"グラフェンを作成する方法であって、炭素の原子層を有し、その間に空間を有するグラファイトサンプルを提供すること;原子層の間にある空間に溶媒およびイオンを導入すること;前記溶媒およびイオンのうち少なくとも1つを用い、原子層の間の空間を広げること;および駆動力を用いて原子層を分離し、1つまたはそれ以上のグラフェンのシートを形成することを含んでなる、方法。前記駆動力が、電気化学、熱、マイクロ波、ソルボサーマル、音響化学および音響の少なくとも1つである、請求項1に記載の方法。電解液を介し、イオンを金属イオンとして提供することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。aリチウムイオン、溶媒和イオンおよびリチウムイオン錯体の少なくとも1つとしてイオンを提供すること;およびb有機分子とイオンを含む有機溶媒として溶媒を提供することの、少なくとも1つをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。1つまたはそれ以上のグラフェンのフレーク或いは1つまたはそれ以上のグラフェン誘導体のシートとしてグラフェンを形成することを含む、請求項1に記載の方法。グラファイトサンプルが、天然グラファイト、グラファイト鉱石、合成グラファイト、高配向熱分解グラファイトHOPG、グラファイト繊維、グラファイトロッド、グラファイト粉末および化学修飾グラファイトを含んでなるグラファイトサンプルの群より選択される、請求項1に記載の方法。溶媒が、プロピレンカーボネート;N,N-ジメチルホルムアミドDMF;ジメチルスルホキシドDMSO;単一溶媒;および異なる溶媒の混合物の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。グラフェンと量子ドットとを混合して、光起電デバイスの活性要素として機能するよう構成されているヘテロ接合を形成することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。混合が、ゾルゲルプロセス、高温注入プロセス、化学蒸着プロセス、ナノクラスター析出プロセスおよびスパッタリングプロセスの少なくとも1つを実施することを含む、請求項8に記載の方法。混合が、1つまたはそれ以上のグラフェンシートの異なる側面に異なるナノ結晶を非対称に堆積させることを含む、請求項8に記載の方法。疎水性/親水性溶液環境にグラフェンを界面活性剤界面として提供すること;ナノ結晶、粒子およびポリマーの少なくとも1つを形成するように、疎水性および親水性前駆体を提供すること;およびナノ結晶、粒子およびポリマーの少なくとも1つを界面活性剤界面に堆積させることをさらに含んでなる、請求項10に記載の方法。カルコゲニド半導体ナノ結晶として量子ドットを提供することを含む、請求項8に記載の方法。1つまたはそれ以上のグラフェンシートを有機溶媒に分散させることをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。1つまたはそれ以上のグラフェンのシートの対向する側面に異なるナノ金属または半導体ナノ結晶を提供して、グラフェンベースの非対称なヘテロ接合を形成することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。グラフェンベースの非対称なヘテロ接合を、CdTe/グラフェン/PbS-TiO2またはCdSe/グラフェン/PbS-TiO2として形成することをさらに含んでなる、請求項14に記載の方法。可塑性の非導電性基材にグラフェンを塗布し、可塑性の導電性基材を形成することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。原子層および層の空間を規定する炭素原子の格子を含んでなるグラファイトサンプルからグラフェンを作成する方法であって、炭素原子格子に有機分子および塩を挿入すること;有機分子および塩によって提供されるイオンの少なくとも1つを用いて、層の空間を広げること;および電気化学プロセス、熱プロセス、マイクロ波プロセス、ソルボサーマルプロセス、音響化学プロセスおよび音響プロセスを含んでなる駆動プロセスの群から選択される少なくとも1つの駆動プロセスを用いて、グラファイトサンプルから1つまたはそれ以上の炭素原子層を剥離することを含んでなる、方法。1つまたはそれ以上のグラフェンのフレーク或いは1つまたはそれ以上のグラフェン誘導体のシートとしてグラフェンを形成することを含む、請求項17に記載の方法。塩によって提供されるイオンが、リチウムLiカチオン、アルミニウムAl、鉄Feカチオン、銅Cuカチオン、過塩素酸アニオン、塩素アニオン、ヘキサフルオロリン酸、テトラフルオロホウ酸、および混合イオンの少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。リチウムLiカチオン、鉄Feカチオン、銅Cuカチオン、過塩素酸アニオン、塩素アニオン、ヘキサフルオロリン酸、テトラフルオロホウ酸、および混合イオンの少なくとも1つを塩を介して提供すること;および有機分子を、塩を溶解することができる有機溶媒の一部として提供することをさらに含んでなる、請求項17に記載の方法。有機分子が、カーボネート電解質;プロピレンカーボネート;N,N-ジメチルホルムアミドDMF;ジメチルスルホキシドDMSO;単一溶媒;および異なる溶媒の混合物の少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。生体分子を選択的に抽出またはプレ濃縮するために、生体分子に関連する生物分析技術にグラフェンを使用することをさらに含んでなる、請求項17に記載の方法。有機マトリックスと混合することなく、生体分子を直接分析するために、選択的に抽出または、プレ濃縮されている生体分子をSELDIの基質として用いることをさらに含んでなる、請求項22に記載の方法。生体分子が、1つまたはそれ以上のタンパク質、DNAおよびRNAの少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。グラフェンをカルコゲニド半導体ナノ結晶と混合してヘテロ接合を形成することをさらに含んでなる、請求項17に記載の方法。グラフェンを用いて、グラフェン/ナノ結晶接合を含み、第1の側面および第2の側面を有する太陽電池活性層を形成すること;太陽電池活性層の第1の側面にアノードを形成すること;および太陽電池活性層の第2の側面にカソードを形成することによって、グラフェンから光起電デバイスを形成することをさらに含んでなる、請求項17に記載の方法。本開示は、酸化経路を経由することなくすなわち、sp3炭素、例えば、酸化グラフェンを形成することなく、グラファイトを数層すなわち、1つまたはそれ以上の層のグラフェンsp2炭素に直接剥離する高収率の例えば、90以上の方法を記載する。本明細書に記載されている方法の際立った特徴は、硝酸HNO3または硫酸H2SO4のような酸化剤を試薬として使用しないことである。本明細書に記載される方法によって製造される、剥離されたグラフェンは、溶液に分散して、不溶性の親化合物であるグラファイトから簡単に回収することができる。これらの剥離されたグラフェンフレークは、種々の有機成分および無機成分によって機能的にすることができる。この高収率の方法によって、ポリマーブレンド、複合材料、コンデンサ、リチウム蓄電池、DNA抽出、バイオセンサ、太陽電池、導電紙、および導電性の透明シートの産業規模での処理のために大量の高品質のグラフェンをバルク合成することができる。本開示の一態様は、本明細書に開示されている方法によって作成されるグラフェンを用いて、ナノ結晶/グラフェンのヘテロ接合太陽電池を製造することを含み、これは記録的な電力変換効率例えば、3.2を有するように製造できる。広範囲のグラフェンベースのデバイスの製造を促進するような、回転成型、ロールツーロール、インクジェット印刷または他の溶液ベースの技術に適したグラフェン液も開示されている。溶液ベースのデバイスの製造プロセスは、低コストで、拡張性があり、毒性が低い。本明細書中で形成されるようなグラフェンを、太陽電池ならびに高感度生物学的抽出および検出、さらには不透明例えば、紙からまたは透明例えば、プラスチックからである導電性シートの形成に使用することも記載されている。本開示の一態様は、グラファイトを1つまたはそれ以上の層のグラフェン、例えば、数層グラフェンに剥離する、酸化を伴わない高収率の方法である。この方法は、産業的生産のために拡張可能な、高品質の導電性グラフェンのバルク処理経路として機能することができる。酸化物に由来するグラフェンと比較して、本発明の方法によって作成されるグラフェンフレークは、欠陥が少なく、導電性が高く、疎水性が大きく、酸化プロセスを経由して作られるグラフェンフレークと比較して、太陽電池および他の用途により適しているグラフェンフレークを作成する。上の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本開示の実施態様を提示しており、特許請求されているような本開示の本質および特性を理解するための総括または骨格を提供することを意図している。添付の図面は、本開示をさらに理解するために提供されており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本開示の種々の実施態様を例示し、説明の記載とともに、本開示の原理および運用を説明するために役立つ。以下に記載されているような特許請求の範囲は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面に示されている種々の構成要素は、単に代表例であり、必ずしも縮尺どおりに記載されているわけではない。図面の特定の部分が誇張されていてもよく、他の部分が極小化されていてもよい。図面は、本開示の例である実施態様を示すことを意図しており、当業者は、それを理解し、適切に実行することができる。詳細な説明本開示の態様は、酸化グラフェンを形成することなく、グラファイトからグラフェンGを形成する方法に関する。この方法は、非常に効率的例えば、90以上な様式で実施することができる。また、本開示の態様は、本明細書に記載される方法を用いて製造されるグラフェンGの、バイオテクノロジーおよび太陽電池のような領域での多様な使用および適用も含む。以下の検討において、適切な場合、グラフェンGをGと称し、グラフェンフレークをFLGと称し、グラフェンオキシドをGOと称する場合がある。図1aは、グラファイト10を剥離することによって数層グラフェンGを作成することに関連する方法の工程を模式的に示しており、さらに、ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合太陽電池を作製することに関連する一般的な製造工程も示す。グラフェン形成方法の一例の第1工程では、初期出発グラファイトサンプル材料10が提供される。第2工程では、グラファイトサンプルに、電解液13中の金属塩12を挿入し、例えば、自己膨張のためにリチウム塩/有機電解質溶液を入れる。第3工程では、放出discharging酸処理工程30を短時間実施し、固体塩を除去する。酸処理の一例はHClを用いる。第4工程では、例えば、化学浴中で超音波例えば、VCX750、20kHzを用いる、混合溶媒14中の超音波処理を含む超音波工程40において、処理されたグラファイト10の原子層を剥離する。以下に検討するように、超音波工程40は、剥離プロセスで使用される駆動力45の一例を単に示したものである。他の駆動力45の例は、以下に記載している。剥離プロセスは、繰り返すことができる。不完全に剥離されたグラファイト10薄いグラファイトを出発物質として、剥離プロセスを繰り返す。このプロセスを制御して、数層グラフェンGを作成することができる。種々の層状の結晶性グラファイト材料10を、出発物質のグラファイトとして上述の方法で使用することができる。このようなグラファイト材料10としては、例えば、天然グラファイト、合成グラファイト、高配向熱分解グラファイトHOPG、グラファイト繊維、グラファイトロッド、グラファイト鉱石、グラファイト粉末が挙げられ、化学修飾されたグラファイトなども挙げられる。グラフェンGは、一般的に、水を除く種々の有機溶媒に分散性である。この溶液分散は、多くの溶液ベースの技術に適している。種々の有機染料、ポリマー、無機ナノ粒子、金属触媒および量子ドットと組み合わせて、種々のナノ複合材料を作成するのが適切である。一例の第5工程48では、グラフェンGを高温注入プロセスに付して、本明細書中で一般にグラフェンインクG-INKと称している溶液分散物を形成する。剥離プロセスおよび機構剥離機構は、溶媒和イオン12、および/またはグラファイト中間層11の分子挿入44によって引き起こされると考えられる。特に、溶媒和カチオン例えば、プロピレンカーボネート電解質またはジメチルホルムアミド溶媒和リチウムイオンおよびアニオン例えば、プロピレンカーボネート溶媒和ClO4-またはジメチルホルムアミド溶媒和Cl-アニオンが、炭素層グラファイト中間層11の間にある空間9へと拡散し、グラフェン単一層のπ-πスタッキングを弱め、それによって、剥離を開始する。溶媒和していないLiのイオン半径約0.09nmは、グラファイト中間層の距離0.335nmよりもはるかに小さい。電位を加えると、溶媒和リチウムイオンおよび/または溶媒和アニオンがグラファイト中間層11に促進され、グラファイト10の電解質挿入44を促進することができる。したがって、グラファイトの剥離に関与する2つの重要な因子は、1液体の電解質13,14例えば、プロピレンカーボネートまたはジメチルホルムアミドおよび塩例えば、Li、ClO4-またはCl-化学系、および2少なくとも1つの駆動力45の適用であると考えられる。高溶解性のリチウム塩は、有機溶媒中に、濃縮された正の溶媒和Liイオンまたは負の溶媒和ClO4-またはCl-を提供し、これらがグラファイト中間層への拡散に有利に働く。電気化学、熱、マイクロ波、ソルボサーマルおよび超音波のうち、少なくとも1つを駆動力45として使用し、剥離プロセスを強化することができ、超音波超音波処理が非限定的な例として詳細に検討されている。グラファイト材料10への挿入物の分解によって生じる気体圧力が、グラファイト材料の膨張および剥離を助長することができる。超音波キャビテーションは、微細環境に熱ショックを注入し、高い蒸気圧を発生させ、グラファイト中間層11を剥離し、グラフェンシートも切断する。これらの方法の利点としては、反応を通常の実験溶媒で行うことができること、毒性が低いこと、そして精製プロセスを、極性溶媒と水を用いて実施できることである。グラファイトの膨張および剥離に使用されるほとんどの溶媒は水溶性であるため、水精製によってグラフェン不純物のほとんどを除去することができる。本開示の第1の態様の第1の実施態様では、剥離プロセスは、グラファイト10または他の層状物質を剥離するために非酸化的な湿式プロセスを含む。この非酸化的なプロセスは、電解質関連イオンおよび有機分子をグラファイトサンプル10に電気化学的に同時挿入44して、グラファイト中間層11を膨張させることを含む。有機分子の例としては、カーボネート電解質、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミドが挙げられる。膨張したグラファイト10は、少なくとも1つの駆動力45例えば、上述の音響化学的処理40を用い、最終的に、グラフェンフレークGへと剥離される。本開示の第2の実施態様では、グラファイト中間層11の膨張は、異なる種類のリチウムイオン塩12および非水液体電解質によって実施される。これらの例としては、例えば、aリチウム塩、例えば、過塩素酸リチウムLiClO4、ヘキサフルオロリン酸リチウムLiPF6、テトラフルオロホウ酸リチウムLiBF4、塩化リチウムLiCl、ヨウ化リチウムLiI、芳香族リガンドを有するホウ酸リチウム、リチウムキレートリン酸塩b非水液体電解質、例えば、直鎖ジアルキルカーボネート、エチレンカーボネートEC、プロピレンカーボネートPC、ジメチルカーボネートDMC、cis-ブチレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランTHF、2-メチルテトラヒドロフラン2-Me-THF、ジメトキシプロパン、ジエトキシエタンDEE、ジメトキシエタンDMEおよびポリエチレンオキシドPEO、ポリカーボネート、およびポリメトキシエーテルが挙げられる。本開示の第3の実施態様では、挿入膨張グラファイト10の剥離プロセスは、以下の何れかの駆動力45を用いて達成される。音響化学プロセス、熱処理、マイクロ波処理、またはこれらの組み合わせ。一般的な態様および方法以下にきわめて詳細に検討する本開示の態様は、グラフェンGを紙に塗布して導電紙を形成する方法、グラフェンGを透明基材例えば、プラスチック膜に塗布する方法を含む。図1aは、上述の第5工程48によって作られたグラフェンベースのインクG-INKを示す。本開示の態様は、図1aに示すように、量子ドットQDをグラフェンGにコーティングするか、あるいは塗布する方法を含む。このプロセスは、量子ドットまたは無機ナノ粒子の種類に制限されない。量子ドットQDの例は、II-VI族またはVI-IV族のカルコゲニド半導体ナノ結晶例えば、CdS、CdSe、CdTe、PbSe、PbS、PbSexSy、PbTe、Sb2S3、Cu2S、ZnS、SnTeなどおよび酸化物例えば、TiO2、MoO3、SnO2などに関連する。本発明の別の態様は、図1bの一般的な模式図に示される、そして、以下にきわめて詳細に説明されるように、グラフェンGの対向する側面に適切な材料52Aおよび52Bを非対称に塗布することによってグラフェンベースのヘテロ接合50を形成することである。材料52Aおよび52Bの例としては、金属または金属/半導体ナノ結晶触媒が挙げられる。また、例としては、グラフェンGの単一シートの異なる側面にある異なるナノ金属が挙げられる。材料52Aおよび52Bの他の例としては、単一シートグラフェンGの異なる側面にある異なるナノ金属および半導体ナノ結晶が挙げられる。本発明の態様は、本明細書に記載される剥離方法を用いて作られるグラフェンフレークFLGを、DNAのような生体分子を分析するためのSELDI表面増強レーザー脱離イオン化を実施するためのマトリックスとして使用することをさらに含む。標的となる被分析物は制限されず、タンパク質および核酸のような広範囲の生体分子に広がる。グラフェンの形態および配合本明細書に記載される剥離方法を用いて得られるグラフェンGを粉末とすることができる。このようなグラフェン粉末は、種々の極性溶媒および疎水性溶媒クロロホルムおよびジクロロベンゼンに簡単に分散させることができる。一例では、グラフェンベースのインク溶液分散物G-INKおよび回転成型を利用し、図1aに示されるように、太陽電池の活性層60を形成する。本明細書に記載される剥離方法の実施態様によって製造される数層グラフェンシートの形態、または1層のフレーク形態であるグラフェンGは、数百ナノメートルから100マイクロメートルまでの範囲に及ぶ大きさの分布を有している。グラフェンシートの厚みは、0.4nmから数ナノメートルの範囲に及ぶ。この方法の収率は、90又はそれ以上にできる。ある場合には、ある種の薄いグラファイトを作成して例えば、>20nmの厚み、この薄いグラファイトは剥離プロセスを繰返して、1層または数層グラフェンGを得る。本明細書に記載される方法を用いて製造されるグラフェンGは、例えば、高い導電性および高い疎水性などの多くの望ましい性質を有する。重要なことに、グラフェンGは、プロセス中で酸化されることがない。図2aおよび2bは、Si基板上のグラフェンフレークシートの走査型電子顕微鏡SEM画像であり、図2cは、原子間力顕微鏡AFM画像であり、グラフェンの厚みは約1.5nmであり、二層であると考えられる。ラマン分光法を使用し、Si基板の上にあるグラフェン種を精査した。図2dは、Si基板の上にある数層のグラフェンのラマンスペクトル514nmレーザーのプロットを、グラファイトHOPGのスペクトルと比較して示している。挿入プロットは、2500~2800cm-1の波数範囲での二層および三層の2Dバンドの最良適合である。小さなDバンド1341cm-1の存在は、エッジ効果に割り当てることができる。グラフェン層Lの数は、2Dバンドピークの位置、形状および強度から概算される。2Dバンドは、2679~2686cm-1に中心があり、グラファイト2670cm-1からシフトしている。図2d挿入図は、ローレンツLorentzianピークの最良適合を示しており、グラフェンGの厚みすなわち、それぞれ2および3層2L、3Lの指標となる。ID/IGの強度比は、グラフェンの低い欠陥密度と高い品質を示す。図3a~3gは、図1bに模式的に示されたナノ結晶/グラフェンヘテロ接合50の電子顕微鏡画像である。図3aは、CdTe/グラフェンのSTEM画像であり、CdTeは、テトラポッド様の分岐ナノ結晶である。図3bは、分岐PbSeナノ結晶/グラフェンのSEM画像である。図3cは、PbSナノ結晶/グラフェンのSTEM画像である。図3dは、ナノ結晶PbSe/グラフェンの1回折り畳みシートのTEM画像である。図3eは、図3dの折り畳みシートの電子回折パターンである。図3fは、PbSe/グラフェンの高解像度TEM画像である。図3gは、太陽電池デバイス用のナノ結晶/グラフェン膜の典型的なSEM画像である。図3bのTEM画像は、グラフェンシートが、数層に満たないグラフェンからなっていたことを示している。グラフェン複合体のXPS分析から、ほんの少量の炭素が酸化されていたことが確認された。グラフェンベースの太陽電池PVデバイス大規模、低コストで溶液処理可能な太陽電池すなわち、光起電デバイスまたはPVデバイスの製造は、多くの国の技術的ロードマップに含まれている。有機ベースの太陽電池は、製造コストが低いため、低コストPVデバイスの最も重要な候補である。従来の有機PVデバイスは、電子受容体としてフラーレン誘導体PCBMと、p型共役ポリマーP3HTとを使用し、記録されている電力変換効率は5~6である。しかし、有機PVは、安定性問題と、低い量子効率に悩まされているすなわち、光からエネルギーへの変換効率が低い。有機材料の代わりに、量子ドットを使用することができる。コロイド状半導体ナノ結晶は、高い光子捕捉性、調整可能な形状および表面電子構造を含む、数多くのサイズ依存性の量子物理特性および化学特性を示す。最良のPCEは、3~4であり、従来のバルク膜PVデバイスよりもかなり低い。SolexantsNanocrystalSolarCellは、LawrenceBerkeleyNationalLabで開発され、高性能無機材料1.7がCdSeナノロッドポリマー、2.9がCdSe/CdTeナノロッドで作られたナノ結晶を組み込んだ非常に薄い膜に基づく最初の太陽電池である。Solexantは、高性能材料と革新的製造法とを組み合わせて、他のPVデバイス技術と比較して、コストを50まで削減している。ナノ粒子の欠点は、電荷移動性が低いことである。近年、複数のエキシトン発生を示す、ある種のナノ結晶が報告され、これは理論的に、単一PVデバイスの効率を31から46まで増大させることができる。本明細書に開示されている方法は、グラフェンGを量子ドットQDでコーティングし、グラフェンの優れた電荷移動特性の利点を利用することを含む。グラフェンは、量子ドットQDの凝集を防ぐ分離媒体としても作用する。本明細書に開示されている方法を用いて製造された高導電性のグラフェンGは、エキシトンの解離および電荷を収集する有効なキャリアシンクとして機能することができる。ある例では、従来の高温注入合成方法を適用し、溶液中でナノ結晶/グラフェンヘテロ接合を得る。ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合は、図3に示されるように、SEM画像に見ることができ、白い点線で強調表示される界面IFを有し、ナノ結晶部分をNCと表示する。TEM画像から、ナノ結晶および数層グラフェンGの高い結晶性が確認される。グラフェンG上のナノ結晶の安定化剤での接続によって、グラフェンの溶解性および分散性が改善され、グラフェンの強いπ-π凝集に打ち勝つことができる。したがって、コロイド状ナノ結晶のような均一な膜を得るためのスピンコーティングまたは浸漬コーティングを可能にする。また、本開示の態様は、有機太陽電池で一般に使用されているP3HT/PCBMに取って代わるグラフェン-量子ドット複合体を使用し、バルクヘテロ接合太陽電池を形成することを含む。本明細書に記載されている剥離方法を用いて形成される数層グラフェンGは、無機ナノ結晶と組合せて、活性な太陽電池材料として使用することができる。ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合は、ナノ結晶のみのコントロールサンプルと比較して、大きな光電流を示す。本開示によるPVデバイスの一例は、活性層がグラフェン/ナノ結晶接合の形態であり、有機活性層がなく、標準的なAM1.5条件でPCEが3.2と高い。PVデバイス70の一例を図4dに示す。この例のPVデバイス70は、片方の側面に電極アノード72を備え、反対側の側面に電極カソード74を備える太陽電池活性層60を含む。1つの例では、電極72は、アルミニウムを含み、電極74は、ガラスを含む。例では、ガラス電極74は、PEDOT:PSS層ポリ3,4-エチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルホネート74A、ITOインジウムスズオキサイド層74Bおよびガラス層74Cの3つの層を含む。図4dは、PVデバイス70を構成する異なる層に関連する相対的エネルギーレベルを示すエネルギーレベル図EDを含む。1つの例では、量子ドットQDは、カルコゲニド半導体ナノ結晶を含む。実験から、外部量子効率が440nm付近で60に達することが示された。電力変換効率は、グラフェン重量が50のナノ結晶/グラフェンの場合に3に達し、グラフェンが20の場合、1.8まで低下した。PVデバイス70の構造は単純である。1つの実験では、厚みがほぼ100nmであるPbSe/Gの活性層60は、PEDOT:PSS層74Aを形成する前に、PEDOT:PSSコーティングでITO基板74Bの電極にスピンコーティングした。次いで、アルミニウム電極72を、乾燥活性層60の上に堆積させた。図4a~4cは、PVデバイス70の例の光学特性および性能を提示している。図4aは、ジクロロベンゼンおよびQD/グラフェン接合から形成された2つの溶液分散サンプルの吸光度任意単位をプロットしており、この2つの溶液は、異なる量子ドットとグラフェンの比率を有する。グラフェンG分散物の吸光度も参照としてプロットしている。曲線は、それぞれ、QD/G5050グラフェン、重量およびQD/G1515グラフェン、重量を示しており、それぞれ、QDを1回および2回堆積させたグラフェンサンプルである。図4bは、QD/G50η3.0のICPE、吸光度および外部電力変換効率の比較をプロットしている。図4cは、QD/G50η3.0およびQD/G15η1.79の活性層60を有するPVデバイス70の電流-電圧曲線を提示する。PbSeナノ結晶の吸光度がグラフェンよりも増大しており、PbSe/Gの比率が高いほど2回の堆積吸光度が高いことは、得られたPbSe/グラフェンのハイブリッドが、集光性のためにナノ結晶の量子閉じ込めを維持できることを示している。外部量子効率は、440nm付近で60に達した。このことは、電荷の分離および移動にとって、高エネルギーの光がより有効であることを示しているだろう。グラフェンの比率は、デバイス性能に影響を及ぼす。電力変換効率は、PbSe/グラフェンの50重量グラフェンについて、最大3である。20グラフェンサンプルPbSe/G20の場合、吸光度はより強くなるが、1.8まで低下する。比率が低い方のグラフェンサンプルでは界面移動が小さく、これが電荷移動を減少させ、よって電圧および電流密度も低下するだろう。PbSe/Gヘテロ接合セルの開回路電圧は0.58±0.1Vであり、この値は、報告されているPbSeナノ結晶のPVセル電圧0.2~0.3Vよりかなり高い。この電圧の増加を利用し、PbSeナノ結晶PVデバイスの狭いバンドギャップの生来の低い電圧という問題を解決することができる。PbSeのナノ結晶粒径は電圧にほとんど影響を与えないため、PbSeのバンドギャップによる電圧は確認されない。したがって、1つの例では、ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合50を、PVデバイス太陽電池70の活性層60として使用する。この太陽電池の構造は単純であり、厚みを制御したナノ結晶/グラフェンの活性膜60を、ITO電極74B上に回転成型するか、または浸漬コーティングすることができる。ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合60を使用し、光検出器例えば、IR検出器を形成することもできる。超高効率の抽出および検出のプラットフォームとしてのグラフェン本明細書に記載される剥離方法を用いて形成されるグラフェンを、効率的なある実施態様では、非常にきわめて効率的なDNAの抽出および検出のプラットフォームとして使用することができる。グラフェンは、DNAとタンパク質の混合物において、DNAに対し、非常に効率的で非常に選択的な抽出プラットフォームとして機能する。DNAが吸着したグラフェンを、表面増強レーザー脱離イオン化-飛行時間-質量分析法SELDI-TOF-MSで直接使用することができる。グラフェンベースのSELDIグラフェン-SELDIプローブは、生体分子の選択的な抽出、精製、増幅、脱離およびイオン化に対し、積極的な役割を果たすことができる。生体分子を迅速に効率よく濃縮することは、遺伝学およびゲノミクスの分析に潜在的に有用である。レーザー脱離/イオン化質量分析法LDI-MSは、生体分子の迅速かつ感度の高い分析に重要なツールとして浮上してきた。最も人気のあるLDI法の1つは、マトリックス支援レーザー脱離/イオン化法MALDIであり、無傷の巨大分子イオンを生成することができる。しかし、低質量領域のマトリックスの干渉が、低分子分析にとって重大な問題をはらんでいる。さらに、プロテオミクスおよび遺伝学の研究では、MALDI-MSを用いて構造を解明する前に、生物学的サンプルおよび混入物質の複雑な混合物例えば、塩および界面活性剤から標的分子を抽出することがしばしば必要になる。これらの混入物質の存在は、MSスペクトルの質を下げてしまうようである。この理由のため、クロマトグラフィーすなわち、HPLCおよび親和性精製を含め、さまざまな生化学的方法または免疫学的方法が適用される。しかし、これらの方法は、時間がかかり、分析に多大な費用がかかる。表面増強レーザー脱離/イオン化SELDIは、酸性有機マトリックスを使用しなくてすむため、MALDIに代わるものとして浮上してきた。当初からSELDIアフィニティ技術は、強力な分析ツールとして進歩してきている。サンプルを担持する表面が、MS分析のための被分析物のみ存在するMALDIとは対照的に、SELDIプローブ表面は、目的サンプルの精製、抽出、増幅、脱離およびイオン化に対し積極的な役割を果たし、それによって、TOF-MS分析の時間および費用を削減する。本開示は、DNAの高い抽出効率のため、およびSELDI分析を行うためのグラフェンフレークの使用を含む。本開示の態様は、DNAのような生体分子の高効率で選択的な抽出における、本明細書に記載される剥離方法を用いて形成されるグラフェンフレークFLGの使用も含む。選択的な抽出効率はDNAに限らず、他の生体分子、さらには無機金属イオンにも及ぶ。例えば、本明細書に記載される剥離方法を用いて製造されるグラフェンフレークFLGは、分画していない血液サンプル中でDNAをあらかじめ濃縮するために、直接使用することができる。DNAを抽出した後、グラフェンフレークFLGをSELDI分析またはMALDI分析に直接使用することができ、フェムトモル範囲の非常に高感度の検出が達成される。この抽出および検出の限界は、従来技術の材料および方法では類をみないものである。このことは、本明細書に記載される方法が、分析プロトコルにおいて、高効率の抽出および非常に感度の高い検出をあわせもち、生物分析で使用することができるグラフェンフレークを作成することができることを意味している。1つの例では、グラフェンフレークFLG図5aを、本明細書に記載される剥離方法を用いて合成した。得られたグラフェンフレークFLGのSELDI基材としての性能を、Hummerの方法によって合成されたGOフレークと比較した。酸化された官能基の存在に起因して、GOは水溶性であり、均一な分散物を形成する。それに対し、疎水性Gシートは、水に分散せず、浮く図5b、左側の写真。しかし、一本鎖DNAssDNAとの相互作用後、Gの溶解度が顕著に向上する図5b、右側の写真。このことは、π-π相互作用によってGがDNAに多く付着することを立証している。これらの非共有結合による相互作用の効果によって、染料で標識されたssDNAの蛍光が消失する。GOおよびGに対する一本鎖DNAおよびHCCタンパク質の吸着等温線を記録し、比較し、結果を図5cおよび図5dにプロットした。特に、図5cおよび5dは、グラフェンGおよび酸化グラフェンGO両方に対するssDNA図5cおよびタンパク質HCC図5dの材料濃度μMに対し、吸着した材料mg/gをプロットしている。吸着等温線の飽和点から、吸着能を判断する。グラフェンGは、酸化グラフェンGOと比較して、ssDNAに対する吸着能が高いことを示している図5c。ssDNA濃度20μMで、吸着能は、G1グラムあたりDNA87mgであり、GO1グラムあたりDNA30mgである。Gに吸着したssDNAの量G-ssDNAは、ポリリジンでコーティングされたナノダイヤモンドプラットフォーム中性pHで22mg/gよりも4倍高い。官能基化されたナノダイヤモンド粒子の吸着能は、ポリリジンの静電結合能に依存しており、pH依存性である。これとは対照的に、調製されたままの状態のGプラットフォームは、生理学的条件下で、ssDNAとの有効なπ-π協調的相互作用を提供する。ssDNA結合の証拠は、遊離ssDNAおよびDNAが結合したGG-ssDNAの円二色性CDスペクトル図6aからわかるだろう。DNAが結合したGのCDスペクトルにおいて、π-π結合のGとの相互作用による、固有構造のアンフォールディングに起因して、G-四重鎖および遊離DNAのB-DNA構造の特性であるバンドが消失する。GOのssDNAとの結合相互作用は、主に、H結合または静電相互作用によって補助される。pH=7で、GOのゼータ電位が-20mVであると決定され、これは弱酸性COOH基およびOH基から生じている。アニオン性GOと負に帯電しているssDNAとの静電反発は、Gに比べて、ssDNAに対するGOの吸着能を下げる。グラフェンGのDNAおよびタンパク質に対するSELDIプローブとして作用する能力を調査した。グラフェンGの固有の特徴は、DNA抽出の場合に、グラフェンGとDNAのπ-π協調的相互作用のおかげで、グラフェンGは高いローディング能力と高い選択性をあわせもつことができるということである。グラフェンGによるDNAの選択的な抽出を試験するために、ある例では、グラフェンGを、HCCタンパク質とDNAの混合物比率5:1の抽出プラットフォームとして適用した。単純な抽出手順は、混合物中でグラフェンフレークFLGをボルテックスし、次いで、高速で遠心分離処理し14000rpm、5分、生体分子をロードしたグラフェンGを回収し、これを金属プレート上に落とし、BrukerDaltonicsAutoflexIIイオン抽出線形飛行時間質量分析計を用いるSELDI分析に直接使用すること図6cを含む。レーザービームLBを有する窒素レーザーを用い、波長λ=337nmで正および負のイオンスペクトルを記録し図6cを参照、生体分子をイオン化し、ある例のエネルギーは、20μJ/パルスであった。図6d上側は、混合物中のDNAおよびタンパク質を抽出した後、洗浄していないグラフェンGのSELDI質量スペクトルを示す。HCCタンパク質に起因するピークが、ssDNAに起因するピークよりも顕著に大きいのは、濃度が5倍大きいことに起因するということが分かる。脱イオン水で洗浄した後、HCCタンパク質のピークは完全に消失したが、ssDNAのシグナルは、弱まらずに残っている[図6d下側]。SELDIプローブとしてGを用いると、HCCタンパク質が検出される最低濃度は1pMであった。ssDNAの検出限界は100fMであり図6b、この値は、ポリマープラットフォームまたはナノダイヤモンドプラットフォームを用いるMALDI法よりも1~3桁低い。SELDIマトリックスの脱離イオン化プロセスは、複雑な光学事象および機械事象だけではなく、相転移およびイオン化の熱力学的プロセスおよび物理化学的プロセスにも関与している。本発明者らの研究は、グラフェンGが、光吸収およびSELDIのフラグメント化の抑制という観点で、酸化グラフェンGOに比べてはっきりとした利点を有することを示している。第一に、グラフェンGの吸光度は、SELDI試験図S5で使用される励起レーザー波長337nmで、酸化グラフェンGOの吸光度よりかなり高い。実際に、グラフェンGは、広範囲の周波数にわたって独立して普遍的な吸光度を示し、このことは、広範囲のスペクトル励起が可能であることを意味している。次に、グラフェンGに対する被分析分子のフラグメント化度が酸化グラフェンGOと比較して顕著に低いことが観察された。ベンジルピリジニウムBPイオンは、マトリックスの脱離特性を調べるために使用される標準的な温度計化学物質であり、これを用い、GおよびGOによるSELDIプローブの脱離プロセスを比較した図6e。酸化グラフェンGOの場合と比較して、GSELDIプローブでは、BPイオンのフラグメント化がかなり低く、残存率が高いことは、グラフェンGにおける効率的な電子-フォノンカップリングおよびその並外れて高い熱伝導性4840~5300Wm-1K-1に起因するであろう。これにより、レーザーによって励起された電子の迅速な熱化の間の放熱として作用することができる。グラフェンGにおいて、IR活性である集団フォノンモードは、電子-フォノン相互作用を介する一連の電子-正孔励起と効果的にカップリングさせることができる。それに加え、酸化グラフェンGOと比較して、より弱いグラフェンGとタンパク質との結合相互作用は、HCCに対するより効果的な脱離/イオン化プロセスに有利に働く。例えば、酸化グラフェンGOが、グラフェンGと比較して、HCCに対するより大きな結合親和性、及びより大きなローディング能力を示すが、SELDIについては、グラフェンGの鋭いシグナルと比較して、ノイズの多いスペクトルしか得られない図6f。したがって、生物学的分析において、グラフェンGを高効率のプレ濃縮および直接的なSELDI分析のプラットフォームとして使用することができる。それに加え、グラフェンGと生体分子との結合相互作用は、疎水性およびπ-π相互作用に支配され、これらの結合力によって、SELDIに特異的な脱離/ソフトイオン化プロセスが起こりやすくなる。酸化グラフェンGOとタンパク質との静電結合による相互作用が、酸化グラフェンGOを、MALDIプローブとしてより適するものとしている。GベースのSELDIプローブのノイズレベル/干渉が低いことは、プロテオミクスおよびゲノミクスの研究におけるバイオマーカー回収について、新しい感度レベルを提供できることになる。ssDNAおよびHCCの吸収実験において、リン酸バッファ中に、10-7~10-4M範囲の濃度のHCCおよびssDNAを調製した。酸化グラフェンGOおよびグラフェンG1mg/ml両方の脱イオン水溶液を、使用前にそれぞれ1時間および3時間超音波処理した。グラフェンGは水に完全に溶解しないため、3時間の超音波処理によって均質な分散物を得る。タンパク質0.5mlおよび酸化グラフェンGOまたはグラフェンG0.5mlをシェカーで一緒に2時間ボルテックスし、平衡状態にした後、この混合物を遠心分離処理し14000rpm、5mins、上澄みを集めた。処理前後のタンパク質溶液をUV-VIS分光計で測定し、タンパク質の検量線によって、酸化グラフェンGOおよびグラフェンGに対するHCCタンパク質の吸着等温線を得た。ssDNAの抽出のために、HCCタンパク質と同様の様式でサンプルを調製した。酸化グラフェンGOおよびグラフェンGを加える前後で、ShimadzuUV-2450分光計を用い、409nmでのタンパク質の吸光度の変化から、吸着したタンパク質の量、qemg/gを決定した。ssDNAに同様の手順を適用し、酸化グラフェンGOおよびグラフェンGを添加する前後で260nmでの吸光度を測定して、吸着量を決定した。以下の式を用い、qeを決定した。qe=c0-CeV/W式中、c0およびceは、それぞれ初期および平衡状態のHCCまたはssDNAの濃度である。パラメータVは、溶液Lの体積であり、Wは、加えた酸化グラフェンGOおよびグラフェンGの重量gである。データを、LangmuirおよびFreundlichの等温線とフィッティングすることができる。混合物からssDNAの抽出250nMのHCCと50nMのssDNAとをそれぞれ混合することによって、タンパク質およびssDNAの混合物を調製した。タンパク質とssDNAの比率は、5:1であった。タンパク質およびssDNAの混合物500μLを微小遠沈管に移した。超音波処理の後、50μLのグラフェン懸濁物1mg/mlをこの管に加えた。混合物を5分間ボルテックスし、DI水で繰り返し遠心分離処理14000rpm、5分間し、デカンテーションすることによって、数回洗浄した。精製したサンプルを直接SELDI-TOFMSで分析した。SELDI-TOFMSaサンプルの調製。10-6Mから10-15Mまでの範囲の濃度を有するHCCタンパク質溶液およびssDNA溶液を調製した。タンパク質溶液500μLをGOまたはG溶液500μLあたり0.5mgと微小遠沈管中で2時間ボルテックスした。タンパク質が吸着したGOまたはGを14,000rpmで10分間遠心分離処理して、分離させた。上澄みを捨てた。DI水を加え、結合しなかったタンパク質またはssDNAを洗浄した。このプロセスを数回繰り返した。混合物のアリコート1μLを、磨いた鋼鉄サンプルホルダーMTPターゲットプレート、BrukerDaltonicsGmbHの上にスポットとして置き、室温で風乾させた。bSELDI-TOFMS分析。BrukerDaltonicsAutoflexIIイオン抽出線形飛行時間質量分析計を用い、質量スペクトルを得た。タンパク質については線形正イオンモードを使用し、ssDNAについては線形負イオンモードを使用した。加速電圧を10kVに設定した。窒素レーザービームLBλ=337nmを用い、正イオンスペクトルおよび負イオンスペクトルを記録し、標準的な20μJ/パルスエネルギーで生体分子をイオン化した。焦点を0.02mmに設定した。100レーザーショットのシグナル平均化によって全ての質量スペクトルを得た。MaldiTOFMS分析を同様の様式で行い、標的プレート上で、有機マトリックスシナピン酸をサンプルに加える工程を追加した。グラフェンフレークの特性化本明細書に記載される剥離方法によって製造されるグラフェンフレークFLGを粉末X線回折および走査型電子顕微鏡SEMによって分析した。XRDスペクトルに、グラファイトのπ-πスタッキンググラフェン層に起因する強い002ピークd値が0.335nmが観察された。首尾良く剥離した後、グラファイトのπ-πスタッキングは破壊され、002ピークは弱くなるか、または消失した。SEM画像は、超音波処理により、グラファイト層11が薄くなることを明らかにしている。グラフェンシートの大きさ分布は、数百ナノメートルから数マイクロメートルの範囲であり、大きさの平均は約1μmであった。グラフェンフレークFLGは、粉末として回収して、超音波処理の助けをかりて、種々の有機溶媒に分散させることができる。AFM画像は、グラフェンフレークの例が、1.5nmの平均厚みを有していたことを示し、これは二層グラフェンに相当する。化学物質および材料本開示の方法を実施するために本明細書で使用される種々の化学物質および材料は、商業経路から容易に得られる。高配向highlyordered熱分解グラファイトHOPGSPI3、10×10×1mmは、SPISuppliesから購入した。グラファイト粉末グレード:230Uは、AsburyGraphiteMillsIncから提供された。以下の化学物質は、SigmaAldrichから入手して、さらに精製することなく使用した。ヘキサフルオロリン酸リチウムLiPF6、98、テトラフルオロホウ酸リチウムLiBF4、98、過塩素酸リチウムLiClO4、98、粉末、プロピレンカーボネートPC、無水、99.7、塩化リチウムLiCl、99、テトラメチルアンモニウム水酸化物TMA、水溶液、25重量、アンモニア28、ピリジン無水、99.8、ジメチルホルムアミドDMF、濃塩酸36.5。酸化鉛IIPbO、99.99、粉末、セレンSe、約100メッシュ、99.99、オレイン酸90、トリオクチルホスフィンTOP、90、ジフェニルエーテルPh2O、99、1-オクタデセンODE、90、酢酸鉛水和物など。グラフェン合成一例の方法では、リチウム塩溶液12~13中で、グラファイト10を負電極として使用し、グラファイトロッドを正電極として使用した。帯電セルは、プロピレンカーボネート/グラファイト中の、グラファイト-/LiPF6またはLiClO4であった。電圧4~30Vで1週間、帯電プロセスを繰り返した。次いで、膨張したグラファイトを、リチウムイオンが入ったDMF混合溶媒中で、高強度の超音波振幅70、sonicsVCX750によって数時間超音波処理した工程40、図1a。得られたグラフェン粉末を、N,N-ジメチルホルムアミドDMFDMF1HClを添加水およびエタノールでそれぞれ洗浄した。グラフェンの収率を高めるために、帯電プロセスおよび超音波プロセスを数回繰り返した。初期出発物質グラファイト10から、重量測定に基づき、グラフェンGを収率92で収集した。別の例では、グラファイト10を、高配向熱分解グラファイトHOPG50mgの形態で負電極として提供して、30~50mg/mlのLiClO4のプロピレンカーボネートPC溶液中、15±5Vの電圧で電気化学的に帯電させた。グラファイト粉末10を多孔性プラスチック管または紙の膜セルに入れ、負電極として金属電極を挿入した。カーボンロッドまたはリチウムフレークを正電極として使用した。電気化学的に帯電させている間、HCl/DMF溶液を使用し、固体の副生成物を除去した。電気化学的に帯電した後、膨張したグラファイトをガラスセルに移し、次いで、50mg/mlのLiClのDMF溶液並びにプロピレンカーボネートおよび水酸化テトラメチルアンモニウムを加えた。次いで、この混合物を、超音波強度約100W/cm2で10時間より長い時間超音波処理した振幅を70に調整、SonicsVCX750、20kHz。超音波処理したグラフェン粉末をHCl/DMFで洗浄し、DMF、アンモニア、水、イソプロパノール、THFといった数種の極性溶媒それぞれで洗浄した。灰色から黒色のグラフェン粉末を、遠心分離および/または洗浄中の濾過によって収集した。家庭用電子レンジPanasonic、1100Wを使用し、グラファイトフレークの膨張を補助したすなわち、マイクロ波による駆動力45を与えた。別の例では、2つのグラファイト電極の極性を交互に逆にすることができる。ある実験では、2つのグラファイト電極を、過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液に浸漬した。2つの電極グラファイトの接触による短絡回路を回避するために、絶縁多孔性膜例えば、紙またはプラスチックを使用した。DC帯電電位を、7V~20Vにすることができる。グラファイト電極は、交互にアノードおよびカソードにすることができる。例えば、50mg/mlのLiClO4のプロピレンカーボネート溶液中、2つのグラファイト電極に7.5Vの直流電流を12時間流して帯電させる。次いで、電位を逆にしてさらに12時間帯電させる。その後、電位を再び初期の極性状態に戻す。極性の反転は、時間経過とともに周期的に行うことができる。このプログラムされた電位極性の反転は、プロピレンカーボネート溶媒和したLiカチオンおよびプロピレンカーボネート溶媒和したClO4-アニオンの両方のグラファイト内部への挿入を推進する。その後、帯電後膨張したグラファイトを、不活性ガス流N2またはAr中、150°C~300°Cで数分間熱的加熱してもよい。プロピレンカーボネートおよびLiClO4の熱分解は、爆発的なガス圧によってグラファイトをさらに膨張させることができる。この帯電および熱処理によって膨張したグラファイトを酸HClおよびH2O並びにエタノールにで洗浄することができる。帯電プロセスは繰り返すことができる。膨張したグラファイトを、さらに帯電させるための出発物質として使用して、完全に膨張したグラファイトを得ることができる。次いで、超音波プロセスを行うことができる。例えば、約30分間の浴中超音波処理で超音波分解させることができる。超音波処理媒体は、プロピレンカーボネートおよび水性テトラメチルアンモニウム水酸化物混合物であってよい。CdTeナノ結晶/グラフェンCdTeナノ結晶/グラフェンを形成する例では、全ての合成を不活性環境中で実施した。Cd-オレイン酸およびTOP-Teの2つのストック溶液を予め別個に調製した。オレイン酸1.5mL中のCdO150mg、およびTOP1.5ml中のTe100mgをAr流中、120°Cで別個に加熱し、透明溶液を得た。3口フラスコ中、15mlのODEをCdO-オレイン酸溶液に加えた。ジフェニルエーテル15ml中、グラフェン3~5mgを5分間超音波処理し振幅60、次いで、すぐにCdO-オレイン酸-ODE透明溶液に加えた。熱い分散物を250°Cに加熱し、次いで、TOP-Te溶液をすぐに注入した。7~15分後、反応混合物を冷却し、アセトン5mlを加えた。CdTe/グラフェンを、アセトン、イソプロパノールおよびピリジンそれぞれで析出してそれぞれ2回、精製した。一例では、上述のプロセスにおいてSeをTeに置き換えて、CdSeナノ結晶/グラフェンハイブリッドを調製することができる。溶液中、グラフェンシート上のナノ結晶の非対称堆積一例では、1-オクタデセン/グリセロール体積約1/1中のグラフェン分散物を、Ar流中、CdO-オレイン酸透明溶液に加えた。次いで、1MのTOP-Te溶液を、熱い分散物に280°Cですばやく注入した。約260°Cの温度で10分間保持し、次いで、溶液を160°Cに冷却した。エチレングリコール溶液中のPb前駆体、Tin-OC4H94およびSソース前駆体ストック溶液を上の分散物にそれぞれ加えた。140°Cの温度でさらに10分間保持した。CH2Cl2、アセトン、イソプロパノールおよびピリジンでそれぞれに析出して、ナノ結晶/グラフェン生成物を精製した。最後に、太陽電池デバイス作製のために、CdTe/グラフェン/PbS-TiO2のナノ結晶/グラフェンをピリジンに分散したストック溶液1:PbAc23H2OをHOC2H4OHに分散させ、安定化剤として2-メルカプトエタノールを用いる。ストック溶液2:エチレングリコール中のTiOC4H94。ストック溶液3:エチレングリコール中のNH2CSCH3に溶解度の補助のために少量のH2Oを用いる。太陽電池デバイスの作製従来の光起電PV技術は、非常に高価になりがちである。溶液ベースのプロセスは、PVセル製造のコストを下げることができる。したがって、本開示の態様は、不安定な有機光活性要素に代わるグラフェン/コロイド状無機ナノ結晶に基づくソーラーインクに関する。太陽電池の性能は、有機ベースのシステムの性能に匹敵し、一方、このプロセスは、印刷可能であり、ロールツーロール処理のために産業的に拡張可能である。実験において、グローブボックス中で太陽電池デバイス作製法を実施し、図4dに示されるものと同様のPVデバイス70を作成した。ジクロロベンゼン中のナノ結晶/グラフェンGをPETDOT:PSSコーティングされたITO/ガラス基材74にスピンコーティングした図4dを参照。120°Cで溶媒を蒸発させた後、次いで、グローブボックス中、アルミニウムバック接点72をナノ結晶/グラフェン膜60の上に蒸着して、全てのプロセスおよび測定を空気の無い状態で行った。AM.1.5Gフィルタを取り付けた標準的太陽シュミレータ150W、NewportStratfordを用い、光起電デバイスの応答を特性化し、電力計を用い、平均強度を較正した。超音波処理の代替物一例の実施態様では、超音波処理工程40図1aを参照を用いずに、液体媒体電解質、イオン、帯電パラメータ、温度などを変化させることを通して、グラファイトサンプル10をグラフェンGに剥離することができる。この方法は、大きな>10μmグラフェンシートを得るために有利である。グラフェン層の数例えば、1~100層、厚み例えば、0.5~30nm、大きさおよび形状例えば、ナノリボンおよびパターンは、一般に制御可能である。基材上のウェハスケールの多層グラフェンまたはグラファイトを、公知のパターン化技術を用い、パターン化することができる。Li挿入を用いるグラファイト剥離方法を使用し、所定のあるいは他の選択した位置に、特定のエレクトロニクスまたは半導体用途の必要を満たすようグラフェンの層数を制御するようなパターンで、グラフェンを剥離することができる。グラフェンGは、種々の溶媒に分散させることができ、そして印刷可能であり、ロールツーロール処理可能になる。拡張可能なグラフェン合成は、グラファイト膨張、膨張したグラファイトの剥離、及び得られたグラフェンの精製を含んでいてもよい。グラフェン膜の作成方法は、回転成型、膜濾過、自己集合、および種々の基材への移動プロセスを含む。また、スプレー技術を使用してもよい。光起電セルのためのグラフェンシートを用いる透明導電性電極は、本開示の態様である。グラフェンを、金属、半導体、ポリマー、ガラス、セラミックなどの種々の材料を用いてハイブリダイズすることができる。特に、コロイド状量子ドットの高温注入、ゾルゲルプロセスおよび他の溶液法によって、グラフェンヘテロ接合を作成することができる。化学蒸着、ナノクラスター堆積、スパッタリングのようないくつかの物理的方法も同様に使用できる。グラフェン支持金属触媒Pt/G、Ag/G、Au/G、Ni/G、...合金/G触媒は、典型的に、支持材が必要である。Pt/グラフェンのヘテロ接合の例では、利点の1つは、Ptナノ粒子上に有機安定剤有機保護層がなく、したがって、覆われていないPtは通常の触媒よりも高度に露出した表面、及び触媒特性を有する。別の利点は、熱安定性である。1つの実験では、Ptナノ粒子は、結晶マッチングを用い、グラフェン基材の上に直接成長させたが、これは高温での凝集を防ぐ。したがって、触媒性能は、比較的高温例えば、≦600°Cであっても保存される。LiFePO4/グラフェンハイブリッドLiFePO4は、電気自動車に電力を供給するための、出力が大きく、安全で、低コストで寿命が長いバッテリーの有望な正電極の候補である。グラフェンシートの上に均質なLiFePO4粉末を作成する析出プロセスによってLiFePO4/グラフェンハイブリッドを得ることができる。標的の相および大きさのLixFePO4の核形成/成長パラメータは、制御された温度で析出条件を微調整することによって調整できる。LiFePO4/グラフェンハイブリッドの場合、利点は、高容量で迅速な帯電放電速度である。実験では、LiFePO4ナノ結晶をグラフェンシートの上で成長させた。LiFePO4は、絶縁性であるが、グラフェンは、導電性である。ハイブリッド構造では、グラフェン要素の利点例えば、良好な導電性によって、他の要素の欠点例えば、導電性が悪いを克服し、電極およびバッテリーの性能を向上させる。高容量で迅速な充電放電速度で電気エネルギーを貯蓄することは、現代社会では重要な技術であり、例えば、電気自動車を可能にし、風力および太陽エネルギーのバックアップ電源を供給できる。ハードディスク用途のFePt/グラフェン実験では、単分散型FePtナノ結晶を溶液プロセスでグラフェンシートの上に堆積させた。FePtは、所望の強磁性特性を得るために、アニーリングして、fcc相をfct相に転移させることが必要である。課題の1つは、アニーリングプロセスによるFePtナノ粒子の深刻な凝集である。結晶マッチングがアニーリング中の凝集をブロックするので、FePt/グラフェンヘテロ接合は、この凝集の問題を克服でき、そして単分散型のままを保つことができる。ポリマー充填材一例の実施態様では、本開示の方法を用いて作られるグラフェンは、ポリマーマトリックスの熱特性および機械特性を本質的に変化させるための、ポリマー充填材として使用することができる。低いグラフェン充填材含有量で、強固な、耐久性のある多機能材料の有望なナノ複合材料を、従来の方法によって作成することができる。グラフェン充填材は、関連する熱安定性の向上とともに、ポリマーのガラス遷移温度を変化させることができる。量子ドット/グラフェン界面量子ドット例えば、CdSe/ZnSコア-シェルナノ結晶、PbSIR量子ドットとグラフェンシートとの界面を、LEDおよび太陽電池のような異なる用途のために設計することができる。量子ドット/グラフェンハイブリッドにおいて、高い蛍光性または蛍光の完全消失のいずれかを選択することができ、量子ドットの有機安定剤を微調整することにより制御可能である。有機安定剤を含み、高い蛍光性を有する量子ドットは、グラフェンGとハイブリダイズして、溶液分散性の量子ドット/グラフェンハイブリッドを得るように調整することができる。1~3層グラフェンは、最小限の光吸収を有するが、LEDを製造するための長鎖の炭素鎖安定剤の電気絶縁についての問題を克服することができる。量子ドットは、染料とグラフェンとの界面接続を調整することによって、種々の染料と置き換えることができる。グラフェン導電性インクおよびグラフェン紙グラフェンベースのインクG-INKを作成するために、グラフェンをいくつかの溶媒例えば、ジクロロベンゼンDCB、クロロホルム、イソプロパノールおよびN,N-ジメチルホルムアミドに高度に分散させることができる図1a参照。このグラフェンベースのインクG-INKは、薄くて柔らかくてもよい、基材に簡単にはけ塗りすることがでる。図7a~7eは、高導電性の基材100を作成するために使用可能なFLG粉末およびそこから誘導されたグラフェンベースのインクG-INKの種々の特性を示す。図7aは、FLG粉末15gの形態のグラフェンGの写真である。図7bは、普通紙にはけ塗りし、書き込むための、ジクロロベンゼン10mg/mlを含むG-INKを示す。ある実験では、800mgのFLG粉末を80mlのDCBに分散させた後、10分間超音波処理し、10mg/mlのFLGの良好なDCB分散物を得て、グラフェンベースのインクG-INKを形成した。新たに超音波処理したFLG分散G-INKを、基材100としての市販のA4印刷紙にはけ塗りし、グラフェンフレークFLGの層102を形成した。溶媒を迅速に吸収させるために、A4印刷紙100を吸収紙の上に重ねた。ドラフトで紙を乾燥させた後、FLGの第2の層102をはけで塗った。はけ塗りおよび乾燥のプロセスを数回繰り返した。その後、紙の上のFLG層102に高圧を加え例えば、ロッドによるプレス、グラフェンフレークの界面接着を強固にした。グラファイト粉末からの分散性のグラフェンフレークFLGの製造を拡張するために、電気化学的な帯電方法を超音波処理と組み合わせることができる。図7cおよび7dは、FLG層膜102でコーティングした市販のA4印刷紙を示す。図7eは、FLG層102における、紙の導電率オーム/スクエアと、紙の上のグラフェンの量mg/cm2との関係をプロットしている。0.7mg/cm2のグラフェンをロードする場合、15オーム/スクエア程度の低い紙抵抗を得ることができ、この値は、還元した酸化グラフェン紙よりも良好であり、高品質炭素ナノチューブで処理した紙に匹敵するものである。プラスチック基材の上の導電性透明グラフェン膜本開示の態様例は、本明細書中で形成されるようなグラフェンGを用い、導電性透明基材150を形成することを含む。グラフェンベースの透明導電性基材シート150を形成するためのプラスチック基材160の例としては、ポリジメチルシロキサンPDMS、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートPET、アクリルポリメチルメタクリレート、ブチレートセルロースアセテートブチレートが挙げられる。1つの例では、プラスチック基材160は可塑性である。1つの例では、乾燥粉末形態のグラフェンGを、無色透明プラスチック膜160の形態の基材150の上に載せ、均一なグラフェン膜になるように磨いた。研磨は、別のプラスチック基材ならびに柔らかい布および紙を用いて行うことができる。研磨プロセスは、テーブル表面でカードを、それらの分散が均一になるまで、かき回すような操作である。研磨方法は化学物質を必要とせず、単純であり、非常に環境に優しく、拡張可能である。約1umの大きさの数層グラフェン粉末を用いて手動で研磨することによって、良好な透明度例えば、約70までおよび良好な導電性例えば、約1.5キロオーム/スクエアを得ることができる。比較的大きな>10μmグラフェンフレークFLGを用いることによって、さらに良好な性能を得ることができる。図8a~図8dは、乾燥したFLG粉末を手動で磨くことによる、非常に連続性の高いFLG膜を用いて、プラスチック基材160上に形成された導電性透明基材150の種々の性質を示す。図8aは、2つの透明プラスチック基材170を用いるFLG粉末の研磨を模式的に示す。図8bは、プラスチック基材160の上に形成され、導電性透明基材170を生成し、これを通して、コンピュータスクリーン形態のバックグラウンド180が容易に見えるようなFLG膜の例を示す。図8cは、導電性透明基材150の4つの例の、透過率対波長nmにおける透明度スペクトルをプロットしていて、FLG層の透明度を本質的に測定するものである。図8dは、図8cと同じ導電性透明基材150の4つの例についての、透明度対電気抵抗キロオーム/スクエアをプロットしている。非対称なナノ結晶/グラフェンヘテロ接合の特性化上述のように、本発明の態様は、本明細書中で形成されるようなグラフェンを、図1bに示されるようなグラフェンベースのヘテロ接合50を形成するために使用することである。1つの例では、これは、非対称な支持金属または金属/半導体ナノ結晶触媒を構成する、層52Aおよび52Bを組み合わせて達成される。例は、グラフェンGの単一シートのそれぞれの側面に、層52Aおよび52Bとして、異なるナノ金属を含んでいる。他の例は、グラフェンの単一のシートのそれぞれの側面に異なるナノ金属と半導体ナノ結晶を含んでいる。数層グラフェンの単一シート形態にあるグラフェンGと、2つの対向する側面にある異なる材料52Aおよび52Bとによって形成される独特なへテロ接合50は、歪み工学に起因するグラフェンのバンドギャップを広げるために有用である。グラフェンフレークの非対称な材料との小さなバンドギャップは、電荷移動ならびに電子-正孔分離および移動、特にホットキャリア輸送に有用である。図9a~図9eは、CdTe/グラフェン/PbS-TiO2で作られている非対称ナノ結晶/グラフェンヘテロ接合50の電子顕微鏡による特性化である。図9fおよび図9gは、一例のCdTe/グラフェン/PbS-TiO2シートの電子回折パターンである。図9hは、CdTe/グラフェン/PbS-TiO2シートのEDX分析をプロットしている。図9iは、イソプロパノール中に分散させたCdTe/グラフェン/PbS-TiO2シートの濃度依存性の光吸収スペクトル吸光度対波長をプロットしており、比較のためにグラフェンのみ分散をGと示している。このプロットは、大きい波長で強い吸収を示している。グラフェンGと比べ、200~2000nmのUVから可視帯、IR帯までの幅広い波長で光吸収が増強しており、これは集光に適している。他の応用例本明細書中で形成されるようなグラフェンGの使用に適しているその他の多くの用途が存在する。1燃料電池触媒Pt/G、Pt-Pd/Gなど。Ptベースの触媒の触媒活性を向上させて、触媒中のPt使用量を減らすことによって、燃料電池コストを下げることが可能な技術を触媒グラフェンがサポートする。2自動車排気用清浄材。その利点は、大きな表面積をもち、耐熱性が高いことである。3金属/グラフェンハイブリッドAu/G、Ag/Gのラマン分光法検査。これは、食物/果実の殺虫剤残留量をその場で検査するのに使用することができる。ラマンシグナルの増幅は、非常に薄いシリカシェルを備えるグラフェンシート上に金または銀のナノ粒子によって提供されてもよい。4グラフェン/オキシドハイブリッド、例えば、TiO2/G、SnO2/G、ZnO/Gなど:ゾルゲルプロセスを使用し、広範囲用途のために、高性能で効率的なグラフェン/オキシドヘテロ接合をゾルゲルプロセスを用いて作成することができる。5非対称Pt/グラフェン/TiO2ヘテロ接合:このようなヘテロ接合は、グラフェンGの単一シートの片側に堆積させたPtナノ粒子を含み、一方、TiO2ナノ粒子を、もう一方の側面に堆積させている。6非対称CdTe/グラフェン/PbS-TiO2ヘテロ接合:グラフェンGの単一シートの片側に堆積させたCdTeナノ粒子を含み、一方、PbSナノ結晶および浸漬TiO2ナノ粒子を、もう一方の側面に堆積させている。"