏差は約１５．８Ｓ／ｍである。

【0129】

図３９Ａ～図３９Ｂは、例示的な第５の導電性インクで被覆された基板の低倍率および高倍率のＳＥＭ画像を示す。

【0130】

実施例６－第６の導電性インク
図４０Ａは、例示的な第３の導電性インクの剪断速度対粘度のグラフである。流動曲線は線形またはニュートン（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ）のように見えるが、例示的な第３の導電性インクは、わずかな曲率、剪断減粘性、および／または擬塑性配向を示す。インクは、スクリーン印刷、スロットダイまたはリバースコンマブレードによるロールコーティング、さらにはフレキソ印刷に好適である。図４０Ｂは、例示的な第３の導電性インクのトルク対速度のグラフである。

【0131】

１つの実験において、図４１Ａおよび図４１Ｂによれば、例示的な第６の導電性インクを、１０℃／分の速度で１１０℃に加熱し、１１０℃で２時間保持し、１０℃／分の速度で８００℃に加熱した。示されるように、吸熱ピークは１１０℃で検出され、これは高蒸気圧溶媒の蒸発によるインクの急速な重量損失に対応する。一部の実施形態では、例示的な第６の導電性インクを、基板に印刷した後に約１１０℃の温度で焼成することによって、最適な導電性、理想的な接着性、および柔軟性が達成される。さらに示されるように、いくつかの発熱ピークを３５１℃、４６２℃、４８４℃、および６６９℃で見い出し、これらは、結合剤、分散剤、および／またはグラフェンの分解に対応し得る。６６９℃で残留物はほぼ０であるため、すべてのインク成分は、その温度で空気流からの酸素と反応することによって消費される。

【0132】

図４２Ａでは、例示的な第３の導電性インクで被覆された基板のＸＲＤパターンは、１２．３°および１９．４°の２θの２つの広範な特性ピークを示し、これらは高分子結合剤で報告された値と一致する。

【0133】

図４２Ｂでは、基板に印刷された例示的な第６の導電性インクのラマンスペクトルは、ｒＧＯに特徴的な約１４００ｃｍ^－１のＤバンドおよび１６００ｃｍ^－１のＧバンドを示す。

【0134】

図４３Ａでは、例示的な第６の導電性インクは、中央粒径が約１２．５μｍ、および平均粒径が約１１．６μｍであり、粒子の９０％のサイズが約１９．６μｍ未満であった。

【0135】

図４３Ｂでは、厚さ１μｍのポリイミド基板を、Ｍａｙｅｒロッドによって様々な厚さの例示的な第６の導電性インクで被覆し、被覆された基板を乾燥するまで１１０℃で硬化させた。予想どおり、乾燥厚の減少に付随してシート抵抗が増加するという結果が示され、平均導電率は約２８．４Ｓ／ｍであり、標準偏差は約１４．３Ｓ／ｍである。

【0136】

図４４Ａは、例示的な第６の導電性インクで形成されたトレースの湿潤厚対乾燥厚のグラフである。図４４Ｂは、例示的な第６の導電性インクで被覆した基板のトレース幅対抵抗を示し、例示的な第６の導電性インクは、線幅が１５０～３０００マイクロメートルのトレースに首尾よくスクリーン印刷することができる。

【0137】

本開示の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されてきたが、そのような実施形態は単なる例として提供されることが、当業者に明白であろう。本開示から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換が当業者に想到されるであろう。本明細書に記載される本開示の実施形態に対する様々な代替物が本開示を実施する際に採用されてもよいことを理解されたい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25A】

【図25B】

【図26A】

【図26B】

【図27A】

【図27B】

【図28A】

【図28B】

【図29A】

【図29B】

【図30A】

【図30B】

【図31】

【図32A】

【図32B】

【図33A】

【図33B】

【図34A】

【図34B】

【図35A】

【図35B】

【図36A】

【図36B】

【図36C】

【図37A】

【図37B】

【図38A】

【図38B】

【図39A】

【図39B】

【図40A】

【図40B】

【図41A】

【図41B】

【図42A】

【図42B】

【図43A】

【図43B】

【図44A】

【図44B】

【国際調査報告】