(57)【要約】  グラフェンを形成するための無触媒ＣＶＤ方法。この方法は、基体を反応槽内に置く工程、基体を６００℃と１１００℃の間の温度に加熱する工程、および槽内に炭素前駆体を導入して、基体の表面上にグラフェン層を形成する工程を有してなる。この方法は、グラフェンを形成するためにプラズマや金属触媒を使用しない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェンを形成する方法において、
基体を反応槽内に置く工程、
前記基体を６００℃と１１００℃の間の温度に加熱する工程、および
前記槽内に炭素前駆体を導入し、前記基体の表面上にグラフェン層を形成する工程、
を有してなり、
前記基体は金属触媒を含まず、前記槽は、前記形成する工程中にプラズマを含まない、方法。
【請求項２】
前記反応槽が、前記形成する工程中に水素ガスを含まない、請求項１記載の方法。
【請求項３】
グラフェン被覆基体において、
誘電体基体、および
前記基体の表面と直接接触して形成されたグラフェン層、
を備え、
前記基体が、ガラス、セラミックまたはガラスセラミックを含む、グラフェン被覆基体。
【請求項４】
前記基体の表面が金属触媒を含まない、請求項３記載のグラフェン被覆基体。
【請求項５】
前記グラフェン層が金属触媒を含まない、請求項３記載のグラフェン被覆基体。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１４年２月１８日に出願された米国特許出願第１４／１８２８１９号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、グラフェン薄膜を形成する方法に関し、より詳しくは、誘電体基体上にグラフェン層を直接形成するためのＣＶＤ経路に関する。
【背景技術】
【０００３】
グラフェンは、炭素の二次元同素体である。グラフェンの構造は、密に充填されたハニカムアレイに配列されたｓｐ2混成炭素原子の単一平面シートを含む。グラフェンにおける炭素−炭素結合長は約０．１４２ｎｍである。グラフェン単層の概略図が図１に示されている。
【０００４】
基本的に、グラフェンはグラファイトの単離された原子面である。２次元結晶性材料として、グラフェンは、高い固有移動度（２００，０００ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1）、ヤング率（約１，１００ＧＰａ）、破壊強さ（４２Ｎｍ-1）、破壊強度（約１２５ＧＰａ）、熱伝導率（約５０００Ｗｍ-1Ｋ-1）、表面積（２，６３０ｍ2ｇ-1）、および約９７％の光透過率を含む特有の性質を持つ。そのような顕著な性質により、グラフェンには、ナノ電子機械共振器および高性能電界効果トランジスタから、クリーンエネルギー装置、センサおよび抗菌性製品までに及ぶ幅広い潜在的な用途がある。
【０００５】
グラフェンは、最初に、高配向性熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）の機械的剥離によって単離された。今では、鉛筆で描くときなどの、グラファイトが摩耗するときはいつでも、グラフェンシートの小さい断片が生成されることが周知である。グラフェンは、炭化ケイ素などの炭素源を低圧（約１０-6トル（約０．０００１３Ｐａ））で高温（１１００℃超）に加熱して、炭素源をグラフェンに還元することによる炭素偏析により得ることもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
低コストで高品質のグラフェンを生産するための大規模合成経路がないために、その増加が実質的に妨げられている。したがって、大面積グラフェンを形成するための経済的な方法を開発することが都合よいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施の形態によれば、グラフェンを形成する方法は、基体を反応槽内に置く工程、基体を６００℃と１１００℃の間の温度に加熱する工程、槽内に炭素前駆体を導入する工程、および基体の表面上にグラフェン層を形成する工程を有してなり、基体は金属触媒を含まず、槽は、形成工程中にプラズマを含まない。
【０００８】
グラフェンで被覆された基体は、ガラス、セラミックまたはガラスセラミック基体などの誘電体基体、およびその誘電体基体の表面と直接接触して形成されたグラフェン層を備えている。
【０００９】
本開示の主題の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された本開示の主題を実施することによって認識されるであろう。
【００１０】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本開示の主題の実施の形態を提示しており、特許請求の範囲に記載された本開示の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのを理解すべきである。添付図面は、本開示の主題のさらなる理解を与えるために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。添付図面は、本開示の主題の様々な実施の形態を図示しており、説明と共に、本開示の主題の原理および作動を説明する働きをする。その上、図面および記載は、単なる説明を意味しており、特許請求の範囲をどのような様式でも制限することは意図していない。
【００１１】
本開示の特別な実施の形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号により示されている、以下の図面と共に読んだ場合、最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１つの実施の形態によるグラフェンの概略図
【図２】シリカ基体上に形成されたグラフェン層のラマンスペクトルを示すグラフ
【図３】アセチレン暴露時間に対するグラフェンの粒径をプロットしたグラフ
【図４】総アセチレン暴露に対するラマンＧ／２Ｄ強度比をプロットしたグラフ
【図５】圧力および成長時間の異なる条件下での１０００℃でシリカ（ＳｉＯ2）基体上に形成されたグラフェン層に関するラマンスペクトルを示すグラフ
【図６ａ】グラフェン層の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像
【図６ｂ】グラフェン層の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像
【図７】異なるガラス基体上に形成されたグラフェンに関するラマンスペクトルを示すグラフ
【図８】Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラスおよびシリカガラス上に形成されたグラフェンに関するラマンスペクトルを示すグラフ
【図９】実施の形態によるグラフェン層に関する波長に対する透過率をプロットしたグラフ
【図１０】異なるグラフェン層に関するファンデルパウのシート抵抗をプロットしたグラフ
【図１１】５５０ｎｍでの透過率に対するグラフェンのシート抵抗をプロットしたグラフ
【図１２】様々なガラス基体上のグラフェン層に関するホール移動度をプロットしたグラフ
【図１３】コージエライトハニカム基体上に形成されたグラフェンに関するラマンスペクトルを示すグラフ
【図１４】実施の形態によるグラフェンで被覆されたコージエライト晶子のＳＥＭ顕微鏡写真
【図１５】実施の形態によるコージエライト上に形成されたグラフェン層のＳＥＭ顕微鏡写真
【図１６】実施の形態によるコージエライト上に形成されたしわのＳＥＭ顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、いくつかが添付図面に示されている、本開示の主題の様々な実施の形態をより詳しく参照する。図面に亘り、同じまたは同様の部品を指すために、同じ参照番号が使用される。
【００１４】
誘電体基体上のグラフェンの直接ＣＶＤ成長が開示されている。その方法は、プラズマや金属触媒を用いずに行われる。実施の形態によれば、グラフェン被覆基体は、誘電体基体の表面と直接接触して形成されたグラフェン層を備えている。その基体は、ガラス、セラミックまたはガラスセラミックを含み得る。
【００１５】
従来の層転写法とは対照的に、本ＣＶＤ手法は、それより少ない工程段階しか含まず、そのため、グラフェン層またはグラフェンと基体との界面の汚染またはそれに対する損傷の可能性が最小になる。例えば、グラフェンと基体との界面に、水およびヒドロキシル基などの分子吸着質がないことがある。実施の形態において、グラフェンと基体との界面でのそのような分子吸着質の濃度は、０．５ａｔ％未満である。多孔質基体およびハニカム基体などの凹面または凸面特徴を有する基体を含む非平面基体および平面基体上に十分に接着したグラフェン層を形成するために、本ＣＶＤ方法を使用してもよい。
【００１６】
グラフェンは、実質的に、グラファイトの一原子厚の層である。グラフェン構造において、炭素原子は互いに共有結合している。図１に示されるように、複数の炭素原子が、典型的な繰り返し単位として六員環を形成するであろう。グラフェンはさらに、５員環および／または７員環を含むことがある。このように、グラフェンは、共有結合した（ｓｐ2混成）炭素原子の単層または複数層として生じる。グラフェン層の厚さは、約０．３４ｎｍ（単層）から１００ｎｍ（複数層）までに及ぶことがある。実施の形態において、グラフェン層は、１００原子層までの炭素を含むことがある。このように、単層、２層および３層のグラフェンに加え、グラフェン層は、４≦Ｎ≦１００である、Ｎ原子層の炭素から構成されることがある。
【００１７】
グラフェン層は、炭素前駆体の熱分解により形成される。例示の炭素前駆体としては、アセチレン、エチレンおよびメタンが挙げられる。アセチレンは比較的低い解離温度を有するものであり、プラズマを使用せずに、非金属触媒基体上にグラフェンを堆積させるために、これをいくつかの実験に使用した。実施の形態において、基体は、グラフェン形成を誘発するために従来使用される銅やニッケルなどの金属触媒を含まない。実施の形態において、基体上のグラフェン堆積中に、基体と物理的に接触する金属触媒はない。
【００１８】
例示のプロセスにおいて、反応槽内に基体を入れ、基体が特定の基体温度に加熱されている間に、槽内にアセチレン（または別の炭素前駆体）を特定の槽圧で導入する。その槽圧は、０．００１トルから７６０トル（約０．１３Ｐａから約１０１ｋＰａ）（例えば、０．００１、０．００２、０．００５、０．０１、０．０２、０．０５、０．１、０．２、０．５、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００または７６０トル（約０．１３、０．２６、０．６７、１．３、２．６、６．７、１３、２６、６７、１３０、２６０、６７０、１３００、２６００、６７００、１３０００、２６０００、６７０００または１０１０００Ｐａ）、先の値のいずれの間の範囲も含む）に及ぶことがあり、堆積中の基体温度は、６００℃から１１００℃（例えば、６００、７００、８００、９００、１０００または１１００℃、先の値のいずれの間の範囲も含む）に及ぶことがある。基体は、ガラス、セラミックおよびガラスセラミック材料などの誘電体基体を含んでよい。開示されたＣＶＤプロセスを使用すると、多くの異なるガラス基体上にグラフェンを直接堆積することができる。例示の基体としては、「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス、Ｃｏｎｒｉｎｇ  Ｗｉｌｌｏｗ（商標）ガラス、およびＣｏｒｎｉｎｇ  Ｌｏｔｕｓ（商標）ガラスが挙げられる。陰影およびプラズマ透過限界によるほぼ視線層成長に制限されている、ＰＥＣＶＤとは対照的に、熱ＣＶＤを使用して、基体の細孔または通路内にグラフェン層を形成することができる。
【００１９】
グラフェン層は、約５から５０ｎｍに及ぶ平均厚さおよび１０から１００ｎｍ、例えば、１５から４０ｎｍまたは２０から３０ｎｍに及ぶ平均粒径により特徴付けられるであろう。必要に応じて、ＣＶＤ堆積されたグラフェン層の平均粒径は、真空熱処理などの堆積後の熱処理を使用して、増加させることができる。堆積後の熱処理により、グラフェンの導電率および透明度の一方または両方を増加させることができる。
【実施例】
【００２０】
実施例１．シリカガラス上に形成されたグラフェン層
溶融ＳｉＯ2ガラス基体を１インチ×０．７５インチ（約２．５４ｃｍ×約１．９１ｃｍ）のサイズの試験片に切断した。個々の試験片を、最初に５ＮのＮＨ4ＯＨ中に３分間に亘り浸漬し、次いで、１８ＭΩの水とメタノールで交互に濯ぐことによって洗浄した。濯ぎ後、シリカ片を、直径１インチ（約２．５４ｃｍ）の管状炉に入れた。機械式ポンプを使用して、５×１０-2トル（約６．７Ｐａ）の基準圧力まで反応槽を排気した。基体温度を堆積温度まで上昇させ、所定の圧力でアセチレンガスを反応槽に導入した。
【００２１】
ラマン分光法を使用して、結果として得られたグラフェン層を特徴付けた。６００℃から１１００℃に及ぶ基体温度でシリカ（ＳｉＯ2）基体上に形成されたグラフェン層のラマンスペクトルが、図２に示されている。それぞれＤ、Ｇおよび２Ｄのグラフェンピークが示されている。
【００２２】
Ｇバンド（約１５８０ｃｍ-1）および２Ｄバンド（約２７００ｃｍ-1）は、グラフェンの特性である。Ｇバンドは、グラファイトｓｐ2結合からの面内共鳴による。理論により束縛する意図はないが、Ｇバンドピークの強度は、グラフェン内のグラファイト構造の量に比例する。２Ｄバンドは、二光子二重共鳴ラマンプロセスに由来し、グラフェン層のバンド構造に密接に関連する。Ｄバンドは、グラフェン層内の欠陥の量の表示を与える。
【００２３】
Ｄ／Ｇバンドの強度比から、グラフェン粒子のサイズは、式ｄ＝（２．４×１０-10）λ4／（ＩD／ＩG）から決定することができる。式中、λ＝５１４ｎｍ。様々な成長温度に関するアセチレン暴露時間に対する粒径のプロットが、図３に示されている。図３において、グラフェンの粒径は、約１７ｎｍから約２７ｎｍに及び、これらは、それぞれ、０．９９および０．６２のＤ／Ｇ比に相当する。このＤ／Ｇ比は、０．６から１．５（例えば、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４または１．５、先の値のいずれの間の範囲も含む）に及ぶことがある。
【００２４】
２Ｄバンドの強度は、グラファイト層の厚さに反比例する。単層グラフェンは、１未満のＧ／２Ｄ比により特徴付けられる。２層グラフェンは、単位元（１）のＧ／２Ｄ比により特徴付けられる。多層グラフェンは、２超のＧ／２Ｄ比により特徴付けられる。
【００２５】
図４は、様々な成長温度に関するアセチレン暴露（圧力×時間）に対するラマン強度比（Ｇ／２Ｄ）のプロットである。一般に、堆積（基体）温度が高いほど、グラフェン粒子がより平らになる。図４において、最小のＧ／２Ｄ強度比は２．１であり、グラフェンが数層の炭素しか含まないことを示している。
【００２６】
図５には、０．１から１トル（約１３から１３０Ｐａ）に及ぶ反応槽圧および３０から６０分に及ぶ成長時間に関して、１０００℃でのシリカ（ＳｉＯ2）基体上に形成されたグラフェン層のラマンスペクトルが示されている。堆積時間が増加するにつれて、Ｄバンド強度が減少し、２Ｄバンド強度が増加し、これは、より大きくより平らな粒子と一致する。堆積圧の関数として、２Ｄバンドの強度は、中程度の圧力（約０．５トル（約６７Ｐａ））で最大を示し、より低い圧力（０．１トル（約１３Ｐａ））およびより高い圧力（１トル（約１３０Ｐａ））の両方で減少する。
【００２７】
図６ａは、シリカ基体上のグラフェン層の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像である。図６ｂは、スコッチ（登録商標）テープを使用して基体から部分的に剥離したグラフェン層のＡＦＭ画像である。高さプロファイルも、図６ｂに示されている。グラフェン層は、１０００℃の基体温度で形成した。図６ａおよび６ｂに示されたデータは、図５の第２のトレースに対応する（０．５トル（約６７Ｐａ）のアセチレン；６０分）。グラフェン層の厚さは１０〜２０ｎｍである。
【００２８】
実施例２．異なるガラス基体上に形成されたグラフェン層
表１に示された組成を有する、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯおよびＣａＯを含有する高温ガラス（ＡＲＶガラス）をガラスフリットに粉砕し、ペレットに圧縮した。ペレットを２時間に亘り１０００℃で焼成し、グラフェンの直接成長のための基体として使用した。ＡＲＶガラス上に形成したグラフェン層を、同じ条件で、ＳｉＯ2ガラス、比較のＮｉ被覆ＳｉＯ2ガラス、および比較のＮｉ含有ガラス（ＡＸＺガラス）基体上に成長したグラフェンと比べた。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
１時間に亘る０．５トル（約６７Ｐａ）のアセチレン中１０００℃で、触媒基体上に形成された比較のグラフェン層および非触媒基体上に形成された本発明のグラフェン層のラマンスペクトルが、図７に示されている。基体は、（ａ）ニッケル被覆シリカガラス、（ｂ）ニッケル含有ガラス（ＡＺＸ）、（ｃ）シリカガラス、および（ｄ）無ニッケルガラス（ＡＲＶ）である。ニッケル被覆シリカガラスおよびニッケル含有ガラス上に形成されたグラフェン層は、比較用である。堆積表面上の薄層としてか、またはガラス組成物中に含まれたかのいずれのＮｉの存在も、グラフェン粒径を増加させ（より低い強度のＤバンド）、粒子形状を平らにした（より高い強度の２Ｄバンド）。ＡＲＶガラス上に形成されたグラフェン層の品質は、ＳｉＯ2ガラス上に形成されたグラフェンの品質と似ていた。
【００３１】
図８は、Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス基体上およびシリカガラス基体上に、１時間に亘る１０トル（約１３００Ｐａ）のアセチレン中の７００℃でのＣＶＤにより堆積されたグラフェン層に関する同様のラマンスペクトルを示している。
【００３２】
実施例３．グラフェンの電気的および光学的性質
５、１２および３０分の成長時間に亘る０．５トル（約６７Ｐａ）の反応槽圧を使用した、１１００℃でのシリカ（ＳｉＯ2）基体上のアセチレンＣＶＤにより形成されたグラフェン層に関する透過率スペクトルが、図９に示されている。５５０ｎｍで、成長時間およびしたがって層厚が増加するにつれて、透過率は、それぞれ、９４．４６％から７５．６９％から６３．５８％へと減少する。様々な成長時間について０．５トル（約６７Ｐａ）の反応槽圧を使用した、１１００℃でのアセチレンＣＶＤにより形成されたグラフェン層に関するファンデルパウのシート抵抗データが、図１０にプロットされている。図１１は、５５０ｎｍでの透過率に対するシート抵抗のプロットである。このデータは、９００〜１１００℃で堆積したグラフェン層は、品質が同様であるのに対し、それより低い温度で形成された層の品質はより低いことを示している。図１２は、様々なガラス基体上のグラフェン層に関するホール移動度データのプロットである。ホール移動度は、１から３００ｃｍ2／Ｖｓに及ぶ。より高い移動度は、より高い堆積温度に関連する。
【００３３】
実施例４．堆積後のグラフェン改善
堆積したままの層の品質を改善することを目的として、いくかの堆積後手法を研究した。実施の形態において、ＣＶＤ後の真空熱処理を使用した。この熱処理は、炭素前駆体の流れを停止した後に反応槽内で行った。
【００３４】
熱処理温度は、０．２５、０．５または１時間に亘る、９００℃から１２００℃に及んでよく、例えば、９００、１０００、１１００または１２００℃であってよい。一例として、３０分間に亘り０．５トル（約６７Ｐａ）のアセチレン中において１０００℃で堆積した、シリカガラスサンプル上のグラフェンを、１時間に亘り真空（５×１０-6トル（約０．０００６７Ｐａ））中１０００℃で加熱した。ラマン測定したグラフェンの粒径が、２２．５ｎｍから２５．１ｎｍへと約１２％増加した。
【００３５】
実施の形態において、堆積したままのグラフェンを、堆積後の熱処理中に金属がグラフェンと接触するように、金属ホイルまたは金属被覆基体で覆うことができる。例示の金属として、ニッケルまたは銅が挙げられる。
【００３６】
９０分間に亘る０．５トル（約６７Ｐａ）のアセチレン中において１０００℃でシリカ基体上にグラフェン層を形成した。堆積後、グラフェンを１時間に亘り真空（５×１０-6トル（約０．０００６７Ｐａ））中１０００℃で加熱した。この最中に、グラフェン表面を、Ｎｉ被覆（２００ｎｍ）ＳｉＯ2ガラス、ＮｉホイルまたはＮｉ含有ガラスで覆った。グラフェンと接触したニッケル被覆ガラスを使用した堆積後の熱処理により、グラフェンの粒径が２５．５２ｎｍから２６．８８ｎｍに（５．３％）増加し、グラフェンと接触したニッケルホイルを使用した堆積後の熱処理により、グラフェンの粒径が２５．５２ｎｍから２６．７３ｎｍに（４．７％）増加した。
【００３７】
実施例５．遠隔グラフェン触媒作用
実施の形態において、金属ホイル、金属被覆基体または金属含有基体を、グラフェンの成長中にその金属がグラフェンまたは誘電体基体と物理的に接触しないように、誘電体基体に近接して配置することができる。近接により、その金属ホイル、金属被覆基体または金属含有基体が、その誘電体基体から５ｍｍ未満（例えば、約０．５、１、２または５ｍｍ）の距離にあることを意味する。
【００３８】
９０分間に亘る０．５トル（約６７Ｐａ）のアセチレン中において９００℃でシリカ基体上にグラフェン層を形成した。グラフェンの成長中に、ニッケル含有ガラス（ＡＸＺガラス）をシリカ基体に近接して配置した。触媒が離れて配置されていないシリカ基体上のグラフェンの粒径は２１．７５ｎｍであり、一方で、離れたニッケル含有ガラスを使用したグラフェンの粒径は３５．１２ｎｍであった。
【００３９】
実施例６．コージエライトハニカム基体上のＣＶＤ由来グラフェン
コージエライトハニカム基体（セル密度４００ｃｐｓｉ（約６２セル／ｃｍ2）、壁厚４ミル（約０．１０２ｍｍ））上にグラフェンを形成した。例示の堆積条件は、１時間に亘る０．５トル（約６７Ｐａ）のＣ2Ｈ2中の１０００℃であった。グラフェンを、ハニカム通路全体と、通路壁の細孔内に形成した。これは、ハニカム基体の色が淡黄色から黒色に均一に変化したことによって証明された。グラフェンの堆積後、ハニカム基体全体は導電性である。測定した導電率は、平面ガラス基体上のグラフェン層の導電率と等しく、これは、連続薄膜の形成と一致する。露出された通路壁表面（Ａ）および通路壁内の破断面（Ｂ）からとったラマンスペクトルが、図１３に示されている。２つの位置に関して、スペクトルにおける著しい違いは観察されなかった。
【００４０】
図１４は、グラフェン被覆コージエライトのＳＥＭ顕微鏡写真である。コージエライト構造における細孔８００が明らかである。図１５の破砕サンプルにおいて、破断面８３０に隣接して、グラフェン層８１０およびコージエライト表面８２０が見える。グラフェン層８１０におけるしわ８１５が図１６に示されている。実施の形態において、グラフェンは、ハニカムの通路および細孔の両方が開いたままであるように、ハニカムの通路および細孔を被覆する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
グラフェン被覆ハニカム基体を含む、グラフェン被覆誘電体基体は、電気および熱伝導性基体、水素吸蔵、ウルトラキャパシタ用電極、電気触媒用担体などを含む様々な用途に使用することができる。
【００４２】
ここに用いたように、名詞は、特に明記のない限り、複数の対象も指す。それゆえ、例えば、「炭素前駆体」の言及は、特に明記のない限り、そのような「炭素前駆体」を２つ以上有する例を含む。
【００４３】
範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値まで、として表現できる。そのような範囲が表現された場合、例は、その１つの特定の値から、および／または他方の特定の値まで、を含む。同様に、値が、先行詞「約」を用いて近似として表現されている場合、特定の値は別の態様を構成することが理解されよう。各範囲の端点は、他方の端点に関連してと、他方の端点とは関係なく、の両方において有意であることがさらに理解されよう。
【００４４】
特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程を特定の順序で実施することを必要とすると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法の請求項がその工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または工程が特定の順序に制限されていることが請求項または説明に別に具体的に述べられていない場合、どの特定の順序も暗示されることは決して意図されていない。いずれの１つの請求項におけるいずれの列挙された単一または多数の特徴または態様は、いずれの他の請求項におけるいずれの他の列挙された特徴または態様と組み合わせても、置換しても差し支えない。
【００４５】
ここでの列挙は、特定の様式で機能するように「構成されている」または「適合されている」構成要素を指すことも留意されよう。この点に関して、そのような構成要素は、特定の性質を具体化する、または特定の様式で機能するように「構成されている」または「適合されている」。ここで、そのような列挙は、目的の用途の列挙とは対照的に、構造的列挙である。より詳しくは、構成要素が「構成されている」または「適合されている」様式に対するここでの言及は、その構成要素の既存の物理的状況を意味し、それゆえ、その構成要素の構造的特徴の明白な列挙として解釈すべきである。
【００４６】
特定の実施の形態の様々な特徴、要素または工程が、「含む」という移行句を使用して開示されていることがあるが、「からなる」または「から実質的になる」という移行句を使用して記載されたものを含む代わりの実施の形態が暗示されることを理解すべきである。それゆえ、例えば、ガラス、セラミックまたはガラスセラミックを含む基体に対して暗示される代わりの実施の形態は、基体がガラス、セラミックまたはガラスセラミックからなる実施の形態、および基体がガラス、セラミックまたはガラスセラミックから実質的になる実施の形態を含む。
【００４７】
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。本発明の精神および実体を含む、開示された実施の形態の改変、組合せ、下位の組合せおよび変更が、当業者に想起されるであろうから、本発明は、付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に全てを含むと解釈されるべきである。
【００４８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４９】
実施形態１
グラフェンを形成する方法において、
基体を反応槽内に置く工程、
前記基体を６００℃と１１００℃の間の温度に加熱する工程、および
前記槽内に炭素前駆体を導入し、前記基体の表面上にグラフェン層を形成する工程、
を有してなり、
前記基体は金属触媒を含まず、前記槽は、前記形成する工程中にプラズマを含まない、方法。
【００５０】
実施形態２
前記基体が、ガラス、セラミックまたはガラスセラミックを含む、実施形態１記載の方法。
【００５１】
実施形態３
前記基体がハニカム基体である、実施形態１記載の方法。
【００５２】
実施形態４
前記基体が７００℃と１０００℃の間の温度に加熱される、実施形態１記載の方法。
【００５３】
実施形態５
前記炭素前駆体が、アセチレン、エチレンおよびメタンからなる群より選択される、実施形態１記載の方法。
【００５４】
実施形態６
前記槽の圧力が、０．００１トルから７６０トル（約０．１３Ｐａから約１０１ｋＰａ）である、実施形態１記載の方法。
【００５５】
実施形態７
前記グラフェン層の厚さが約０．３４から１００ｎｍである、実施形態１記載の方法。
【００５６】
実施形態８
前記反応槽が、前記形成する工程中に水素ガスを含まない、実施形態１記載の方法。
【００５７】
実施形態９
前記炭素前駆体に暴露させずに、前記グラフェン層を真空中で加熱する工程をさらに有する、実施形態１記載の方法。
【００５８】
実施形態１０
前記グラフェン層に隣接して、金属触媒が配置される、実施形態９記載の方法。
【００５９】
実施形態１１
グラフェン被覆基体において、
誘電体基体、および
前記基体の表面と直接接触して形成されたグラフェン層、
を備え、
前記基体が、ガラス、セラミックまたはガラスセラミックを含む、グラフェン被覆基体。
【００６０】
実施形態１２
前記基体の表面が金属触媒を含まない、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６１】
実施形態１３
前記グラフェン層が金属触媒を含まない、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６２】
実施形態１４
前記グラフェン層の厚さが０．３４から１００ｎｍである、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６３】
実施形態１５
前記グラフェン層が、２つの原子層の炭素を有する２層グラフェン層を含む、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６４】
実施形態１６
前記グラフェン層が、３つの原子層の炭素を有する３層グラフェン層を含む、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６５】
実施形態１７
前記グラフェン層がＮ原子層の炭素を含み、４≦Ｎ≦１００である、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６６】
実施形態１８
前記グラフェン層の粒径が１０から１００ｎｍである、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【００６７】
実施形態１９
グラフェンと基体との界面での水およびヒドロキシル基の総濃度が０．５ａｔ％未満である、実施形態１１記載のグラフェン被覆基体。
【符号の説明】
【００６８】
８００    細孔
８１０    グラフェン層
８１５    しわ
８２０    コージエライト表面
８３０    破断面
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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２】
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【図５】
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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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【国際調査報告】
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