(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１液体中に２００ｎｍ未満の直径を有するランダムな第１導電ナノフィラメントを含む第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成するために、超音波スプレイ装置を操作する工程と、
（ｂ）第２液体中にグラフェン材料を含む第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成する工程と、
（ｃ）前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを支持基材上に析出する工程と、
（ｄ）前記グラフェン材料に対する前記第１導電ナノフィラメントの重量比が１／９９〜９９／１となるように前記第１導電ナノフィラメント及び前記グラフェン材料から構成される前記透明導電性フィルムを形成するために、前記ドロップレットから前記第１液体及び前記第２液体を除去する工程とを備え、
前記フィルムは、８０％以上の光透過率及び３００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする透明導電性フィルムを製造する超音波スプレイコーティング法。
【請求項２】
前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを形成するために、超音波スプレイ装置が操作されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１導電ナノフィラメントは、金属ナノワイヤ、金属ナノロッド、金属ナノチューブ、金属酸化物フィラメント、金属コートフィラメント、導電ポリマーファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド又はこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属ナノワイヤは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金又はこれらの組み合わせのナノワイヤから選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属ナノワイヤは銀ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記金属ナノワイヤは銅ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記金属ナノワイヤは、遷移金属又は遷移金属の合金のナノワイヤから選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記グラフェン材料は、純粋なグラフェン、グラフェン酸化物、還元されたグラフェン酸化物、水素化グラフェン、窒化グラフェン、ドープされたグラフェン、化学的機能化グラフェン又はこれらの組み合わせの単層又は数層の変異体から選択され、前記数層は１０面未満の六角形炭素原子を有するとみなされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記グラフェン材料は、単層又は１〜５面の六角形炭素原子を有する数層の純粋なグラフェンから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを形成する工程（ｂ）は、シリンジ系微粒子化またはエレクトロスピニング微粒子化により行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｃ）は、前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレットの析出及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットの析出を順番に又は同時に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｃ）は、前記第１ナノフィラメントの集合体を形成するために、前記集合体を被覆するグラフェンフィルムを形成するための前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットの析出の前に、前記支持基材上への前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレットの析出を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレットを形成する工程（ａ）及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを形成する工程（ｂ）は、一工程で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）は、前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体の前記エアロゾルドロップレットの混合物を形成するためにエアロゾル化されたハイブリッド分散体を形成するための前記第１液体、前記第２液体又は前記第１液体及び第２液体の混合物への前記第１導電フィラメント及び前記グラフェン材料の分散を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記工程（ｃ）は、透明電導性フィルムコート基材を形成するために、前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットが前記支持基材上に析出される析出ゾーンへフィーダーローラーからの前記支持基材の断続的又は連続的な搬送を含み、前記方法は、コレクターローラー上に前記コート基材を回収する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットは、エレクトロスピニング装置を用いて、少なくとも１．０ｃｍ／ｓの衝突速度で前記支持基材上に析出するように前進させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットは、エレクトロスピニング装置を用いて、少なくとも１０ｃｍ／ｓの衝突速度で前記支持基材上に析出するように前進させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記透明導電性フィルムは、８５％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記透明導電性フィルムは、８５％以上の光透過率及び５０Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記透明導電性フィルムは、９０％以上の光透過率及び２００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記透明導電性フィルムは、９０％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記透明導電性フィルムは、９２％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記支持基材は光学的に透明であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記支持基材はフィーダーローラーからコレクターローラーに搬送され、前記方法はロールツーロール工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
（ａ）第１液体中に２００ｎｍ未満の直径を有するランダムな第１導電ナノフィラメントを含む第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成するために、スプレイ装置を操作する工程と、
（ｂ）第２液体中にグラフェン材料を含む第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成するために、超音波スプレイ装置を操作する工程と、
（ｃ）前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを支持基材上に析出する工程と、
（ｄ）前記グラフェン材料に対する前記第１導電ナノフィラメントの重量比が１／９９〜９９／１となるように前記第１導電ナノフィラメント及び前記グラフェン材料から構成される前記透明導電性フィルムを形成するために、前記ドロップレットから前記第１液体及び前記第２液体を除去する工程とを備え、
前記フィルムは、８０％以上の光透過率及び３００Ω／□以下のシート抵抗を示すことを特徴とする透明導電性フィルムを製造する超音波スプレイコーティング法。
【請求項２６】
前記第１分散体の前記エアロゾルドープレットを形成するために、超音波スプレイ装置が操作されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にソーラーセル、フォトデテクター、発光ダイオード、タッチスクリーン、ディスプレイ装置用の透明導電性電極に関するものであり、特に特別の光透過性と高い導電性（又は低いシート抵抗）の組み合わせを有するグラフェン／ナノフィラメント系ハイブリッドフィルムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光透過性及び導電性電極は、光電池（ＰＶ）又は太陽電池、発光ダイオード、有機光検出器及び様々なディスプレイ装置のような光電子装置において広く用いられている。これらの用途に用いるためには、電極材料は、非常に高い光透過性及び低いシート抵抗（又は高い導電性）の両者を発揮する必要がある。これらの装置における電極のより一般的に用いられる透明導電性酸化物（ＴＣＯ）は、有機太陽電池及び発光ダイオードに用いられる（ａ）インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）及びアモルファス太陽電池にも用いられる（ｂ）アルミニウムドープＺｎＯを含む。単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、及び金属又は金属性ナノワイヤ（ＮＷ）のような考察されるこれらのＴＣＯの代替手段がある。
【０００３】
個々のナノチューブは、ガラス又はポリマー（例えばポリエチレンテレフタレートＰＥＴ又はポリカーボネート）のような光透過性基材上の導電経路の高多孔性ネットワーク（又はメッシュ）の薄フィルムを形成するために用いられる。ナノ−チューブ間の空所が光透過を可能とし、ナノチューブ間の物理的接触が要求される導電経路を形成する（非特許文献１〜３参照）。しかしながら、透明導電性電極（ＴＣＥ）を作製するＣＮＴの使用に関する主要な論点がいくつかある。例えば高いＣＮＴ含量は、高電導性、及び、少ない空所量に起因する低透過性をもたらす。さらに、ＣＮＴ系電極のシート抵抗は、１／３が金属であり、２／３が半導体である混合カーボンナノチューブ多様体に起因する大きなＣＮＴ接続抵抗により支配される。その結果、プラスチック基材上のＣＮＴネットワークの一般的なシート抵抗は、８０〜９０％の光透過性で２００〜１，０００Ω／□である。プラスチック基材上のハイエンドＩＴＯの約１０〜５０Ω／□と比べて比較的高いシート抵抗は、有機発光ダイオード及び太陽電池のような電流系装置における透明ＣＮＴ電極の実用化にとって少しも十分ではない。さらには、８５％超（好ましくは９０％超）の光透過性は、一般的にこれらの装置に必要である。静電容量方式タッチスクリーン、エレクトロウェティングディスプレイ及び液晶ディスプレイのような電圧駆動装置でさえも、比較的低いシート抵抗が非常に望ましい。
【０００４】
金属ナノワイヤメッシュ系導電透明フィルムは、ＩＴＯの潜在的代替品として考慮される（非特許文献４〜８参照）。しかしながら、金属ナノワイヤは、ＣＮＴと同じ問題に悩まされる。例えば、個々の金属ナノワイヤ（例えばＡｇナノワイヤ）は高い導電性を有するが、金属ナノワイヤ間の接触抵抗は顕著である。また、Ａｇナノワイヤは良好な光学及び電気的特性を示すが、独立薄フィルム状又は基材上に一体構造的にコーティングされた薄フィルム状にＡｇナノワイヤを製造することは困難である。特に、プラスチック基材上に析出されたＡｇナノワイヤは、ナノワイヤが容易にはずれ得る不十分な柔軟性及び機械的安定性を示す。また、表面平滑性は劣っている（表面荒さが大きすぎる）。
【０００５】
さらに、全ての金属ナノワイヤは、実用的に受け入れられない長期間安定性の問題を有する。Ａｇナノワイヤフィルムが大気及び水にさらされる場合、Ａｇナノワイヤは容易に酸化され、フィルムのシート抵抗及びヘイズ値を急上昇させる。非特許文献８には、組み立て式のＡｇナノワイヤ層への還元されたグラファイト酸化物（ＲＧＯ）又は多層のＲＧＯ層の析出が開示されている。目的は下地Ａｇナノワイヤ層を保護することであるが、このアプローチは、フィルムに付加的な問題、例えば（３工程超でＡｇナノワイヤフィルムがコーティングされる場合）複数のコーティング工程の実施による光透過性の顕著な低減及びシート抵抗の増加を引き起こす。
【０００６】
グラフェンはＩＴＯの他の潜在的代替品である。六方格子に構成された炭素原子の単離面は通常単層グラフェンシートとみなされる。数層のグラフェンは、ワンデルワールス力による厚さ方向に沿って結合された六方晶系の炭素原子の５〜１０面までの積層体を意味する。一般的にグラフェンの良好な光透過性及び良好な電導性は、透明電導性電極（ＴＣＥ）用途のグラフェンフィルムを研究する研究者に動機を与える（特許文献１〜３及び非特許文献９〜１８参照）。
【０００７】
例えば、特許文献１〜３は、実際には非常に薄いグラファイトフレークである「グラフェンフレーク」の少なくとも一つのネットワークを構成する透明電導性フィルムを示唆している。溶媒中のグラファイトフレークの懸濁液は透明ガラス上に析出され、メッシュを形成するように互いに重複するグラファイトフレークを単離することができる（例えば特許文献１の図１及び特許文献３の図１）。グラファイトフレークの空所は光を透過することができる。しかしながら、これらのフィルムは、一般的に５０％の透明性で５０ｋΩ／□（５０，０００Ω／□）のシート抵抗を示す。低透明性はグラフェンシートではなく厚いグラファイトフレークを用いた結果である。特許文献１〜３は、導電経路の相互貫入ネットワークを形成するためにカーボンナノチューブとグラファイトフレークを組み合わせることによりフィルム性能を向上するよう試みている（例えば特許文献１の図２及び特許文献３の図２）。あいにく、グラファイト及びカーボンナノチューブの相互貫入ネットワークは２ｋΩ／□で８０％の透明性又は１ｋΩ／□で６５％の透明性のフィルムを生ずる（例えば特許文献１及び３の段落番号［００２６］）。これらの値はＴＣＥ産業にとって絶対に受け入れられない。
【０００８】
金属触媒化学蒸着（ＣＶＤ）により作製されたグラフェンフィルムにおいて、各グラフェン面は光透過性の２．３〜２．７％を失うため、５層グラフェンシート又は厚さ方向に積層された５つの単層グラフェンシートを備えたフィルムは９０％未満の光透過性を有するであろう。あいにく、光透明である単層又は数層のグラフェンフィルムは、一般的には３×１０２〜１０５Ω／□（又は０．３〜１００ｋΩ／□）の比較的高いシート抵抗を有する。フィルム中のグラフェン面の数が増加すると、シート抵抗が低減する。言い換えると、グラフェンフィルムの光透過性とシート抵抗との間には、より厚いフィルムはフィルムシート抵抗だけではなく光透明性をも低減するといった内在する矛盾点がある。
【０００９】
近年の研究（非特許文献１６）は、厳格な条件下で調製された単層ＣＶＤグラフェンフィルムが９７．４％の光透過で１２５Ω／□以下のシート抵抗を有することを示している。しかしながら、シート抵抗はある用途で望まれているよりもまだ低い。あるＩＴＯグレードのものに匹敵する９０％未満の透明性で３０Ω／□未満のシート抵抗を示すドープされた４層フィルムを作製するために、交互積層を著者はさらに用いた。しかしながら、交互積層工程は、実用的な透明導電性電極の大量生産に適していない。ドーピングは、厳密な真空又は大気制御を必要とする既に非常に複雑で挑戦的な工程に特別なレベルの複雑さを追加する。ＣＶＤ工程及び装置は悪名高く高価である。優れた性能（依然として９０％以上の透明性を維持しつつシート抵抗が１００Ω／□未満）を発揮するより確かで低コストな工程及び／又はＴＣＥ材料には、強力かつ緊急なニーズが存在する。 
【００１０】
グラフェン及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の両者は主要元素として炭素原子を有することから、この際に炭素系材料を簡単に論じることが適切である。炭素は、ダイヤモンド、フラーレン（０−Ｄナノグラファイト材料）、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバ（１−Ｄナノグラファイト材料）、グラフェン（２−Ｄナノグラファイト材料）及びグラファイト（３−Ｄグラファイト材料）を含む５つの独特な結晶構造を有することが知られている。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、単層又は多層に成長したチューブ構造を意味する。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）及びカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）は、数ナノメートルから数百ナノメートルオーダーの直径を有する。この長手方向中空構造は、材料に独特な機械的、電気的及び化学的特性を付与する。ＣＮＴ又はＣＮＦは１次元ナノカーボン又は１−Ｄナノグラファイト材料である。
【００１１】
バルク天然フレークグラファイトは、隣接グラファイト単結晶の境界を画定する粒界（アモルファス又は欠損ゾーン）を有する複数の粒子（グラファイト単結晶又は微結晶である粒子）から構成される各粒子を備えた３−Ｄグラファイト材料である。各粒子は互いに平行に配向される複数のグラフェン面から構成される。グラファイト微結晶におけるグラフェン面は２次元六方格子を占有する炭素原子から構成される。所定の粒子又は単結晶においては、グラフェン面は、結晶学的方向（グラフェン面又は基底面に平行）にワンデルワールス力を介して積層又は結合される。一つの粒子における全てのグラフェン面は互いに平行であるが、一般的に一つの粒子におけるグラフェン面及び隣接粒子におけるグラフェン面は配向が異なる。言い換えると、グラファイト粒子における様々な粒子の配向は一般的に一つ一つ異なる。
【００１２】
炭素原子の個々のグラフェンシートを得るためには、面間のワンデルワールス力が排除されるように、グラファイト微結晶の構成グラフェン面が剥離又は抽出（又は単離）される。単離された炭素原子の個々のグラフェンシートは、通常単層グラフェンをみなされる。ワンデルワールス力を通して厚さ方向に０．３３５４ｎｍのグラフェン面間距離を有して結合された複数のグラフェン面の積層は、通常多層グラフェンとみなされる。多層グラフェンプレートレットは３００層までのグラフェン面（厚さ１００ｎｍ未満）を有する。プレートレットが５〜１０までのグラフェン面を有する場合は、通常科学社会における「数層グラフェン」としてみなされる。単層グラフェン及び多層グラフェンシートは、統一的に「ナノグラフェンプレートレット」（ＮＧＰ）と呼ばれる。グラフェンシート／プレートレット（ＮＧＰ）は、０−Ｄフラーレン、１−ＤＣＮＴ及び３−Ｄグラファイトとは区別される新たなクラスのカーボンナノ材料（２−Ｄナノカーボン）である。
【００１３】
我々の研究グループは、２００２年にはグラフェン材料の開発及びその製造方法を開拓した（特許文献４〜６）。 
【００１４】
ＮＧＰは単層及び多層の純粋なグラフェン、グラフェン酸化物又は異なる酸素含有量を有する還元されたグラフェン酸化物のシート／プレートレットを含んでもよい。純粋なグラフェンは本質的に酸素を含んでいない。グラフェン酸化物（ＧＯ）は０．０１〜４６重量％の酸素を含み、還元されたグラフェン酸化物（ＲＧＯ）は０．０１〜２．０重量％の酸素を含む。言い換えると、ＲＧＯは低いがゼロではない酸素含有量を有するＧＯのひとつである。また、ＧＯとＲＧＯの両者は高比率の端部及び表面配置化学基、空孔、酸化トラップ及び他の欠損を含み、ＧＯとＲＧＯの両者は酸素及び他の非炭素元素、例えば水素（非特許文献１１参照）を含む。これに対し、純粋なグラフェンシートは実質的に欠損が無く、酸素を含まない。したがって、ＧＯ及びＲＧＯは通常科学社会において純粋なグラフェンとは根本的に異なり、区別される２−Ｄナノ材料のクラスとみなされる。
【００１５】
さらに、ＣＶＤグラフェンフィルムは、比較的に酸素を含まないが、水素及び窒素のような他の非炭素元素を顕著な量で含む傾向がある。ＣＶＤグラフェンは多結晶質であり、多くの欠損、例えば粒界、線状欠陥、空孔、及び、通常の六角形ではない、五角形、七角形又は八角形に構成された多くの炭素原子のような他の格子欠陥を含む。これらの欠陥は電子及びフォノンの流れを妨げる。これらの理由から、ＣＶＤグラフェンは科学社会における純粋なグラフェンとみなされない。
【００１６】
純粋なグラフェンは、天然グラファイト粒子の直接超音波又は液相製造、超臨界流体剥離、直接溶媒溶解、アルカリ金属挿入及び水誘導爆発、又は、より高価なエピタキシャル成長により製造される。純粋なグラフェンは、通常粒界を有する単粒子又は単微粒子である。さらに、純粋なグラフェンは本質的に酸素又は水素を含まない。しかしながら、純粋なグラフェンは、制御様式によりその電気的及び光学的挙動を変更するために、所望に応じてホウ素又は窒素のような化学種により任意にドープされる。
【００１７】
グラフェン酸化物とＣＮＴの両者を含むハイブリッド材料は薄フィルムに形成されるが（非特許文献１７参照）、フィルムは光透過性と導電性の良好なバランスを示さない。高性能フィルムは９２％の光透過性を示すが、このシート抵抗は受け入れ難い６３６Ω／□に達する。低シート抵抗（ドープされていないＲＧＯによる２４０Ω／□）を有するフィルムは全く有用でない６０％の光透過性を示す。グラフェン成分は、次いでヒドラジンにより激しく還元される、過度に酸化されたグラファイトから調製される。
【００１８】
（ＣＶＤにより得られる）非純粋なグラフェン及び銀ナノワイヤを含む他のハイブリッド材料はフィルム状に形成される（非特許文献１９）。また、ＣＶＤ成長グラフェンは、非六角形炭素原子、空孔、転位及び粒界のような多くの形態的欠損を備える（単結晶質及び純粋ではない）多結晶質材料である。グラフェンにおける粒界は、異なる結晶方位を有する２つのドメイン間の境界における線状欠損である。ＣＶＤ工程に固有の加工条件に起因して、ＣＶＤグラフェンは、非炭素元素（例えば水素）及び非六角形炭素原子も有する。これらの特性（欠損及び不純物）の全ては、ＣＶＤグラフェンフィルムにおける電子及びフォノンの転位を顕著に妨げる。銀ナノワイヤの助けを伴ったとしても、最良のＣＶＤグラフェン−ＡｇハイＮＷブリッドフィルムは、グラフェン単独により理論的に達成される値からかけ離れたシート抵抗値を示す（非特許文献１９）。そのうえ、ＣＶＤ工程は遅く、高価である。
【００１９】
上述したように、ＣＮＴメッシュ、金属ナノワイヤメッシュ、ＣＶＤグラフェンフィルム、（ＲＧＯフィルムを含む）ＧＯフィルム、ＣＮＴ−グラファイトフレークメッシュ、ＣＮＴ−グラフェン酸化物（ＧＯ）ハイブリッド及びＲＧＯ保護Ａｇナノワイヤメッシュは、透明電導性電極として役に立つことが提案されているが、透明性、電導性、耐酸化性又は長期間安定性、機械的無欠陥性及び柔軟性、表面品質、化学的純度、工程容易性、及び、低コストの組み合わされた要件に一致していない。
【００２０】
このように、本発明の目的は、前記要件のほとんど又は全てを満たす導電性ナノフィラメント（例えば金属ナノワイヤ又はカーボンナノチューブ）とグラフェン材料との両者を含むハイブリッドフィルムの製造方法を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、ＩＴＯの可変的な代替品であるグラフェン／ナノフィラメントハイブリッドフィルムを製造するエアロゾル形成又は微粒子化方法を提供することである。驚いたことには、この方法は、金属ナノワイヤ（例えばＡｇ又はＣｕナノワイヤ）間又は金属ナノワイヤとグラフェン材料との間の接触抵抗を本質的に低減する。この方法はグラフェンフィルムにより金属ナノワイヤの被覆及び保護をも可能とし、得られたハイブリッドフィルムは良好な構造的無欠陥性、環境安定性及び表面平滑性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】米国特許出願第２００７／０２８４５５７号
【特許文献２】米国特許出願第２００８／００４８９９６号
【特許文献３】米国特許出願第２００９／００１７２１１号
【特許文献４】米国特許第７，０７１，２５８号
【特許文献５】米国特許出願第１０／８５８，８１４号
【特許文献６】米国特許出願第１１／５０９，４２４号
【特許文献７】米国特許第７，８２４，６５１号
【特許文献８】米国特許第２，７９８，８７８号
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】L. Hu, D. S. Hecht, and G. Gruner, “Percolation in Transparent and Conducting Carbon Nanotube Networks,” Nano Letters, 2004, 4, 2513-2517.
【非特許文献２】Z. Wu, et al. “Transparent, Conductive Carbon Nanotube Films,” Science 27 August 2004: Vol. 305 no. 5688 pp. 1273-1276.
【非特許文献３】H. G. Park, et al., “Transparent Conductive Single Wall Carbon Nanotube Network Films for Liquid Crystal Displays, ECS Solid State Lett. 2 October 2012: R31-R33.
【非特許文献４】Jung-Yong Lee, Stephen T. Connor, Yi Cui, and Peter Peumans, “Solution-Processed Metal Nanowire Mesh Transparent Electrodes,” Nano Letters, 2008, 8 (2), pp 689-692.
【非特許文献５】S. De, et al., “Silver Nanowire Networks as Flexible, Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical Conductivity Ratios,” ACS Nano, 2009, 3, 1767-1774.
【非特許文献６】Ting-Gang Chen, et al., “Flexible Silver Nanowire Meshes for High-Efficiency Microtextured Organic-Silicon Hybrid Photovoltaics,” ACS Applied Materials & Interfaces, 2012, 4 (12), 6857-6864.
【非特許文献７】Taegeon Kim, et al., “Electrostatic Spray Deposition of Highly Transparent Silver Nanowire Electrode on Flexible Substrate, ACS Appl. Mater. Interfaces, Article ASAP; DOI: 10.1021/am3023543.
【非特許文献８】Y. Ahn, Y. Jeong, and Y. Lee, “Improved Thermal Oxidation Stability of Solution-Processable Silver Nanowire Transparent Electrode by Reduced Graphene Oxide,” ACS Applied Materials & Interfaces, 2012, 4 (12), 6410-6414.
【非特許文献９】G. Eda, et al., “Large-Area Ultrathin Films of Reduced Graphene Oxide as a Transparent and Flexible Electronic Material. Nature Nanotechnology, 2008, 3, 270-274.
【非特許文献１０】X. Wang, L. Zhi, and K. Mullen, “Transparent, Conductive Graphene Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells. Nano Letters, 2008, 8, 323.
【非特許文献１１】J. B. Wu, et al., “Organic Light-Emitting Diodes on Solution-Processed Graphene Transparent Electrodes,” ACS Nano 2009, 4, 43-48.
【非特許文献１２】S. De and J. N. Coleman, “Are There Fundamental Limitations on the Sheet Resistance and Transparence of Thin Graphene Films?” ACS Nano, 2010 May 25; 4(5), pp. 2713-20.
【非特許文献１３】K. S. Kim, et al. “Large-Scale Pattern Growth of Graphene Films for Stretchable Transparent Electrodes,” Nature, 2009, 457, 706-710.
【非特許文献１４】X. S. Li, et al. “Transfer of Large-Area Graphene Films for High-Performance Transparent Conductive Electrodes,” Nano Letters, 2009, 9, 4359-4363.
【非特許文献１５】A. Reina, et al. “Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition,” Nano Letters, 2009, 9, 30-35.
【非特許文献１６】Sukang Bae, et al., “Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes,” Nature Nanotechnology, Vol. 5, Aug. 2010, 574-578.
【非特許文献１７】V. C. Tung, et al. “Low-Temperature Solution Processing of Graphene-Carbon Nanotube Hybrid Materials for High-Performance Transparent Conductors” Nano Letters, 2009, 9, 1949-1955.
【非特許文献１８】I. N. Kholmanov, et al. “Improved Electrical Conductivity of Graphene Films Integrated with Metal Nanowires,” Nano Letters, 2012, 12 (11), pp 5679-5683.
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の実施形態は、透明導電性フィルムを製造する超音波スプレイコーティング系方法である。この方法は、（ａ）第１液体中に（２００ｎｍ未満の直径を有する）第１導電ナノフィラメントを含む第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成するために、超音波スプレイ装置を用いる工程と、（ｂ）第２液体中にグラフェン材料を含む第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成する（第２分散体からエアロゾルドロップレットを形成するために超音波スプレイ装置を用いてもよい）工程と、（ｃ）前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットを支持基材上に析出する工程と、（ｄ）前記グラフェン材料に対する前記第１導電ナノフィラメントの重量比が１／９９〜９９／１となるように前記第１導電ナノフィラメント及び前記グラフェン材料から構成される前記フィルムを形成するために、前記ドロップレットから前記第１液体及び前記第２液体を除去する工程とを備える。このフィルムは、８０％以上の光透過率及び３００Ω／□以下のシート抵抗を示す。
【００２５】
他の実施形態においては、第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成するためではなく、第２分散体のエアロゾルドープレットを形成するために、超音波スプレイ装置が操作される。より好ましくは、１つ又は２つの超音波スプレイ装置を順番に又は同時に操作することにより両タイプのエアロゾルドロップレットが発生される。
【００２６】
第１導電ナノフィラメントは、金属ナノワイヤ、金属ナノロッド、金属ナノチューブ、金属酸化物フィラメント、金属コートフィラメント（例えばＡｇコートポリマーファイバ又はＣｕコートカーボンファイバ）、導電ポリマーファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド又はこれらの組み合わせから選択されてもよい。金属ナノワイヤは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金又はこれらの組み合わせのナノワイヤから選択されてもよい。金属ナノワイヤは、遷移金属又は遷移金属の合金のナノワイヤから選択されてもよい。銀ナノワイヤ及び銅ナノワイヤは特に好適な金属ナノワイヤである。
【００２７】
グラフェン材料は、純粋なグラフェン、グラフェン酸化物、還元されたグラフェン酸化物、水素化グラフェン、窒化グラフェン、ドープされたグラフェン、化学的機能化グラフェン又はこれらの組み合わせの単層又は数層の変異体から選択されてもよく、前記数層は１０面未満の六角形炭素原子を有すると定義される。前記グラフェン材料は、単層又は１〜５面の六角形炭素原子を有する数層の純粋なグラフェンであることが好ましい。
【００２８】
好適な方法においては、第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成する工程（ａ）又は第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成する工程（ｂ）は、シリンジ系微粒子化、圧縮空気駆動微粒子化、静電駆動微粒子化、エレクトロスピニング微粒子化、音波駆動微粒子化又はこれらの組み合わせにより行われる。２つのタイプのエアロゾルドロップレットは別々に作製され、支持基材上に順番に（例えばまず金属ナノワイヤが析出され、次いでグラフェンが析出される）又は同時に析出されてもよい。より望ましくは、工程（ｃ）は、第１ナノフィラメント（例えばナノワイヤ）の集合体を形成するために、ナノフィラメント集合体を被覆するグラフェンフィルムを形成するための第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットの析出の前に、前記支持基材上への前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレットの析出を含んでもよい。
【００２９】
一実施形態においては、第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成する工程（ａ）及び第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成する工程（ｂ）は一工程に組み合わされる。これは、次に混合エアロゾルドロップレットを作製するために微粒子化されるハイブリッド分散体を形成するために、ナノフィラメント及びグラフェン材料を同じ液状媒体中に分散することにより達成される。したがって、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）は、前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体の前記エアロゾルドロップレットの混合物を形成するためにエアロゾル化されたハイブリッド分散体を形成するための前記第１液体、前記第２液体又は前記第１液体及び第２液体の混合物への前記第１導電フィラメント及び前記グラフェン材料の分散を含んでもよい。
【００３０】
好ましくは、この方法は、完全に自動化されたロールツーロール工程を含む。一実施形態においては、工程（ｃ）は、透明電導性フィルムコート基材を形成するために、前記第１分散体の前記エアロゾルドロップレット及び前記第２分散体又は溶液の前記エアロゾルドロップレットが前記支持基材上に析出される析出ゾーンへフィーダーローラーからの前記支持基材の断続的又は連続的な搬送を含み、前記方法は、コレクターローラー上に前記コート基材を回収する工程をさらに含んでもよい。
【００３１】
我々は、驚いたことには、  前記第１分散体のエアロゾルドロップレット及び／又は前記第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットは、少なくとも１．０ｃｍ／ｓ、好ましくは１０ｃｍ／ｓの衝突速度で前記支持基材上に析出するように前進させることが極めて有利であることをさらに見い出した。この早い衝突速度は、得られた透明導電性フィルムに高導電性及び低シート抵抗を付与することが明らかとなった。 
【００３２】
本発明の方法は、８５％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示し、多くの場合において８５％以上の光透過率及び５０Ω／□以下のシート抵抗を示す透明導電性フィルムの形成をもたらす。前記フィルムは、９０％以上の光透過率及び２００Ω／□以下のシート抵抗を示し、ある場合には９０％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示すことがしばしば明らかとなった。
十分早いエアロゾル衝突速度で結合される良好な微粒子化工程においては、前記フィルムは、９２％以上の光透過率及び１００Ω／□以下のシート抵抗を示す。好ましくは、支持基材は光学的に透明である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）はエレクトロスピニング系エアロゾルドロップレット形成及び析出システムの概念図であり、（ｂ）は及び超音波スプレイコーティング系システムの概念図である。
【００３４】
【図２】（ａ）はナノグラフェンプレートレット（グラフェン酸化物、還元されたグラフェン酸化物及び純粋なグラフェン）及び剥離グラファイト生成物（柔軟なグラファイト箔及び柔軟なグラファイト複合物）を製造する様々な工程を示したフローチャートであり、（ｂ）は単純に凝集されたグラファイト又はＮＧＰフレーク／プレートレットの厚い（非透明）フィルム又は膜を製造する工程を示した概念図である。なお、全ての工程はグラファイト材料（例えば天然グラファイト粒子）のインターカレーション及び／又は酸化処理で始まる。
【００３５】
【図３】（ａ）はＡｇＮＷフィルムのシート抵抗であり、（ｂ）はＡｇＮＷフィルムの（５５０ｎｍの波長における）光透過率であり、（ｃ）はエレクトロスピニングタイプ微粒子化及び析出工程により調製されたグラフェンフィルムのシート抵抗であり、（ｄ）はエレクトロスピニング系エアロゾルフィルムとスピンコーティング系フィルムとの比較である。なお、全てのデータはエレクトロスピニングの工程回数に対してプロットされたものである。
【００３６】
【図４】（ａ）はＡｇＮＷフィルムのシート抵抗であり、（ｂ）はＡｇＮＷフィルムの（５５０ｎｍの波長における）光透過率であり、（ｃ）は超音波スプレイタイプ微粒子化及び析出工程により調製されたグラフェンフィルムのシート抵抗である。なお、全てのデータは超音波スプレイの工程回数に対してプロットされたものである。
【００３７】
【図５】（ａ）はＣｕＮＷ、スピンコートＣｕＮＷ−ＲＧＯ及びエレクトロスピニングエアロゾル析出ＣｕＮＷ−ＲＧＯの透過率に対するシート抵抗であり、（ｂ）はＣｕＮＷ、スピンコートＣｕＮＷ−ＲＧＯ及び超音波スプレイコートＣｕＮＷ−ＲＧＯフィルムの透過率に対するシート抵抗である。
【００３８】
【図６】（ａ）は銀ナノワイヤのＳＥＭ画像であり、（ｂ）は銀ナノワイヤ−グラフェンハイブリッドフィルムのＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の好適な実施形態は、導電ナノフィラメント（例えば金属ナノワイヤ）とグラフェン材料との混合物又はハイブリッドから構成される透明導電性フィルムを製造する超音波スプレイコーティング法である。この混合物におけるグラフェンに対するナノフィラメントの重量比は１／９９〜９９／１である。フィルムは８０％以上の光透過率及び３００Ω／□以下のシート抵抗を示す。フィルムは一般的に１μｍより厚く、度々１００ｎｍより厚く、より度々及び好ましくは１０ｎｍより厚く、さらに度々１ｎｍより厚く、０．３４ｎｍの厚さにすることができる。
【００４０】
この方法は、（ａ）第１液体中に（２００ｎｍ未満の直径を有する）第１導電ナノフィラメントを含む第１分散体のエアロゾルドロップレットを形成する工程と、（ｂ）第２液体中にグラフェン材料を含む第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレットを形成する工程と、（ｃ）両タイプのエアロゾルドロップレットを支持基材上に析出する工程と、（ｄ）析出の間又はその後、前記ドロップレットから前記第１液体及び前記第２液体を除去し、フィルムを形成する工程とを備える。得られた生成物は、第１導電ナノフィラメント及びグラフェン材料から構成され、グラフェン材料に対する第１導電ナノフィラメントの重量比が１／９９〜９９／１であるハイブリッドフィルムである。
【００４１】
工程（ａ）又は工程（ｂ）のいずれかは、エアロゾルドロップレットを形成するために超音波スプレイ装置の操作を含む。好ましくは、工程（ａ）及び工程（ｂ）の両者が、エアロゾルドロップレットを形成するために超音波スプレイ装置の操作を含む。超音波スプレイ装置は、一般的に分散体又は溶液を収容する液体チャンバ−と、電気活性された際に、ノズルから懸濁液を送り出す機械的パルスを発生し、小さなエアロゾルドロップレットを形成する圧電変換器とを備える。エアロゾルドロップレットは、制御可能な様式により所望の速度で所望の方向に沿って進むように前進される。
【００４２】
第１導電ナノフィラメントは、２００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満、さらに好ましくは５０ｎｍ未満、最も好ましくは２０ｎｍ未満のサイズ（直径又は厚さ）を有してもよい。広く一連の導電ナノフィラメントは、例えば金属ナノワイヤ、金属ナノロッド、金属ナノチューブ、金属酸化物フィラメント、金属コートフィラメント（例えばＡｇコートポリマーファイバ又はＣｕコートカーボンファイバ）、導電ポリマーファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド又はこれらの組み合わせを含むハイブリッドフィルム内に混合されてもよい。金属ナノワイヤは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金又はこれらの組み合わせのナノワイヤから選択されてもよい。金属ナノワイヤは、遷移金属又は遷移金属の合金のナノワイヤから選択されてもよい。銀ナノワイヤ（例えば図６（ａ））及び銅ナノワイヤは、本発明のハイブリッドフィルム（例えば図６（ｂ））に用いるのに特に好適な金属ナノワイヤである。
【００４３】
グラフェン材料は、純粋なグラフェン、グラフェン酸化物、還元されたグラフェン酸化物、水素化グラフェン、窒化グラフェン、ドープされたグラフェン、化学的機能化グラフェン又はこれらの組み合わせの単層又は数層の変異体から選択されてもよく、この数層は１０面未満の六角形炭素原子を有すると定義される。グラフェン材料は、単層又は１〜５面の六角形炭素原子を有する数層の純粋なグラフェンであることが好ましい。
【００４４】
この方法は、ナノフィラメント分散体及びグラフェン分散体（又は溶液）の別々の又は組み合わせの調製から始まる。銀ナノワイヤ（ＡｇＮＷ）及び銅ナノワイヤ（ＣｕＮＷ）のようなナノフィラメントは、分散剤（例えば界面活性剤）の支援により又はなしで、液状媒体（溶媒又は水）中に既に分散されている。ここでは、得られた懸濁液又は分散体は、第１導電ナノフィラメントを含む第１分散体とみなされる。
【００４５】
様々なタイプのグラフェン材料は、溶媒中に既に分散又は溶解されており、例えばＮＭＰ中に溶解された純粋なグラフェン及び水中のグラフェン酸化物である。純粋なグラフェン（非炭素元素がほとんど又は全く含まず、酸化又はインターカレーション処理に曝されることのない）も必要に応じて好適な界面活性剤の存在下で水中に分散される。ここでは、全ての場合において、得られた生成物は第２液体中にグラフェン材料を含む第２分散体又は溶液とみなされる。
【００４６】
また、導電ナノフィラメント及びグラフェン材料は同様な液状流体中に分散され、混合物分散体又はハイブリッド懸濁液を形成する。次いで、第１分散体、第２分散体及び混合物分散体は微粒子化又はエアロゾル化され、「第１分散体のエアロゾルドロップレット」（又は単に「第１エアロゾルドロップレット」）、「第２分散体又は溶液のエアロゾルドロップレット」（又は単に「第２エアロゾルドロップレット」）及びハイブリッドエアロゾルドロップレットをそれぞれ形成する。
【００４７】
エアロゾルドロップレットは、シリンジ系微粒子化、圧縮空気駆動微粒子化、静電駆動微粒子化、エレクトロスピニング微粒子化、（例えば超音波スプレイノズルを用いた）音波駆動微粒子化又はこれらの組み合わせを含む広く一連の微粒子化工程を用いて作製される。本出願は、透明導電性フィルムの超音波スプレイコーティングに向けられているが、以下に他のタイプの微粒子化工程を簡単に記載する。
【００４８】
図１（ａ）はシリンジ系微粒子化及びスプレイシステムの一例を提供する。高電圧源８０，８２に電気的に接続された分注針６４，６６をそれぞれ有する２つのシリンジ６０，６２がある。２つのシリンジ６０，６２は第１分散体（第１溶液中の導電ナノフィラメント及び任意のフィラー又は変性剤）及び第２分散体（第２溶液中のグラフェン）をそれぞれ含む。例えば高電圧源８０のスイッチが入ると、第１分散体は分注針６４のノズルを通して微粒子化され、第１分散体のエアロゾルドロップレット６８が形成される。エアロゾルドロップレット６８は、分注針６４と対向電極７８との間に設けられた強電場の影響下で支持基材７２に向かって前進される。エアロゾルドロップレットは支持基材の表面上に衝突し、ドロップレット衝突の間又は後に除去される第１液状媒体とともにナノフィラメントがその上に析出され、導電ナノフィラメントの集合体を形成する。支持基材７２（例えばポリエチレンテレフタレート又はＰＥＴフィルム）は、フィーダーローラー７４から対向電極７８近傍の分散ゾーンに断続的又は連続的に送り込まれ、次いでコレクターローラー７６上に巻き上げられる。このような形態は非常に計測可能なロールツーロール操作を構成する。
【００４９】
同様な様式において、第２分散体は分散ノズル６６を通してエアロゾル化又は微粒子化され、支持基材に向かって進むように駆動される第２分散体（第２液状媒体中のグラフェン）のエアロゾルドロップレット７０を形成する。エアロゾルドロップレット７０の配置及び速度は調製され、グラフェン材料が支持基材上に析出され、僅かに早くその上に析出されたナノフィラメント集合体を適切に被覆することを確実にする。
【００５０】
一実施形態においては、シリンジ６０が導電ナノフィラメントの前駆体として導電ポリマー（例えばポリアニリン）を含む場合には、第１分散体エアロゾルドロップレット６８はエレクトロスピンされたポリマーナノファイバを含む。このエアロゾル形成工程は本質的にエレクトロスピニング系微粒子化である。ポリマーエレクトロスピニングを含まない他の実施形態としては、このエアロゾル形成工程は本質的に静電駆動微粒子化である。エレクトロスピニング又は静電駆動微粒子化はシリンジタイプ分散保持装置を使用する必要がない。一例としては、シリンジタイプ装置はディスペンサーとして作用し、微粒子化ノズル内の圧縮空気により微粒子化される分散体の制御された流速を供給する。
【００５１】
図１（ｂ）は超音波スプレイ系コーティングシステムの一例を提供する。圧電変換器２０４，２０６により駆動された分散ノズル２０８，２１０をそれぞれ有する２つの超音波スプレイヘッド２００，２０２がある。スプレイヘッド２００，２０２は第１分散体（第１液状媒体中の導電ナノフィラメント）及び第２分散体（第２液体中のグラフェン）をそれぞれ含む。例えば変換器２０４のスイッチが入ると、第１分散体はノズル２０８を通してエアロゾル化され、第１分散体のエアロゾルドロップレット２１２を形成する。エアロゾルドロップレット２１２は支持基材２１６に向かって前進される。エアロゾルドロップレットは支持基材の表面上に衝突し、ドロップレット衝突の間又は後に除去される第１液状媒体とともにナノフィラメントがその上に析出され、導電ナノフィラメントの集合体を形成する。支持基材２１６（例えばポリエチレンテレフタレート又はＰＥＴフィルム）は、フィーダーローラー７４から加熱エレメント２１８近傍の分散ゾーンに断続的又は連続的に送り込まれ、次いでコレクターローラー７６上に巻き上げられる。このような形態は非常に計測可能なロールツーロール操作を構成する。
【００５２】
同様な様式において、変換器２０６が作動されると、第２分散体は分散ノズル２１０を通してエアロゾル化又は微粒子化され、支持基材２１６に向かって進むように駆動される第２分散体（第２液状媒体中のグラフェン）のエアロゾルドロップレット２１４を形成する。エアロゾルドロップレット２１４の配置及び速度は調製され、グラフェン材料が支持基材上に析出され、僅かに早くその上に析出されたナノフィラメント集合体を適切に被覆することを確実にする。
【００５３】
グラフェンは、六方格子に配置され、炭素原子１つ分の厚さを有する炭素原子のシートを意味する。この炭素原子の単離された個々の面は通常単層グラフェンとみなされる。ワンデルワールス力による厚さ方向に結合され、０．３３５４ｎｍのグラフェン面間距離を有する複数のグラフェン面の積層体は、通常多層グラフェンとみなされる。多層グラフェンプレートレットは３００層までのグラフェン面を有する（厚さ１００ｎｍ未満）。プレートレットは５〜１０層までのグラフェン面を有する場合には、多層グラフェンプレートレットは科学社会における「数層のグラフェン」とみなされる。単層グラフェン及び多層グラフェンシートは全体として「ナノグラフェンプレートレット」（ＮＧＰ）と呼ばれる。グラフェンシート／プレートレット又はＮＧＰは、０−Ｄフラーレン、１−ＤＣＮＴ及び３−Ｄグラファイト特別される新たなクラスのカーボンナノ材料（２−Ｄナノカーボン）である。
【００５４】
本出願においては、ＮＧＰ又はグラフェン材料は、単層及び多層の純粋なグラフェン、グラフェン酸化物、異なる酸素含有量を有する還元されたグラフェン酸化物、水素化グラフェン、窒化グラフェン、ドープされたグラフェン又は化学的機能化グラフェンの個々のシート又はプレートレットを含む。純粋なグラフェンは本質的に酸素及び水素を含まない。グラフェン酸化物（ＧＯ）は酸素を０．０１〜４６重量％含み、還元されたグラフェン酸化物（ＲＧＯ）は酸素を０．０１〜２．０重量％含む。言い換えると、ＲＧＯは、酸素含有率が低いが０ではないＧＯの１タイプである。また、ＧＯ及びＲＧＯの両者は、高比率の端部及び表面配置化学基、空孔、酸化トラップ及び他の欠損を含み、ＧＯとＲＧＯの両者は酸素及び他の非炭素元素、例えば水素を含む。これに対し、純粋なグラフェンシートはグラフェン面上に実質的に欠損が無く、酸素を含まない。したがって、ＧＯ及びＲＧＯは通常科学社会において純粋なグラフェンとは根本的に異なり、区別される２−Ｄナノ材料のクラスとみなされる。
【００５５】
グラフェン材料は、図２（ａ）（工程フローチャート）及び図２（ｂ）（概念図）に示されているように、通常強酸及び／又は酸化剤により天然グラファイト粒子をインターカレートすることにより得られ、グラファイト層間化合物（ＧＩＣ）又はグラファイト酸化物（ＧＯ）が得られる。グラフェン面間の間隙における化学種又は官能基の存在は、グラフェン間距離（ｄ００２、Ｘ線回折により測定された）を増大するように作用し、これにより、結晶学的ｃ軸方向に沿ってグラフェン面を別の方法により保持するワンデルワールス力を顕著に低減する。ＧＩＣ及びＧＯは、しばしば硫酸、硝酸（酸化剤）及び他の酸化剤（例えば過マンガン酸カリウム又は過塩素酸ナトリウム）の混合物中において天然グラファイト粉末（図２（ａ）における２０及び図２（ｂ）における１００）を含浸することにより製造される。得られたＧＩＣ（２２又は１０２）は実際はいくつかのタイプのグラファイト酸化物（ＧＯ）粒子である。グラファイト粒子の強酸化は「ＧＯゲル」２１と呼ばれるゲル様状態を形成する。次いで、ＧＩＣ２２を繰り返し水で洗浄及びすすいで過剰な酸を除去し、水に分散された視認可能な個々のグラファイト酸化物を含むグラファイト酸化物懸濁液又は分散体を得る。このすすぎ工程の後に続く２つの工程経路がある。
【００５６】
経路１は、本質的に多くの乾燥されたＧＩＣ又は乾燥されたグラファイト酸化物粒子である「膨張可能なグラファイト」を得るために、グラファイト酸化物懸濁液からの水の除去を含む。一般的に約３０秒〜２分間で８００〜１，０５０℃の範囲の温度に膨張可能なグラファイトを曝すことにより、ＧＩＣは３０〜３００倍に急速に膨張され、それぞれ剥離されたものの集合体であるが、相互接続され続ける大きな分離されていないグラファイトフレークである「グラファイトワーム」（２４又は１０４）を形成する。
【００５７】
経路１Ａにおいては、これらのグラファイトワーム（剥離されたグラファイト又は相互接続された／分離されていないグラファイトフレークの「ネットワーク」）が再圧縮され、一般的に０．１ｍｍ（１００μｍ）〜０．５ｍｍ（５００μｍ）の範囲の厚さを有する柔軟なグラファイトシート又は箔（２６又は１０６）が得られる。また、１００ｎｍより厚い（そのため、定義的にはナノ材料ではない）グラファイトフレーク又はプレートレットをほとんど含む、いわゆる「膨張グラファイトフレーク」（４９又は１０８）を製造するために、グラファイトワームを単純に分解する低強度空気攪拌又は剪断装置の使用を選択してもよい。
【００５８】
剥離グラファイトワーム、膨張グラファイトフレーク及び再圧縮された多くのグラファイトワーム（通常柔軟なグラファイトシート又は柔軟なグラファイト箔とみなされる）は、１−Ｄナノカーボン材料（ＣＮＴ又はＣＮＦ）又は２−Ｄナノカーボン材料（グラフェンシート又はプレートレット、ＮＧＰ）のいずれとも根本的に異なり、明確に区別される全ての３−Ｄグラファイト材料である。柔軟なグラファイト（ＦＧ）箔は、完全に不透明であり、透明電極として使用できない。
【００５９】
経路１Ｂにおいては、剥離グラファイトは、特許文献５に記載されているように、（例えば超音波照射装置、高剪断ミキサー、高強度エアジェットミル又は高エネルギーボールミルを用いて）高強度機械的剪断を行い、分離された単層及び多層グラフェンシート（全体としてＮＧＰと呼ばれる、３３又は１１２）を形成する。単層グラフェンは０．３４ｎｍの厚さを有し、多層グラフェンは１００ｎｍまでの厚さを有する。本出願においては、多層ＮＧＰの厚さは一般的に２０ｎｍ未満である。（まだ酸素を含む）ＮＧＰは液状媒体中に分散され、ＧＯ薄フィルム３４に鋳込成形される。
【００６０】
経路２は、グラファイト酸化物粒子から個々のグラフェン酸化物シートを分離／単離するためには、グラファイト酸化物懸濁液の超音波処理を必要とする。これは、グラフェン面間距離が天然グラファイトにおける０．３３５４ｎｍから高酸化グラファイト酸化物における０．６〜１．１ｎｍまで増加し、隣接面を保持するワンデルワールス力が著しく低減されるという考えに基づいている。超音波出力は、さらにグラフェン面シートを分離し、分離され、単離され又は個々のグラフェン酸化物（ＧＯ）を形成するのに十分である。次いで、これらのグラフェン酸化物シートは、ヒドラジンのような還元剤を用いた激しい化学的還元により化学的又は熱的に還元され、一般的に０．０１〜２．０重量％、より一般的に０．０１〜５重量％、さらに０．０１〜２．０重量％の酸素含有量を有する「還元グラフェン酸化物」（ＲＧＯ）が得られる。科学社会においては、化学的に処理されたグラフェン系透明導電性電極は、（ＣＤＶ析出とは対照的な）この様式により生成されたＲＧＯを意味する。
【００６１】
典型的な従来技術の工程においては、これらのグラファイトワームの分解を助けるために、グラファイトのインターカレーション及び酸化の後（すなわち第１膨張の後）、より一般的には得られるＧＩＣの熱衝撃露出の後（すなわち第２膨張又は剥離の後）に、超音波処理が用いられることをさらに強調することは重要である。インターカレーション後及び／又は剥離後のフレークの間には既に多くの大きな空間がある（したがって、超音波によりフレークを容易に分離することができる）。この超音波処理は、グラフェン間距離を０．３４ｎｍ未満で残し、ワンデルワールス力を強く残すこれらのインターカーレーションされていない／酸化されていない層の分離が可能であると分からなかった。
【００６２】
出願人の研究グループは、驚いたことには、適切な条件（例えば特定のタイプの界面活性剤の補助下での超音波周波数及び強度）下で超音波処理を用いて、化学的インターカーレーション又は酸化を行うことなく、グラファイトから極めて薄いグラフェンを直接生成するを可能としたのは世界初であった。本発明は特許文献７で報告した。この「直接超音波処理」工程は、単層及び数層の純粋なグラフェンシートの両方を作成することが可能である。この革新的工程は、分散剤又は界面活性剤を含む液状媒体（例えば水、アルコール又はアセトン）中に純粋なグラファイト粉末粒子２０を単に分散し、懸濁液を得る工程を含む。懸濁液は一般に０〜１００℃の温度で１０〜１２０分間の超音波処理を施され、液状媒体中に極めて薄いグラフェンシートが懸濁される。得られた懸濁液は鋳込成形され、純粋なグラフェンフィルム３８が形成される。化学的インターカレーション又は酸化は必要とされない。グラファイト材料はいずれの不快な化学物質にも曝されることはない。この工程は、膨張、剥離及び分離を一工程に組み合わせている。したがって、この単純な素晴らしい方法はグラファイトを高温度又は化学的酸化環境に曝す必要性を除去する。乾燥によって得られたＮＧＰは酸素及び表面欠損を有さない本質的に純粋なグラフェンである。これらの単層又は多層の純粋なグラフェンシートは電気的にも熱的にも全て高伝導性である。
【００６３】
化学的還元剤（例えばヒドラジン又は水素化ホウ素ナトリウム）は、ＧＯを「還元されたグラフェン酸化物」（ＲＧＯ）に還元するために用いられる。液体の除去により得られた生成物はＲＧＯ粉末である。また、ＧＯ溶液は、部分的に還元されたＧＯを沈殿させるために、長時間（例えば１時間超）沸騰されてもよい。液状成分を除去することにより、さらに熱処理されて完全に還元されたＲＧＯを生成する、部分的に還元されたＧＯが得られる。いずれかのアプローチにより生成されたＲＧＯ粉末は界面活性剤又は分散剤の助けをうけて溶媒中に再分散され、ＲＧＯフィルムを鋳込成形又はスピンコーティングするための懸濁液を調製する。最初のうちは、これらの通常認められる鋳込成形又はスピンコーティング工程は、我々が薄いＲＧＯフィルム又はＲＧＯ保護金属ナノワイヤフィルムを調製するために用いたものであった。溶媒中に分散又は溶解された純粋なグラフェンは、鋳込成形又はスピンコーティングにより薄フィルムにも形成される。しかしながら、鋳込成形又はスピンコーティングを用いたこの様式により生成されたフィルムのシート抵抗及び光透明性は満足されなかった。
【００６４】
次いで、我々は、異なるアプローチを試みることを決めた。スピンコーティング又は鋳込成形を用いる代わりに、我々は、エアロゾルドロップレットを生成し、透明基材上にエアロゾルドロップレットを進め、析出し、これにより、導電ナノフィラメントを基材上に析出しつつ互いに衝突させた。この方法は、グラフェンシートを以前に又は同時に析出されたナノフィラメントの集合体に衝突させ、この保護体を保護する。このような戦略は、驚いたことには、所望のレベルの光透過率において低シート抵抗を有する。この戦略は、表面形状が平滑であり、改良された構造的強度及び支持基材（例えばＰＥＴフィルム）への良好な接着性を示す薄フィルムももたらす。後者は、層剥離の兆候を示すことなく、コートフィルムの多くの折り曲げ変形として反映される。
【００６５】
金属ナノワイヤを製造するために用いられるテンプレートあり又はなしの多くの工程があり、これらは公知技術である。金属ナノワイヤを製造する幅広く用いられるアプローチは、ネガティブ、ポジティブ及び表面ステップテンプレートを含む様々なテンプレートの使用に基づくものである。ネガティブテンプレート方法は、テンプレートとして固体材料の組立式の円柱状ナノポアを用いる。金属をナノポア状に析出することにより、ナノポアの直径により予め決められた直径を有するナノワイヤが製造される。
【００６６】
ポジティブテンプレート方法は、テンプレートとしてＤＮＡ及びカーボンナノチューブのようなワイヤ様ナノ構造を用い、ナノワイヤは、テンプレートの外表面上に形成される。ネガティブテンプレートとは異なり、ナノワイヤの直径はテンプレートサイズによって規定されず、テンプレート上に析出された材料の量を調整することにより制御可能である。析出後にテンプレートを除去することにより、ワイヤ状及び筒状構造が形成される。
【００６７】
結晶表面上の原始スケールのステップエッジは、金属ナノワイヤを成長させるテンプレートとして用いられる。この方法は、表面上の多くの材料の析出が表面ステップエッジのような欠損部位でしばしば優先的に開始すること利用している。この理由のために、本方法は時々「ステップエッジデコレーション」と呼ばれる。例示として、いくつかの研究グループは物理的真空蒸着（ＰＶＤ）法を用いて近隣の単結晶表面上に金属ナノワイヤを調製している。他の例では、制御された「幅」及びワイヤ距離を有する１〜２原子分の層厚さの金属ナノワイヤが製造されている。
【００６８】
本発明を実施するにあたって多くのタイプの金属ナノワイヤを用いることができる。金属の例には、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）及びこれらの合金が含まれる。しかしながら、Ａｇ及びＣｕナノワイヤは最も好適な選択である。スプレイ塗装、ドロップ鋳込成形、スピンコーティング、減圧濾過及びディップコーティングを含む様々な従来の析出方法を用いて、様々なグラフェン、金属ナノワイヤ、グラフェン／金属ナノワイヤ及び他のグラフェン／ナノワイヤハイブリッドのフィルムを懸濁液又はインクから析出してもよい。しかしながら、本発明のエアロゾルドロップレット系アプローチは、最高に効果的及び確実であることが分かった。
【００６９】
従来のスプレイ塗装工程においては、加熱又は非加熱基材上に溶液又は懸濁液をスプレイ塗装する。可溶化剤又は界面活性剤を除去するために、スプレイ工程の間に基材を洗浄してもよい。スプレイ溶液又は懸濁液はいずれの濃度であってもよい。析出種（金属ナノワイヤ、ＣＮＴ及び／又はＧＯ）の接着性を補助するために、基材表面を機能化してもよい。異なる量の析出種を得るために、スプレイ速度及びスプレイ工程の回数を変更してもよい。
【００７０】
ドロップ鋳込成形工程においては、少しの間、溶液／懸濁液／インクのドロップを基材上に配置することができる。析出種の接着性を向上するために、基材を機能化してもよい。グラフェンを有する基材は適切な溶媒により洗浄してもよい。
【００７１】
また、同時に界面活性剤を除去するために、適切な溶媒とともに懸濁液をスピンコートすることができる。 
【００７２】
ディップコーティングにおいては、少しの間、支持基材を懸濁液中に浸すことができる。これにより、ＲＧＯ又はＲＧＯ／ナノワイヤハイブリッドのフィルムを形成してもよい。
【００７３】
プリンティング工程においては、スタンプ手段によりフィルムを特定の基材から別の基材に移動させてもよい。スタンプはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製であってもよい。移動は（１００℃までの）穏やかな加熱及び圧力により促進される。
【００７４】
減圧濾過工程においては、真空ポンプの補助により多孔膜を通して懸濁液／インクを濾過する。濾過膜上において、ＲＧＯ又はＲＧＯ−ナノワイヤハイブリッドのフィルムを析出する。界面活性剤、機能化剤又は望ましくない不純物を除去するために、液状媒体を濾過しつつフィルムを洗浄できる。
【００７５】
我々の研究データは、導電性ナノフィラメント及びハイブリッド材料を含むハイブリッドフィルムを製造するこれらの工程に比べて、エアロゾル系工程が最高の結果を生じることを示している。
【実施例】
【００７６】
以下の実施例は、本発明の最良の実施形態を提供するのに役に立つものであり、発明の趣旨を限定するものとみなすべきではない。
【００７７】
実施例１：低表面張力媒体における天然グラファイト由来の純粋なグラフェンの直接超音波製造 
実施例として、粒径約２０μｍ以下の天然グラファイト５ｇをｎ−ヘプタン１，０００ｍＬ中に分散し、グラファイト懸濁液を調製した。続く超音波処理中に０〜５℃の温度に保持された懸濁液中に超音波処理器の先端を浸した。分散されたグラファイト粒子からグラフェン面を剥離及び分離するために、２００Ｗの超音波エネルギーレベルの（Branson社製S450 Ultrasonicator）を１．５時間用いた。ほとんどが単層グラフェンであり、いくらかは数層グラフェンである得られた純粋なグラフェンシートの平均厚さは１．１ｎｍであった。
【００７８】
実施例２：直接超音波を用いた水−界面活性剤溶媒における天然グラファイト由来の純粋なグラフェンの調製 
他の実施例として、粒径約２０μｍ以下のグラファイトフレーク５ｇを（分散剤：DuPont社製のZonyl（登録商標）FSOを０．１５重量％含む）脱イオン水１，０００ｍＬ中に分散し、懸濁液を得た。剥離、分離及び粉砕のために、１７５Ｗの超音波エネルギーレベルの（Branson社製S450 Ultrasonicator）を１．５時間用いた。薄フィルム析出用に十分な量の純粋なグラフェンを調製するために、各工程において開始グラファイト粉末５ｇ添加しつつ、この工程を数回繰り返した。
【００７９】
実施例３：超臨界流体を用いた純粋なグラフェンの調製 
天然グラファイト試料（約５ｇ）を１００ｍＬ高圧容器内に載置した。容器は、大気から容器内部を隔離可能とするセキュリティクランプ及びリングを備えている。容器は、パイピング手段により高圧二酸化炭素に流体連通され、バルブにより限定されている。二酸化炭素の臨界温度を達成及び維持するために、容器周囲に加熱ジャケットが配置されている。高圧二酸化炭素は容器内に導入され、約１，１００ｐｓｉｇ（７．５８ＭＰａ）に維持される。続いて、二酸化炭素の超臨界条件が達成され、約３時間保持され、グラフェン間に二酸化炭素を分散し得る約７０℃に容器を加熱した。次いで、容器を約３ｍＬ／秒の割合で「悲劇的なほど」急激に減圧した。これは接続された容器のブローオフバルブを開くことにより達成された。その結果、剥がれ又は剥離されたグラフェン層が形成された。この試料は平均厚さがちょうど１０ｎｍ未満の純粋なＮＧＰを含むことが分かった。
【００８０】
試料の約２／３に対して超臨界ＣＯ２インターカレーション及び減圧処理の他のサイクルを施し（すなわち上記工程を繰り返し）、平均厚さが２．１ｎｍのより厚いＮＧＰを得た。ＢＥＴ法により測定された比表面積は約４３０ｍ２／ｇであった。ＴＥＭ及びＡＦＭ試験は、この試料中に多くの単層グラフェンシートがあることを示していた。 
【００８１】
混合物を圧力容器内に密閉する前に５ｇの天然グラファイトに少量の界面活性剤（約５ｇのZonyl（登録商標）FSO）を混合した以外は、本質的に同様な超臨界ＣＯ２条件下で他の試料を調製した。得られたＮＧＰは、驚いたことには３．１ｎｍの薄い平均厚さを有していた。加圧及び減圧工程が他のサイクルで繰り返された後には、得られたＮＧＰは、ＮＧＰの大部分が単層又は２層シートであることを示す１ｎｍ未満の平均厚さを有していた。繰り返しサイクルの後のこの試料の比表面積は約９００ｍ２／ｇであった。おそらく一度分離されたグラフェンシート間のワンデルワールス力が再形成されるのを防ぐことにより、界面活性剤又は分散剤の存在がグラフェン層の分離を促進することは明らかである。
【００８２】
実施例４：グラフェン酸化物シートの作製のためのグラファイト酸化物の熱剥離及び分離
特許文献８の方法にしたがって硫酸、硝酸塩及び過マンガン酸塩を用いてグラファイトフレークを酸化することによりグラフェン酸化物を調製した。反応の完了した後に、混合物を脱イオン水に注ぎ、濾過した。５％ＨＣｌ溶液内でグラファイト酸化物を繰り返し洗浄し、硫酸イオンのほとんどを除去した。次いで、濾過物のｐＨが中性になるまで脱イオン水で試料を繰り返し洗浄した。６０℃の真空オーブン内でスラリーをスプレイ乾燥し、２４時間貯蔵した。デバイ・シェラ−Ｘ線技術により得られた積層グラファイト酸化物の層間距離を測定したところ、約０．７３ｎｍ（７．３Å）であった。
【００８３】
次に、１，０５０℃の温度に６０分間保持された管状炉内に乾燥されたグラファイト酸化物を配置した。得られた剥離グラファイトを低出力超音波（６０Ｗ）で１０分間処理することにより、グラファイトワームを分解し、グラフェン酸化物層を分離した。数バッチのグラファイト酸化物（ＧＯ）プレートレットが同一条件下で調製され、約２．４ｋｇの酸化されたＮＧＰ又はＧＯプレートレットを得た。同量のＧＯプレートレットを得、次いで、ヒドラジンによる１４０℃で２４時間の化学的還元を行った。ＧＯ／ヒドラジン分子比率は１／５〜５／１であった。得られた生成物は様々に制御された酸素含有量を有するＲＧＯである。
【００８４】
実施例５：エアロゾルドープレット法及び従来のスピンコーティング法を用いた銀ナノワイヤ（ＡｇＮＷ）、ＲＧＯ及びＡｇＮＷ／ＲＧＯ由来の薄フィルムの調製
銀ナノワイヤは、２５ｍｇ／ｍｌの濃度のイソプロピルアルコール中の懸濁液としてSeashell Technologies社（米国カリフォルニア州La Jolla）から購入した。少量の分散体をイソプロピルアルコールで約２５ｍｇ／ｍｌまで希釈した。これをソニック槽中で３０分間超音波処理した。次いで、エレクトロスピニング装置を用いてこの懸濁液をエアロゾル形成し、得られたエアロゾルドロップレットは、様々な速度でポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材の表面への衝突を推進した。一般的なドロップレット衝突速度は１ｍｍ／秒〜１００ｃｍ／秒である。第１実験においては、用いられたグラフェン材料は純粋なグラフェン及び還元されたグラフェン酸化物（ＲＧＯ）であった。
【００８５】
Taiwan Textile Research Institute（ＴＴＲＩ）により調製された銀ナノワイヤを用いて他の実験を行った。超音波スプレイコーティング工程を用いてＡｇＮＷ、ＲＧＯ及びＡｇＮＷ−ＲＧＯハイブリッドフィルムを形成した。
【００８６】
比較のため、ＰＥＴ基材上におけるスピンコーティングＡｇＮＷ分散により追加的なＡｇＮＷフィルムを調製した。ＰＥＴ基材上のＡｇＮＷフィルムの調製のために、我々はＵＶ／オゾンにより基材を処理し、ＡｇＮＷスピンコーティング用の親水性表面を作製した。次いで、ＡｇＮＷ分散を基材上にスピンコーティングし、１２０℃で５時間乾燥した。２５０から２，０００ｒｐｍまでスピンコーティング速度を変更することにより数枚のＡｇＮＷフィルムを調製し、ＡｇＮＷフィルムの光学的及び電気的特性に対するスピンコーティング速度の影響について研究した。ＡｇＮＷ−ＲＧＯ及びＡｇＮＷ−純粋なグラフェンハイブリッドの透明電極フィルムも同様に調製した。別途に、ＲＧＯ又は純粋なグラフェンをＡｇＮＷフィルム上にコーティングすることによりＡｇＮＷ−グラフェンハイブリッド透明電極フィルムを調製した。
【００８７】
ＡｇＮＷ、ＡｇＮＷ−ＲＧＯ及びＡｇＮＷ−純粋なグラフェンフィルムの光透過率を測定するためにＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲを用いた。非接触Ｒｓ測定装置によりシート抵抗を測定した。エレクトロスピニング系微粒子化を用いて異なる材料及び条件により調製された薄フィルムのシート抵抗及び光透過性データは図３の（ａ）〜（ｄ）に要約されている。超音波スプレイコーティング系微粒子化を用いて異なる材料及び条件により調製された薄フィルムのシート抵抗及び光透過性データは図４の（ａ）〜（ｃ）に要約されている。いくつかの重要な所見はこれらの図からなされた。
【００８８】
（Ａ）図３（ｄ）は、エレクトロスピニング系微粒子化経路により調製されたＡｇＮＷ−ＲＧＯフィルムがスピンコーティングにより調製された対応するＡｇＮＷ−ＲＧＯフィルムよりも高透明率及び／又は低シート抵抗について顕著に優れていることを示している。
【００８９】
（Ｂ）１〜３回のエレクトロスピニング工程により得られたＡｇＮＷの集合体においては、光透過率は９０％超を達成しているが、シート抵抗はそれぞれ９９８、１１２３及び１２４５Ω／□であった。これらのＡｇＮＷ集合体上に純粋なグラフェン溶液を２回スプレイすることにより、シート抵抗はそれぞれ８９、９９及び１２７Ω／□に低減した。驚いたことには、同じ２回のスプレイ工程による純粋なグラフェンフィルムは、図３（ｃ）に示されているように、７．２ｋΩ／□（７，２００Ω／□）のシート抵抗を示したとしても、これらの低抵抗値が達成された。明らかに、エアロゾル析出ＡｇＮＷとエアロゾル析出純粋なグラフェンとの間には意外な相乗効果がある。これらの値はドープされないＣＶＤグラフェン又はＣＶＤグラフェン−ＡｇＮＷフィルムの値よりも優れている。これらの優れた組み合わせ性能は、計測可能で、費用対効果が高く、退屈ではなく、真空装置を用いない工程により達成される。
【００９０】
ハイブリッドＡｇＮＷ／グラフェンフィルムを形成するために超音波スプレイコーティングを用いた意外な相乗効果は図４（ａ）〜（ｃ）及び表１の下部においても観測される。表１及び図４（ａ）における６７．２Ω／□のシート抵抗は、２０回の超音波スプレイ工程を繰り返した後のＡｇＮＷ集合体のフィルムのものである。シート抵抗は、２回のＲＧＯスプレイ工程により６７．２Ω／□から４２．４Ω／□に、さらに、４回及び８回の工程によりそれぞれ３７．２Ω／□及び３５．３Ω／□に低減される（表１）。図３（ｃ）に示されたように６〜２０回の超音波スプレイ工程後のＲＧＯフィルムは２６ｋΩ／□超（２６，０００Ω／□超）のシート抵抗を示すため、これは全体的に意外である。 
【００９１】
【表１】
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【００９２】
（Ｃ）ハイエンドＩＴＯガラスの値に匹敵する５２〜５８Ω／□（エレクトロスピニング系エアロゾルドープレット法）及び３５．３〜４２．４Ω／□（超音波スプレイ系エアロゾルドープレット法）のシート抵抗値が得られている。驚くことには、８６％超の光透過率でこれらの低シート抵抗値が達成された。
【００９３】
実施例６：銅ナノワイヤ（ＣｕＮＷ）フィルム、純粋なグラフェンフィルム及びＣｕＮＷ／純粋なグラフェンフィルム 
ある好適なアプローチにおいては、ＣｕＮＷの調製は、ヘキサデシルアミン（ＨＡＤ）及び臭化セチルトリアモニウム（ＣＴＡＢ）の液状微結晶媒体内のＣｕナノワイヤの自己触媒成長による。まず、ＨＤＡ及びＣＴＡＢを高温で混合し、液状微結晶媒体を形成した。前駆体：銅アセチルアセトネート［Ｃｕ（ａｃａｃ）２］の添加により、優れた分散性を有する長いナノワイヤは、触媒Ｐｔ表面が存在する媒体内で自発的に形成される。
【００９４】
具体的には、溶液工程が続き、銅ナノワイヤ（ＣｕＮＷ）を調製した。実施例として、ＨＡＤ８ｇとＣＴＡＢ０．５ｇを１８０℃のガラス瓶内で溶解した。次いで、銅アセチルアセトネート２００ｍｇを添加し、１０分間磁気的に攪拌した。その後、白金を１０ｎｍ未満で蒸着させたシリコンウェーハー（０．５ｃｍ２）を瓶内に配置した。次いで、混合物を１８０℃で１０時間保持し、底に沈殿された赤みがかかった綿のようなシートを形成した。トルエンで数回すすいだ後、ナノワイヤをトルエン中に異なる固形分で分散した。ガラス又はＰＥＴ表面上で懸濁液を薄フィルム状に別々に鋳込成形した。次いで、ガラス又はＰＥＴ基材上に支持されたいくつかのＣｕＮＷフィルムを、エアロゾルドープレット法（エレクトロスピニング及び超音波スプレイコーティング）及び従来のスピンコーティングを用いてＲＧＯフィルム又は純粋なグラフェンフィルムのいずれかとともに析出した。
【００９５】
これらのフィルムのシート抵抗及び光透過率データは図５（ａ）及び（ｂ）に要約されている。いくつかの顕著な所見はこのチャート由来のデータを試験することによりなされる。
（Ａ）エレクトロスピニング系エアロゾルドープレットにより調製されたＣｕＮＷ−ＲＧＯフィルムは従来のスピンコーティングにより調製された対応するＣｕＮＷ−ＲＧＯよりも高透明率及び／又は低シート抵抗について顕著に優れている。
（Ｂ）エアロゾル析出ハイブリッドＣｕＮＷ−ＲＧＯフィルムにおいては、９３％及び９１％の透過率でそれぞれ１５４及び１１３Ω／□のシート抵抗を達成した。これらの値はかつて報告された全てのＣｕＮＷ系電極の値よりも優れている。これらの優れた組み合わせ性能は、計測可能で、費用対効果が高く、退屈ではなく、真空装置を用いない工程により達成される。
（Ｃ）ＩＴＯガラスの値に匹敵する６７及び４８Ω／□のシート抵抗値が得られている。驚いたことには、これらの低シート抵抗値はそれぞれ８２％及び８４％の光透過率で達成されている。Ｃｕの導電性が銀の値より小さなオーダーであり、そのため、導電性がＣｕよりも低いグラフェンと組み合わされた場合においてさえ、このようなＣｕＮＷの低いシート抵抗は期待されないであろうことを考慮すると、これらはより印象的であり、驚くべきことである。
【００９６】
実施例７：ＣＮＴフィルム、純粋なグラフェンフィルム、ＲＧＯ尾予帯ＣＮＴ／グラフェンフィルム 
スピンコーティング及び超音波スプレイコーティングを用いて、ＣＮＴ、純粋なグラフェン、ＲＧＯ及びこれらのハイブリッドフィルムを調製した。実施例として、アーク放電されたＰ３ＳＷＣＮＴ（Carbon Solutions, Inc.社）５ｍｇとグラフェン酸化物１ｍｇを９８％ヒドラジン溶液（Sigma Aldrich社）に分散し、一日中攪拌した。全ての材料は容認されるように用いられた。攪拌の後、安定分散体を遠心分離し、ＣＮＴの束と凝集されたＲＧＯの粒子を分離した。遠心分離の後、３０分間の超音波攪拌しつつ６０℃に加熱することにより、分散体の均一性をさらに確実にした。得られたコロイドをスピンコーティング及び超音波スプレイコーティングに用いた。
【００９７】
基材としての使用においては、試薬用アセトン及びイソプロピルアルコール溶液の組み合わせによりガラス及びＰＥＴフィルムを洗浄し、ヒドラジンによる良好な濡れ性を確実にするため、酸素プラズマにより５分間前処理した。析出後、フィルムを１１５℃に加熱し、残留ヒドラジンを除去した。様々な透明導電性フィルムのシート抵抗及び透明率データは下記表２に示されている。本研究で用いられたＲＧＯシートは単層又は数層グラフェンである。超音波スプレイコーティングにより調製された組み合わせＲＧＯ−ＣＮＴを備えた薄フィルムがスピンコーティングにより調製された組み合わせＲＧＯ−ＣＮＴフィルムよりも顕著に優れていることを、これらのデータは示している。９０％以上の透過率を有する（産業要求として）ＣＮＴフィルム、ＲＧＯフィルム及び組み合わせＲＧＯ−ＣＮＴフィルムの高シート抵抗に対する長年の問題が克服される。
【００９８】
【表２】
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【００９９】
要約すると、新規で独特なクラスの透明導電性電極が開発された。驚いたことに、この新たなクラスのハイブリッド材料以下の特別な態様及び利点を提供する。
（ａ）エアロゾルドロップレット形成及び析出により調製されたグラフェンシートと組み合わされた金属ＮＷ又はカーボンナノチューブのネットワークを有する薄フィルムは、非常に高い導電性（低抵抗）及び光透過率に起因して将来有望なＩＴＯガラスの代替品である。
（ｂ）Ｃｕが銀と比べて非常に低い導電性を有する場合でさえも、驚いたことには、エアロゾル法により調製されたＣｕＮＷ−グラフェン電極は、高光透過率及び低シート抵抗の優れた組み合わせを提供する。
（ｃ）ＣＮＴが銅及び銀と比べて非常に低い導電性を有する場合でさえも、驚いたことには、エアロゾル法（例えば超音波スプレイコーティング）により調製されたＣＮＴ−純粋なグラフェン電極は、幅広い種類の電気光学装置用途に好適な高光透過率及び低シート抵抗の優れた組み合わせを提供する。
（ｄ）超音波スプレイコーティング又は他のタイプのエアロゾルドロップレット工程を用いて薄フィルムに析出された際の純粋なグラフェン（単粒、酸素不含及び水素不含）は、光透過率を損なうことなく、金属ナノワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムへの導電性の付与については、還元されたグラフェン酸化物又はＣＶＤグラフェンよりも顕著に効果的である。これは全く予想外なことである。
（ｅ）本発明の純粋なグラフェン−ＡｇＮＷフィルムは、低コスト成形方法を用いて柔軟な軽量基材上に析出することができるため、有機太陽電池（ＯＰＶ）、有機発光ダイオード及び有機光検出器のような有機光電子装置にとって特に有用である。
（ｆ）光電子薄フィルム装置の重要な態様は、光が装置の内部又は外部に連結される透明導電性電極である。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）は、高価過ぎるが、太陽電池のような用途に幅広く用いられている。さらに、ＩＴＯのような金属酸化物は、壊れやすいため、柔軟な基材上に使用に限定される。本発明は、低コスト、高柔軟性、高耐久性及び高強度であるが、同様のシート抵抗及び透過率特性を有したＩＴＯの代替品を提供する。
【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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