(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０１未満のカイ値を有した溶媒−グラフェン溶液を与えるように、溶媒によって不純物が入っていないグラファイトからグラフェンを剥離して得られるグラフェンシートであって、１ｋオーム／平方未満の抵抗を有する１ｍｍ２の面積より大きい不連続の透明層にて電気的に相互接続しているグラフェンシートの集合を備え、前記層は透明基板に被着される、材料を製造するための方法であって、
（ａ）前記溶媒−グラフェン溶液に不純物が入っていないグラファイトを導入してグラフェンのシートを剥離する工程と、
（ｂ）溶媒とグラフェンシートを前記透明基板に塗布して、１ｍｍ２の面積より大きい不連続な層にて電気的に相互接続する前記グラフェンシートの集合を生成する工程とを備える方法。
【請求項２】
表面がシリコンである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
表面がガラスである請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
グラフェンシートの集合が、人観察者に対する普通の入射角で鏡反射性である請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
表面が液状界面である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
表面が固体であり、溶媒とグラフェンシートを表面に塗布する工程が、溶媒塗布および溶媒除去のための複数の工程を有することによってグラフェンシートの積層を与える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
溶媒を塗布する工程が表面上への溶媒の層流を採用する請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
溶媒を塗布する工程がスピンコーティング法を採用する請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記不連続な層の厚さが、２０Ω／平方未満の抵抗性を提供する請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記不連続な層が１０μｍ未満の厚さである請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記透明基板において前記グラフェンシートを塗布する表面から導電性電極を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性電極を電荷蓄積デバイスに組み込む工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性電極は、バッテリー、燃料電池、およびコンデンサからなる群から選択される電荷蓄積デバイスに組み込まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶媒−グラファイト溶液にポリマーを分散させる工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマーはポリウレタン、ポリピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド、多糖類、ナイロン、タンパク質、ＤＮＡおよびエポキシからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記グラフェン以外の導電性カーボン材料を、前記ポリマーと前記溶媒‐グラフェン溶液の組み合わせに加える工程をさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶媒は２５℃での表面張力の値が３８．４〜４０．４ｍＪ／ｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶媒の表面張力の値が３９．４ｍＪ／ｍ２である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記溶媒は、前記溶媒中の前記グラファイトの分散限界が０．０５ｍｇ／ｍＬを超える、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶媒はピロリドンの化合物を含有する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、カーボンナノチューブまたはグラフェンを含む高分子やナノ粒子の溶質のための最適な溶媒を同定し、特徴付ける方法および装置、並びに物品や材料を製造するためのこれら溶媒の使用方法に関する。
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、それぞれその全体が参照によって本明細書に組み入れられる、２００８年１月７に出願された「物質溶媒と複合マトリクスを同定し、特徴付ける方法および装置」と題する以前出願された米国特許仮出願第６１／０１９，４２８号、および２００８年５月９日に出願された「平衡溶液にて自然のままの炭素同素体と高分子を処理する方法」と題する以前出願された米国特許仮出願第６１／０５１，７５８号、および２００８年９月１９日に出願された「グラフェンの適用」と題する以前出願された米国特許仮出願第６１／０９８，４１９号、および２００８年１２月５日に出願された「電気的に連続するグラフェンのシートとコーティングの製造方法」と題する以前出願された米国特許仮出願第６１／２０１，０５５号からの優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
特定の種類の高分子のための有効な溶媒を発見することに対する関心は大きい。そのような溶媒は、高分子の均一な分散を促進するために、例えば、「束」、「ロープ」や「凝集」で塊になる傾向があるカーボンナノチューブを分離することを促進するのに使用してもよい。高分子のさらに均一な分散は、それら高分子を使用する複合材料または表面コーティングを改善する。有効な溶媒はまた、塊から高分子を剥離する、例えば、嵩高なグラファイトから個々のグラフェンシートを取り外すのに使用することもできる。有効な溶媒は、高分子の分離、例えば、異なった分子量の高分子の分画沈殿に使用してもよい。有効な溶媒によって可能にされる真の溶液は、高分子の懸濁を保つ高分子用の送達媒体を提供することができると共に、種々の新規の製造技法を可能にする。
【０００３】
多数の有益な高分子に有効な溶媒は未知である。例えば、自然のままの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴまたはＳＷＮＴ）は、ほとんどの炭素同素体のように、有機溶媒または水性溶媒に不溶であると広く考えられている。「自然のままの」は本明細書では、例えば、酸素のような他の元素で官能化されていないまたはそれと化学的に反応していないことを意味する。ＳＷＮＴの溶媒をベースにした分散物は、現在のところ、例えば、ＳＷＮＴの電子対共有官能化によって、またはＳＷＮＴの表面への界面活性剤および分散剤、もしくは界面活性剤または分散剤の添加によってＳＷＮＴに物質を添加することに頼っている。一部の液体は、溶質の状態を特定せずに「溶媒」として大まかに特徴付けされることが多い。一部の溶液はコロイドまたは分散液である。この点で、文献では時々溶媒に懸濁されたカーボンナノチューブを議論するが、これらは、十分な濃度の高分子がいつまでも懸濁されている熱力学的に安定な溶質／溶媒の系ではないことが当業者に理解される。
【０００４】
溶解度パラメータおよび表面エネルギーを含む、所与の溶質のための溶媒を同定するのに現在使用される多数の技法がある。ハンセンの溶解度パラメータは、溶媒と溶質の固有の特性である結合エネルギーを調べることによって溶媒の有効性を予測する。溶媒と溶質の相当する結合エネルギーが互いに近い場合、有効な溶媒作用が予測される。ヒルデブランドの溶解度パラメータは、物質の固有の特性である「凝集エネルギー密度」の関数であり、物質の分子を完全に分離するのに必要とされるエネルギーの量を測定する。再び、標的溶質のヒルデブランドのパラメータに近いヒルデブランドのパラメータを持つ溶媒は溶
質にとって有効な溶媒であることが期待される。
【０００５】
溶媒の有効性を予測するこれらの技法は双方共に溶媒と溶質という物質の固有の特性に単に頼るという利点を有する。この理由で、それぞれ独立して測定される溶媒と溶質の固有の特性について公開された文献の簡単な検索によってそれらを実施することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
にもかかわらず、これらの技法は、例えば、ハンセンのパラメータを正確に測定する難しさおよび例えば、分子の形状やサイズのような一部の溶解度に影響するパラメータを説明する技法の不足のような欠点を有する。
【０００７】
普通、これら技法のそれぞれは、溶媒と溶質の実際の溶液の経験的な測定によって補完されて、飽和での溶質の濃度を決定する。そのような経験的な測定は、溶解度の決定を覆い隠すコロイド様の懸濁液になる高分子と共に行うのは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、所与の溶質のための溶媒の特性を同定することができる機器を開発した。この機器を使用して、彼らは実際、以前、自然のままの状態では不溶であると考えられていた多数の高分子について真溶媒が存在することを発見した。これらの高分子には、カーボンナノチューブ、グラフェンおよびセルロースナノ結晶（ナノセルロース）が挙げられる。本発明はこれらわずかのものに限定されないが、窒化ホウ素ナノチューブ、同様に硫化モリブデンおよびグラファイトのようなその他の層状材料およびその他のナノチューブ材料を含むことが期待されている。ナノ材料の以前認識されていなかった一般原理が本発明によって明らかにされ、多数の不溶性材料を「可溶化」することができると考えられる。この発見は言い換えれば、これらの高分子を組み入れる多数の熱力学的に安定な液体、固体またはゲルマトリクスの材料の開発に繋がっている。グラフェンに関しては、本発明者らは、溶媒を用いて透明な導電性の薄層および電気的に連続したグラフェンシートを生成できることを発見した。
（溶媒の特性を調べるための手段）
本発明は、異なった試験溶媒による種々の溶液のための「溶媒質」の経験的な測定を行うことによって有効な溶媒を同定する方法および装置を提供し、各試験溶媒は、所定の固有の特性、例えば、既知の表面張力または表面エネルギーを有する。本発明者らは、その局在の極度が理想的な溶媒（所与の溶質にとって）の固有の特性を正確に同定すると思われるこれらの測定における「溶媒共鳴」の存在を特定した。溶媒共鳴によって同定された固有の特性を用いてこの固有の特性に最もよく合う溶媒についての検索に情報を与える。同様に、本発明者らは、その局在の極度が理想的なマトリクス（所与の溶質にとって）の固有の特性を正確に同定すると思われるこれらの測定における「物質共鳴」の存在を同定した。溶質共鳴によって同定された固有の特性を用いてこの固有の特性、それ故最大複合材強度または最適な（最大である必要はない）溶質／マトリクスの相互作用を介したその他の物質特性に最もよく合うマトリクスについての検索に情報を与える。
（高分子溶媒−カーボンナノチューブ）
上記手段を用いて、本発明者らは、多層および単層双方のカーボンナノチューブについて高品質の溶媒の特性を決定した。そのような溶媒は、−０．０８未満のカイ値を特徴とし、約３７ｍＪ／ｍ２〜約４０ｍＪ／ｍ２の間の表面張力を有してもよい。溶媒の例には、例えば、ＣＨＰ、ＮＥＰ、ＮＭＰ、Ｎ８Ｐおよびこれらの混合物のようなＮ−アルキルピロリドン類が挙げられる。これらの溶媒特性によってポリマーを評価し、高度に分散されたカーボンナノチューブと共に安定なポリマーマトリクスを創出してもよい。ＯＤＡ（オクチルデカン酸）官能化チューブのような官能化されたナノチューブは、異なった表面エネルギーおよび異なった最適な溶媒混合物またはポリマーマトリクスを有する。例えば
、ＯＤＡで官能化されたナノチューブは、１８〜２１ＭＰａ１／２の間の最適な溶媒／マトリクスヒルデブランドのパラメータを有し、最適値は約１９．５ＭＰａ１／２である。（高分子溶媒−グラフェン）
上記の機器を用いて、本発明者らはまた、グラファイトから抽出されることを可能にするグラフェン用の高品質溶媒の特性も決定した。そのような溶媒は、０．０１未満のカイ値を特徴とし、約３８．４ｍＪ／ｍ２〜約４０．４ｍＪ／ｍ２の間の表面張力の値を有してもよい。溶媒の例には、ＣＨＰ、ＮＭＰおよびこれらの混合物が挙げられる。再び、これらの溶媒特性に従ってポリマーを評価して、よく分散されたグラフェンと共に安定なポリマーマトリクスを作製することができる。
（溶媒が可能にしたグラフェン製品）
グラフェン用の溶媒の発見は、多数の新規の製造方法および製品を可能にしている。溶媒化したグラフェンを基材に溶着することによって透明なグラフェン電極を作製することもできる。従って、本発明は導電性のグラフェンコーティングを有する材料の開発を可能にする。本発明者らはまた、大きな平方ミリメートルの面積の連続したグラフェンシートを製造する可能性を高める液体の界面でグラフェンシートが自己集合してもよいことを確定した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コンピュータシステムの制御下などで種々の濃度での溶媒溶質混合物の自動測定を提供することができる本発明の機器を示す模式図。
【図２】所与の溶質のための最適な溶媒を特徴付けし、所与の溶液の飽和点を同定するための図１のコンピュータシステムによって実行されるプログラムのフローチャート。
【図３】それぞれ異なった濃度レベルで２つの異なった溶媒の特徴付けによって回収されたデータの第１のセットを示すグラフ。
【図４】図３のチャートのデータの本発明の溶媒共鳴曲線への変換を示す図。
【図５】高分子の溶媒をベースにした分画抽出を行う曲線上の異なった溶媒の使用を示す図４の溶媒共鳴曲線の断片的詳細を示すグラフ。
【図６】種々の溶媒と溶質の混合物についての表面張力に対してプロットされたχ（カイ）を示す単層カーボンナノチューブについての本発明にかかる溶媒共鳴の実験的に生成されたプロット。
【図７】表面張力に対してプロットされた第２のビリアル係数Ｂ２を示す図６と同様のグラフ。
【図８】ヒルデブランドのパラメータに対してプロットされたχを示す図６，７と同様のグラフ。
【図９】ヒルデブランドのパラメータに対してプロットされた第２のビリアル係数Ｂ２を示す図６、図７および図８と同様のグラフ。
【図１０】単層カーボンナノチューブについてＣＨＰとＮＥＰの混合物を示す図６と同様のグラフ。
【図１１】本発明で決定されたグラフェンとセルロースナノ結晶についての溶媒を示す図６と同様のグラフ。
【図１２】分子相互作用の定量についての本発明の機器の使用に関するフローチャート。
【図１３】レイリーの散乱直線の中央値からの偏差を測定することによる分子相互作用の決定を示す図。
【図１４】結晶化について溶媒を同定するために本発明によって得られた溶媒共鳴の使用を示す図６〜図１１と同様のグラフ。
【図１５】複雑な溶液のギブスの自由エネルギーを決定する機器の使用を示す図１３と同様のグラフ。
【図１６】従来の表面エネルギー技法が難しいまたは適用できない適用において表面エネルギーを演繹する溶媒共鳴の使用を示す図１４と同様のグラフ。
【図１７】最適な結合溶媒を同定するための２つの溶媒共鳴の使用を示す図１４と同様のグラフ。
【図１８】溶媒化したグラフェンを基材上にスピンコーティングするための装置を模式的に示す図。
【図１９】メッキしたスチールのダブルクリップを用いたグラフェンシートへの実験的に検証された接続を示す図１８の基材の断面図。
【図２０】自己集合の可能なメカニズムを示すビーカー内での水と空気の界面でのグラフェンシートの実験的集合を示す斜視図。
【図２１】図１８に示されるように製造された透明なグラフェン電極を用いて構築された太陽電池を介した断面を示す断面図。
【図２２】図１の機器を用いて算出され、グラフェンについての溶媒共鳴曲線を形成する第１の溶媒質の値を示すグラフ。
【図２３】ＮＭＰにおけるグラファイト粉末について濃度に対してプロットされた一揃いの光散乱データを示すグラフ。
【図２４】ＮＭＰにおける単層ナノチューブの濃度に対してプロットされた一揃いの光散乱データを示すグラフ。
【図２５】ＮＭＰにおける多層ナノチューブの濃度に対してプロットされた一揃いの光散乱データを示すグラフ。
【図２６】複数の純粋な溶媒についての第１の固有の特性に対する図２４のチャートのデータから算出され、単層ナノチューブについての溶媒共鳴曲線を形成する第１の溶媒質の値を示すグラフ。
【図２７】標準のインジウムスズオキシドのコーティングの表面導電性に対してプロットされたグラフェンの連続した溶着に対する表面導電性を示すグラフ。
【図２８】抵抗を示す図２７と同様のグラフ。
【図２９】ＯＤＡで官能化されたナノチューブについての理想的な溶媒特性を示す図６，８，１０，１１，２２，２６と同様のグラフ。
【図３０】透明なグラフェンプレートの分散を提供するための、ＮＭＰに分散されたグラファイト粉末についての濃度に対する吸収を示すグラフ。
【図３１】可視光範囲についての光周波数による吸収の変化を示すグラフ。
【図３２】ガラススライド上での紫外線領域と可視光領域における光周波数の関数としてのグラフェン層の吸収を示すグラフ。
【図３３】ＮａＣｌ上で支持されたグラフェン層による図３２と同様のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．機器および使用方法
図１を参照して、特定の溶質のための溶媒質を評価するための機器１０は、試料容積１８を取り囲む透明な入口窓１４と出口窓１６を有する試料チャンバ１２を含む。溶媒／溶質の溶液は、入口導管２０を通って試料チャンバ１２に導入され、その後、出口導管２１を通って受け取り容器３２に追い出されてもよい。
【００１１】
入口導管２０は、例えば、そのそれぞれが異なる注入器ポンプ２６ａ〜２６ｄのチャンバーであってもよい複数のリザーバ２４ａ〜２４ｄ（明瞭にするため４つのみ示す）に接続する分枝管２２に連結されてもよい。注入器ポンプ２６は、記載されるような保存されたプログラム３０に従ってコンピュータ２８によって個々に作動させられてもよい。機器１０の操作の前に、リザーバ２４ａ〜２４ｄのそれぞれは異なった濃度の溶質を有する溶液を負荷される。各注入器ポンプ２６が始動すると、所与のリザーバ２４の内容物が分枝管２２と入口導管２０を通って試料チャンバ１２に導入される。例えば、手動で操作する注入器を含む、連続的な試料で試料チャンバ１２を満たすその他の方法も用いてもよい。
【００１２】
機器１０は、平行光学系と当該技術で既知のフィルタ３８を介し、入口窓１４を介して
ビーム３６を試料チャンバ１２に方向付け、含有される試料を完全に照射する単色レーザ３４を含む。試料チャンバ１２における溶液の溶質によって散乱された光のビーム４２は、出口導管２１を出て追加の平行光学系とフィルタ４０を介して光電子増倍管４４によって受け取られる。第２のビーム４２は、ビーム３６に関して既知の角度、好ましくは９０°にて軸に沿って受け取られる。
【００１３】
光電子増倍管４４は、検出された各光子についてシグナルをカウンター４６に提供し、散乱光の強度の正確な評価を提供する。カウンター４６からのシグナル（光子数）はレーザ３４も制御するコンピュータ２８によって受け取られる。また、コンピュータ２８は、出力装置４８、例えば、グラフィクス表示端子、および入力装置５０、例えば、キーボードと通信して制御およびコンピュータ２８へのデータの入力を可能にする。
Ｂ．溶媒の発見
図２も参照して、コンピュータ２８が保存されたプログラム３０を実行して溶媒の半自動的評価を提供する。第１の工程ブロック５２では、第１の溶媒の種類が測定される。工程ブロック５４では、例えば出力装置４８上のメッセージを介してユーザーが指示され、第１の溶媒で検討される異なった濃度の溶質をリザーバ２４ａ〜２４ｄに負荷する。濃度は好ましくは、０．００５ｍｇ／ｍＬ〜０．５ｍｇ／ｍＬの間である。ユーザーが、好ましくは溶媒の表面張力、表面エネルギーまたヒルデブランドのパラメータから選択される溶媒の固有の質と同様に、これらの濃度を入力装置５０に入力するように指示される。好ましくは、リザーバの１つ（２４ａ）は較正目的で純粋な溶媒を含有する。
【００１４】
工程ブロック５６を参照して、リザーバ２４における選択された溶媒の各濃度について、含有された溶液をポンプで試料チャンバ１２（前の材料を流し出して）に入れ、レーザ３４を活性化し、光電子増倍管４４を用いて溶液の散乱を測定する。散乱測定は時間をかけて行ってもよく、平均化して高い精度を得てもよい。
【００１５】
次いで、光電子増倍管４４によって検出され、カウンター４６によって計数された光子の数をコンピュータ２８によって記録する。この値を純粋な溶媒での以前の測定と比較し、工程ブロック５７で示されるようなレイリーの散乱を得る。
【００１６】
工程ブロック５８では、次いで、次の濃度の溶液（次のリザーバ２４にて）を用いて試料チャンバ１２を洗い出して満たし、所与の溶媒について異なった各濃度の散乱が特徴付けられるまで、工程ブロック５７を繰り返す（工程ブロック５６および５８のループについて）。通常、各溶媒の種類について７〜１０の異なった溶質濃度が特徴付けられる。任意で、これらおよび異なった濃度は、期待される溶液飽和の上下の濃度を含む。各溶媒は、単一の化学物質種、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）であってもよく、または異なった比率の２以上の化学物質種の混合物、例えば、とりわけ、ＮＭＰとＮ−オクチル−２−ピロリドン（Ｎ８Ｐ）、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン（ＮＶＰ）またはシクロヘキシル−２−ピロリドン（ＣＨＰ）であってもよい。
【００１７】
工程ブロック６０で示されるように、例えば、図３に示すようにレイリーの散乱の複数の測定値を次いで解析する。この解析では、レイリーの散乱の単一測定値を表す各データ点６２を濃度に対してプロットする。解析の簡略性のために、レイリーの散乱は、レイリーの散乱における変化（図３でＩとして示す）で割った濃度Ｃとして表されるが、後者は、機械の定数（後者は測定装置の構造に関係する）について調整された純粋な溶媒の散乱光Ｓ０を差し引いた所与の溶液の散乱光Ｓの強度と標準の較正技法を介して演繹され、または補正されてもよいその他の定数因子との間の差異である。
【００１８】
工程ブロック６０によって示される解析により測定データに関数を当てはめて第２のビリアル係数（Ｂ２）を演繹する。測定された溶液がすべて溶液の期待された飽和点より低
い濃度を有し、レイリーの散乱がＣ／Ｉで表される場合、関数は「最小二乗」法またはその他の適合法によって当てはめられる直線であってもよい。大きな分子に作用するポリマー溶媒については、この直線の傾きは、以下のデバイの光散乱の方程式（１）に従って溶媒／溶質系の第２のビリアル係数の指示を提供する。
【００１９】
【数１】
0005860591.tif 000002
【００２０】
式中、
ＣＮＴは溶質の濃度である。
ＳおよびＳ０はそれぞれ、溶液および純粋な溶媒の散乱強度に比例する無次元数である。
【００２１】
ＫおよびＫ’は、当該技術で周知の技法に従って分光計の較正測定で決定される分光計の特徴に依存する機器の定数である。
Ｂ２は第２のビリアル係数である。
【００２２】
Ｍｗは溶質の分子量である。
いったん、第２のビリアル係数が決定されると（Ｂ２）、それは任意で以下の方程式に従ってフローリー・ハギンズのパラメータχに変換されてもよい。
【００２３】
【数２】
0005860591.tif 000003
【００２４】
式中、
Ｖ２は溶媒のモル体積であり、
ρＮＴは溶質の密度である。
【００２５】
或いは、混合ΔＨＭｉｘのエンタルピーは以下の方程式に従って決定されてもよい。
【００２６】
【数３】
0005860591.tif 000004
【００２７】
式中、
ＲＴは、気体定数掛ける絶対温度であり、
φは溶質の体積分画である。
【００２８】
一般に、ナノチューブのような高分子溶質は、混合ΔＧＭｉｘのギブスの自由エネルギーが負の場合、熱力学的に可溶性である。ギブスの自由エネルギーは以下の方程式（４）によって記載される。
【００２９】
【数４】
0005860591.tif 000005
【００３０】
式中、
ΔＳＭｉｘは混合のエントロピーである。大きな分子量および高い剛性、もしくは大きな分子量または高い剛性を持つ溶質については、混合ΔＳＭｉｘのエントロピーは極端に小さい。この理由で、熱力学的な溶解度はΔＨＭｉｘが小さいことを必要とする。
【００３１】
これらの表現のそれぞれは、特定の溶質に関する溶媒質の指標を提供する。ここで留意すべきことは、溶媒質、Ｂ２、χおよびΔＨＭｉｘのこれら３つの測定値は異なった兆候を有するので最良の溶媒は、Ｂ２の最大値と、χおよびΔＨＭｉｘの最小値によって示される。最良の溶媒質のこれらの点（測定値にかかわらず）は、背景が必要とするように、局所で最大であり、局所で最小である「局在の極度」と呼ばれる。
【００３２】
未だに図１、図２および図３を参照して、任意に溶液の凝集点６４に及ぶ、リザーバ２４の溶液における溶質６１の濃度の範囲を使用してもよい。凝集点６４より低い第１の濃度範囲６３は溶質６１が遠心分離なしで完全に溶解する範囲を提供する。この第１の濃度範囲６３では、溶質６１（カーボンナノチューブの場合）の一部凝集があってもよいが、熱力学的には不安定なので、それは一時的である。凝集点６４より高い第２の濃度範囲６５は、溶質６１’が沈殿し始めるまたは安定な凝集を形成し始める範囲を提供する。
【００３３】
本発明者らは、特にカーボンナノチューブのような大きな分子の溶質が凝集し始める場合、濃度の関数としてのレイリーの散乱における変化は、正確に溶液の凝集点６４を明らかにすることができることを確定した。この凝集点は単に沈殿物を探すことによっては確定するのは難しい。
【００３４】
実施態様の１つでは、Ｃ／Ｉ直線（濃度（Ｃ）に関して）の傾きは溶液が飽和を過ぎるとき変化する。グラフ７４（出力装置４８での出力）における点の点検によってまたは好ましくは第１および第２の濃度範囲６３および６５においてデータ点６２に２つの異なった直線を当てはめることによって、この凝集点６４を視覚的に同定してもよい。これらの直線の交差が凝集点６４を規定する。実際問題として、この当てはめ工程は、データ点６２を任意の上部群と下部群に分割することによって行ってもよい。直線は各群への当てはめ（例えば、最小二乗法によって）であり、評価された当てはめの質である。上部群と下部群の新しい分割を次いで選択し、この工程を繰り返す。次いで各異なった群分けについての直線の適合の質を比較し、両群について最良の直線適合を提供する郡分けを決定する。次いでこの群分けを凝集点６４の決定に用いる。凝集点６４のこの評価は図２の工程ブロック６６によって示される。
【００３５】
図２と図４を参照して、所与の溶媒についての工程ブロック６０および６６のこれらデ
ータ抽出工程の結論では、保存されたプログラム３０のループ（工程ブロック６７で）が工程ブロック５２に戻り、評価されるべき次の溶媒のためにこの工程を繰り返す。各溶媒は、単一の化学物質種（例えば、ＮＭＰ）であってもよいし、または異なった比率の２以上の化学物質種の混合物（例えば、ＮＭＰとＮ８ＰまたはＮＶＰ）であってもよい。
【００３６】
工程ブロック７０では、図４に示すように、次いで、各溶媒についての溶媒質７２（例えば、Ｂ２、χまたはΔＨＭｉｘ）が溶媒の固有の特性に対してプロットされてもよい。具体的には、グラフ７４における異なった傾きの複数の直線で表される溶媒質７２が、溶媒質（特定の溶質にこの溶媒がどれだけ有効であるか）と固有の溶媒の特性（例えば、表面張力、表面エネルギーまたはヒルデブランドのパラメータ値）によって規定される一揃いのデータ点７６を提供する。これらのデータ点７６は溶媒質のグラフ７７を提供し、その縦軸は溶媒質であり、その横軸は溶媒の固有の特性である。溶媒の固有の特性は、それを他の物質と混合することによって変化してもよい。例えば、溶媒の混合物によって示される表面張力は、個々の溶媒の質量加重比率に等しい。この場合、質量加重比率を変えることが溶媒の表面張力を変えることができ、または調整することができる。
【００３７】
曲線８０をこれらのデータ点７６に当てはめ、曲線８０におけるピークまたは谷（溶媒質の測定の選択に依存する）である溶媒共鳴８２を明らかにしてもよい。溶媒共鳴８２の極度点８４（局所で最大または最小）は、溶媒の固有の特性についての最適値を示し、工程ブロック８６に示されるように上述の出力装置４８に出力されてもよい。いったん決定すると、極度点８４を用いて極度点８４の固有の特性を有する他の物質を調べてもよい。次いで上述の工程を用いて実際の溶媒質を検証してもよい。
【００３８】
少しの間、図５を参照して、極度点８４の位置は通常、データ点７６のいずれとも一致せず、曲線当てはめ工程によって、測定のために選択された特定の溶媒によって提供される粒度を越えた最適な溶媒の固有の特性のさらに正確な決定が可能になる。曲線の当てはめは、当該技術で既知の標準的な数学的技法を使用してもよい。
【００３９】
図６を参照して、実際の溶媒共鳴８２は、溶媒（この場合、ＮＭＰ／Ｎ８Ｐの混合物）の固有の特性における小さな変化が溶媒質に対して十分な効果を有するように相対的に鋭くてもよい。この場合、溶媒ＮＭＰの溶媒質と最良のＮＭＰ／Ｎ８Ｐ混合物の溶媒質との間の差は、溶媒質のおよそ３倍の改善を表す。溶媒質の改善は理想的な固有の特性にさらに密に一致する溶媒によって得ることができる可能性が高い。
Ｃ．実施例溶媒
実施例Ｉａ：カーボンナノチューブ
以下の表１を参照して、本発明者らは、この技法を用いて、ＮＭＰの溶媒にて単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）について、束点または分散限界を評価した。図２および図３を参照して、ＮＭＰにおけるＳＷＮＴおよびＭＷＮＴ双方の種々の濃度の光散乱を表すデータをグラフで説明する。濃度に対してプロットされたデータは、ＮＭＰにおける溶質についての束点または分散限界のいずれかの側に位置するデータの２つの傾きを示す。
【００４０】
また、図２４および図２５におけるプロットを形成するのに使用したデータを上記で同定された方程式で利用して、溶媒について１以上の種々の溶媒質の値を決定することができる。図２４および図２５におけるデータについては、束点および、第２のビリアル係数Ｂ２とカイχの溶媒質の値の決定は以下のように表１で表される。
【００４１】
【表１】
0005860591.tif 000006
【００４２】
同様に、ＳＷＮＴまたはＭＷＮＴの種々の濃度で調べた他の溶媒についてのこれらの溶媒質の値およびその他の溶媒質の値によって、各溶媒について固有の特性に対するこれらの溶媒質の値についてプロットを創出することができる。このプロットの結果を図２６に示すが、それは、種々の溶媒のそれぞれについて表面張力の固有の特性に対する溶媒質の値χの関係を説明する。このプロットは、およそ４０ｍＪ／ｍ２の表面張力での明瞭な共鳴を示す。また、およそゼロのχ値についての直線と交差し、この値以下でのそれら溶媒が溶質との熱力学的な真溶液を形成することが可能である図２６上でのプロットされた曲線の値を見ると、このＳＷＮＴおよびＭＷＮＴの場合、熱力学的な溶液を形成することができる当該溶媒（すなわち、約０．０１未満のχの値を有する）の表面張力の値は、およそ３７ｍＪ／ｍ２〜４１ｍＪ／ｍ２の間である。
実施例Ｉｂ：カーボンナノチューブ
図４で示されたプロットから算出された共鳴にさらに近い固有の特性を有する最適溶媒に到達しようとするには、その他の溶媒および溶媒の混合物で形成された溶媒を提供することも可能である。図５を参照して、上記手順に従って算出された種々の溶媒の混合物についてのχの形成における溶媒質の値がそれら混合物のそれぞれの表面張力に対してプロットされる図２６に類似するプロットを説明する。例えば、ＮＭＰ、Ｎ８Ｐ、シクロヘキシル−２−ピロリドン（ＣＨＰ）およびＮ−エチル−２−ピロリドン（ＮＥＰ）および商標名ＢＡＳＦ  ＢＡＳＩＯＮＩＣ  ＢＣ０１のもとでＢＡＳＦから市販されているイオン性の液体（１−エチル−３−メチルイミダゾリウム酢酸（Ｃ８Ｈ１４Ｎ２Ｏ２））のような特定の溶媒および当該溶媒の混合物の値の一部を表２において以下に示す。
【００４３】
【表２】
0005860591.tif 000007
【００４４】
純粋なＮＭＰで得られる溶解性の約３倍大きい溶解性を提供するＮＭＰとＮ８Ｐの異なった混合物に単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を溶解した。図６〜図１０に示すように、本機器は、ＮＭＰの溶媒を含む現在既知のそれらよりもはるかに改善された溶媒の決定を可能にした。
【００４５】
溶媒は既存の溶媒よりも飽和前の最大濃度で測定された３倍大きい溶解性を提供し、０．０１未満のカイ値を有することを特徴としてもよい。表面張力の目的で、溶媒は３８．４ｍＪ／ｍ２の理想値の１．０ｍＪ／ｍ２以内である。
【００４６】
図１０のプロットおよび上記表２で示されるように、溶媒ＮＭＰの溶媒質と最良ＮＭＰ／Ｎ８Ｐの混合物の溶媒質との間の差異は溶媒質のおよそ２倍の改善を表すが、ＮＭＰとＣＨＰおよびＣＨＰ／ＮＥＰ、もしくはＣＨＰまたはＣＨＰ／ＮＥＰの混合物との差異は、溶媒質の４倍を超える、ほぼ５倍の向上を表す。
【００４７】
ゼロ未満のχ値を有する溶媒系のそれぞれは、熱力学的平衡において真の溶液を提供する。さらに、算出された束点または分散限界は、溶質の束に不意の増加がある凝集点の前で室温にて溶質の最大濃度を示す。溶質の凝集点が、ＮＭＰのみよりもＣＨＰ／ＮＥＰの溶媒について１０倍大きいことに留意すること。
【００４８】
イオン性液体は、室温で液体である有機化合物である。それらは、非常に低い融点を有するという点でほとんどの塩と異なる。それらは、広い温度範囲にわたって液体である傾向があり、非極性の炭化水素には可溶性ではなく、アニオンによっては水と非混和性であり、高いイオン性である（が、低い誘電強度を有する）。イオン性液体は本質的に蒸気圧を有さない。ほとんどは空気および水に安定である。イオン性液体の特性はカチオンおよびアニオンを変化させることよって調整することができる。イオン性液体の例は、例えば、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，６８：３５１−３５６（１９９７年）；Ｃｈｅｍ．Ｉｎｄ．，６８：２４９−２６３（１９９６年）；およびＪ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ  Ｍａｔｔｅｒ，５：（ｓｕｐｐ．３４Ｂ）Ｂ９９−Ｂ１０６（１９９３年）；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｎｅｗｓ，  Ｍａｒ．３０，１９９８，３２−３７；Ｊ．Ｍａｔｅｒ．  Ｃｈｅｍ．，８：２６２７−２６３６（１９９８年）；およびＣｈｅｍ．Ｒｅｖ．，９９：２０７１−２０８４（１９９９年）に記載されており、その内容を参照によって本明細書に組み入れる。
【００４９】
上記の有機非水性イオン性液体溶媒の例は、所望の固有の特性に近似するイオン性液体を見つけることができることを示している。適当な選択および溶媒系の温度の修正によって、イオン性液体を高分子溶媒として厳密に調製してもよいことが明瞭である。
【００５０】
その結果、ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴとの熱力学的な真溶液を形成するのに使用するために本発明で同定される溶媒は、約０．０１未満のχ値を有することを特徴とする。図２６および図１０におけるプロットの結果としての表面張力の値によってこれらの溶媒を規定する目的で、溶媒は、約３７ｍＪ／ｍ２〜約３９ｍＪ／ｍ２以上の間、好ましくは約３８ｍＪ／ｍ２〜約３９ｍＪ／ｍ２の間であり、およそ３８．４ｍＪ／ｍ２の理想的な計算値である。さらに、表１および表２のデータによって示されるように、本発明の溶媒は、少なくとも０．０５ｍｇ／ｍＬ、好ましくは少なくとも０．２０ｍｇ／ｍＬおよび約０．２５ｍｇ／ｍＬまでの濃度を有するＳＷＮＴまたはＭＷＮＴの溶液を形成することが可能であるそれら溶媒としてさらに特徴付けられる。
【００５１】
カーボンナノチューブに使用される溶媒の溶媒共鳴は、自然のままの炭素同素体で測定されたとき、−０．０８未満の、好ましくは約０．１１〜約−０．４の間のカイの値を有するカイまたはχへの参照を特徴とする。
【００５２】
ＳＷＮＴに使用される溶媒の溶媒共鳴は、図７に示すように、好ましくは自然のままのカーボンナノチューブについて０．００１４モル・ｍＬ／ｇ２より大きい第２のビリアル係数、好ましくは約０．００１６モル・ｍＬ／ｇ２と少なくとも約０．００２０モル・ｍＬ／ｇ２の間の第２のビリアル係数を提供する第２のビリアル係数Ｂ２のためにプロットされる曲線を特徴とする。このプロットでは、溶媒についての共鳴は、溶媒質としてχを用いて決定されるのと同じ範囲、すなわち、およそ３７〜４１ｍＪ／ｍ２にわたると思われる。
【００５３】
図１０および図７の曲線によって示される溶媒共鳴は、それぞれ、ヒルデブランドのパラメータ対χおよびヒルデブランドのパラメータ対第２のビリアル係数のプロットを示す図８および図９で証拠付けられたように、固有の特性が差し替えられるとも思われる。この場合、溶媒は、約６．０〜約６．５の間のヒルデブランドのパラメータ、好ましくは約６．２〜約６．４の間のヒルデブランドのパラメータを特徴とする。その結果、ＳＷＮＴに使用される溶媒の溶媒共鳴も、他の計算された溶媒質の値、例えば、表面張力に対する混合ΔＨＭｉｘのエンタルピー、または他の固有の特性の値、例えば、種々の溶媒に関する表面エネルギーまたはヒルデブランドのパラメータのためにプロットされた曲線によっても実証される。
実施例Ｉｃ：官能化されたカーボンナノチューブ
図２９を参照して、本技法は、オクチルデカン酸（ＯＤＡ）によって官能化されたナノチューブと共に機能する。例えば、ＯＤＡで官能化されたＳＷＮＴナノチューブは、１８〜２１ＭＰａ１／２の間、理想的にはほぼ１９．５ＭＰａ１／２の最適な溶媒／マトリクスのヒルデブランドのパラメータを有する。ＣＨ２Ｃｌ２／ＣＨＣｌ２によって近似される最適な溶媒が例えば約−０．２未満のχの値を達成する一方で、ゼロ未満のχの値を得たクロロホルム、ＴＨＦおよびｏ−Ｃ６Ｈ４Ｃｌ２のようなその他の溶媒はすべて真の熱力学的な溶解性を示す。従って、本発明は、自然のままの高分子と共に機能するだけでなく、改善された溶媒または官能化された高分子を提供するのに使用することができる。最適には、官能化された高分子を利用するチューニング複合材料の特性は、マトリクスへの共有結合の一部が例えば、強度および両マトリクスの表面エネルギーと合体物のとの整合のような特性を最適化し、さらに特性を最適化するので本発明の重要な実施態様である。実施例ＩＩａ：グラフェン
以下の表３を参照して、本発明者らは本技法を用いてＮＭＰにおけるグラフェンの溶解性を確立し、以下のようにＮＭＰという溶媒におけるグラフェンの凝集点を評価した。
【００５４】
【表３】
0005860591.tif 000008
【００５５】
天然と合成の２つの典型的な種類のグラファイト：サージェントケミカルカンパニーの技術等級のグラファイトと、ミシガン州のＡＧＳ社の一般的な市販の３５０メッシュＭｒ．Ｚｉｐグラファイト粉末を用いた。凝集点より上（０．０５８３９ｍｇ／ｍＬ）および凝集点より下（０．０４６５６ｍｇ／ｍＬ）の溶液にて試料を検討した。試料を清浄なシリコンウエハに溶着し、ＮＭＰを真空で蒸発させた。ナノサイエンスイージースキャン２原子間力顕微鏡を用いて、試料の画像を得た。この凝集点より下の試料は明らかなグラファイトの凝集を含有していなかったが、凝集点より上の試料は、高さ１５〜１００ｎｍおよび幅と長さ数百〜数千ナノメートルに及ぶ多数の大きなグラファイトの凝集を含有した。レイリーの吸収データのデバイのプロットを図２３に示す。音波撹拌によるこの工程で生成されるグラフェンは、原子１個の層の厚さであり（約３０％）、化学的に修飾されていない不良の遊離のグラフェンである実質的な数のシートを含むことが明らかにされた。
【００５６】
上記の技法を用いてバルクのグラファイトの溶媒に関する３６〜４３の表面張力単位（ｍＪ／ｍ２）の間の所望の表面張力の範囲を同定した。Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とオクチル−２−ピロリドンの５：１混合物がそのような溶媒に関する固有の特性のこの所望の値に近い。
【００５７】
さらに、以下のようにおよび図１１に示すように、グラフェンについてその他の溶媒を検討した。
【００５８】
【表４】
0005860591.tif 000009
【００５９】
実施例ＩＩｂ：グラフェン
これらの溶媒質の値、および同様にグラフェンの種々の濃度で調べたその他の溶媒についてのその他溶媒質の値によって、溶媒それぞれの固有の特性に対するこれら溶媒質の値についてプロットを行うことができる。
【００６０】
このプロットの結果を図１１または図２２に示すが、それは、種々の溶媒のそれぞれについて表面張力という固有の特性に対する溶媒質の値χの関係を説明している。特に、上記の技法も用いて、３６〜４３の表面張力単位（ｍＪ／ｍ２）の表面張力の値を有するバルクのグラファイトの溶媒に関する所望の表面張力の範囲を同定した。このプロットはおよそ３９．４ｍＪ／ｍ２の表面張力にて明瞭な共鳴を示す。また、およそゼロのχ値についての直線と交差し、この値以下でのそれら溶媒が溶質との熱力学的な真溶液を形成することが可能である図１１または図２２のプロットされた曲線上での値を見ると、このグラフェンの場合、熱力学的な溶液を形成することができる当該溶液（すなわち、約０．０１未満のχの値を有する）の表面張力の値は、およそ３８．６ｍＪ／ｍ２〜３９．８ｍＪ／ｍ２の間である。
【００６１】
さらに具体的には、図４で示されたプロットから計算された共鳴にさらに近い固有の特性を有するさらに最適な溶媒に到達しようとするには、溶媒の混合物で形成された溶媒を提供することも可能である。ＮＭＰとシクロヘキシル−２−ピロリドン（ＣＨＰ）の混合物として形成された溶媒に関する値の一部を表５にて以下で示す。
【００６２】
【表５】
0005860591.tif 000010
【００６３】
結果は、ＣＨＰ／ＮＭＰの２：１の混合物がそのような溶媒の固有の特性のこの所望の値に近いことを例証している。図１１のプロットおよび上記の表５で示すように、溶媒ＮＭＰの溶媒質と最良のＣＨＰ／ＮＭＰの混合物の溶媒質の間の差異が算出された束点および分散限界のおよそ２倍の改善を表すということは、グラフェンの束または凝集の不意の増加がある凝集点前の室温でのグラフェンの最大濃度を示している。ゼロ未満のχ値を有するＣＨＰおよびＣＨＰ／ＮＭＰの溶媒系のそれぞれは、熱力学的な平衡にて真溶液を提供する。
【００６４】
その結果、グラフェンとの熱力学的な真溶液を形成するのに使用するために本発明で同定された溶媒が、約０．０１未満のχ値を有することを特徴としてもよい。図１１のプロットの結果としてその表面張力の値によってこれら溶媒を規定する目的で、溶媒は、理想的に計算された３９．４ｍＪ／ｍ２の値の約±１．０ｍＪ／ｍ２の範囲内、さらに好ましくは約±０．６ｍＪ／ｍ２の範囲内である。さらに、表４および表５のデータによって示されるように、本発明の溶媒はさらに、少なくとも０．０５ｍｇ／ｍＬおよび約０．１０ｍｇ／ｍＬまでの濃度を有するグラフェンの溶液を形成することが可能であるそれら溶媒として特徴付けられる。
【００６５】
グラフェンに使用される溶媒の溶媒共鳴は、例えば、種々の溶媒についての表面張力またはその他の固有の特性の値、例えば、表面エネルギーもしくはヒルデブランドのパラメータに対する第２のビリアル係数Ｂ２または混合ΔＨＭｉｘのエンタルピーのようなその他の算出された溶媒質の値についてプロットした曲線によっても実証されることが考えられる。
実施例ＩＩＩ
以下の表６を参照して、本発明者らは、本技法を用いてＤＭＳＯおよびＮＭＰにおけるセルロースナノ結晶の溶解性を確立し、図１１にも示されるように、セルロースナノ結晶の凝集点を評価した。
【００６６】
【表６】
0005860591.tif 000011
【００６７】
プロピル−、ブチル−、シクロブチル−、ペンチル−、シクロペンチル−、ヘキシル−、ヘプチル−およびいずれかのアルキルピロリドン、またはカイを負にする側鎖を有する置換ピロリドンを含むその他のピロリドンも溶媒として有用であってもよいと考えられる。
Ｄ．分子相互作用の評価
図１２を参照して、本機器は、異なった分子種間、例えば、抗体と抗原またはその他のタンパク質の間の親和性を定量するデータを出力してもよい。本出願では、工程ブロック１００で示されるように、異なった濃度および以前記載された工程ブロック５６、５７および５８によって示されたように測定されたレイリー散乱にてその溶媒（同一または異なった）と一緒に各分子を分析する。図１３に示されるように、これらの濃度にわたる測定は、分子／溶媒のペアについて傾いた直線１０２および１０４を生じる。また工程ブロック１００で示されるように、２種の分子とその溶媒（同一であってもよい）の混合物も工程ブロック５６、５７および５８ごとに処理されて傾いた直線１０６を生じる。
【００６８】
次いで、混合物における各分子の相対的な量に従って直線１０２および１０４を単純に数学的に平均したとき分子の相互作用がないという前提のもとで中央値直線１０８を決定してもよい。中央値直線１０８と混合物直線１０６の間の傾きの偏差１１０は、工程ブロック１０１で測定したとき、分子種間の相互作用を示す。一般に、直線１０８から上方の偏差は分子の吸引を示し、直線１０８から下方の偏差は分子の反発を表す。グラフまたは定量データを工程ブロック８６から出力してもよい。この工程は、分子の親和性または反発の程度に対して極めて敏感でありうると考えられる。
【００６９】
さらに、分子の１つを変えることによって偏差１１０のファミリーが発生するので変化
する分子の関数として親和性または反発における変異の測定が提供される。この系は、抗体抗原の結合、同様にそのような結合の吸引または反発の不足を検出するために医学領域で有用であってもよい。
Ｅ．結晶化溶媒の開発
溶媒の固有の特性の関数としてのχを正確に特徴付ける能力によって、最良の溶媒の同定だけでなく、相対的に低いΔＨＭｉｘを有する、例えば、分子、例えば、タンパク質の結晶化に望ましい溶媒の同定も可能になる。この場合、ゼロのΔＨＭｉｘに相当するχ値１１２が、χ値と、結晶化において使用される溶媒において結晶化される分子についての共鳴曲線８２の間の交差の点１１４、１１４’として同定される。交差の点１１４および１１４’は、所望の低いΔＨＭｉｘを生じる溶媒を同定するのに使用することができる溶媒の固有の特徴１１６、１１６’を同定する。結晶化工程の間、圧力または温度を制御して共鳴曲線８２’によって示されるように共鳴曲線８２を上下に移動させ、結晶化工程を制御してもよいし、または交差の点１１４、１１４’にてではない（固有の特徴１１６’にて）溶媒を低いΔＨＭｉｘ値とより良く調和させてもよい。
Ｆ．ギブスの自由エネルギーの測定
ギブスの自由エネルギーの測定は、例えば、汚染が環境で束縛されるまたは環境を自由に移動するかどうかを決定するのが望ましい環境系において有用である。この場合、複雑な環境混合物、例えば、水プラス有機物質における汚染物質の濃度を変化させることによって従来どおり散乱直線１２０を作出してもよい。この散乱直線１２０は、ΔＨＭｉｘが直線１２０の傾きで知られ、温度（Ｔ）が測定され、ΔＳＭｉｘが例えば、カーボンナノチューブのような相対的に大きく堅い分子については小さいまたはゼロであると想定される上記方程式（４）に従ってギブスの自由エネルギーを引き出すのに使用することができるΔＨＭｉｘの測定値を提供する。このアプローチを用いて、例えば、ナノチューブのようなナノ粒子の環境的影響を調べてもよい。
Ｇ．表面エネルギーの測定
本発明は、特に、サイズまたはその他の障害のために従来の表面エネルギー測定、例えば、接触角の測定が現実的ではない系において表面エネルギーまたは表面張力の正確な測定も提供してもよい。そのような表面エネルギーの測定には、例えば、当該表面エネルギーを規定する物質に関して上述の工程ブロック５６、５７および５８によって生成される直線の傾きを測定することによってχを決定することが関与する。次いでχ値を、表面エネルギーがすでに分かっているまたは容易に特徴づけられる共有する成分（溶質または溶媒のいずれか）を有する溶媒系の測定から構築される共鳴曲線８２に適用する。曲線適合工程によって滑らかな曲線を不連続な測定値に当てはめる。χ値と共鳴曲線８２の交差は２つの可能性のある表面エネルギー測定値１２２および１２２’を提示し、普通、検討によってその一方を捨てることができる。
Ｈ．共同溶媒系の発見
複合材料が、例えば、グラフェンとカーボンナノチューブのような２つの物質から構築されるべき場合、本発明を用いて２つの異なった物質に最適の溶媒を特徴付けてもよい。ここで、上述の異なった溶媒の範囲について、異なった分子の溶質のそれぞれについて記載されたように複数の共鳴曲線８２および８２’を作出する。例えば、溶媒共鳴８２はカーボンナノチューブのためのものであってもよく、溶媒共鳴８２’はグラフェンのためのものであってもよい。同じ水平尺度で共鳴８２および８２’を重ね合わせることによって共同して有効な溶媒の最適な固有の特性１２４が作出されてもよい。このように、グラフェンおよびカーボンナノチューブのような複数のナノ粒子を熱力学的平衡にて組み合わせてもよく、構造的に相乗的であると分かってもよい。共鳴曲線８２および８２’によって、一方の物質の溶媒特性が他方より良好である場合、交換を達成することが可能になる。Ｉ．発見された溶媒の適用
１．分離および精製
再び図４を参照して、グラフ７７のデータによって提供されるような、所与の溶質に対する複数の溶媒の溶媒質の正確な特徴づけを用いて、改善された溶媒を同定するだけでな
く、混合された溶質、例えば、異なったサイズまたは異なった層数のカーボンナノチューブの混合物の改善された分離も創出してもよい。この分離は、異なった溶媒（異なった溶媒質を有する２つの溶媒の変化する比率を含む）を使用し、分子サイズと分子の溶解度の間の軽い依存性を利用して異なったサイズの高分子を選択的に溶解してもよい。或いは、分子の混合物の溶液が、別の溶媒と混合することによって変化した溶媒質を有し、溶液から選択的に分子を沈殿させてもよい。
【００７０】
図５に示されるように、ナノ構造の分子の混合物８７は、データ点７６ａの第１の溶媒に暴露され、小型高分子８８ａの溶解を促進するが、データ点７６ａの溶媒は大型高分子の低い溶解度を提供する。いったん溶液になると、これら小型高分子は溶媒と一緒に他に移されてもよく、それによって混合物８７の他の分子から単離される。
【００７１】
次いで混合物８７の残った分子は、データ点７６ｂのさらに有効な溶媒に暴露され大型高分子８８ｂを溶解する。再び、これらの分子を他に移してもよく、残りの混合物８７をデータ点７６ｃの溶媒に暴露し、最大の高分子８８ｃを抽出する。他に移した溶液のそれぞれが仕分けられたセットの高分子を含有する。本発明を用いて、カーボンナノチューブについての実質的に増大した溶媒質を有する溶媒を同定した。同一の技法および類似の溶媒が、バルクのグラファイトからグラフェンのシートを剥離するのに機能することが分かっている。
２．液相での高分子の分離および精製
自然のままの高分子の高濃度の溶質の熱力学的溶液を形成する能力によって、例えば、カーボンナノチューブまたはグラフェンシートのような高分子を、例えばサイズのような高分子のある物性によって仕分けることが可能になる。そのような仕分け工程は、例えば、クロマトグラフィ、電気泳動、誘電泳動、密度勾配遠心分離、濾過、分画沈殿または溶
媒化を使用する。
【００７２】
所与の溶質についての複数の溶媒の溶媒質を正確に特徴付けることによって、図３におけるグラフのデータによって提供されるように、改善された溶媒を同定することが可能であるだけでなく、例えば、異なったサイズのグラフェンシートの混合物のような混合された溶質の改善された分離を創出することも可能である。この分離は、異なった溶媒（異なった溶媒質を有する２つの溶媒の変化する比率を含む）を使用し、分子サイズと分子の溶解度の間の軽い依存性を利用して異なったサイズの高分子を選択的に溶解してもよい。或いは、分子の混合物の溶液が、別の溶媒と混合することによって変化した溶媒質を有し、溶液から選択的に分子を沈殿させてもよい。
【００７３】
さらに詳しくは、グラフェンの溶液を形成するこれら溶媒の能力は、溶媒の量の範囲内で置かれたバルクのグラフェンからグラフェンの個々のシートを溶液が剥離することを可能にすると考えられる。このことは、約３８．４ｍＪ／ｍ２〜約４０．４ｍＪ／ｍ２の間の表面張力の値、約０．０１未満のカイの値または約０．０５ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内でのグラフェンの分散限界を有する溶媒の量の範囲内にバルクのグラフェンの量を置くことによって達成することができる。溶媒の範囲内にグラファイトを置いた後、溶媒はグラファイトに作用して、バルクのグラファイトからグラフェンの個々のシートを剥離する。最適値に近い表面張力の値を有する溶媒は大きなシートを剥離することができるので、剥離されるグラフェンのシートのサイズは使用される特定の溶媒の選択を介して制御することができる一方で、最適値のいずれかの側に表面張力の値を有する溶媒はグラファイトを溶媒和することにあまり効果がないので、結果的にさらに小さなグラフェンのシートを生じる。
【００７４】
例えば、図４に示されるように、例えば、ナノチューブ、グラフェンの凝集したシートまたはその上にグラフェンのシートを有するグラファイトのブロックのようなナノ構造の分子の混合物８７は、データ点７６ａの第１の溶媒に暴露され、小型高分子８８ａの溶解を促進するが、データ点７６ａの溶媒は大型高分子の低い溶解度を提供する。いったん溶液になると、これら小型高分子は溶媒と一緒に他に移されてもよく、それによって混合物８７の他の分子から単離される。
【００７５】
次いで混合物８７の残った分子は、データ点７６ｂのさらに有効な溶媒に暴露され大型高分子８８ｂを溶解する。再び、これらの分子を他に移してもよく、残りの混合物８７をデータ点７６ｃの溶媒に暴露し、最大の高分子８８ｃを抽出する。他に移した溶液のそれぞれが仕分けられたセットの高分子を含有する。
【００７６】
分散を用いたその他の仕分け法の例は、以下の出版物、米国特許および特許出願に記載されており、それらは参照によって本明細書に組み入れられ、例えば、本発明の使用の基礎を形成してもよい。
【００７７】
米国特許出願第２００５００６７３４９号、螺旋構造に基づく単層管状フラーレンの大
まかな分離のための有向フロー法および系は、結晶性物質または高度な配向性の物質上で流動性の単層管状フラーレンの溶液または懸濁液を用いた螺旋構造による単層管状フラーレンの大まかな分離の方法を記載している。
【００７８】
米国特許出願第２００７０００９９０９号、アレイを介したカーボンナノチューブの仕分けは、支柱またはスタッドのアレイのような固定構造の配置を介してそれらを流すことによって長さと直径の異なる金属および半導体のＣＮＴを仕分けすることを記載している。
【００７９】
交流誘電泳動を用いた懸濁液における半導体ＳＷＮＴから金属ＳＷＮＴを分離する方法の１つは、ＫｒｕｐｋｅらのＳｃｉｅｎｃｅ，３０１，３４４−３４７（２００３）に報告されている。
【００８０】
米国特許出願第２００４００３８２５１号、正確に規定された種類の単層カーボンナノチューブおよびその使用は、他の物質から単層ナノチューブを分離するための遠心分離を記載している。
【００８１】
米国特許出願第２００６０２３１３９９号、単層カーボンナノチューブ組成物は、ナノチューブの分画をプロトン化するために酸性化したナノチューブ懸濁液を記載している。電場が適用され、プロトン化されたナノチューブは、その（ｎ，ｍ）型によって異なった速度で電場を移動する。
【００８２】
ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴを含むカーボンナノチューブに加えて、本発明はフラーレンや「バッキーボール」のような炭素高分子を仕分けすることに機能してもよい。
３．液相での高分子の操作および集合
例えば、グラフェンシートのような自然のままの高分子の高濃度の熱力学的溶液を形成する能力は、液相での高分子の操作および集合の技法を円滑にすることが期待される。そのような操作および集合の技法には、流体流れ、電場（電気泳動溶着におけるような）、スプレー、塗装、噴霧または印刷の工程による懸濁液におけるグラフェン高分子の配置および操作が含まれてもよい。そのような操作および集合の技法にはさらに、固体マトリクスまたは蒸発性の表面コーティングへの組み入れの前の分散が含まれてもよい。
【００８３】
他の分散を用いて採用されるこれら技法の例は、以下の出版物に記載されており、それらは参照によって本明細書に組み入れられ、例えば、本発明の使用の基礎を形成してもよい。
【００８４】
Ｑ．Ｃｈｅｎら（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００１，７８：３７１４）は、電場を用いる一方でＳＷＮＴの分散液を濾過して並んだナノチューブの厚い膜を形成することを記載している。
【００８５】
Ｓａｌｌｅｍ  Ｇ．Ｒａｏら（Ｎａｔｕｒｅ，２００３，４２５：３６）は、基材の上で化学的に官能化されたパターンを用いて、超音波処理されたＳＷＮＴを並べることを記載している。
【００８６】
Ｙｕ  Ｈｕａｎｇら（Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２９１：６３０−６３３）は、ナノワイヤの懸濁液を基材と金型の間の流体導管に通すことによって並んだナノ構造を形成することを記載している。
【００８７】
Ｒ．Ｓｍａｌｌｅｙら（ＷＯ０１３０６９４）は、２５テスラの磁場の存在下でナノチューブのロープを並べることを記載している。
特許出願、第２００４０２２８９６１号、カーボンナノチューブの制御された溶着および整列は、電場を用いて、その後「誘引材」で処理された表面に付着させてもよいカーボンナノチューブを並べることを記載している。
４．液相の化学処理
例えば、グラフェンシートのような自然のままの高分子の高濃度の熱力学的溶液を形成する能力は、高分子の化学処理、例えば、官能化、吸収、他の化学物質の吸着と同調、他の化学物質によるコーティング、エッチング、酸化などの改善を可能にすることが期待される。
【００８８】
他の分散を用いて採用されるこれら技法の例は、以下の特許に記載されており、それらは参照によって本明細書に組み入れられ、例えば、本発明の使用の基礎を形成してもよい。
【００８９】
米国特許出願第２００８００６３５８７号、カーボンナノチューブの官能化は、カーボンナノチューブを溶媒に懸濁させて、カーボンナノチューブの電子的特性に基づいて官能化種と優先的に反応させ、次いで選択的官能化と電気泳動によってカーボンナノチューブを仕分けることを記載している。
５．表面コーティング
記載されるように、本発明を用いてカーボンナノチューブおよびグラフェンのために高品質の溶媒を決定した。いったん溶液になると、これらの炭素物質は表面にさらに均一に塗布されてもよく、溶媒はスプレーまたは印刷のためのキャリアとして作用し、分子の改善された分離を提供する。表面上への分子の分配後、例えば、蒸発、または硬化、例えば、重合またはその他の技法によって溶媒を取り除き、基材上で分散された状態にて溶解された高分子を保持してもよい。
【００９０】
グラフェン溶液の場合、溶媒は液体形態のままでもよく、単にキャリアとして使用して潤滑が必要な領域にグラフェンを導入してもよい。または、グラフェンの溶媒を取り除き、基材上にグラフェンの均一なフィルムを溶着してもよい。フィルムが炭素処理を獲得している金属またはその他の面に適用されるのであれば、基材が均一に炭素を吸収するようにグラフェンの層を加熱してもよい。グラフェンの均一な薄層をアニールして、連続的な電気伝導性の表面を提供するグラフェンの分子間接続を促してもよい。グラフェンの成長に通常使用される環境での炭素の導入によってこの加熱を達成し、グラフェンの成長過程を促進させてもよい。
６．透明な電極
図１８を参照して、溶媒、例えば、ＣＨＰとＮＭＰ溶媒の混合物と共に熱力学的平衡にてグラフェンを含有する溶液２１０を、例えば、シリコンウエハとガラス板を含む基材上にピペット２１２によって溶着し、基材２１４が回転テーブル２１６に連結されるスピンコーティング法によって薄層に広げた。スピンコーティングの後、基材２１４をオーブンにて加熱して溶媒を追い出しまたは真空乾燥し、第１の層の上にスピンコーティングによって溶着された追加の層と共にこの工程を繰り返し、再び基材を焼いたまたは乾燥させた。
実施例ＩＶ：平衡溶液からシリコンウエハ上にスピンコートしたグラフェンシート
溶媒Ｎ−シクロヘキシル−２−ピロリドン（ＣＨＰ）に熱力学的に溶解されたグラフェンの液状溶液の薄層を１ｃｍ２より大きい面積を有するＳｉウエハおよび顕微鏡のガラススライド上にスピンコートすることによってグラフェンの薄膜をシリコンおよびガラスの基材に溶着した。他の溶媒、またはグラフェン用に本明細書に記載された範囲を有する溶媒のいずれも使用してもよい。
【００９１】
この溶液は、単層、二重層および多重層のグラフェンを含む多数のグラフェンシートを含有すると考えられる。研究によって３０％ものグラフェンシートがこれらの溶媒を用い
て１原子の層厚さであることが分かった。本明細書で使用されるとき、グラフェンシートはナノスケールの厚さ（＜１０００ｎｍ）を持つ単層または多層のグラフェンを意味する。この溶液によって約３０％の単一の単層グラフェン、従って１０％より多い単一の単層から成る溶液の創出が可能になり、溶液は、３つの単層未満の１０％を超えるグラフェンシートから成ると考えられる。形成される層は不連続であるということは、大きなグラファイト体の一部ではなく、遊離のものかまたは異なった基材に連結したもののいずれかを意味する。
【００９２】
次いで、基材上の溶液の溶媒分子は、系を加熱することによって蒸発する。具体的には、少量のグラフェン溶液（０．１ｍＬ未満）をピペットでＳｉウエハまたはガラススライドに載せ、それを３０００ｒｐｍでおよそ１０秒間（１０００ｒｐｍ／秒にて３０００ｒｐｍに加速）回転させる。回転の後、グラフェン溶液はウエハ／スライド上に非常に薄いコーティングを創出する。Ｓｉウエハ／スライドを２５０℃のホットプレート上に直接置き、ＣＨＰを蒸発させた。次いで、ピペッティング、遠心および加熱の工程を５０回まで繰り返し、グラフェンの追加の層を溶着し、最終的に導電性のさらに透明なグラフェンのフィルムを形成した。Ｓｉウエハ上に溶着したグラフェンの試料を７００℃の炉で数時間加熱した。この背景での透明は、人観察者にとって可視光の周波数で主観的に透明であることを意味する。
【００９３】
シリコンウエハの表面の導電性は、およそ１５回の塗布／アニーリングのサイクルで市販のインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）のそれを超えるグラフフィルムの導電性と共に図２７および図２８に示す。この層はたった数ナノメートルの厚さで面積は１ｃｍ２を超え、市販のＩＴＯの１０μｍの厚さよりはるかに薄い。図２７の導電性はＩＴＯに標準化されている。
【００９４】
【表７】
0005860591.tif 000012
【００９５】
これらのデータは、溶液からシリコンウエハ上に溶着されたグラフェンフィルムの導電性を示す。この場合、溶着されたグラフェンフィルムを炉にて加熱することは、おそらく基材表面で隣接する非共有結合のグラフェンシートをアニールすることを介して、その導電性を改善することに役立つと考えられる。
【００９６】
図１９を参照して、この工程を１５回繰り返した後のグラフェン薄膜２１７は、四末端法によって測定される、ＩＴＯの２１０μの層より低いシート抵抗を提供する。メッキ上の金の接触に干渉することなく、ダブルクリップ２１９または導電性プローブ２２１によってグラフェンフィルムへの直接的な電気的接触を明らかに行い、上記の層は１０ミクロンよりはるかに薄いと思われる。
実施例Ｖ：平衡溶液からガラススライド上にスピンコートしたグラフェンシート
【００９７】
【表８】
0005860591.tif 000013
【００９８】
これらのデータは、溶液に溶解されたグラフェンから溶着された不連続な導電性のグラフェンフィルムの第１の実証を提供する。この背景で不連続なフィルムは、フィルムがバルクグラファイトの上方表面ではなく、他のグラフェンから単離された層の中にあることを意味する。このフィルムは大きな面積（５ｃｍ２を超える）を覆い、光学的には透明であり、ＬＣＤや太陽電池のような適用に透明電極として現在使用されている物質であるインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）よりも大きな表面導電性を有する。さらに、上記の表は、グラフェン溶液の多数の薄いコーティングをガラススライドに塗布し、蒸発させることにより高度に導電性のフィルムを連続的にもたらす一方で、単一の厚い溶液コーティングを塗布し、ＣＨＰ溶媒をすべて一度に蒸発させることにより導電性の低いフィルムをもたらすことを示している。
【００９９】
この工程は、例えば、酸素の存在下で基材を加熱して表面を酸化することによって予備処理された基材を採用してもよく、コーティング工程の終わりでのまたは個々のコーティングの間でのグラフェン層は、酸素の存在下または水素、メタンもしくは一酸化炭素の還元雰囲気で加熱してグラフェンのプレートレットの接合を促してもよいことが期待される。あるいは、加熱は、アルゴン、窒素またはヘリウムの相対的に不活性の雰囲気で実施してもよい。凍結乾燥が、溶媒除去の好ましい方法であってもよい。大きな基材が繰り返し液体でコーティングされ、次いでフィルムが凍結乾燥され、または例えば、加熱、レーザ処理／蒸発、遠心蒸発または真空乾燥のような別の方法で乾燥される大きな工程チャンバにてコーティング工程が実行されることが熟考される。
【０１００】
これらの後者の乾燥法によってプラスチックをコーティングすることが可能になり、例えば、静電防止のポリエチレンの袋などを製造することが可能になる。
得られるコーティングを電極として、例えば、タッチスクリーン上で、またはＬＣＤディスプレイもしくはプラズマテレビのパネル用の陰極として使用することができる。或いは、スパッタリング工程にてグラフェンの個々の粒子でコートされた電極を高エネルギーの電子などと衝突させて表面を覆ってグラフェンを分布させてもよい。グラフェンのフィルムを必要とするその他の実施例で上記のアプローチを用いてもよい。
実施例ＶＩ：自己集合したグラフェンフィルム
図２０を参照して、上述の溶液２１０を或いは、水２１８の表面に堆積し、水がその中に溶液の溶媒２２０を引き込み、その表面上に、次いで表面エネルギーの影響の結果として端に沿って自己集合するグラフェンのプレートレット２２２を残してもよい。或いは、溶液２１０を水と混合し、プレートレット２２２の自己集合のために水の表面に上がってくる一時的なエマルションを得てもよい。プレートレット２２２間の伝導間の大きな面積
は、高い電子移動度を示す面積の多くの平方ミリメートルにわたる高度な反射性の表面を形成することによって示唆される。この反射性は、人観察者によって可視光のための表面に垂直である入射角にて観察される。自己集合したプレートレット２２２によって形成されるグラフェンの外板２２４は、ポリマー２２３の添加によって、例えば、プレートレット２２２の上にスプレーされてその場で係止されてもよく、またはグラフェンシートより小さな穴を有する穴あき材２２７、例えば、透過型電子顕微鏡のグリッドを用いて下から外板２２４を持ち上げることを含むその他の手段によって、またはそこで乾燥させられるべき基材上に外板２２４を浮かべることによってその場で係止されてもよい。別の表面への外板２２４のその後の移動を行ってもよく上述のように外板２２４を加熱してグラフェンのプレートレットを連続的な単層に融合してもよい。
【０１０１】
グラフェンシートの端を処理して、例えば、液体の境界間の界面でまたは単一シートへの基材上でその相互接続を促すことが可能であってもよい。
７．太陽電池
図２１を参照して、上述の溶液２１０を用いて、ガラスのカバー板２３０の裏側にグラフェン層２１７を塗布し、それを介して光活性層２２８に光２３２を通すことによって太陽電池を製造した。光活性層２２８は、従来の導電性基材２２６、例えば、シリコンウエハによって支持されてもよく、電力は、装置２３４、例えば、電圧計またはその他の負荷によって抽出されてもよい。
８．複合材
溶液にて溶媒の重合または固化を直接用いて、その複合材料で強度について炭素構造のさらに均一な分布を有し、改善された導電特性を有する３次元複合材料を提供することができる。相対的に高い抵抗を有する導電性の複合材料を静電気に対する保護および電気的遮蔽に用いてもよい。相対的に低い抵抗を有する導電性の複合材料は、印刷配線などに用いてもよい。カーボンナノチューブおよびグラフェン、もしくはカーボンナノチューブまたはグラフェンをポリマーに混合し、次いで溶媒を蒸発させて、フル機能する、および／または高められた導電性を改善する上記特性を提供することができる。グラフェンのシートをポリマーに混合し、次いで溶媒を蒸発させて、フル機能する、および／または高められた導電性を改善する上記特性を提供することができる。同様に、それを活かすグラフェンおよびカーボンナノチューブのためのポリマー候補には、窒素結合および水素結合、もしくは窒素結合または水素結合を含有するポリマー、例えば、ポリウレタン、ポリピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド、多糖類、ナイロン、タンパク質、ＤＮＡおよびエポキシが挙げられるが、これらに限定されない。
実施例ＶＩ：導電性ポリマー
ポリウレタン、カプトン（ポリイミド）、ポリピロリドンおよびＰＭＭＡポリマーをＣＨＰおよびその他のピロリドン溶媒に溶解し、次いでＣＨＰとグラフェンに混合し、ガラススライド上に厚いフィルムを成形することによって導電性の／抵抗の低いフィルムを製作した。フィルムは、それが成形されたガラスから剥がすと、静電計を歪めなかったので、少なくとも静電散逸性であり、多くとも導電性である。多数のフィルムがグラフェンによって高い強度と導電性を示した。
【０１０２】
双方の薄膜からの溶媒除去に凍結乾燥を用いてもよく、または別の方法、例えば、加熱、レーザ処理／蒸発、遠心蒸発もしくは真空乾燥を用いてもよい。
上記の実施例は、グラフェンの使用を記載しているが、グラフェンと他のナノカーボン粒子、例えば、カーボンナノチューブとの組み合わせを含めるように考慮されるべきである。特に、本発明者らによって発見された溶媒は、グラフェンとカーボンナノチューブを同時に溶解することができ、高い程度の均質性について２つの熱力学的な混合を可能にする。実施例の１つでは、溶媒は、あまり容易には溶解されない（例えば、グラフェン）にもかかわらず、もっと容易に溶解される他の物質（例えば、カーボンナノチューブ）のための溶媒として重なり合う物質について最適化されてもよい。或いは、溶媒は組み合わせ
について最適化されてもよい。さらに、１以上の炭素同素体が官能化されてその溶媒「共鳴」を移動させ、他の炭素同素体に一致させてもよい。
【０１０３】
本発明は、低コストグラフェンの潜在的供給源を提供することによって多種多様な追加の製品および方法を可能にし、その中では、グラフェンがもっと高価なカーボンナノチューブおよびその他の炭素同素体に取って代わる。
９．インク
同一発明者らによる同時係属出願に記載されるように、任意で有機結合剤を含めて、ナノ−グラフェンまたはグラフェンシートと溶媒とを用いて導電性のインクまたは塗料を製造してもよい。インクは基材上に印刷されてもよく、さもなければ、分配されてもよく、おそらく、加熱用または真空の存在下で溶媒は蒸発する。インクは印刷配線を形成するのに使用されてもよく、または他の導電性の適用、例えば、電磁干渉遮蔽に使用されてもよい。或いは、インクまたは塗料を単に使用して、化学的に耐性のおよび機械的に強い保護層を提供する表面保護を提供してもよい。
１０．超コンデンサ
グラフェンシートを利用して電気化学的なコンデンサまたは超コンデンサを構築してもよい。この場合、従来技術で教示されたように、カーボンナノチューブまたはその他の炭素同素体の代わりにグラフェンシートを使用してもよい。そのような適用では、グラフェンは、誘電層でコートしてもよい、または自然のままの状態で残してもよい、および絶縁層でコートされたグラフェンによって分離してもよい極めて広い表面積を有するマトリクスを提供する。
【０１０４】
グラフェンは、例えば、前者の場合、誘電材料として有益な光学特性または電気特性を提示すればよい変則的な分極率を示すことが期待される。
１１．難燃性材料
その高い比率の熱伝導性が燃焼を支えるのに必要な温度より低く物質の表面温度を低下させるのに役立つグラフェンシートを用いて難燃性の材料を構築してもよい。そのような材料は、例えば、溶媒にグラフェンシートを分散し、次いで溶媒をポリマーマトリクスに導入することによって調製してもよい。次いで溶媒が抽出されてもよい。或いは、溶媒自体を重合してもよい。この場合、バルクグラファイトの場合のように複合材料の強度または特性に有害に影響を及ぼさないように各要素にてグラフェンの積層数が限定されている
限り、個々のグラフェンシートは必要とされない。ポリマーマトリクスは溶媒の特性を有してグラフェンの分離を促進してもよい。次いでマトリクス中のグラフェンが別の材料、例えば、熱可塑性材料に組み入れられてもよく、またはそれ自体成形されてもよい。
１２．燃料電池
提案されているように、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの代替品としてグラフェンシートを用いて燃料電池を構築してもよいと考えられる。
１３．バッテリー
再び、極めて低い抵抗および非常に広い表面積を提供する能力に頼ってグラフェンシートを同様に用いてバッテリー構造のための電極を創出または向上させてもよい。通常、グラフェンシートは、導電性ポリマーよりも低い電気抵抗を有する。さらにグラフェンシートの存在は、充填剤としての役目を果たし、マトリクスの機械的強度を高める。電極、光ファイバーとして、または酸化亜鉛および酸化スズのような他の物質の溶着の基礎として太陽電池の構築にグラフェンを使用してもよい。
１４．潤滑剤
個々のエントロピーが低い状態でグラフェンシートの熱力学的平衡に影響を及ぼし、さらに高いエントロピー状態で一緒に回収されるとき、溶媒特性を制御することによって達成されるように、互いに完全に分離しない、例えば、１０〜１００のシートであるグラフェンシートを利用して潤滑剤を配合してもよい。グラフェンシートは、最も微細に粉末化したグラファイトで得ることができるよりもさらに微細に分散された潤滑剤を提供する。さらに、潤滑剤は溶媒を含んで、さらに均一な分散、特に、封止されたまたは奥まった位置の表面の貫通を高めるためにグラフェンシート分離を促進してもよい。カーボンナノチューブについてグラフェンシートを代用する米国特許出願第２００２００９５８６０号および同第２００１００４１６６３号に記載された技法に従って構成される潤滑剤にグラフェンを使用することができるのは可能である。本発明者らが特定の理論に束縛されるのを望まない一方で、グラフェン粒子の相互滑り込みによって、または大気中の湿気の存在下で潤滑層として役立つ表面コートされたグラフェンによって潤滑が提供されてもよい。
１５．  燃料添加剤
グラフェンを使用して他の炭化水素の燃料および油と組み合わせられる燃料添加剤を創出してもよいと考えられる。グラフェンシートは、燃料添加剤のためのキャリアを提供してもよいし、燃料やエンジンの潤滑のためにアンチノック特性に寄与してもよいし、燃料のエネルギー密度を高めてもよい。
１６．触媒表面
グラフェンシートは、触媒の構築のためのマトリクスを提供してもよく、またはそれ自体で触媒として役立ってもよい。再び、グラフェンマトリクスの広い表面積が、触媒の反応性表面を改善するのに役立ってもよい。
１７．活性炭フィルタ
同様に、グラフェンシートの溶媒生成およびグラフェンシートの広い表面積のマトリクスへの再結合によってグラフェンは、活性炭フィルタのベースを提供してもよい。
１８．自動車のタイヤ
グラフェンシートを材料に添加してその電気伝導性または熱伝導性を改善してもよく、特にその目的でエラストマーに添加してもよい。特定の例は、さもなければその寿命を限定しうる熱の改善された分布を提供するグラフェンを組み入れるタイヤの製造である。
１９．流量センサ
グラフェンシートを使用して、２つの伝導性要素の間に配置された液体にグラフェンシートを導入することによって液体の流れの方向に沿った液体の流れ速度を測定するための新規の流量センサを構築してもよい。２つの伝導性要素を適応させて液体の流れの速度の関数として磁場においてグラフェンシートによって生成される抵抗または電気の変化を測定する。
２０．薬剤キャリアおよび造影剤
グラフェンシートは、生体に導入されてもよい薬剤のキャリアとしての使用または医療
用画像システムのための造影剤としての使用を見つけ出してもよい。グラフェンの自然のままの炭素は生体適合性であるはずであり、グラフェンの表面を、例えば、溶液である場合、官能化して薬剤分子へ連結させることができる。
２１．追跡用添加剤
サイズによって仕分けられたグラフェンシートは、例えば、追跡用添加剤として使用して物質または追跡物としての物質を同定することができる。
２２．日焼け止め剤
グラフェンシートを局所塗布される溶液に組み入れ、紫外線日焼け止め剤を提供してもよい。図３１〜３３を参照して、グラフェンは、紫外線の有意な減衰を提供する一方で可視光周波数に対しては実質的に明瞭である。グラフェンのさらなる本発明の溶液を創り、例えば、カカオ脂などの天然もしくは合成の油、またはＰＥＧ−６のようなキャリア流体とそれを混合することによって日焼け止め剤を調製することができる。次いで溶媒を、例えば、蒸発によって抽出し、日焼け止め剤として皮膚に塗布されるコロイドまたは粘性の懸濁液にグラフェンを保ってもよい。或いは、プラスチックの薄膜のようなマトリクス材にグラフェンを組み入れ、下にあるポリマーの分解に対して紫外線耐性を提供してもよい。
２３．熱力学的安定複合材料
グラフェンシートをポリマー材料に組み入れて複合材料を形成し、それら材料の電気的特性または機械的特性を変化させてもよい。そのような合成には幾つかの技法を用いてもよい。先ず、グラフェンまたはカーボンナノチューブに対して良好な熱力学的溶媒を提供するポリマーまたはモノマーにグラフェンおよびカーボンナノチューブ、もしくはグラフェンまたはカーボンナノチューブを溶解してもよい。ポリウレタンが良好な溶媒ポリマーであると思われる。グラフェンまたはカーボンナノチューブを低粘性の溶媒（例えば、ＮＭＰ、ＣＨＰ）と混合し、次いで溶液としてポリマーに添加してもよいが、前者の溶媒は次いでポリマーの外へ蒸発させてもよく、ポリマーは熱力学的懸濁液にてグラフェンまたはカーボンナノチューブを保持したままである。或いは、例えば、冷却（熱可塑性のために）に先立ってグラフェンまたはカーボンナノチューブを液化ポリマーに直接組み入れてもよい。
【０１０５】
モノマーの場合、低粘度のモノマーにグラフェンまたはカーボンナノチューブを分散させた後（または上述の溶媒経路を介して）、モノマーを重合モノマーに硬化してもよい。このアプローチは、いずれかの範囲のポリマーの縮合を使用してもよい。
【０１０６】
或いは、またはさらに、グラフェンを例えば、イソシアネート、カルボン酸、ヒドロキシル、アミンおよびアミドのような物質で官能化してもよい一方でグラフェンを溶媒に懸濁する。次いで、溶媒化したグラフェンをポリマーまたはモノマーと混合すると、官能化している物質はポリマーまたはモノマーと共有結合を形成し、その後、官能化によって安定化されたグラフェンが凝集することなく溶媒を蒸発させることが可能である。
【０１０７】
或いは、例えば、Ｃ１８の酸によってグラフェンを官能化し、本発明者らによって創出された機器によって決定されるように、その溶媒の特性をＮＭＰからクロロホルムに変えてもよい。次いで、この置き換え溶媒を用いてポリスチレンのような一般的なポリマーを溶解し、ポリスチレン中の溶媒にグラフェンを分散させ、次いでそれから蒸発させる。
２４．官能化グラフェン
溶液では、多くの他の目的のためにグラフェンは容易に官能化される。例えば、金属または金属にくっ付いた粒子の自己触媒沈殿を用いた触媒によってグラフェンを官能化してもよい。官能化を用いて、例えば、光電装置にて量子ドットまたは光活性化合物のような他の構造にグラフェンを連結してもよい。
２５．細胞の足場
生体材料を作り上げるのに、例えば、細胞レベルで、またはその他の化学合成の問題のためにグラフェンを合成足場として使用してもよい。
【０１０８】
本発明は、本明細書に含まれる実施態様および説明に限定されることはなく、クレームは、以下のクレームの範囲内に入る実施態様の一部および様々な実施態様の要素の組み合わせを含むそれら実施態様の改変された形態を包含するように理解されるべきである。例えば、ゼータ電位または顕微鏡写真を用いて評価される凝集サイズの分布を含む溶媒質のその他の測定値（Ｂ２、χおよびΔＨＭｉｘ以外の）が採用されてもよい。本発明が単層カーボンナノチューブおよびグラフェンによって検証されたが、本発明は、他の物質、例えば、硫化モリブデン、雲母、および粘土、並びにタンパク質、ＤＮＡおよびＲＮＡのような生体分子、並びに結晶性セルロースによって機能してもよいと考えられる。一般に、本明細書で記載された機器は、その他のナノ粒子、コロイド系およびおそらくポリマーの溶液の特徴を測定するのに好適であってもよい。本発明はまた、プラスチック、可塑剤およびポリマー混合物の熱力学的安定性の測定も提供してもよい。
【０１０９】
一般に、本発明は、グラフェンシートを使用し、通常、界面活性剤、分散剤、および界面活性剤、分散剤を排除することによる長い機械的撹拌、および撹拌またはそれを増強することを必要とする上記工程を改善することが期待されうる。有意な濃度のこれら材料によって熱力学的な真溶液を生成する能力は、官能化、界面活性剤または分散コーティングがないことを意味する「自然のままの」の形態でこれら溶質が分散される種々の工程での
期待された改善をもたらす。本系は、一般的な意味で溶媒と同定される（すなわち、それらは場合によっては溶媒として役立つ）物質に高分子を懸濁する系とはそのような懸濁が通常、熱力学的な平衡溶液を創出しないので、区別することができる。さらに、本発明は、以前可能であると考えられていたものより実質的に高い分散を有する熱力学的な平衡溶液についての溶媒を記載している。
【０１１０】
本発明はまた、通常カーボンナノチューブの懸濁液を必要とする工程が、グラフェンシートの真溶液を形成するこれら溶媒の能力のために溶媒におけるグラフェンの代用を可能にし、ナノチューブを超えるグラフェンの向上した特性の一部を利用することを熟考する。
【０１１１】
さらに、上記溶媒のそれぞれは、グラフェンとの真溶液を形成するその能力に関して常温および常圧にて検証された。温度および圧力、もしくは温度または圧力の変化は溶媒の能力を変え、特定の炭素同素体との溶液を形成することが考えられる。その結果、常温および常圧では溶液を形成できないかまたは非常に低い濃度の炭素同素体との溶液しか形成できない溶媒が、高い温度および高い圧力、もしくは高い温度または高い圧力で効果的になることも熟考される。
発明の範囲の概略
以下を含む複数の発明が本明細書で開示される。
Ａ．機器およびその使用方法
１．溶媒／溶質系の特性を調べるための方法であって、
（ａ）溶媒質を測定し、複数の異なった溶媒について溶質の溶解における溶媒の有効性を指し示し、各溶媒は既知の固有の特性を有し、溶媒質は、０．５ｍｇ／ｍＬ未満の範囲の溶質濃度で異なった各溶媒についての溶質の溶液のレイリー散乱の測定に由来することと；
（ｂ）固有の特性の関数として溶媒質の測定値に曲線をあてはめることと；
（ｃ）曲線にて局在の極度を見つけ出し、所望の固有の特性の値を同定することと；
（ｄ）所望の固有の特性の値に近似する固有の特性を有する溶媒を同定すること
という工程を含む方法。
２．溶媒質の測定値が混合のエンタルピー、フローリー・ハギンズのパラメータχおよび第２のビリアル係数から成る群の少なくとも１つとして表現される１の方法。
３．固有の特性が、表面張力、表面エネルギーおよびヒルデブランドのパラメータから成る群から選択される１の方法。
４．異なった固有の特性を有する溶媒の少なくとも２つが、異なった比率の２つの溶媒の混合物である１の方法。
５．溶質の種々の濃度が、溶質分子が一緒に凝集する凝集点の上下の濃度を含み、光散乱と濃度を記載するデータに不連続な関数をあてはめて凝集点を同定する工程を含む１の方法。
６．溶媒／溶質系の特性を調べるための装置であって、
光源と；
光源から光を受け取り、その中に含有される物質を介して光を通す試料チャンバと；
試料チャンバにおける物質の散乱によって影響を受けた光の強度を検出する光センサと；異なった濃度の溶質と共に溶媒の一連の試料を試料チャンバに導入する系と；
保存されたプログラムを実行し、光センサからの光を受け取って、
（ａ）受け取った光をモニターして、試料チャンバに導入された複数の異なった溶媒について溶液の溶媒質を決定し（各溶媒は既知の固有の特性を有する）、
（ｂ）固有の特性の関数として溶媒質の測定値に曲線をあてはめ、
（ｃ）曲線における局在の極度を同定して所望の固有の特性の値を決定し、
（ｄ）所望の固有の特性の値の指示を出力するコンピュータとを備える装置。
７．出力には、混合のエンタルピー、フローリー・ハギンズのパラメータχおよび第２のビリアル係数から成る群の少なくとも１つとして表現される溶媒質の測定値が含まれる６の装置。
８．所望の固有の特性は、表面張力、表面エネルギーおよびヒルデブランドのパラメータから成る群から選択される単位で表現される６の装置。
９．コンピュータが保存されたプログラムを実行して、溶液の飽和点の上下の濃度を含む種々の濃度で各溶液を測定し、光散乱と濃度を記載するデータにて不連続性を同定して不連続性にて溶液の飽和を示す凝集点を同定する工程を含む６の装置。
１０．指示が溶質の濃度に対する溶媒質のプロットである６の装置。
１１．光源から試料チャンバへと通過する光の方向に実質的に垂直な角度で光センサによって散乱が検出される６の装置。
１２．溶媒における溶質の凝集濃度を決定する方法であって、
（ａ）分子の種々の濃度にて溶媒における溶質の光散乱を測定することと；
（ｂ）溶媒における溶質の光散乱と濃度との間の機能的関係から溶媒の溶媒質を評価することと；
（ｃ）溶質の凝集濃度を示す機能的関係において不連続性を同定することと；
（ｄ）凝集濃度の指示を出力することという工程を含む方法。
１３．溶液の溶媒の溶媒質の特性を調べるための装置であって、
単色光源と；
その中に含有される物質を介して通過させる単色光源からの光を受け取る試料チャンバと；
試料チャンバを通過した後の光を受け取り、試料チャンバにおける物質の散乱によって影響を受けた光の強度を検出する光センサと；
異なった濃度の溶質と共に一連の試料溶液を試料チャンバに導入するポンプ系と；
保存されたプログラムを実行し、光センサからの光を受け取って、
（ａ）０．５ｍｇ／ｍＬ未満の範囲の種々の溶質濃度にて溶液の光散乱を測定し；
（ｂ）光散乱と濃度との間の機能的関係から溶液における溶媒の溶媒質を評価し、工程（ａ）の測定値にあてはめ、
（ｃ）溶媒質の指示を出力するコンピュータとを備える装置。
１４．単色光源がレーザであり、光センサが光電子増倍管とカウンターシステムである１３の装置。
１５．指示が、濃度に対する溶媒質のプロットである１３の装置。
１６．種々の濃度が溶液の凝集点の上下の濃度を含み、機能的関係の不連続性を同定して凝集点を決定する１３の装置。
１７．出力の指示が、混合のエンタルピー、フローリー・ハギンズのパラメータχおよび第２のビリアル係数から成る群から選択される単位を有する量である１３の装置。
１８．溶質の相互作用を特徴付ける装置であって、
光源と；
光源から光を受け取り、その中に含有される物質を介して光を通す試料チャンバと；
試料チャンバにおける物質の散乱によって影響を受けた光の強度を検出する光センサと；異なった濃度の第１の溶質と共に第１の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入し、異なった濃度の第２の溶質と共に第２の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入し、異なった濃度の第１と第２の溶質の混合物と共に第３の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入する系と；
保存されたプログラムを実行し、光センサからの光を受け取って、
（ａ）受け取った光をモニターして、第１、第２および第３の溶液における溶液の質を決定し、
（ｂ）第３の溶液と第１および第２の溶液の受け取った光の数学的組み合わせの間での受け取った光の偏差を決定し、
（ｃ）決定された偏差に基づいて第１と第２の溶質の間の相互作用の指示を出力するコンピュータとを備える装置。
１９．溶質の相互作用の特性を調べるための装置であって、
光源と；
光源から光を受け取り、その中に含有される物質を介して光を通す試料チャンバと；
試料チャンバにおける物質の散乱によって影響を受けた光の強度を検出する光センサと；異なった濃度の第１の溶質と共に第１の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入し、異なった濃度の第２の溶質と共に第２の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入し、異なった濃度の第１と第２の溶質の混合物と共に第３の溶液の一連の試料を試料チャンバに導入する系と；
保存されたプログラムを実行し、光センサからの光を受け取って、
（ａ）受け取った光をモニターして、第１、第２および第３の溶液における溶液の質を決定し、
（ｂ）第３の溶液と第１および第２の溶液の受け取った光の数学的組み合わせの間での受け取った光の偏差を決定し、
（ｃ）決定された偏差に基づいて第１と第２の溶質の間の相互作用の指示を出力するコンピュータとを備える装置。
Ｂ．グラフェン用の溶媒およびその使用方法
１．グラフェンの溶液を形成するのに使用するための溶媒であって、約０．０１未満のカイ値を特徴とする溶媒。
２．溶媒のカイ値が約０．００〜約−０．１３である１の溶媒。
３．グラフェンの溶液を形成するのに使用するための溶媒であって、約３８．４ｍＪ／ｍ２〜約４０．４ｍＪ／ｍ２の間の表面張力の値を特徴とする溶媒。
４．溶媒の表面張力の値が約３８．８ｍＪ／ｍ２〜約４０．０ｍＪ／ｍ２の間である３の溶媒。
５．溶媒の表面張力の値がおよそ３９．４ｍＪ／ｍ２である４の溶媒。
６．グラフェンの溶液を形成するのに使用するための溶媒であって、約０．０５ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内でのグラフェンの分散限界を特徴とする溶媒。
７．溶媒がピロリドンである６の溶媒。
８．溶媒が、ＣＨＰ、ＮＭＰおよびこれらの混合物から成る群から選択される６の溶媒。１０．ａ）グラフェンと
ｂ）約０．０５ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内でのグラフェンの分散限界を特徴とする溶媒とを含む溶液。
１１．溶媒が、ＣＨＰ、ＮＭＰおよびこれらの混合物から成る群から選択される１０の溶媒。
１２．溶媒が、およそ２：１の比率のＣＨＰとＮＭＰの混合物である１１の溶液。
１３．グラフェンとの溶液を形成するのに使用するための溶媒であって、１）溶媒におけるグラフェンの種々の濃度にて溶媒についてのレイリー散乱のデータから得られる溶媒の溶媒質の値と、２）溶媒の固有の特性との間の計算された関係を有することを特徴とする溶媒であり、その際、溶媒の溶媒質の値は、溶媒が選択されたグラフェンと共に熱力学的に安定な溶液を形成することが可能であることを示す溶媒。
１４．溶媒質の値が、カイ、第２のビリアル係数および溶媒についての混合のエンタルピーから成る群から選択される１３の溶媒。
１５．溶媒についての固有の特性が、溶媒の表面張力、溶媒の表面エネルギーおよび溶媒のヒルデブランドのパラメータから成る群から選択される１３の溶媒。
１６．レイリー散乱のデータと固有の特性が常温および常圧で得られる１３の溶媒。
１７．ａ）グラフェンと
ｂ）１２の溶媒を含む溶液。
１８．溶液が常温および常圧で形成される１７の溶液。
１９．変化する物性を有するグラフェンシートを仕分けする方法であって、
ａ）第１の範囲内での物性値を有する群の第１の部分と第１の範囲とは区別される第２の範囲内での物性値を有する群の第２の部分を有するグラフェンシートの群を提供することと；
ｂ）第１の溶媒をグラフェンシートの群に適用して群の第１の部分を溶解することと；
ｃ）第１の溶媒に溶解した群の第１の溶媒と第１の部分を第１の部分から取り除くことという工程を含む方法。
２０．グラフェンシートの物性がサイズである１９の方法。
２１．グラフェンシートの群が、第１の範囲および第２の範囲とは区別可能な第３の範囲内での物性値を有する第３の部分を含み、方法がさらに
ａ）溶媒に溶解された群の第１の溶媒と第１の部分を第２の部分と第３の部分から取り除いた後、グラフェンシートの群に第２の溶媒を適用することと；
ｂ）第２の溶媒に溶解された群の第２の溶媒と第２の部分を第３の部分から取り除くことという工程を含む２０の方法。
２２．グラフェンシートの群に第１の溶媒を適用する工程が、常温および常圧にてグラフェンシートの群に第１の溶媒を適用することを含む２０の方法。
２３．バルクのグラファイトからグラフェンのシートを剥離する方法であって、
ａ）約３８．４ｍＪ／ｍ２〜約４０．４ｍＪ／ｍ２の間の表面張力の値、約０．０１未満のカイの値および約０．０５ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内でのグラフェンの分散限界から成る群から選択される特性を有する溶媒を提供することと；
ｂ）溶媒の範囲内でバルクのグラファイトの量を置くことという工程を含む方法。
２４．先行する溶媒とグラフェンのいずれかを用いて形成される材料であって、溶媒が室温で固体材料である材料。
２５．約０．０１未満のカイの値を特徴とする溶媒で処理されたグラフェン。
２６．微量のＮＭＰを伴うグラフェン。
２７．グラフェンを含有する製品の製造における約０．０１未満のカイの値を特徴とする溶媒の使用。
２８．溶媒がイオン性液体である１の溶媒。
Ｃ．炭素同素体のための溶媒およびその使用方法
１．炭素同素体の溶液を形成するために使用される溶媒であって、自然のままの炭素同素
体について約−０．０８未満のカイの値を特徴とする溶媒。
２．溶媒のカイの値が約０．１１〜約−０．４の間である１の溶媒。
３．炭素同素体が、単層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブから成る群から選択される１の溶媒。
４．炭素同素体が、自然のままのものである３の溶媒。
５．炭素同素体の溶液を形成するために使用される溶媒であって、約３７ｍＪ／ｍ２〜約４０ｍＪ／ｍ２の間の表面張力の値を特徴とする溶媒。
６．溶媒の表面張力の値が約３８ｍＪ／ｍ２〜約３９ｍＪ／ｍ２の間である５の溶媒。
７．溶媒の表面張力の値がおよそ３８．４ｍＪ／ｍ２である５の溶媒。
８．炭素同素体が、単層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブから成る群から選択される５の溶媒。
９．炭素同素体の溶液を形成するために使用される溶媒であって、室温および大気圧にて約０．０２ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内での炭素同素体の分散限界を特徴とする溶媒。
１０．溶媒における炭素同素体の分散限界が、室温および大気圧にて約０．２０ｍｇ／ｍＬを超える９の溶媒。
１１．溶媒がピロリドンである９の溶媒。
１２．溶媒が、ＣＨＰ、ＮＥＰ、ＮＭＰ、Ｎ８Ｐおよびこれらの混合物から成る群から選択される９の溶媒。
１３．炭素同素体が、ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴから成る群から選択される９の溶媒。
１４．炭素同素体の溶液を形成するために使用される溶媒であって、０．００１４モル・ｍＬ／ｇ２を超える溶媒についての第２のビリアル係数の値を特徴とする溶媒。
１５．溶媒の第２のビリアル係数の値が、約０．００１６モル・ｍＬ／ｇ２〜約０．００２０モル・ｍＬ／ｇ２の間である１４の溶媒。
１６．炭素同素体の溶液を形成するために使用される溶媒であって、約６．０〜約６．５の間のヒルデブランドのパラメータの値を特徴とする溶媒。
１７．溶媒のヒルデブランドのパラメータの値が約６．２〜約６．４の間である１６の溶媒。
１８．ａ）ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴから成る群から選択される炭素同素体と
ｂ）室温および大気圧にて約０．０２ｍｇ／ｍＬを超える溶媒内での炭素同素体の分散限界を特徴とする溶媒とを含む溶液。
１９．溶媒が、ＣＨＰ、ＮＥＰ、ＮＭＰ、Ｎ８Ｐおよびこれらの混合物から成る群から選択される１８の溶液。
２０．溶媒がおよそ５：１の比率でのＣＨＰとＮＥＰの混合物である１９の溶液。
２１．炭素同素体との溶液を形成するのに使用するための溶媒であって、１）溶媒における炭素同素体の種々の濃度にて溶媒についてのレイリー散乱のデータから得られる溶媒の溶媒質の値と、２）溶媒の固有の特性との間の計算された関係を有することを特徴とする溶媒であり、その際、溶媒の溶媒質の値は、溶媒が選択された炭素同素体と共に熱力学的に安定な溶液を形成することが可能であることを示す溶媒。
２２．溶媒質の値が、カイ、第２のビリアル係数および溶媒についての混合のエンタルピーから成る群から選択される２１の溶媒。
２３．溶媒についての固有の特性が、溶媒の表面張力、溶媒の表面エネルギーおよび溶媒のヒルデブランドのパラメータから成る群から選択される２１の溶媒。
２４．炭素同素体が、ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴから成る群から選択される２１の溶媒。
２５．レイリー散乱のデータと固有の特性が常温および常圧で得られる２１の溶媒。
２６．ａ）ＳＷＮＴおよびＭＷＮＴから成る群から選択される炭素同素体と
ｂ）ＣＨＰとを含む溶液。
２７．溶液が常温および常圧で形成される２６の溶液。
２８．変化する物性を有する炭素同素体を仕分けする方法であって、
ａ）第１の範囲内で物性値を有する群の第１の部分と、第１の範囲とは区別できる第２の範囲内で物性値を有する群の第２の部分とを有する炭素同素体の群を提供することと、
ｂ）炭素同素体の群に第１の溶媒を適用して群の第１の部分を溶解することと；
ｃ）第１の溶媒に溶解した群の第１の溶媒と第１の部分を第１の部分から取り除くことという工程を含む方法。
２９．同素体の群についての物性が、長さ、直径、種類、壁の数およびキラル性から成る群から選択される２８の方法。
３０．炭素同素体の群が、第１の範囲および第２の範囲とは区別できる第３の範囲内で物性値を有する第３の部分を含み、方法が、
ａ）溶媒に溶解された群の第１の溶媒と第１の部分を第２の部分と第３の部分から取り除いた後で炭素同素体の群に第２の溶媒を適用することと；
ｂ）第２の溶媒に溶解した群の第２の溶媒と第２の部分を第３の部分から取り除くことという工程をさらに含む２８の方法。
３１．炭素同素体の群に第１の溶媒を適用する工程が、常温および常圧で炭素同素体の群に第１の溶媒を適用することを含む２８の方法。
３２．先行する溶媒と炭素同素体のいずれかを用いて形成される材料であって、溶媒が室温で固体材料である材料。
３３．自然のままの炭素同素体について約−０．０８未満のカイの値を特徴とする溶媒で処理された炭素同素体。
３４．炭素同素体を含有する製品の製造における約０．０８未満のカイの値を特徴とする溶媒の使用。
３５．溶媒がイオン性液体である１の溶媒。
ナノ結晶性セルロースのための溶媒およびその使用方法
１．ナノ結晶性セルロースの溶液を形成するのに使用される溶媒であって、約０未満のカイの値を特徴とする溶媒。
２．溶媒のカイの値が約０．００〜約−０．０５の間である１の溶媒。
３．溶媒が、ＤＭＳＯ、ＮＭＰおよびこれらの混合物から成る群から選択される１の溶媒。
４．先行する溶媒とナノ結晶性セルロースのいずれかを用いて形成される材料であって、溶媒が室温で固体材料である材料。
５．自然のままのナノ結晶性セルロースについて約０未満のカイの値を特徴とする溶媒で処理されたナノ結晶性セルロース。
６．ナノ結晶性セルロースを含有する製品の製造における約０未満のカイの値を特徴とする溶媒の使用。
７．溶媒がイオン性液体である１の溶媒。
日焼け止め材
１．（ｉ）視覚的に透明なグラフェンフレークと
（ｉｉ）化粧用にまたは薬学的に許容可能な送達系またはキャリアをベースにした組成物とを含むＵＶ吸収組成物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３１】
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