KR20140085424A - 건축 구조물의 제조 방법 - Google Patents

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KR20140085424A
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layers
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architectural
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로이 에드워드 맥알리스터
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맥알리스터 테크놀로지즈 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 특정한 성질을 나타내도록 엔지니어링 처리된 상이한 결정의 매트릭스 특성화부를 포함하는 합성 물질인 건축 구조물에 관한 것이다. 건축 구조물은 층 부착, 형성, 박리 및 이격을 포함하는 프로세스에 의하여 제조될 수 있다. 한 구체예에서, 정제된 메탄은 기재를 통하여 열을 적용하여 기재에 정지된 메탄을 탈수소화시킬 수 있다. 증착된 탄소는 자동-정리를 통하여 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부의 복수의 층을 형성할 수 있다. 층을 박리 및 이격시켜 소정의 간격 및 두께에서 선택된 전구체를 사용하고 그리고 열, 압력 또는 둘다를 적용하여 평행한 배향을 설정할 수 있다. 소정의 건축 구조물은 추가로 안정화 및 도핑 처리되어 소정의 성질을 나타낼 수 있다.

Description

건축 구조물의 제조 방법{METHODS FOR MANUFACTURING ARCHITECTURAL CONSTRUCTS}
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 2011년 8월 22일자로 출원된 미국 가출원 제61/526,185호 및 2011년 8월 12일자로 출원된 미국 가출원 제61/523,261호를 우선권 주장으로 하며, 이들 출원 모두는 본원에 참고로 포함된다. 상기 가출원 및/또는 본원에 참고로 포함되는 기타 자료가 본 개시내용과 충돌할 경우, 본 개시내용이 지배한다.
기술 분야
본 기술은 상이한 결정의 매트릭스 특성화부를 포함하는 물질에 관한 것이다.
배경
역사상 어떤 시기보다 최근 150년 동안 기술이 더 많이 진보되었다. 이러한 혁신 시대에 대한 필수 사항은 새로운 소재 및 기존의 소재 모두에 의하여 나타나는 성질의 이용이다. 예를 들면, 반도체인 실리콘은 프로세서로 변형되었으며; 인장 강도가 높은 강철은 고층 건물의 골격을 건설하는데 사용되어 왔다. 미래의 혁신은 유사하게 새로운 소재 및 기존의 소재의 유용한 성질을 이용하는 것에 의존할 것이다.
소재의 유용성은 그의 적용예에 의존한다. 유용한 성질의 조합을 나타내는 소재는 특히 일부 기술을 가능케 하거나 또는 개선시킬 수 있어서 유용하다. 예를 들면, 컴퓨터 프로세서는 그의 입력에 의존하여 이진수 1 또는 0에 해당하는 전압을 각각 출력하는 복수의 트랜지스터에 의존한다. 트랜지스터로 적절한 소재가 일부 존재한다. 그러나, 반도체 소재는 트랜지스터의 이진 논리를 촉진하여 반도체가 컴퓨터 하드웨어에 특히 유용하게 되는 독특한 성질을 갖는다.
기술은 지속적으로 진보할 것이다. 엔지니어 및 과학자는 신규한 발명을 지속적으로 창출할 것이다. 이러한 아이디어를 실행하는 것은 새롭고 그리고 바람직한 방식으로 반응하도록 설정될 수 있는 소재에 의존할 것이다.
상세한 설명
개요
본원에 기재된 바와 같은 건축 구조물은 유용한 성질을 나타낼 수 있도록 설정될 수 있다. 건축 구조물은 결정의 합성 매트릭스 특성화를 포함한다. 이들 결정은 주로 탄소, 질화붕소, 운모 또는 또다른 소재로 이루어질 수 있다. 결정의 매트릭스 특성화는 고체 매스로서, (예를 들면 그라펜) 원자 정도로 얇은 평편한 또는 곡선층으로서 또는 기타 배열 및 변형으로 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 유리 또는 중합체 등의 비결정질 매트릭스에 혼입된 결정의 매트릭스 특성화를 포함한다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 수소 등의 물질이 로딩된 결정의 매트릭스 특성화를 포함한다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 특정한 기계적 성질을 갖도록 설정된다. 건축 구조물의 결정은 매트릭스 속성 또는 배열을 갖는다. 건축 구조물이 특정한 성질을 나타내도록 건축 구조물의 결정은 분화된다(예를 들면 특정 설정으로 정렬된다). 특히 기술적으로 이용 가능한 건축 구조물의 성질의 세트인 5가지를 제공한다: (i) 구조물의 열적 성질; (ii) 그의 전기적, 자기적, 전자기적, 광학적 및 음향적 성질; (iii) 그의 화학적 및 촉매적 성질; (iv) 그의 모세관 성질; 및 (v) 그의 수착 성질.
건축 구조물은 특정한 적용예에 대하여 이들 성질의 일부 또는 전부를 사용하도록 설계될 수 있다. 하기에서 상세하게 논의되는 바와 같이, 건축 구조물의 양상은 그의 조성, 그의 층에 위치하는 표면 구조, 그의 층 배향, 격자 위치 점유의 완성도 또는 미완성도, 그의 엣지 특성, 그의 도펀트 및, 그의 표면에 적용된 (촉매를 포함하는) 피막에 의존한다. 층으로서 설정될 경우, 또한 그의 층의 두께, 층 사이의 스페이서, 그의 층이 이격된 거리 및, 그의 층을 지지 및/또는 분리하는데 사용된 수단에 의존한다. 건축 구조물은 나노규모 이벤트를 포함한 마이크로-프로세싱을 촉진하도록 설계된 마이크로 또는 매크로-구조가 될 수 있다. 거시적 관점에서, 고유 밀도, 전기 전도도, 자기적 특징, 비열, 광학적 특징, 탄성율 및/또는 단면 계수를 갖도록 설정될 수 있다. 그리고, 미시적인 관점에서 분자 프로세서, 자기적 도메인 지지체, 하전 프로세서 및/또는 바이오 프로세서로서 작용하도록 설계될 수 있다.
이제, 본 발명의 각종 실시양태를 기재할 것이다. 하기 설명은 이들 실시양태의 철저한 이해 및 가능한 기재를 위한 구체적인 설명을 제공한다. 그러나, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 다수의 이들 상세한 설명 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가로, 일부 주지된 구조 또는 기능은 다양한 실시양태의 관련 기재를 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위하여 구체적으로 제시 또는 기재하지 않을 수 있다. 하기 제시된 기재에 사용된 용어는 본 발명의 특정한 구체적인 실시양태의 상세한 설명과 관련하여 사용하기는 하였으나, 그의 광의의 타당한 방식으로 해석될 것을 의도한다.
건축 구조물
건축 구조물은 결정의 합성 매트릭스 특성화를 포함한다. 결정은 탄소, 질화붕소, 운모 또는 기타 적절한 물질로 이루어진다. 이들 결정의 설정 및 처리는 특히 건축 구조물이 특정 상태를 겪을 때 나타내게 될 성질에 크게 영향을 받을 것이다. 다수의 이들 성질은 하기에 기재하며, 성질의 5가지 카테고리와 관련하여 논의된다. 이들 카테고리로는 (i) 열적 성질; (ii) 전기적, 자기적, 전자기적, 광학적 및 음향적 성질; (iii) 화학적 및 기타 촉매적 성질; (iv) 모세관 성질; 및 (v) 수착 성질을 들 수 있다. 이들이 이와 같은 방식으로 분류되기는 하나, 상이한 세트로부터의 성질은 때때로 서로 상호연관 또는 관련이 있다. 따라서, 건축 구조물은 본 명세서에서 논의되는 성질의 일부 또는 전부를 나타내도록 설정될 수 있다.
건축 구조물은 여러가지 방식으로 설정될 수 있다. 설계자는 고체 매스로서(예를 들면 서로에 대하여 다양한 배향으로 적층된 복수의 단일-원자-두께의 층으로서), 이격되어 있으며 그리고 대표적인 원자 정도로 얇은 복수의 층으로서 또는, 바람직한 성질을 나타낼 또다른 구성으로 이를 정렬시킬 수 있다. 설계자는 또한 물질 또는 표면 구조로 그의 표면의 선택된 부위를 피복하거나 또는 구조물을 도핑할 수 있으며, 이들 각각은 그러하지 않은 경우보다 상이한 방식의 양상을 나타내게 될 것이다. 예를 들면, 건축 구조물의 표면은 탄소, 붕소, 질소, 규소, 황 및/또는 전이 금속으로 이루어진 표면 구조 또는 피막으로 다양한 방식으로 피복 또는 반응될 수 있다. 이들 및 기타의 변형은 건축 구조물의 다양한 실시를 참조하여 하기에 추가로 기재한다.
도 1a는 결정의 매트릭스 특성화의 분자 구조를 나타내는 다이아그램이다.
도 1b는 건축 구조물의 결정의 매트릭스 특성화의 2층의 분자 구조를 나타내는 다이아그램이다.
도 1c는 건축 구조물의 결정의 매트릭스 특성화의 2층의 분자 구조를 나타내는 또다른 다이아그램이다.
도 2는 고체 매스로서 설정된 건축 구조물의 등측도이다.
도 3은 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 단면 측면도이다.
도 4는 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 측면도이다.
도 5는 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 단면 측면도이다.
도 6은 동심 튜브층으로서 설정된 건축 구조물의 단면 측면도이다.
도 7은 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 단면 측면도이다.
도 8은 건축 구조물의 층의 측면도이다.
도 9는 건축 구조물의 층의 또다른 측면도이다.
도 10은 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 측면도이다.
도 11은 평행층으로서 설정된 건축 구조물의 또다른 측면도이다.
도 12a는 탄화수소를 사용한 건축 구조물의 예시의 제조 방법을 도시한다.
도 12b는 건축 구조물을 제조하는 방법에서 층의 박리 및 이격의 예시의 프로세스를 도시한다.
도 12c는 건축 구조물의 제조 방법에서 선택된 전구체를 사용한 층의 박리 및 이격의 또다른 예시의 프로세스를 도시한다.
도 12d는 건축 구조물의 제조 방법에서 선택된 전구체를 사용한 층의 자동-정리의 예시의 프로세스를 도시한다.
도 12e는 건축 구조물의 제조 방법에서 산을 사용한 층의 박리 및 이격의 또다른 예시의 프로세스를 도시한다.
도 13은 정제된 메탄을 사용한 건축 구조물의 예시의 제조 방법이다.
도 14는 질화붕소를 사용한 건축 구조물의 예시의 제조 방법을 도시한다.
도 15는 질화붕소를 사용한 건축 구조물의 또다른 예시의 제조 방법을 도시한다.
도 16a는 단일 원자 두께의 층의 면을 갖는 예시의 건축 구조물의 측면도를 도시한다.
도 16b는 단일 원자 두께의 층의 면을 갖는 예시의 건축 구조물의 또다른 측면도를 도시한다.
도 16c는 단일 원자 두께의 층의 면을 갖는 예시의 건축 구조물의 상면도를 도시한다.
도 16d는 스크롤 양상을 나타내는 예시의 면을 도시한다.
도 17a는 예시의 건축 구조물의 균일하게 이격된 평행층의 3차원 측면도를 도시한다.
도 17b는 기체 분자가 층 사이에서 흡착 및 한정되어 있는 예시의 건축 구조물의 3차원 측면도를 도시한다.
도 18a는 물질을 운반하고 그리고 셀프-힐링(self-healing)하는 건축 구조물의 층(들)의 예시의 판(들)의 3차원 상면도를 도시한다.
도 18b는 물질을 운반하고 그리고 셀프-힐링하는 건축 구조물의 층의 예시의 판의 3차원 측면도를 도시한다.
도 1a는 일부 실시에 의하여 결정(100)의 매트릭스 특성화 층의 분자 다이아그램을 도시한다. 층은 탄소, 질화붕소, 운모 또는 또다른 적절한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 결정(100)의 매트릭스 특성화는 그라펜의 층일 수 있다. 도 1a에 도시한 바와 같은 결정의 매트릭스 특성화의 층은 하나 이상의 엣지를 포함하는 구조물이 하나 이상의 특성 또는 특정한 성질을 나타내도록 특정한 구성으로 기타 층과 함께 층을 정렬하거나 또는 층을 도핑시키는 바와 같이 층을 분화시켜 건축 구조물로서 설정될 수 있다.
건축 구조물을 형성하기 위하여 조합되는 결정의 매트릭스 특성화의 층은 원자보다 더 두꺼운 층(예를 들면 그라파이트를 형성하기 위하여 적층된 그라펜)으로서 설정 및 함께 적층될 수 있거나 및/또는 특정 거리로 서로 이격될 수 있다. 게다가, 건축 구조물의 층은 다양한 방식으로 서로에 대하여 배향될 수 있다. 도 1b는 결정의 매트릭스 특성화의 제2층(120)의 위에 정렬된 결정의 매트릭스 특성화의 제1층(110)을 포함하는 건축 구조물(105)의 다이아그램을 도시한다. 제1층(110)의 일부 원자의 위에서 보았을 때 제2층의 원자 사이의 구역내에서 정렬되도록 제1층(110)이 제2층(120)에 대하여 오프셋 처리되고 그리고 평행하다. 도시된 예에서, 제1평행층의 각각의 원자는 제2층(120)의 원자에 의하여 형성되는 6각형내에 대략 집중된다. 일부 실시에서, 제1층의 원자 및 제2층의 원자가 수직으로 정렬되도록 건축 구조물의 제1층 및 제2층이 설정된다. 예를 들면, 2개의 층의 원자가 수직 정렬되는 건축 구조물의 구조 다이아그램은 도 1a에 나타낸다. 도 1c는 결정의 매트릭스 특성화의 제1층(130) 및 제2층(140)을 포함하는 건축 구조물(125)의 분자 다이아그램을 나타낸다. 이러한 실시양태에서, 제1층(130)은 제2층에 대하여 30° 회전된 것으로 예시된다. 대안의 실시양태에서, 제1층은 이웃하는 층 또는 제2층에 대하여 다소 30°로 회전할 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 제1층은 탄소 등의 제1의 물질을 포함할 수 있으며, 구조물의 제2층은 질화붕소 등의 제2의 물질을 포함할 수 있다. 더 큰 분자가 평편한 표면의 분리를 왜곡 또는 증가시킴에 따라 상이한 물질로 이루어지거나 또는 도핑된 층은 평편하게 나타나지 않을 수 있다. 하기에서 추가로 상세하게 설명된 바와 같이, 건축 구조물의 일부 성질은 서로에 대하여 그의 층의 배향에 의하여 영향을 받는다. 예를 들면, 설계자는 구조물이 특정한 광학적 격자 및/또는 화학적 프로세스 개선을 비롯한 특정한 광학적 또는 촉매적 성질을 나타내도록 구조물의 제1층을 구조물의 제2층에 대하여 회전 또는 이동시킬 수 있다.
도 2는 고체 매스로서 설정된 건축 구조물(200)의 등측도를 나타낸다. 건축 구조물(200)은 예를 들면 그라파이트 또는 질화붕소를 포함할 수 있다. 고체 매스로서 설정된 건축 구조물은 평면 및 및 곡선 어레이를 비롯한 각종 배향으로 함께 적층된 복수의 단일-원자-두께의 층을 포함한다. 고체 매스로서 설정된 건축 구조물이 분화되는데, 이는 특정한 방식으로 반응하도록 변형된다는 것을 의미한다. 일부 실시에서, 고체 매스는 서로에 대하여 특정한 방식으로 그의 단일-원자-두께의 층을 배향시키거나 또는 도핑시켜 분화시킨다.
건축 구조물은 단일 물질(예, 질화붕소) 또는 그라파이트, 그라펜 및 다이아몬드로 이루어질 수 있거나 또는 기타 물질과의 반응 또는 도핑에 의하여 분화될 수 있다. 예를 들면 그라펜을 포함하는 건축 구조물은 붕소와 반응하여 화학량론적 및 비-화학량론적 서브세트 모두를 형성하는 부위를 가질 수 있다. 그라펜은 질소로 추가로 분화될 수 있으며, 탄소 그라펜 및 질소 계면과의 질화붕소 그라펜 모두를 포함할 수 있다. 일부 실시에서, 화합물은 건축 구조물의 위에 구축된다. 예를 들면 질화붕소 계면으로부터, 설계자는 마그네슘-알루미늄-붕소 화합물을 구축할 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 층의 엣지는 물질과 반응하며, 예를 들면 규소는 엣지에서 결합되어 탄화규소를 형성할 수 있으며, 이는 구조물과 기타 물질 사이에 더 강한 결합을 형성한다. 기타 반응은 구조물의 광학적 특징 또는 또다른 성질, 예컨대 비열을 변경시키도록 실시될 수 있다. 그러한 방식으로 건축 구조물을 분화시킴으로써, 설계자는 단 하나의 유형의 원자로 이루어진 구조물과는 상이한 성질을 나타내는 구조물을 생성할 수 있다.
서로 이격된 평행한 층을 포함하는 건축 구조물은 광범위한 성질을 산출하며 그리고 다수의 결과를 달성할 수 있다. 도 3 내지 도 11은 일부 실시에 의하여 설정된 건축 구조물을 도시한다. 도 3은 평행층으로서 설정된 건축 구조물(300)의 단면 측면도이다. 건축 구조물의 평행층은 임의의 다수의 물질, 예컨대 그라펜, 그라파이트 또는 질화붕소로 이루어질 수 있다. 평행층은 직사각형, 원형 또는 또다른 형태일 수 있다. 도 3에서, 층은 원형이며, 지지 튜브(310)가 건축 구조물(300)을 지지하는 홀(hole)을 포함한다. 층들 사이의 구역(330)에서 물리적, 화학적, 기계적, 광학적 및 전기적 성질 및 상태를 특성화시키는 거리(320)에 의하여 층이 각각 분리된다.
도 1 내지 도 11에 도시된 것과 같은 건축 구조물을 생성하기 위한 다수의 접근법이 존재한다. 하나의 접근법은 단일 결정을 소정의 형상으로 부착 또는 기계 가공하고, 열 처리하거나 또는 기타의 방법을 사용하여 단일 결정을 층으로 박리시키는 것이다. 예로서, 균일하거나 또는 불균일한 농도의 유체가 결정으로 확산될 때까지 결정을 유체 물질, 예컨대 수소 중에 온난-침지시킨다. 유체가 결정으로 침투되는 것을 도와서 이러한 프로세스를 촉매화하는 물질로 결정을 피복시킬 수 있다. 또한, 촉매는 유체가 결정으로 확산되는 깊이를 조절할 수 있으며, 그리하여 복수의 원자-두께의 층이 결정으로부터 박리되도록 한다. 충분한 피막은 백금 금속족, 희토류 금속, 팔라듐-은 합금, 티탄 및, 그러한 물질을 함유할 수 있는 다양한 합금 및 화합물과 함께 철-티탄, 철-티탄-구리 및 철-티탄-구리-희토류 금속의 합금을 포함한다. 얇은 촉매 피막은 증착, 스퍼터링 또는 전기도금 기법에 의하여 적용될 수 있다. 피막은 각각의 사용후 제거될 수 있으며, 유체가 결정으로 침투 및 확산되도록 한 후 또다른 결정에 재사용될 수 있다. 일부 실시에서, 도펀트 또는 불순물은 특정한 깊이로 결정에 투입되어 복수의 원자 두께의 층이 결정으로부터 박리될 수 있도록 하는 깊이로 유체가 확산되는 것을 돕는다.
침지된 결정은 임시 컨테이너내에 배치될 수 있거나 또는 불투과성 가압 용기내에 둘러싸일 수 있다. 가압은 컨테이너 또는 용기로부터 급작스럽게 해제되어 함침된 유체가 패킹이 가장 덜 밀집한 부위로 이동되도록 하고, 기체층을 형성하도록 할 수 있다. 기체 가압은 각각의 면과 같은 박리를 야기한다. 추가의 분리는 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄과 같은 연속적으로 더 큰 분자를 사용하여 이러한 프로세스를 반복하여 생성될 수 있다. 0001 면은 결정에 침투되는 유체의 양 및 유형 그리고 팽창의 출발시의 온도를 조절하여 특정한 거리로 분리될 수 있다. 건축 구조물의 층은 구조가 특정한 배향으로 이동되는 열 처리를 사용하는 층의 부착시 네온, 아르곤 또는 헬륨 등의 트레이스 결정 개질제를 적용하거나 또는 박리 중에 결정에 토크 및/또는 진동을 적용하여 서로에 대한 위치로 배향될 수 있다(즉, 도 1a 내지 도 1c에 관하여 상기 논의된 바와 같이 오프셋 및/또는 회전될 수 있다).
일부 실시에서, 박리되기 이전에, 하나 이상의 홀은 지지 구조를 도울 수 있도록, 도 3에 도시된 건축 구조물(300)을 지지하는 지지 튜브(310) 및/또는 유체 도관과 같이 결정에 천공될 수 있다. 지지 구조는 생성시 건축 구조물을 지지하도록 박리시키기 이전에 결정내에서 설정될 수 있다. 지지 구조는 또한 결정이 박리된 후 건축 구조물내에 배치될 수 있다. 지지 구조는 또한 서로에 대하여 특정한 거리로 건축 구조물의 층을 고정시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시에서, 지지 구조는 건축 구조물의 층의 엣지를 따라(예를 들면 평행층으로 이루어진 건축 구조물에 대한 케이싱으로서) 설정될 수 있다.
건축 구조물의 층은 임의의 두께를 갖도록 생성될 수 있다. 도 3에서, 건축 구조물(300)의 각각의 평행층은 원자 두께를 갖는다. 예를 들면 각각의 층은 그라펜의 시트일 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 층은 하나의 원자보다 더 두껍다. 도 4는 평행층으로서 설정된 건축 구조물(400)의 측면도이다. 도시된 구역에서, 건축 구조물(400)의 층은 각각 하나의 원자보다 더 두껍다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1c에 대하여 상기 논의한 바와 같이, 각각의 층은 도 1a, 도 1b 또는 도 1c의 임의의 배향으로 서로에 대하여 적층된 복수의 그라펜 시트를 포함할 수 있다. 건축 구조물은 단 하나의 원자 두께, 수개의 원자 두께의 평행층 또는, 20개 이상의 원자를 비롯한 훨씬 더 두꺼운 층을 포함할 수 있다.
일부 실시에서, 모든 층은 두께가 모두 동일한 한편, 기타의 실시에서는 층의 두께가 변경된다. 도 5는 두께가 다양한 평행층으로서 설정된 건축 구조물(500)의 단면 측면도이다. 상기 논의된 바와 같이, (예를 들면 소정의 깊이로 불순물 또는 도펀트를 투입하여) 유체가 결정으로 확산되는 깊이를 조절하여 두께에 관하여 서로 상이한 하나의 원자보다 더 두꺼운 층을 단일 결정으로부터 박리시킬 수 있다.
건축 구조물이 평행층으로서 설정되는 경우, 층은 동일한 거리로 또는 거리를 변경시켜 이격될 수 있다. 다시 도 3을 참조하면, 대략적으로 동일한 거리(320)는 각각의 평행층의 특징인 구역(330)을 분리한다. 도 5에서, 건축 구조물(500)의 층 사이의 거리는 변경된다. 예를 들면 층의 제1세트(510)의 층 사이의 거리는 층의 제2세트(520)의 층 사이의 거리보다 더 크며, 이는 제1세트(510)의 층 사이의 구역이 제2세트(520)의 층의 구역보다 더 크다는 것을 의미한다.
다수의 기술을 사용하여 하나의 층을 또다른 층으로부터 특정한 거리로 정렬시킬 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 한 방법은 평행층을 지지 구조위에 설정하고, 층과 이웃하는 층 사이의 소정 거리가 존재하도록 각각의 층을 박리시키도록 한다. 예를 들면 제조업자는 유체의 부피 및, 층의 박리시 단일 결정으로 확산되는 거리 모두를 조절할 수 있다. 또다른 방법은 각각의 박리된 층을 전기 하전 또는 유도 자화시키거나 또는 층이 서로 전기 또는 자기적으로 이격되도록 힘을 가한다. 확산 접합 또는 적절한 피착체를 사용하는 것은 서로에 대하여 이격된 특정 거리에서 중심 튜브 적소에 층을 고정시킬 수 있다.
층 사이의 특정한 거리를 달성하기 위한 또다른 기술은 층 사이에 스페이서를 부착시키는 것이다. 스페이서는 (예를 들면 그라펜 층을 갖는 다이아몬드 또는 탄화티탄을 형성하기 위한) 티탄, (예를 들면, 그라펜 층을 갖는 탄화철을 형성하기 위한) 철, 붕소, 질소 등으로 이루어질 수 있다. 다시, 도 4를 살펴보면, 평행층(400)은 스페이서(410)로 분리된다. 일부 실시에서, 기체는 각각의 층의 표면에 탈수소화되어 각각의 입자 또는 분자가 탈수소화되는 스페이서(410)를 생성한다. 예를 들면 건축 구조물의 층이 박리된 후, 메탄은 층의 표면에서 가열될 수 있어서 메탄 분자가 분열되고, 층의 표면에서 탄소 원자를 부착시킬 수 있다. 탈수소화되는 분자가 클수록 잠재적인 간격은 더 크다. 예를 들면 분자당 3개의 탄소 원자를 갖는 프로판은 분자당 1개의 탄소 원자를 갖는 메탄보다 더 큰 부착 및 면적 또는 스페이스를 생성할 것이다. 일부 실시에서, 평행층은 중심 튜브에 설정되며, 스페이서는 층 사이에 포함된다. 일부 실시에서, 스페이서는 건축 구조물로의 물질의 로딩 및 언로딩을 돕고 그리고 열을 전달하는 나노튜브 및 나노스크롤과 같은 표면 구조이다. 이들 유형의 표면 구조를 포함하는 건축 구조물은 도 10 및 도 11에 관하여 하기 기재되어 있다.
도 6은 결정의 매트릭스 특성화의 동심 튜브층으로서 설정된 건축 구조물(600)의 단면 측면도를 도시한다. 예를 들면, 건축 구조물의 제1층(610)은 튜브형이며, 건축 구조물의 제2층(620)보다 직경이 더 크며, 제2층(620)은 제1층(610)내에 설정된다. 동심 튜브로서 설정된 건축 구조물은 다수의 방식으로 형성될 수 있다. 하나의 방법은 건축 구조물(600)의 제1층(610)을 형성하기 위한 프레임내에서 기체, 예컨대 탄화수소를 탈수소화시키며, 스페이서에서 제2층(620)을 형성하기 위하여 제1의 기체를 탈수소화시키기 이전에 제1층의 내부면에 스페이서(예를 들면 표면 구조)를 형성하기 위하여 수소화티탄과 같은 물질을 탈수소화시키는 것이다. 그후, 그 다음의 층은 유사한 방식으로 부착시킬 수 있다. 일부 실시에서, 각각의튜브형 층은 그 자체의 프레임내에서 기체를 탈수소화시켜 형성된다. 그후, 탈수소화된 층은 도 6에 도시된 설정에서 서로 내부에 설정된다. 스페이서는 층의 내부면 또는 외부면에 부착되어 특정 거리로 이격되도록 할 수 있다. 기타 경우에서, 폴리불소화비닐 또는 폴리염화비닐 등의 소재의 복수의 랩(wrap)을 탈수소화시켜 소정의 건축 구조물을 생성한다. 기타의 경우에서, 폴리불소화비닐리덴 또는 폴리염화비닐리덴을 탈수소화시켜 소정의 건축 구조물을 생성한다.
도 7은 평행층으로 이루어진 건축 구조물(700)의 단면 측면도이다. 건축 구조물(700)은 층의 제2세트(720)에서의 층보다 더 근접한 거리로 이격되어 있는 층의 제1세트(710)를 포함한다. 건축 구조물(700)은 이러한 설정에서 나타나는 성질 중 일부에 관하여 하기에 추가로 상세하게 논의된다. 도 8은 건축 구조물의 층(800)의 측면도이다. 층(800)은 원형 형상을 가지며, 지지 구조가 층(800)을 지지할 수 있는 홀(810)을 포함한다. 도 9는 모서리가 둥근 직사각형 형상을 갖는 건축 구조물의 층(900)의 측면도이다. 상기 언급한 바와 같이, 층을 단일 결정으로부터 박리시킬 경우, 박리전 또는 박리후 특정한 형상으로 기계 가공시킬 수 있다. 층(900)과 같은 복수의 층은 예를 들면 그의 엣지에서 설정된 지지 구조 또는 그의 표면에서 설정된 스페이서에 의하여 함께 정렬될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 표면은 물질로 처리된다. 예를 들면 건축 구조물의 표면은 형성될 수 있는 고용체 또는 화합물에 의하여 발생되는 성질을 비롯한 특정한 성질을 건축 구조물이 나타내도록 탄소, 붕소, 질소, 규소, 황, 전이 금속, 탄화물 및 붕소화물 중 하나 이상으로 피복될 수 있다. 예를 들면 하기 논의된 바와 같이, 건축 구조물의 표면은 그의 전자기 및/또는 광학 성질을 변경시킬 수 있는 탄화규소를 포함하도록 처리될 수 있다.
일부 실시에서, 건축 구조물은 반영구적이거나 또는 성분 또는 공여체는 희생되지 않도록 설정된다. 예를 들면 하기 설명된 바와 같이, 건축 구조물은 구조물의 층 사이의 구역으로 물질의 분자가 로딩시키도록 설정될 수 있다. 비-희생 구조물은 물질을 로딩 및 언로딩시킬 수 있거나 또는 임의의 그의 구조를 희생하지 않고 기타 임무를 수행할 수 있다. 기타 실시에서, 건축 구조물은 특정한 결과를 촉진하도록 특정 시간 또는 상황에서 그의 결정질 구조로부터 원자를 희생하도록 설정된다. 예를 들면 수소와의 반응을 갖는, 질화붕소로 이루어진 건축 구조물은 질소를 로딩하도록 설정될 수 있으며, 질화붕소는 암모니아 및/또는 기타 질소 물질을 형성하기 위하여 촉진될 것이다. 그 결과, 구조물로부터의 원자는 수소와의 반응 중에 희생될 것이며, 생성물이 구조물로부터 언로딩될 때, 건축 구조물은 질화붕소의 희생된 분자를 상실할 것이다. 일부 실시에서, 그의 구조를 희생한 구조물은 그러한 반응에서 회복될 수 있거나 또는 주기적으로 사용될 수 있다. 예를 들면 질화붕소로 이루어진 건축 구조물은 구조물에 새로운 질소, 붕소 및/또는 질화붕소 분자를 제시하고, 열 또는 또다른 형태의 에너지, 예컨대 전자기 방사를 적용하여 회복될 수 있다. 새로운 질화붕소 구조는 손실되는 원자를 초기의 건축 구조물로 치환시키는 것을 자동-정리할 수 있다.
건축 구조물은 특정한 성질, 예컨대 고유 밀도, 탄성율, 비열, 전기 저항 및 단면 계수를 갖도록 설계될 수 있다. 이들 거시적 특징은 건축 구조물이 나타내는 성질에 영향을 미친다. 구조물의 밀도는 단위 부피당 그의 질량으로 정의된다. 다수의 상이한 변수는 건축 구조물의 밀도에 영향을 미친다. 일례로는 결정의 매트릭스 특성화의 조성이다. 예를 들면 질화붕소의 결정은 일반적으로 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 관하여 개시된 바와 같은 요인에 의존하여 그라파이트의 결정보다 밀도가 더 높다. 또다른 예로는 건축 구조물의 층의 이격 거리이다. 층 사이의 간격을 증가 또는 감소시키는 것은 이에 상응하여 건축 구조물의 밀도를 증가 또는 감소시킬 것이다. 또한 표면 구조에 의하여서가 아니라 유사하게 이격된 실시양태에 대하여 더 밀집한 표면 구조에 의하여 그의 층이 이격된 실시양태에서 건축 구조물의 밀도가 더 클 수 있다. 건축 구조물의 도펀트는 또한 그의 밀도 및 요구되는 바와 같은 다양한 관련 성질을 변경시킬 수 있다.
건축 구조물의 탄성율은 (탄성 변형 구역에서 그의 응력-변형 곡선의 기울기로서 정의되는) 힘이 적용될 때 탄성 변형되는 경향이다. 그의 밀도와 같이, 건축 구조물의 탄성율은 부분적으로는 그의 층의 두께, 그의 이격 및 그의 조성에 의존한다. 그의 탄성율은 또한 층이 전기 하전되는지의 여부 및 서로에 대하여 층이 고정되는 방법에 의존할 것이다. 도 3에 도시된 건축 구조물(300)의 지지 튜브(310)와 같이 층이 중심 튜브에 의하여 지지될 경우, 도 4에 도시된 건축 구조물(400)의 층 사이에서의 스페이서(410)와 같이, 각각의 층은 스페이서를 사용하여 서로에 대하여 고정될 경우보다 더 많은 양으로 일반적으로 탄성 변형될 수 있다. 대부분의 경우, 스페이서가 서로에 대하여 2개의 층을 고정시킬 경우, 힘이 가해질 때 각각의 층은 다른 층을 보강할 것이며, 주어진 힘으로부터 초래되는 편향을 약화시킨다. 각각의 층이 각각의 다른 층을 보강하는 양은 부분적으로는 층 사이의 스페이서의 농도 및 스페이서가 층을 함께 얼마나 강하게 유지하느냐에 따르게 된다.
건축 구조물의 단면 계수는 중성 축으로부터 극한의 압축 섬유의 거리에 대한 부위의 단면의 제2모멘트의 비이다. 건축 구조물의 단면 계수는 건축 구조물의 각각의 층의 크기 및 형상에 의존할 것이다. 예를 들면 건축 구조물의 직사각형 층의 단면 계수는 하기 수학식 1로 정의된다:
<수학식 1>
Figure pct00001
상기 수학식에서, b는 직사각형의 밑변이며, h는 높이이다. 중앙에 홀이 있는 원의 단면 계수는 하기 수학식 2로 정의된다:
<수학식 2>
Figure pct00002
상기 수학식에서, d2는 원의 직경이며, d1은 원에서 홀의 직경이다.
건축 구조물의 밀도, 탄성율 및 단면 계수는 건축 구조물에서 일정할 수 있거나 또는 이들은 단면에 따라 또는 주기적으로 변경될 수 있다. 구조물의 밀도, 탄성율 또는 단면 계수가 구조물이 나타내는 성질에 영향을 미칠 수 있는 바와 같이, 단면에 따라 또는 주기적으로 이들 거시적 특성을 변경시키는 것은 건축 구조물이 구조물의 상이한 부분에서 상이하게 반응하도록 할 수 있다. 예를 들면 제2구역에서보다 더 많은 양으로 제1구역에서 건축 구조물의 층을 분리시킴으로써 (이에 의하여 제1구역에서보다 제2구역에서 더 큰 밀도를 부여함), 건축 구조물은 제1구역에서 제1물질을 그리고 제2구역에서 제2물질을 차별적으로 로딩하도록 할 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 특정한 기계적 성질을 갖도록 설정된다. 예를 들면 건축 구조물은 물체에 대한 지지 구조로서 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 특정한 피로 내구 강도, 항복 강도, 극한 강도 및/또는 크리프 강도 중 하나 이상을 갖도록 설정된다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 성질에 대한 다양한 이방성 영향을 비롯한 본원에 논의된 상기 및 기타의 것을 비롯한 특정한 성질을 갖도록 설정된다.
I. 열적 성질
건축 구조물은 특정한 열적 성질을 갖도록 설정될 수 있다. 그의 결정질 층이 열을 용이하게 전도시키는 경우라도, 건축 구조물은 열을 전도 전달하기 위하여 높거나 또는 낮은 이용 가능성을 갖도록 설정될 수 있다. 예시로, 층에 대하여 수직인 전도는 스페이서 및 간격의 선택에 의하여 억제될 수 있다. 또한, 방사열은 구조물내에서 통로 또는 그 외의 것을 통하여 전달되고, 구조물로부터 반사되거나 또는 구조물에 의하여 흡수되도록 설정될 수 있다. 이러한 부문은 특정한 열적 양상을 갖도록 설계된 건축 구조물의 다양한 실시를 기재한다.
하나의 원자 두께의 그라펜 층은 구획중인 탄소 원자 사이에서 주로 개방 공간으로서 나타날 수 있다. 그러나, 그라펜은 매우 높은 열 및 전기 전도도를 원자의 면내에서의 방향으로, 충돌하여 흡수하게 되는 백색 광의 약 2.3%만을 제공한다. 유사하게, 원자의 위치에서 직교 방향으로 방출되는 열 에너지 스펙트럼의 약 2% 내지 5%가 흡수되는 한편, 분리된 건축 구조물 층에 평행한 복사 열선은 훨씬 더 적은 감쇠로 전달될 수 있다. 건축 구조물이 흡수하는 광의 알짜량은 부분적으로는 서로에 대하여 연속적인 층의 배향에 의존한다. 도 1a 내지 도 1c에 관하여 상기 논의된 바와 같은 건축 구조물의 층의 배향에서의 변화는 다양한 새로운 적용예가 가능할 수 있다. 예를 들면 복사 에너지는 도 1b에 도시한 배향과 같이 더 많은 흡수 배향에 의하여 표면아래 위치로 전달될 수 있다. 또다른 예로서, 복사는 도 1c에 도시한 바와 같은 배향에 의하여 분극화될 수 있으며; 이러한 배향은 도 1a 및 도 1b에 관하여 상기 기재된 바와 같이 특정량으로 그의 면의 방향으로 층을 오프셋 처리하여 추가로 변경될 수 있다. 그라펜의 성질, 광학 및 기타 등등의 추가의 논의의 경우, 문헌[R. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S, Novoselov, T. J. Booth, T. Stauber, N. M. R. Prees and A. K. Geim, Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene, 320 SCIENCE 1308 (2008)]; [A. B. Kuzmenko, E. van Heumen, F. Carbone, and D. van der Marel, Universal Optical Conductance of Graphite, DPMC, University of Geneva, 1211 Geneva 4, Switzerland (2008)]을 참조한다.
그라펜, 그라파이트 및 질화붕소와 같은 일부 결정질 물질은 특정한 방향으로 열을 용이하게 전달한다. 일부 적용예에서, 이들 물질 중 하나로 이루어진 건축 구조물은 2개의 위치 사이로 또는 특정 위치로부터 이격되거나 또는 특정 위치로 열을 전달하도록 설정된다. 기타 적용예에서, 건축 구조물은 열이 필요한 바에 따라 구조물로 그리고 구조물로부터 효율적으로 전달될 수 있도록 설정된다. 그라펜과 같은 물질로 이루어진 건축 구조물은 신속하게 가열 또는 냉각될 수 있다. 밀도가 금속보다 훨씬 더 낮음에도 불구하고, 건축 구조물은 고체 은, 미가공 그라파이트, 구리 또는 알루미늄보다 단위 면적당 소정 방향으로 더 많은 양의 열을 전도 전달할 수 있다.
건축 구조물은 구조물의 주어진 단면을 통한 고 농도의 열 전도성 경로를 구조물이 갖도록 설정하여 열의 전도 전달을 위한 높은 이용 가능성을 갖도록 정렬될 수 있다. 건축 구조물은 구조물의 주어진 단면을 통한 저 농도의 열 전도성 경로를 구조물이 갖도록 설정하여 열의 전도 전달을 위한 낮은 이용 가능성을 갖도록 정렬될 수 있다. 예를 들면, 도 7은 직사각형이며 그리고 중앙 지지 구조(703)에 의하여 지지되는 평행층으로서 설정된 건축 구조물(700)을 도시한다. 평행층의 제1세트(710)는 원자 두께와 같이 다소 동일한 두께를 가지며 그리고 서로에 대하여 제1거리로 이격된 층으로 이루어진다. 층의 제2세트(720)는 유사하게 원자 두께일 수 있으며 그리고 서로에 대하여 제1거리보다 큰 제2거리로 이격된 층으로 이루어진다. 층의 제2세트(720)를 가로지른 것보다 평행층의 제1세트(710)를 가로지른 고 농도의 열적 통로로 인하여(층의 세트가 대략 동일한 거리로 이어짐), 제1세트는 열을 전도 전달하는 이용 가능성이 제2세트보다 더 높다. 제2세트(720)는 지지체(703)의 종축에 평행한 열 전달에 대한 절연을 제공하기 위하여 그리고 제2면(702)에 위치한 물체로부터 구조물의 제1면(701)에 위치하는 물체를 열 절연시키는 제1세트(710)보다 더 우수한 작업을 수행하는 것이 된다.
일부 실시에서, 평행층으로서 설정된 건축 구조물은 층이 직교하지 않는 면을 절연시키기 위하여 정렬된다. 예를 들면 건축 구조물은 층이 이에 대하여 배치될 때 표면과 45°와 같은 각도를 이루도록 연속하는 층의 엣지를 특정량으로 오프셋 처리하여 45°와 각은 각도로 그의 층이 평면과 접촉하도록 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 더 두꺼운 층을 갖도록 설정하여 열을 전도 전달하기 위한 높은 이용 가능성을 갖도록 정렬될 수 있다. 예를 들면, 도 5를 다시 살펴보면, 층의 제2세트는 제1세트보다 더 두꺼우며 함께 더 근접하게 이격되므로, 제1세트(510)를 통하여서보다는 층의 제2세트(520)를 통하여 열을 열적 전달하기 위한 이용 가능성이 더 높다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 구조물내에서 열의 전도 전달을 촉진하는 도 10에 도시된 건축 구조물(1000)에서와 같은 표면 구조를 포함한다.
건축 구조물의 전자기 및 광학 성질에 관하여 하기 논의된 바와 같이, 건축 구조물은 복사 에너지를 전달, 회절, 반사, 굴절 또는 그렇지 않다면 변형시키도록 정렬될 수 있다. 따라서, 건축 구조물은 특정한 방식으로 복사열과 상호작용하도록 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 구조물내에서 통로를 통하여 복사열을 전달하도록 설정된다. 이와 같은 복사열의 전달은 광의 속도로 에너지의 전달에 의하여 시약 및/또는 반응물의 촉매적 제시에 의하여 촉진되는 흡열 또는 발열 반응을 가능케 할 수 있다. 복사열과 관련된 구조물의 성질은 특정한 파장을 흡수 또는 반사할 수 있는 구조물의 층에 표면 구조를 포함하여 변경될 수 있다. 도펀트를 포함하는 건축 구조물 면과의 상호작용 및, 연속적, 간헐적 또는 부정기적 전기 하전 및/또는 방사의 적용에 의하여 생성물이 제거됨에 따라, 반응물은 배향, 적소 유지 및 가열 또는 냉각된다.
다양한 슬롯 폭을 갖는 복사 격자는 층 사이의 간격으로서 또는 전자 비임 리토그래피(e-비임)에 의하여 제조될 수 있으며, 그의 직교 자기 모드(TM 모드)의 적외선 전달은 푸리에 변환 적외선 분광학(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)(FTIR)을 제공한다. 이는 국소 도펀트와 함께 적외선 광검출기, 바이오-칩 센서 및 발광 다이오드 편광자로서 작용하는 집적 서브회로 및 시스템에 대한 기초를 제공한다. 2008년 8월 4일자로 출원된 "적외선 통신 장치 및 적외선 통신 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제12/064,341호에는 일부 예시의 시스템이 기재되어 있으며, 이 출원의 교시내용은 본원에 참고로 포함된다.
다시, 도 7을 살펴보면, 층의 제2세트(720)는 특정한 거리에서 이격되어 있으며, 특정한 물질로 이루어지며, 층에 평행한 입사 적외선 에너지가 층 사이의 구역을 통하여 투입 및 전달되도록 특정한 두께를 갖도록 설정된다. 예를 들면 특정한 주파수를 갖는 복사 에너지를 전달하기 위하여, 건축 구조물은 양자 역학 관계에 따라 이격되어 있는 질화붕소의 층으로 이루어질 수 있다. 유사하게, 이미 보고한 바와 같이, 건축 구조물은 또한 층의 위에서 또는 층 사이에서의 불연속 위치에서 또는 다수의 층과 관련된 복사 에너지를 구체적으로 흡수하도록 설정될 수 있다. 예를 들면 층의 제1세트(710)의 층은 입사 적외선 에너지의 적어도 일부가 층에 의하여 흡수되도록 특정 거리로 이격되고, 특정 물질로 이루어지고, 특정한 두께를 가질 수 있다. 각각의 개별적인 층 또는 현수된 층의 불투명도는 양자 전자역학에 의하여 정립된 바와 같이 직교 방사의 2.3%이다. 층의 군의 불투명도는 그의 간격, 건축 구조물의 층의 배향, 층내의 상대론적 전자의 상호작용 및, 스페이서, 예컨대 표면 구조의 선택에 의존한다.
건축 구조물은 또한 복사열을 비롯한 복사 에너지로부터 물체를 절연시키도록 정렬될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 물체의 주위에서 또는 물체로부터 통로를 통하여 복사 에너지를 전달하거나 또는 복사 에너지를 반사시켜 복사열로부터 물체를 절연시킬 수 있다. 예를 들면, 도 4를 살펴보면, 건축 구조물은 구조물의 좌측에서 복사 공급원으로부터 건축 구조물(400)의 우측에 배치된 물체를 절연시키도록 설정될 수 있다.
건축 구조물의 열적 성질은 또한 구조물의 표면에 피막을 첨가하거나 또는 구조물을 도핑시켜 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 4를 다시 살펴보면, 건축 구조물(400)은 자동-정리된 상태로 또는 일반적으로 그의 열적 전도율을 증가시키기 위하여 확산 또는 이온 주입에 의하여 또는 특정한 부위 또는 방향으로 도핑될 수 있다. 또한, 금속, 예컨대 알루미늄, 은, 금 또는 구리로 피복시켜 특정 주파수를 반사하거나 또는 그렇지 않은 경우보다 더 많은 복사열을 반사하도록 할 수 있다.
II. 음향적, 전자기 및 광학 성질
건축 구조물은 복사 또는 음향적 에너지에 반응하여 특정 성질을 나타내도록 할 수 있다. 이들은 특정 주파수에서 음향적 및/또는 전자기적으로 공명하도록 설정될 수 있다. 이들은 또한 특정 굴절율을 갖도록 구조될 수 있으며, 입사 전자기 파의 주파수를 이동시키도록 설계될 수 있다. 이들 성질은 구조물이 고유 밀도, 탄성율 및 단면 계수를 비롯한 특정 설정을 갖도록 정렬하여 조절될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 이들 변수는 건축 구조물의 조성, 그의 처리 및 그의 설계를 변경시켜 조절될 수 있다.
건축 구조물의 음향적 공명 주파수는 다양한 물질 및 관련 성질의 선택을 비롯한 다수의 요인과 함께 변경되며, 통상의 소재보다 더 낮거나 또는 더 높은 주파수에서 공명하도록 설계될 수 있다. 따라서, 건축 구조물이 평행층으로서 설정될 경우 그리고 기둥(pillar) 또는 분리기의 존재 및 위치 및 밀도에 따라서, 얇은 층은 더 두꺼운 층보다 더 높은 공명 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 그의 엣지에서 강하게 지지된 건축 구조물은 그의 중심에서 지지된 것보다 더 낮은 주파수에서 공명될 것이다. 추가로, 탄성율이 높은 건축 구조물은 탄성율이 낮은 것보다 더 큰 주파수에서 공명될 것이며, 단면 계수가 높은 건축 구조물은 단면 계수가 더 작은 건축 구조물보다 더 낮은 또는 더 높은 주파수에서 공명될 것이다. 예를 들면, 도 5를 다시 살펴보면, 층의 제2세트(520)는 층의 제1세트(510)보다 더 낮은 음향적 공명 주파수를 갖는다. 이는 제2세트의 층이 제1세트의 층보다 더 두꺼우며 그리고 서로에 대하여 더 짧은 거리로 그러나 그렇지 않을 경우 동일한 거리로 이격되기 때문이다. 제2세트(520) 또는 제1세트(510)의 임의의 층의 공명 주파수는 층의 직경을 더 크게 하여 감소될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 모든 층은 동일한 주파수에서 공명되도록 설계된다. 건축 구조물의 공명 주파수는 또한 그의 조성에 의존할 것이다. 추가로, 일부 실시에서, 도펀트 및/또는 피막을 건축 구조물에 첨가하여 기타 분화를 제공함과 동시에 그의 음향적 공명 주파수를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 표면 구조 및/또는 공유 또는 이온 결합을 포함하는 스페이서를 층 사이에 첨가하여 건축 구조물의 공명 주파수는 또한 감소될 수 있다.
건축 구조물은 또한 특정 주파수에서 전자기 공명하도록 설정될 수 있다. 예를 들면 그의 밀도, 탄성율 및 단면 계수는 구조물 또는 각각의 층이 특정 공명 주파수를 갖도록 각각의 층에 대하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 도 5를 다시 살펴보면, 층의 제2세트(520)는 층의 제1세트(510)보다 더 낮은 전자기 공명 주파수를 가질 수 있는데, 이는 제2세트가 제1세트보다 더 두꺼운 층을 가지며, 제1세트의 층보다 더 근접하게 설정되기 때문이다. 일부 실시에서, 건축 구조물을 도핑시키고, 그의 전자기 공명 주파수는 도핑의 결과로서 증가 또는 감소될 것이다.
건축 구조물은 5차원(5D) 메모리를 제공할 수 있다. 펨토초 레이저는 건축 구조물에 혼입되거나 및/또는 광의 광학적 와류 양상을 제공하는 구조적 관계를 변경 또는 개발하기 위하여 스페이스 변형 분극화 변환기로 작동할 수 있으며, 회전 조절 방향과 함께 주파수 선택성을 제공할 수 있다. 유사하게, 건축 구조물은 분극화 변환기와 결합된 매우 작은 저-전력 입자 가속기를 제공할 수 있다.
건축 구조물은 또한 특정 파장에 존재하는 복사 에너지를 흡수하도록 설정될 수 있다. 다수의 요인은 건축 구조물이 특정 파장에 존재하는 복사 에너지를 흡수하는지의 여부에 영향을 미친다. 예를 들면, 도 4를 살펴보면, 건축 구조물(400)이 특정 파장에 존재하는 복사 에너지를 흡수하는 능력은 층의 두께, 간격, 조성, 도펀트, 스페이서(표면 구조 포함) 및 피막에 의존한다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 제1파장에 존재하는 복사 에너지를 전달하고 그리고, 수용되는 복사 에너지로부터 상이한 파장에 존재하는 에너지를 흡수 및 재-복사하도록 설정된다. 예를 들면, 도 4를 다시 살펴보면, 건축 구조물(400)은 층이 입사 복사 에너지의 전부가 아닌 일부에 평행하도록 설정될 수 있다. 평행층은 구조물을 통하여 층에 평행한 것을 포함하는 임의의 각도에 존재하는 복사 에너지를 전달하며 그리고 평행하지 않은 복사를 흡수하고 및/또는 분극화 기능을 수행하도록 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 재-복사 물질(예를 들면, 탄화규소, 붕소화규소, 붕소화탄소 등)을 예컨대 상기 물질을 사용하여 건축 구조물을 화학적 증착, 스퍼터링 또는 그렇지 않을 경우 분무시켜 건축 구조물의 표면에 피복시킨다. 그후, 평행하지 않은 복사가 건축 구조물과 접촉할 때, 재-복사성 물질은 평행하지 않은 복사를 흡수하고 그리고 에너지가 수용되는 것보다 다른 파장에서 에너지를 재-복사시킨다. 예를 들면 탄화규소는 규소가 고용체 및 화학량론적 화합물을 형성하는데 이용 가능하도록 하여 건축 구조물에 적용될 수 있다.
상기 예에서 언급하고 그리고 복사열에 관하여 상기 논의한 바와 같이, 건축 구조물은 구조물내의 복사 통로를 통하여(예를 들면 층 사이의 구역을 통하여) 복사 에너지를 전달하도록 설정될 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 열적 복사는 층 사이에서 부위내의 광 속도에서 전달될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 건축 구조물(300)의 층이 이격된 거리는 복사 에너지를 전달할 수 있는 층 사이에서 구역(330)을 생성한다. 일부 실시에서, 층 사이의 구역의 크기는 증가되어 더 많은 복사 에너지를 전달하도록 할 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 층은 이격되어 입사 전자기 파를 분극시킨다. 또한, 상기 논의된 바와 같이, 건축 구조물은 복사 손상 또는 열 전달로부터 물체를 절연시키도록 설정될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 복사 에너지를 반사하여 복사로부터 물체를 절연시킨다. 예를 들면, 도 4를 살펴보면, 건축 구조물(400)은 구조물의 좌측에서의 복사로부터 건축 구조물(400)의 우측에 배치된 물체를 절연시키도록 설정될 수 있다. 예를 들면 선택된 층은 질화붕소로 이루어질 수 있으며, 이격되어 소정 파장내에서 전자기 복사를 반사시킬 수 있다.
건축 구조물은 또한 특정 굴절율(즉, 특정 범위 또는 정확한 값내에서의 굴절율)을 갖도록 설정될 수 있다. 건축 구조물의 굴절율은 기타 변수 중에서 층의 조성(예, 질화붕소, 그라파이트 등), 층의 두께, 도펀트, 스페이서(표면 구조 포함), 투입된 서브-회로 및 층을 이격시키는 거리에 의존한다. 도 4를 살펴보면, 구조물의 평행층(400) 사이의 거리(440) 및 층의 두께는 구조물의 평행층(400)이 특정 굴절율을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들면 층은 그라파이트로 이루어져 층 사이의 간격에 의하여 및/또는 간격내에서 흡착 및/또는 흡수된 물질의 첨가에 의하여 조절되는 굴절율을 가질 수 있다. 게다가, 일부 실시에서, 도펀트를 건축 구조물에 첨가하여 그의 굴절율을 변경시킨다. 예를 들면 질화붕소로 이루어진 건축 구조물의 층은 질소, 규소 또는 탄소로 도핑되어 일반적으로 또는 선택된 구역에서 그의 굴절율을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
건축 구조물의 굴절율은 물질이 건축 구조물에 로딩될 때 변경될 수 있다. 예를 들면 진공 중에 존재하는 건축 구조물은 수소를 구조물에 로딩시키고, 에피택셜 층으로서 및/또는 에피택셜 층 사이의 모세관으로서 나타낼 경우보다 상이한 굴절율을 가질 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물의 제1부분의 굴절율은 건축 구조물의 제2부분의 굴절율과 상이하다. 예를 들면, 도 5를 살펴보면, 층의 제1세트(510)는 층의 제2세트(520)보다 굴절율이 상이할 수 있으며, 이는 층의 제1세트가 더 얇으며 그리고 층의 제2세트에서의 층보다 더 큰 거리로 이격되기 때문이다.
건축 구조물은 층을 서로에 대하여 특정 방식으로 배향시켜 특정 회절 격자를 구역적으로 발생시키거나 또는 갖도록 설정될 수 있다. 그 결과, 입사 전자기 파는 예측 가능한 패턴으로 건축 구조물의 층을 통하여 회절될 것이다. 일부 실시에서, 광을 건축 구조물의 층에 통과시키고 그리고 광이 어떻게 회절 및 굴절되는지를 관찰함으로써(예를 들면 존재할 경우 생성되는 회절 패턴 및 광이 굴절되는 각도를 관찰함으로써), 어떤 미지의 물질이 엣지 위에 또는 층 사이에 로딩되었는지를 결정할 수 있다. 예를 들면 건축 구조물은 도 1a에서와 같이 구조물에 대하여 수직인 위치로부터 보았을 때 제1층으로부터의 원자가 제2층으로부터 원자와 함께 정렬되도록 설정되어 광이 구조물에 통과시 예측 가능한 회절 패턴을 생성할 수 있다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, (이격되거나 또는 하나의 위에 다른 하나가 적층된) 구조물의 층은 하나의 층을 다른 층에 대하여 오프셋 처리 또는 회전시켜 상이한 방식으로 배향시킬 수 있다.
III. 촉매적 성질
건축 구조물은 다양한 방식으로 반응을 촉매화하도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 도 3 내지 도 5에서와 같이 평행층으로 이루어진 건축 구조물은 반응의 온도를 조절하고, 반응을 촉매화하는 특정한 간격, 하전 어레이 및/또는 설정을 갖거나, 열 추가 또는 제거를 촉진하거나 또는 반응을 촉매화하는 물질을 공급하여 그의 층의 엣지에서 화학적 반응 또는 생물학적 반응을 촉매화할 수 있다. 건축 구조물은 반응을 가속시키고, 반응물의 제시를 연장시켜 반응을 촉진시키고, 열의 추가 또는 제거에 의하여 반응을 가능케 하거나, 반응 단계에 의하여 형성된 생성물을 이동 또는 제거하거나 또는 그렇지 않다면 반응을 촉진시켜 반응을 촉매화할 수 있다.
복수의 변수는 변경되어 특정 반응을 촉매화시킬 수 있다. 일부 실시에서, 반응이 촉매화되도록 건축 구조물의 층의 두께를 선택한다. 일부 실시에서, 반응이 촉매화되도록 층 사이의 거리 및/또는 층의 조성(예, 질화붕소, 탄소 등)을 선택한다. 일부 실시에서, 특정 반응을 촉매화하도록 도펀트를 건축 구조물에 첨가하거나 또는 특정 화학의 (표면 구조를 포함하는) 스페이서를 층 사이에 첨가한다.
일부 실시에서, 평행층은 반응을 발생시키고자 하는 구역으로 열을 전달하여 반응을 촉매화시킬 것이다. 기타 실시에서, 평행층은 반응을 발생시키고자 하는 구역으로부터 열을 전달하여 반응을 촉매화한다. 예를 들면, 도 3을 다시 살펴보면, 열을 평행층(300)에 전도 전달하여 지지 튜브(310)내에서 열을 흡열 반응에 공급할 수 있다. 일부 실시에서, 평행층은 반응을 발생시키고자 하는 구역으로부터 반응의 생성물을 제거하여 반응을 촉매화시킬 것이다. 예를 들면, 도 3을 다시 살펴보면, 평행층(300)은 알콜이 부산물인 지지 튜브(310)내의 생화학적 반응으로부터 알콜을 흡수하여 알콜을 평행층의 외부 엣지로 배출시켜 생산성을 개선시키거나 및/또는 생화학적 반응에 관여되는 미생물의 1종 이상의 유형의 수명을 연장시킬 수 있다.
일부 실시에서, 평행층의 제1세트는 반응을 촉매화시키도록 설정되고, 평행층의 제2세트는 반응의 생성물을 흡수 및/또는 흡착시키도록 설정된다. 예를 들면, 도 5를 다시 살펴보면, 층의 제2세트(520)는 2개의 분자 사이의 반응을 가능케 하여 화학적 반응을 촉매화하도록 설정될 수 있으며, 층의 제1세트(510)는 반응의 생성물을 흡착시켜 화학적 반응의 길이를 연장시키도록 설정될 수 있다.
반응은 마찬가지로 기타 방식으로 촉매화될 수 있다. 일부 실시에서, 구조물에 근접한 반응을 촉매화하도록 건축 구조물은 전기 하전된다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 특정 주파수에서 음향적으로 공명되어 반응을 촉매화하는 방식으로 분자가 그 자체로 배향되도록 설정될 수 있다. 예를 들면 분자는 화학적 반응 또는 그의 흡착을 층의 위에서 가능케 하도록 배향될 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 복사 에너지를 전달 또는 흡수하여 반응을 촉매화하도록 설정된다. 예를 들면, 도 5를 살펴보면, 층의 제2세트(520)는 복사 에너지를 흡수하고 그리고 층의 제1세트(510)가 흡열 반응을 촉진시키는데 사용되는 열로 복사 에너지를 변형시키도록 설정될 수 있다. 유사하게, 표면 구조는 복사 에너지를 흡수하여 구조물을 가열하고 그리고 반응을 촉진시키도록 설정될 수 있다.
일부 실시에서, 촉매를 건축 구조물에 첨가하여 구조물에 근접한 반응을 촉매화한다. 촉매는 구조물의 층의 엣지에 또는 구조물의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면 크로미아를 건축 구조물의 엣지에 적용할 수 있으며, 크로미아는 이온화 자외선 복사 또는 유도된 스파크를 사용하여 공기로부터 생성된 오존 및 메탄 사이의 화학적 반응을 촉매화할 수 있다.
IV. 모세관 성질
평행층으로서 설정된 건축 구조물은 모세관 작용의 분자간 힘, 표면 장력, 정전기 및/또는 기타 영향에 의하여 기체 또는 액체와 같은 유체가 그의 층 사이에서 이동되도록 정렬될 수 있다. 임의의 다수의 변수는 평행층이 특정 물질에 대하여 모세관 작용을 수행할 수 있도록 변경될 수 있다. 일부 실시에서, 층의 조성, 표면 구조, 도펀트 및/또는 두께는 건축 구조물이 특정 물질에 대하여 모세관 작용을 수행하도록 선택된다. 일부 실시에서, 건축 구조물이 특정 물질에 대하여 모세관 작용을 수행하도록 층 사이의 특정 거리를 선택한다. 예를 들면, 도 6을 살펴보면, 건축 구조물(600)의 각각의 동심층은 물을 제시 또는 생성하기 위하여 서로에 대하여 모세관 거리로 이격될 수 있으며, 건축 구조물은 모세관 작용에 의하여 구조물의 위에 또는 이를 통하여 물을 가하거나 또는 그렇지 않다면 전달할 수 있다.
건축 구조물은 제1분자에 대한 모세관 거리로 이격된 일부 층 및, 제2분자에 대하여 모세관 거리로 이격된 일부 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도 5를 살펴보면, 층의 제1세트(510)는 프로판과 같은 제1분자에 대하여 모세관 거리로 이격될 수 있으며, 층의 제2세트(520)는 수소와 같은 제2분자에 대하여 모세관 작용을 수행하도록 하는 크기를 가질 수 있다. 이러한 예에서, 수소는 이웃하는 그라펜 층으로 제거 또는 흡착될 수 있으며, 추가의 수소는 건축 구조물 설계에 의하여 프로판을 프로필렌으로 전환시키는 것과 같은 프로세스에서 특정한 결과를 제공하는 바와 같이 수소의 경계층 사이에서 흡수될 수 있다. 게다가, 일부 실시에서, 건축 구조물은 열이 구조물로 또는 구조물로부터 전달되어 모세관 작용을 촉진시킬 수 있도록 또는 하전이 건축 구조물의 층에 적용되어 모세관 작용을 촉진시켜 화학적 프로세스를 촉진시킬 수 있도록 설정된다.
V. 수착 성질
평행층으로 정렬된 건축 구조물은 층 사이의 구역으로 물질을 로딩시키도록 설정될 수 있다. 층의 표면으로 흡착 또는 층 사이의 구역으로 흡수될 때 물질의 분자가 평행층 사이에 로딩된다. 예를 들면, 도 3을 살펴보면, 건축 구조물(300)은 층의 내부 엣지(340)에서 제시되는 물질의 분자를 층 사이의 구역(330)으로 로딩시킬 수 있다. 지지 튜브(310)는 천공(350)을 통하여 물질을 공급할 수 있다.
다수의 요인은 건축 구조물이 물질의 분자를 로딩하는지의 여부에 영향을 미친다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 분자가 로딩되는 구역으로부터 열을 전달하도록 설정된다. 건축 구조물을 냉각시, 분자를 더 빠르게 로딩시킬 수 있거나 또는 더 뜨거울 때 로딩이 불가한 분자를 로딩시킬 수 있다. 유사하게, 건축 구조물은 구조물에 또는 구조물을 통하여 반응물 또는 생성물에 열을 전달하여 언로딩시킬 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 전하가 구조물에 적용된 후 더 빠른 속도로 또는 더 높은 밀도로 분자를 로딩하도록 설정된다. 예를 들면 그라펜, 그라파이트 및 도핑된 질화붕소는 전기 전도성이다. 이들 물질로 이루어진 건축 구조물은 전하를 그의 층에 적용시 더 높은 비율로 분자를 로딩하도록 설정될 수 있다. 게다가, 상기 언급된 바와 같이, 일부 실시에서, 건축 구조물은 특정 공명 주파수에서 음향적으로 공명되도록 설정될 수 있다. 층 사이의 구역으로 로딩시키기 위하여 구조물에 근접한 특정한 분자가 이롭게 배향되도록 특정한 주파수에서 공명되도록 설건축 구조물은 설정될 수 있다.
일부 실시에서, 복사 에너지가 구조물로 향할 때 건축 구조물은 물질을 로딩 또는 언로딩하도록 설정된다. 예를 들면, 도 3을 살펴보면, 건축 구조물이 적외선파, 음향, 가시 또는 UV파를 흡수하여 로딩된 물질의 분자를 가열 및 로딩 또는 언로딩하도록 구조물의 각각의 평행층(300) 사이의 거리(320)를 선택할 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 일부 실시에서, 촉매를 층의 외부 엣지와 같은 선택된 구역에 적용하여 층 사이의 구역으로 물질을 로딩시키는 것을 촉진시킬 수 있다.
일부 실시에서, (예를 들면 제1분자를 로딩시키고 그리고 제2분자 로딩을 삼가하여) 건축 구조물은 특정 분자 또는 분자들을 선택적으로 로딩하도록 설정된다. 예를 들면, 도 5를 다시 살펴보면, 제2분자가 아닌 제1분자의 선택적 로딩을 촉진시키기 위하여 특정 거리에 있도록 층의 제1세트(510)를 설정할 수 있다. 유사하게, 제2분자가 아닌 제3분자의 로딩을 촉진시키기 위하여 특정 거리에 있도록 층의 제2세트(520)를 설정할 수 있다. 층의 엣지에서의 표면 장력은 또한 분자를 건축 구조물로 로딩시키는지의 여부에 영향을 미치도록 변경 또는 설계될 것이다. 예를 들면 층의 제1세트(510)가 제1물질의 분자를 이미 로딩시켰다면, 물질의 분자가 로딩되는 층의 제1세트(510)의 내부 엣지에서의 표면 장력은 층의 제1세트(510)가 제1물질의 분자의 로딩을 지속하도록 하면서 층의 제1세트(510)가 제2물질의 분자를 로딩시키는 것을 방지할 수 있다.
분극화 등각 라만 분광학을 사용하여 건축 구조물의 국소 변형된 구역을 맵핑시킬 수 있다. 이는 열 전달, 분극화, 탄성율 및 다수의 기타 화학적, 물리적, 전기적 및 기계적 능력을 조절하는 구역-특이성 조절을 가능케 한다.
일부 실시에서, 건축 구조물은 물질을 구조물로 그리고 구조물로부터 로딩 및 언로딩시키는 것을 촉진시키도록 그의 표면에서 설정된 표면 구조를 포함한다. 표면 구조는 적용되는 층의 격자 구조에 의하여 에피택셜 배향될 수 있다. 일부 실시양태에서, 이들은 층의 표면에서 기체를 탈수소화시켜 형성된다. 기타 실시양태에서, 이웃하는 층이 구조물에서 설정되기 이전에 층에 피복된다. 도 10은 그의 위에 설정된 표면 구조(1010)를 갖는 평행층을 포함하는 건축 구조물(1000)을 도시한다. 표면 구조(1010)는 나노-튜브, 나노-스크롤, 로드 및 기타 구조를 포함한다.
표면 구조는 건축 구조물이 더 많은 물질을 로딩할 수 있거나 또는 물질을 더 빠른 속도로 로딩할 수 있다. 예를 들면 나노-플라우어 구조는 구조내에서 부위에 물질의 분자를 흡수시키고 그리고 그의 표면에서 물질의 분자를 흡착시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 표면 구조는 건축 구조물이 물질의 특정 화합물을 로딩시킬 수 있게 한다. 일부 실시양태에서, 표면 구조는 물질의 분자를 더 신속하게 로딩 및/또는 언로딩시킬 수 있게 한다. 일부 실시양태에서, 표면 구조의 특정 유형은 또다른 표면 구조보다 바람직하다. 예를 들면 일부 실시양태에서, 나노-스크롤은 나노-튜브보다 바람직할 수 있다. 나노-스크롤은 복수의 물질의 분자의 층을 로딩 및 언로딩시키며, 동시에 나노-튜브는 축을 따라 튜브 단부에서 작은 부위를 통하여서만 로딩 또는 언로딩할 수 있으므로 나노-스크롤은 나노-튜브보다 더 신속하게 물질의 분자를 로딩 및 언로딩시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1유형의 표면 구조는 제1화합물을 로딩시키며, 제2유형의 표면 구조는 제2화합물을 로딩시킨다. 일부 실시양태에서, 표면 구조는 전기 전도성이며 및/또는 열적 전달을 위한 이용 가능성이 높은 물질로 이루어진다. 일부 실시양태에서, 표면 구조는 탄소, 붕소, 질소, 규소, 황, 전이 금속, 운모(예를 들면 특정 크기로 성장됨) 및 다양한 탄화물 또는 붕소화물 중 하나 이상으로 이루어지며, 그러한 구조는 개시된 설계 변경을 충족하도록 전기적, 열적 및 화학적 기능을 실시하도록 배합, 도핑 및/또는 배향될 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 표면 구조는 건축 구조물의 표면에 대하여 수직 배향된다. 기타 실시양태에서, 표면 구조의 적어도 일부는 이에 적용된 표면에 수직 배향되지 않는다. 도 11에서, 표면 구조(1110)는 건축 구조물(1100)의 표면으로부터 90°가 아닌 상이한 각도로 배향된다. 표면 구조의 표면적을 증가시키고, 분자가 표면 구조에 의하여 로딩되는 속도를 증가시키고, 표면 구조의 로딩 밀도를 증가시키고, 특정 화합물의 분자를 우선적으로 로딩시키거나 또는 또다른 이유로 표면 구조를 특정 각도로 배향시킬 수 있다. 분쇄, 래핑(lapping), 레이저 플래닝 및 다양한 기타 성형 기법에 의하여 특정 각도로의 경사를 포함하는 표면 구조를 설정할 수 있다.
일부 실시에서, 표면 구조는 건축 구조물에 설정되고, 구조물보다는 하나 이상의 상이한 소재로 이루어진다. 도 10에서, 예를 들면 건축 구조물(1000)의 층은 그라펜으로 이루어질 수 있으며, 표면 구조(1010)는 다이아몬드-유사 구조 또는 질화붕소로 이루어질 수 있다. 표면 구조는 수소화붕소, 디보란(B2H6), 수소화나트륨알루미늄, MgH2, LiH, 수소화티탄 및/또는 또다른 금속 수소화물 또는 금속 촉매, 비-금속 또는 화합물과 같은 기타 소재로 이루어질 수 있다.
추가의 실시
건축 구조물은 매크로 레벨에서 상기 논의된 성질 중 하나 이상을 사용하여 나노규모로 마이크로프로세싱을 촉진시키도록 설계될 수 있다. 건축 구조물은 유용한 적용예 중에서 하전 프로세서, 광학 정보 저장 및/또는 프로세스, 분자 프로세서 및 바이오 프로세서로서 포함한다.
하전 프로세서로서 설정된 건축 구조물은 마이크로회로를 구축하고, 환경내에서 특정 원자 또는 분자의 존재를 검출하거나 또는 또다른 결과를 달성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시에서, 하전 프로세서로서 설정된 건축 구조물은 전기 회로를 형성한다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같은 그라펜의 평행층은 건축 구조물이 캐패시터와 같은 전기 하전 및 기능을 저장하도록 절연 소재에 의하여 이격될 수 있다. 일부 실시에서, 도 4에 도시된 건축 구조물(400)과 같은 건축 구조물은 세라믹을 갖는 구조물의 평행층을 분리하여 고온 캐패시터로서 설정된다. 일부 실시에서, 도 4에 도시된 건축 구조물(400)과 같은 건축 구조물은 중합체를 갖는 평행층을 분리하여 저온 캐패시터로서 설정된다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 이온을 프로세싱하기 위하여 설정된다. 예를 들면 건축 구조물(400)은 구조물의 층 사이의 구역을 피복하는 반투과성 막으로 설정될 수 있다. 반투과성 막은 특정 이온이 막을 투과하도록 하며 그리고 이들이 특정 목적에 대하여 검출되는 건축 구조물에 투입된다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 고체 상태 변환기로서 설정된다.
건축 구조물은 또한 분자 프로세서로서 설정될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 일부 실시에서, 건축 구조물로부터의 물질은 화학적 반응에 참여한다. 게다가, 일부 실시에서, 건축 구조물은 분자 레벨에서 전자기파를 변환시킬 수 있다. 예를 들면 건축 구조물은 백색 광의 100 BTU와 같은 입력을 적색 및 청색 광의 75 BTU와 같은 출력으로 변환시키도록 설정될 수 있다. 백색 광은 백색 광을 화학적으로 공명시켜 파-이동시켜 이를 기타 주파수, 예컨대 청색, 녹색 및 적색 광 주파수로 변환시킨다. 예를 들면, 도 4에 도시한 건축 구조물(400)은 고용체 또는 화합물, 예컨대 붕소, 티탄, 철, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및/또는 규소와 같은 반응물과의 탄화물로 전환되는 선택된 구역을 갖는 탄소로 이루어질 수 있으며, 층이 배향되어 백색 광을 소정의 파장, 예컨대 적색 및/또는 청색 광 및/또는 적외선 주파수로 이동되도록 구조물은 설정될 수 있다.
바이오 프로세서로서 설정된 건축 구조물을 사용하여 효소, 탄수화물, 지질 또는 기타 물질을 생성할 수 있다. 일부 실시에서, 건축 구조물은 평행층으로서 설정되며, 생화학적 반응이 지속될 수 있도록 반응 구역으로부터 생화학적 반응의 생성물을 제거한다. 예를 들면, 도 3에 도시된 건축 구조물(300)은 지지 튜브(310)내의 반응 구역으로부터 염소, 일산화탄소, 질소의 산화물 또는 알콜과 같은 독성 물질을 로딩하도록 설정할 수 있다. 독성 물질을 제거하여 생화학적 반응에 관여하는 미생물은 억제 또는 사멸되지 않을 것이며, 생화학적 반응은 지속적으로 약화되지 않을 수 있다. 기타 실시에서, 건축 구조물은 반응을 방해할 필요 없이 반응 부위로부터 생화학적 프로세스 또는 반응의 히드로게나제와 같은 유용한 생성물을 제거 및/또는 보호 및/또는 배향 및 제시하도록 설정할 수 있다. 또다른 예에서, 도 3에 도시된 건축 구조물(300)내의 지지 튜브(310)는 구조물의 층 사이의 구역(330)으로 로딩되고 그리고 구역의 외부 엣지에 언로딩되는 유용한 지질을 생성하는 생화학적 반응을 수용할 수 있다. 그러므로, 생화학적 반응은 유용한 생성물을 제거하면서 지속될 수 있다.
상기로부터, 본 발명의 특정한 실시양태는 예시를 위하여 본원에 기재되지만, 다양한 변형예는 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의한 것을 제외하고 한정되지 않는다.
이전에 본원에 참고로 포함되지 않은 정도로, 본원은 하기 문헌 각각의 주제의 그 전문을 참고로 포함한다: 1997년 8월 29일자로 출원된 "콤팩트 유체 저장 시스템(COMPACT FLUID STORAGE SYSTEM)이라는 명칭의 미국 특허 출원 제08/921,134호; 1999년 8월 9일자로 출원된 "콤팩트 유체 저장 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제09/370,431호; 및 2010년 8월 16일자로 출원된 "내부 보강된 구조 복합체 및 관련 제조 방법(INTERNALLY REINFORCED STRUCTURAL COMPOSITES AND ASSOClATED METHODS OF MANUFACTURING)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제12/857,461호.
제조 방법
기술, 방법, 소재, 장치 및 시스템은 건축 구조물의 생성, 생산 및 제조에 대하여 기재된다. 기재된 기술, 방법, 소재, 장치 및 시스템은 그의 유용한 성질을 이용하도록 다양한 실시에 사용되도록 건축 구조물을 생성할 수 있다. 기재된 제조 방법을 사용함으로써 건축 구조물은 기타 분자, 화합물 및 물질을 위한 기재, 희생 구조물, 캐리어, 필터, 센서, 첨가제 및 촉매뿐 아니라, 에너지의 저장 및 전력의 생성 수단으로서 실시되도록 생성될 수 있다. 특정한 성질, 예컨대 특정한 밀도, 전기 전도율, 자기적 특성, 비열, 광학적 특성, 탄성율 및/또는 단면 계수를 갖도록 설정될 수 있다.
건축 구조물은 나노-, 마이크로- 및 매크로-크기 규모로 생성, 생산 및 제조될 수 있다. 크기 이외에, 조성, 구조, 층 배향, 도펀트 등을 비롯한 기타 설계 요인은 소정의 성질 및 기능으로 엔지니어링 처리하기 위하여 건축 구조물의 제조 이전 그리고 도중에 결정될 수 있다. 건축 구조물은 다수 기타의 것 중에서도 빌딩 소재 및 건설, 내구재, 청정 에너지, 여과 기술, 연료 기술, 화학, 약학, 나노소재 및 바이오테크놀로지의 제조를 비롯한 다양한 산업에 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 건축 구조물의 제조 방법은 나노미터 크기를 갖는 건축 구조물을 생성하기 위하여 실시될 수 있다. 예를 들면, 소재(예컨대 탄소 또는 질화붕소)의 단일 원자 두께 층은 기재에 부착될 수 있으며, 부착된 물질의 에너지(예컨대 열 에너지)를 제공함으로써, 소재는 그의 최저 에너지를 찾을 수 있으며 그리고 단일의 정리된 층을 자동-정렬할 수 있다. 층의 길이 및 폭은 ㎡ 또는 ㎛2의 면적과 같은 작은 것으로부터 제곱 밀리미터, 센티미터, 미터 또는 심지어 더 큰 면적과 같은 넓은 것까지의 범위내로 생성될 수 있다. 그후, 층의 매트릭스 특성화부를 형성하기 위하여 그의 상부에 소재의 또다른 층 또는 층들을 추가하기 위하여 프로세스를 반복할 수 있다. 그러나, 이들 층은 원자 결합을 통하여 상호연결되는 것으로 한정되지 않으며, 그 대신 반 데르 발스(Van der Waals) 결합과 같은 2차 힘에 의하여 조절될 수 있다. 그후, 프로세스를 중지할 수 있으며, 여기서 부착된 소재의 건축 구조물이 생성되지만, 부착된 층 에너지를 다시 제공하고 그리고 예를 들면 유체 또는 기체와 같은 전구체를 투입하여 방법을 지속할 수 있다. 기체는 층 사이에서 유동될 수 있으며, 에너지를 제거할 때, 기체는 층 사이에서 유지될 수 있다. 투입되는 기체의 유형은 형성된 자동-정리된 층내에 기체를 유지하는 방법에 영향을 미치고 그리고 이를 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 기체가 탄소계 건축 구조물내의 탄화물 형성제인 경우 원자 결합은 기체로 형성될 수 있거나; 또는 탄화물 형성제 기체는 2차원 층으로 치환될 수 있다. 또다른 예에서, 기체가 영족 기체인 경우, 결합은 반 데르 발스 결합과 같이 훨씬 더 약할 수 있다. 이러한 유형의 기체를 사용하여 건축 구조물의 성질을 엔지니어링 처리할 수 있다. 건축 구조물의 엔지니어링 성질을 조절하는 또다른 방식은 자기 정보 저장을 비롯한 그의 자성 또는 배향을 변경할 수 있는 원소, 화합물 또는 물질을 갖는 면으로 전구체(예, 도펀트)를 투입하는 것이다. 추가로, 전구체의 첨가를 사용하여 층의 간격 및 박리에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 건축 구조물의 엔지니어링 성질 및 크기에 영향을 미칠 수 있다. 이격, 배향 및 박리는 건축 구조물의 소정의 엔지니어링 성질에 추가로 영향을 미칠 수 있다. 층은 압력, 열 및/또는 전구체(예컨대 촉매)의 첨가에 의하여 이격, 배향 및 박리될 수 있다. 적용된 압력, 열, 촉매에서의 변경 또는 이들 프로세스의 다양한 조합은 가변적인 이격 및/또는 배향으로 층을 박리시킬 수 있다.
건축 구조물의 최종 생성물의 소정의 성질에 의존하여, 투입된 전구체를 갖는 형성된 층은 분해될 수 있다(즉, 더 작은 면적 또는 더 큰 면적으로 절단될 수 있다). 분해된 건축 구조물은 층을 랩(예를 들면 고정 또는 안정화)시키기 위한 탄소 섬유의 추가, 원자 결합의 형성을 유발하기 위한 층의 엣지 원자의 도핑 및, 스크롤 변형에 의한 2차원 면의 연결 중 하나 이상에 의하여 보강될 수 있다. 하나의 구체예에서, 건축 구조물의 보강은 면을 함께 연결하기 위하여 층내에서 적소에 원자의 일부를 사용할 수 있다. 탄소계 건축 구조물에서, 전자 비임(예를 들면 400 KeV)은 국소화된 다이아몬드 구조가 층 사이에서 성장하도록 할 수 있으며; 또한 레이저 또는 기타 방사 방법을 사용하는 기타 유사 프로세스를 사용하여 탄소계 건축 구조물에서 층 사이에 국소화된 다이아몬드 성장을 촉진시킬 수 있다. 건축 구조물을 보강하기 위한 또다른 예는 층을 상호연결하기 위하여 외부 에너지 공급원의 사용에 의하여 스크롤 변형(들)의 형성을 포함할 수 있다. 스크롤은 모든 유사한 원자의 면에서 치환되는 상이한 원자에 의하여 야기될 수 있는 변형의 한 유형이다. 스크롤을 생성하기 위하여 면의 국소화된 부위를 의도적으로 도핑시킴으로써, 치환된 원자는 면이 굴곡되거나 또는 주름을 접도록 할 수 있는 라인으로 정렬될 수 있다. 치환된 원자가 더 많은 원형 패턴으로 정렬될 경우, 예를 들면 결합을 굴곡시키고 그리고 시트를 또다른 시트로 굴곡시키고 그리고, 굴곡된 시트 결합으로부터의 원자를 또다른 시트로 굴곡시켜 면이 3차원 형상을 취할 수 있다.
도 12a는 탄소의 건축 구조물을 제조하기 위하여 예시의 프로세스(1200)의 프로세스 흐름도를 도시한다. 프로세스(1200)는 기재를 통하여 열을 적용하여 정제된 탄화수소를 탈수소화시키는 프로세스(1210)를 포함할 수 있다. 프로세스(1200)는 또한 부착된 탄소의 자동-정리를 촉진하여 기재의 위에 층의 매트릭스 특성화부를 형성하는 프로세스(1220)를 포함할 수 있다. 프로세스(1200)는 또한 건축 구조물의 형성에서 층을 박리 및 이격시키는 프로세스(1230)를 포함할 수 있다.
각종 탄소 공급원을 수집하고, 사용하여 탄소계 건축 구조물, 예컨대 탄수화물(셀룰로스, 리그노셀룰로스 등과 같은) 및 탄화수소를 생성하고, 이는 탄소를 피드스톡, 예컨대 탄화수소(CxHy)로 정제된 형태로 부분 분해 또는 파괴 처리할 수 있다. 프로세스(1210)를 실시하여 기재를 통한 탄소-공여체 화합물의 분해 온도에 근접하는 온도로 열을 적용하여 기재의 위에서 적절한 정제된 탄화수소 화합물, 예를 들면 파라핀성 기체, 예컨대 메탄을 탈수소화시킬 수 있다. 열을 공급하는 시스템은 태양열 포획 및/또는 집중기 시스템 및 역류 열 교환 시스템을 포함할 수 있다. 추가로, 열은 풍력, 수력, 바이오매스, 태양열, 조력 및 지열 에너지 중 하나 이상을 포함할 수 있는 재생 가능한 에너지 공급원 또는 폐열 시스템(예를 들면 엔진 배기)으로부터 투입될 수 있다. 이러한 프로세스에 사용되는 탄화수소는 또한 기타 파라핀 및 올레핀, 예컨대 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 및 기타 더 큰 분자량의 파라핀 및 올레핀을 포함할 수 있다. 간략하게, 하기 수학식 3은 탄소(C) 및 수소 기체(H2)를 분해 및 생성하기 위한 파라핀성 탄화수소의 탈수소화를 위한 예시의 일반적인 방법을 나타낸다. 하기 수학식 4는 C 및 H2를 생성하기 위한 메탄의 탈수소화를 위한 예시의 방법을 나타낸다.
<수학식 3>
CxHy + 열 → ×C + 0.5yH2
<수학식 4>
CH4 + 열 → C + 2H2
탈수소화 프로세스는 모순된 반응 및 프로세스에 대하여 반응 단계를 보호하는 챔버 또는 환경내에서 실시될 수 있다. 부착의 더 높은 무산소성 온도는 고체 부착물의 더 빠른 속도를 초래할 수 있다. 탄소 공여체의 가압은 기재 위에 형성된 탄소의 비율을 촉진시킬 수 있다. 더 낮은 압력은 정제된 탄화수소 화합물의 분해를 선호할 수 있으며, 더 높은 H2-대-탄화수소 비를 생성할 수 있다. 이러한 프로세스에 사용된 예시의 기재 소재는 열분해 그라파이트 및 질화붕소(질화붕소가 정제 및 재결정화된 고온-프레스 처리된 구역 포함)를 포함할 수 있다. 기재의 선택은 자동-정리 층의 성장 패턴에 영향을 미칠 수 있다.
부착된 탄소는 자동-정리되어 기재의 위에서 일련의 층으로 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부를 형성할 수 있다(프로세스(1220)). 부착된 탄소는 그의 최저 에너지를 찾을 수 있으며, 자동-정렬되어 단일 정리된 층을 형성할 수 있으며, 부착된 탄소의 추가의 층은 자동-정리되어 매트릭스 특성화부의 다수의 층을 형성할 수 있다. 탄소의 매트릭스 특성화부의 형성된 층은 예를 들면 그라펜일 수 있다. 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부(100)의 예시의 층의 개략도는 도 1a에 도시한다. 탄소 프로세스의 자동-정리는 층의 상이한 두께 및 배향의 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부의 층을 형성하도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 도 1b 및 도 1c를 다시 살펴보면, 제1층 및 제2층을 (도 1a에서와 같이) 정렬하고, (도 1b에서와 같이) 정렬로부터 부분 오프셋 처리하고 그리고 (도 1c에서와 같이) 정렬로부터 완전 오프셋 처리하도록 자동-정리하여 매트릭스 특성화부를 형성할 수 있다.
탄소의 자동-정리에 의하여 형성된 층을 박리 및 이격시키는 프로세스(1230)는 본원에 기재된 가열 또는 기타 방법을 사용하여 박리 및 이격시킬 수 있다. 도 12b는 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부의 층을 박리시킬 수 있는 유체 물질을 사용한 자동-정리된 층의 박리 및 이격을 위한 프로세스(1230)의 예시의 프로세스를 나타낸다. 이러한 예시의 프로세스에서, 도핑 절차, 구역 정제에 의하여 박리 전구체를 수용하고 및/또는 자동-정리된 층은 프로세스(1210)로부터 유체 물질(프로세스(1231)), 예컨대 생성된 수소 중에 온난-침지시킬 수 있다. 균일하거나 또는 불균일한 농도가 달성될 때까지 매트릭스 특성화부의 층 사이에 유체 물질의 확산을 촉진할 수 있다(프로세스(1232)). 예를 들면, 탄소의 매트릭스 특성화부의 층 사이에서 유체 물질의 확산을 최적화하기 위하여, 형성된 층을 포장하는 시스템으로부터 압력을 갑작스럽게 해제할 수 있으며, 이는 확산된 유체가 팩킹이 덜 조밀한 부위로 이동되도록 하고 그리고 기체 층을 형성할 수 있다. 층은 압력의 추가(프로세스(1233))에 의하여 그리고 열의 추가(프로세스(1234))에 의하여 박리될 수 있다. 프로세스(1233 및 1234)에서 적용된 압력, 열 또는 둘다의 변경은 가변적인 간격으로 층을 박리시킬 수 있다. 박리된 층은 서로에 대한 위치로, 예를 들면 임의의 기타 박리된 층에 평행하게 배향시키고, 오프셋 및/또는 회전시킬 수 있다(도 1a 내지 도 1c에서와 같음). 자동-정리된 층으로 균일한 농도로 확산된 균질한 유체 물질은 균일한 두께 및 간격으로 층을 박리시킬 수 있다. 탄소 그라펜의 예시의 매트릭스 특성화부에서, 층의 박리는 각각의 0001 면을 따라 발생할 수 있다.
박리된 층의 이격은 도 12c에 도시된 바와 같이 프로세스(1230) 중에 선택된 전구체를 사용하여 설정될 수 있다. (서로에 대하여 더 작거나 및/또는 더 큰 거리의) 가변적인 층 간격을 갖는 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부의 층을 박리시키거나 또는 박리시킬 수 있는 충분한 변형을 달성하기 위하여 선택된 온도에서 충분한 시간을 제공하는 구역 정제 및 열 처리와 같은 적절한 정렬과 함께 선택된 전구체를 사용할 수 있다. 또한, 스페이서로 지칭된 선택된 전구체는 각종 물질로부터 선택될 수 있으며(프로세스(1235)); 그의 일례로는 유체 물질을 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 결정을 투입하는 유체 물질의 양 및 유형 및 팽창의 출발시의 온도를 조절하여 층 분리의 거리를 조절할 수 있는 방식으로 특정한 유체 스페이서를 선택할 수 있으며(프로세스(1235)) 그리고 자동-정리된 층을 온난-침지시키는데 사용될수 있다(프로세스(1231)). 예를 들면, 층의 추가의 분리를 생성하기 위하여 선택된 유체 전구체를 사용한 이격은 가변적인 간격을 달성하기 위하여 연속적으로 더 큰 파라핀 분자, 예컨대 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄을 성공적으로 선택하는 것을 포함할 수 있다. 더 큰 분자는 더 작은 분자에 비하여 비교적 더 큰 간격을 달성할 수 있다. 추가로, 층 사이의 스페이서의 균일한 또는 불균일한 농도를 조절하고(프로세스(1232)) 그리고 압력의 추가(프로세스(1233)) 및 열의 추가(프로세스(1234))로 층의 박리 동안 가변 간격을 추가로 조절하기 위하여 선택된 유체 전구체(들)의 확산을 촉진시키도록 구역 정제를 위한 방사 에너지 전달의 또다른 유형, 전자-비임, 레이저 또는 유도 커플링에 의하여 구역 변경과 함께 프로세스(1232 및 1233 및/또는 1234)를 사용할 수 있다.
여전히 도 12c를 살펴보면, 또한 프로세스(1235)에서 전구체(스페이서)의 기타 유형의 선택 및 프로세스(1232 및 1233 및/또는 1234)의 실시를 비롯한 프로세스(1230) 중에 선택된 전구체를 사용하여 박리된 층의 이격을 설정할 수 있다. 한 구체예에서, 박리된 층 사이의 특정한 거리는 프로세스(1233 및/또는 1234) 중에 기타 유형의 선택된 전구체(스페이서)의 부착에 의하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 기타 선택된 전구체는, 전구체, 예컨대 카르보닐(예, 철 펜타카르보닐)의 제조와 함께 티탄, 수소화티탄, 철, 니켈, 코발트, 붕소, 질소, 탄소, 탄화수소 및 규소를 포함할 수 있다. 또한, 기타 선택된 전구체는, 구조가 특정한 배향으로 이동할 수 있는 국소 구역 정제 및/또는 보다 일반적인 열 처리를 통하여 또는 박리 중의 결정의 매트릭스 특성화부의 토크를 통하여 층의 형성시 첨가될 수 있는 네온, 아르곤 또는 헬륨 등의 트레이스 결정 개질제를 포함할 수 있다.
추가로, 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부의 층은 유체가 결정으로 투입되는 것을 도움으로써 온난-침지 프로세스(1231) 및 확산 프로세스(1232)를 촉매화하는 선택된 전구체로 피복될 수 있다. 선택된 전구체를 사용한 구역 정제 및/또는 보다 일반적인 열 처리를 포함하는 이들 층-피복 프로세스는 또한 유체가 결정으로 확산되는 깊이를 조절할 수 있으며, 이는 복수의 원자 두께인 층이 결정으로부터 박리되도록 할 수 있다. 층-피복의 선택된 전구체의 예로는 백금 금속, 희토류 금속, 팔라듐-은 합금, 티탄 및, 철-티탄, 철-티탄-구리 및 철-티탄-구리-희토류 금속의 합금을 포함할 수 있다. 층-피복의 선택된 전구체(들) 또는 층-피복의 선택된 전구체의 조합의 얇은 피막은 증착, 스퍼터링 또는 전기도금 기법에 의하여 적용될 수 있다. 유체가 결정으로 확산되도록 한 후, 매트릭스 특성화부의 또다른 배취 또는 일련의 층에 각각의 사용 및 재사용후 층-피복의 선택된 전구체는 제거될 수 있다. 에너지 요건 및 회수 효율의 분석에 의존하여, 상기 제거 및 회수를 개선시키는 구역 정제는 보다 일반적인 열 처리 및 화학적 제거 절차와 비교하여 선택될 수 있다. 일부 경우에서, 선택된 전구체는 복수의 원자 두께의 층이 결정으로부터 박리될 수 있도록 하는 깊이로 유체가 확산되도록 하기 위하여 지시된 레이저, 유도, 전자 비임 및 기타 방사 주파수와 같은 1종 이상의 유형의 에너지를 사용하는 구역 정제와 같은 기법에 의하여 특정 깊이에서 결정으로 투입될 수 있는 도펀트 또는 불순물을 포함할 수 있다. 추가로, 이들 유형의 도펀트 또는 불순물의 선택된 전구체는 전자 비임 또는 레이저 증착을 사용하여 생성된 건축 구조물의 엣지에서 국소화될 수 있으며, 여기서 국소화는 도펀트 또는 불순물의 양을 크게 감소시킬 수 있으며, 그의 분화를 증가시킬 수 있다.
선택된 전구체는 또한 도 12d에 도시된 바와 같이 프로세스(1220) 중에 매트릭스 특성화부의 빌딩 블록으로 구축될 수 있다. 예를 들면, 매트릭스 특성화부 확산으로 구축하고자 하는 선택된 전구체(또는 구축 전구체로서 지칭함)가 선택되고, 프로세스(1221)에서 매트릭스 특성화부에 노출될 수 있다. 매트릭스 특성화부의 층 사이에서의 구축 전구체의 부착은 프로세스(1222)에서 예시된 균일하거나 또는 불균일한 농도가 달성될 때까지 확산에 의하여 촉진될 수 있다. 추가로, 프로세스(1223 및/또는 1224)를 사용하여 프로세스(1222)를 보조할 수 있으며, 이는 압력의 추가(프로세스(1223)) 및 열의 추가(프로세스(1224))와 함께 선택된 구축 전구체(들)의 확산을 촉진시킨다.
프로세스(1200)의 일부 실시에서, 하나 이상의 홀은 박리전 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부에서 천공될 수 있으며, 이는 (건축 구조물(300)의 지지 튜브(310)로서 도 3에 예시된) 지지 구조를 제공하도록 사용될 수 있다. 지지 구조는 일부 예에서 섬유, 나노튜브 및 나노스크롤을 포함할 수 있다. 지지 구조는 소정의 건축 구조물을 지지하도록 매트릭스 특성화부내에서 설정될 수 있다. 매트릭스 특성화부내에서 지지 구조의 설정은 프로세스(1230) 이전에 프로세스(1200) 중에 실시되어 층을 박리 및 이격시킬 수 있다. 또는, 지지 구조는 프로세스(1230)의 박리후 매트릭스 특성화부내에서 설정될 수 있다.
일부 경우에서, 지지 구조는 또한 서로 이격된 특정 거리에서 건축 구조물의 층을 고정시키는데 사용될 수 있다. 그러므로, 지지 구조는 또한 건축 구조물을 안정화시키는 안정화제로서 사용될 수 있다. 프로세스(1200)의 일부 실시에서, 지지 구조는 건축 구조물의 완성후 건축 구조물의 층의 엣지를 따라(예를 들면 평행층으로 이루어진 건축 구조물의 경우 케이싱으로서) 설정될 수 있다. 예를 들면, 탄소 섬유(또한 랩으로 지칭함)는 그의 충돌을 방지하기 위하여, 예를 들면 층이 전단 처리 또는 전단 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 층을 고정 또는 안정화('핀')시키는데 사용될 수 있다. 질화붕소 섬유 랩은 또한 건축 구조물의 층을 고정시키는데 사용될 수 있다. 건축 구조물을 임의의 방향으로 전단 처리로부터 안정화시키는데는 3종의 랩이 사용될 수 있다. 건축 구조물의 엣지 또는 엣지들을 따른 안정화되는 지지 구조의 설정은 프로세스(1200)후 실시할 수 있다.
도 12e는 산 처리 접근법을 사용하여 자동-정리된 층의 박리 및 이격을 위한 프로세스(1230)의 또다른 예시의 방법을 도시한다. 프로세스(1237)는 산, 예컨대 황산 또는 발연 황산을 사용한 탄소의 자동-정리에 의하여 형성된 층을 침지시키는 것을 포함할 수 있다. 그후, 박리된 층에 대한 임의의 손상은 정제된 탄화수소, 예컨대 메탄을 박리된 층으로 재투입 및 탈수소화시켜 복구될 수 있다(프로세스(1238)). 이러한 프로세스(1230)의 방법을 사용하는 한 잇점은 박리된 층 사이에서 더 큰 간격을 포함할 수 있다.
층의 박리 및 이격을 실시하기 위한 또다른 예시의 방법(프로세스(1230))은 각각의 박리된 층을 전기 하전 또는 유도 자화시키고, 층을 서로에 대하여 전기 또는 자기적으로 힘을 가하는 것을 포함할 수 있다.
도 13은 정제된 메탄을 사용한 탄소의 건축 구조물을 제조하는 예시의 프로세스(1300)의 프로세스 흐름도를 도시한다. 프로세스(1300)는 불순한 탄소 공급원으로부터의 메탄, 예컨대 각종 공급원, 예컨대 폐스트림으로부터 취한 탄화수소 또는 탄수화물을 정제하는 프로세스(1310)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 불순한 탄소 공급원을 처리하고(예, 무산소 소화 프로세스를 통하여 분해되고), 메탄으로 정제시킨다. 메탄을 정제하는 프로세스는 화학 반응을 통한 침전, 크기에 따른 확산, 상 변화(물과 같이 불순물이 응축 가능할 경우) 및 크기에 따른 여과 및/또는 화학적 성질을 포함할 수 있는 관련 불순물의 유형에 의존할 수 있다. 본 개시내용의 특정 실시양태에 의하면, 불순한 탄소 공급원으로부터 메탄을 정제하는 프로세스(1310)는 2011년 2월 14일자로 출원된 "바이오매스 폐기물 분해로부터의 탄소계 내구재 및 재생 가능한 연료("CARBON-BASED DURABLE GOODS AND RENEWABLE FUEL FROM BIOMASS WASTE DISSOCIATION")라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,068호에 개시된 바와 같이 탄소계 내구재 및 재생 가능한 연료를 생성하는 시스템으로부터 적어도 부분적으로 생성될 수 있다.
프로세스(1300)는 또한 (프로세스(1210)와 유사한 방식으로) 기재를 통하여 열을 적용하여 정제된 메탄을 탈수소화시키는 프로세스(1320); (프로세스(1220)와 유사한 방식으로) 기재 위의 층의 매트릭스 특성화부를 형성하기 위한 부착된 탄소의 자동-정리를 촉진하는 프로세스(1330); 및 (프로세스(1230)와 유사한 방식으로) 건축 구조물의 형성에서 층을 박리 및 이격시키는 프로세스(1340)를 포함할 수 있다. 필요할 경우, 프로세스(1300)는 (프로세스(1340)에서 생성된) 이격된 층을 선택된 전구체로 충전시키는 프로세스(1350)를 더 포함할 수 있다. 또한, 필요할 경우, 프로세스(1360)는 유도 커플링, 레이저 및/또는 전자 비임 전달에 의하여 지시된 구역 정제의 적용을 포함하는 열의 적용에 의하여 형성 및 이격된 층의 매트릭스 특성화부에 이들 선택된 전구체를 구축할 수 있다. 필요할 경우, 다시 층 사이의 스페이스를 선택된 전구체로 충전시키고(예를 들면 프로세스(1350)를 반복하고) 그리고 형성 및 이격된 층의 매트릭스 특성화부에 선택된 전구체를 구축하여(예를 들면 프로세스(1360)를 반복하여) 건축 구조물에 대한 새로운 차원이 생성될 수 있다. 전구체를 포함하는 반복된 프로세스는 예를 들면 사전의 반복보다는 또다른 주파수의 레이저, 유도, 전자 비임 또는 집속 광과 같은 적절한 에너지 투입을 사용한 구역 정제에 의하여 발생될 수 있는 바와 같이, 재배치 활성의 상이한 전구체 및 선택된 패턴으로 실시될 수 있다. 건축 구조물의 추가의 확장이 또한 요구될 경우, 건축 구조물에 새로운 차원을 생성하기 위하여 프로세스(1350 및 1360)를 반복하기 이전에 프로세스(1340)의 반복을 실시할 수 있다. 프로세스(1300)는 또한 건축 구조물의 엣지 또는 엣지들을 따라 안정화되는 지지 구조(안정화제)를 설정하는 프로세스(1370)를 포함할 수 있다.
프로세스(1300)의 또다른 실시에서, 프로세스(1370)는 프로세스(1360) 이후 대신에 프로세스(1340 및 1350) 사이에 실시될 수 있다. 프로세스(1300)의 또다른 실시에서, 프로세스(1370)는 프로세스(1340 및 1350) 사이뿐 아니라 프로세스(1360) 이후에 모두에서 실시될 수 있다. 안정화 없이 건축 구조물을 생성하는 프로세스(1300)의 또다른 실시에서, 프로세스(1370)를 실시하지 않고 프로세스(1300)를 실시할 수 있다.
도 14는 건축 구조물을 제조하는 또다른 예시의 프로세스(1400)의 프로세스 흐름도를 도시한다. 프로세스(1400)는 상기 개시된 바와 같이 국소화 또는 지시된 프로세스를 포함하는 다양한 유형의 구역 정제 및/또는 일반적인 열 처리와 같은 프로세스를 통하여 기재에 질화붕소를 부착시키는 프로세스(1410)를 포함할 수 있다. 프로세스(1400)는 또한 기재 위에서 질화붕소 층의 매트릭스 특성화부를 형성하기 위하여 기재를 통하여 열을 적용하여 부착된 탄소의 자동-정리를 촉진하는 프로세스(1420)를 포함할 수 있다. 프로세스(1400)는 또한 (프로세스(1230)와 유사한 방식으로) 건축 구조물의 형성에서 층을 박리 및 이격시키는 프로세스(1430)를 포함할 수 있다.
도 15는 질화붕소를 사용하여 건축 구조물을 제조하는 예시의 프로세스(1500)의 프로세스 흐름도를 도시한다. 프로세스(1500)는 기재에 질화붕소를 부착시키는 프로세스(1510); (프로세스(1220)와 유사한 방식으로) 기재를 통하여 열을 적용하여 기재에 층의 매트릭스 특성화부를 형성하기 위하여 부착된 질화붕소의 자동-정리를 촉진하는 프로세스(1520); 및 (프로세스(1230)와 유사한 방식으로) 건축 구조물의 형성에서 층을 박리 및 이격시키는 프로세스(1530)를 포함할 수 있다. 필요할 경우, 프로세스(1500)는 (프로세스(1530)에서 생성된) 이격된 층에 선택된 전구체를 충전시키는 프로세스(1540)를 더 포함할 수 있다. 또한, 필요할 경우, 프로세스(1550)는 레이저, 전자 비임, 유도 또는 집속 광에 의한 화학적 및 물리적 성질의 국소화 발생을 비롯한 일반적인 열 처리 및/또는 구역 정제를 포함하는 열을 적용하여 형성되고 그리고 이격된 층의 매트릭스 특성화부에 이들 선택된 전구체를 구축할 수 있다. 필요할 경우, 층 사이의 스페이스를 다시 선택된 전구체로 채우고(예를 들면 프로세스(1540)를 반복함) 그리고 형성되고 그리고 이격된 층의 매트릭스 특성화부에 선택된 전구체를 구축하여(예를 들면 프로세스(1550)를 반복함) 건축 구조물에 대한 새로운 차원을 생성할 수 있다. 건축 구조물의 추가의 확장이 또한 요구될 경우, 프로세스(1540 및 1550)의 반복 이전에 프로세스(1530)의 반복을 실시하여 건축 구조물에 새로운 차원을 생성할 수 있다. 프로세스(1500)는 또한 건축 구조물의 엣지 또는 엣지들을 따라 안정화되는 지지 구조(안정화제)를 설정하는 프로세스(1560)를 포함할 수 있다.
프로세스(1500)의 또다른 실시에서, 프로세스(1550) 이후 대신에 프로세스(1530 및 1540) 사이에서 프로세스(1560)를 실시할 수 있다. 프로세스(1500)의 또다른 실시에서, 프로세스(1560)는 프로세스(1530 및 1540) 사이뿐 아니라 프로세스(1550) 이후 모두를 실시할 수 있다. 안정화 없이 건축 구조물을 생성하는 프로세스(1500)의 또다른 실시에서, 프로세스(1560)를 실시하지 않고 프로세스(1500)를 실시할 수 있다.
기재된 예시의 프로세스는 건축 구조물을 제조하는 방법(들)에 투입된 설계 요인에 기초할 수 있는 명시된 작용성 성질을 갖는 건축 구조물을 생성하도록 실시될 수 있다. 그러한 건축 구조물 설계 요인은 그의 조성, 매트릭스 특성화부, 도펀트, 엣지 원자, 표면 피복 및 층의 설정, 예를 들면, 수, 두께, 배향, 기하, 그 사이의 스페이서 및 층의 이격 거리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 16a, 도 16b, 도 16c 및 도 17a는 탄소 또는 질화붕소로 이루어질 수 있는 건축 구조물의 균일하게 이격된 평행한 층을 도시한다. 도 16a는 단일 원자 두께의 매트릭스 특성화부 층의 예시의 면을 나타내는 측면도를 도시하며; 도 16b는 또다른 측면도를 따른 예시의 면을 도시하며; 도 16c는 상면도를 따른 예시의 면을 도시하며; 도 16a 내지 도 16c는 정렬되지 않은 예시의 면을 도시한다. 도 16d는 굴곡되거나 또는 주름을 접는 면의 스크롤 양상을 나타내는 하나의 예시의 면을 도시한다. 도 17a는 예시의 건축 구조물의 3차원 측면도를 도시한다.
건축 구조물에서 층의 크기, 양, 배향, 이격 거리를 설정함으로써, 새로운 엔지니어링 처리된 소재를 나노-, 마이크로- 및 매크로-크기 규모로 생성, 생산 및 제조할 수 있다. 크기 이외에, 조성, 결정 구조, 층 배향, 도펀트 등을 비롯한 기타 설계 요인은 소정의 성질 및 기능으로 엔지니어링 처리하기 위하여 건축 구조물의 제조 이전에 그리고 도중에 결정될 수 있다.
일례에서, 건축 구조물이 정상, 표준, 공통, 희귀 및 기존의 소재의 원자, 분자, 화합물 또는 물질을 결합시킬 수 있는 새로운 소재를 구축하는데 건축 구조물이 사용될 수 있다. 결합된 물질은 건축 구조물의 조성을 생성하는 소재 또는 소재들과 동일하거나 또는 또다른 소재일 수 있다. 건축 구조물은 분자간 인력을 통하여 물질을 결합시키고 그리고, 층의 표면에 기체, 액체 및/또는 용질을 축적시키는 흡착 성질을 나타내도록 설정하여 건축 구조물의 분화된 구역에서 축적된 물질(들)을 포획 및 저장 및/또는 호스팅할 수 있다. 예를 들면, 도 17b는 건축 구조물의 층 사이에서 흡착 및 한정될 수 있는 기체 분자를 도시한다. 도 17b는 예를 들면 결정화된 탄소의 매트릭스 특성화부인 건축 구조물일 수 있으며, 여기서 탄소 결정의 층은 메탄 또는 수소와 같은 기체를 흡착 및 한정하는 그라펜 층이며, 레이저, 마이크로파, 전자 비임 또는 집속 광에 의한 국소화 구역 정제는 나노-, 마이크로- 또는 매크로-규모 구역에서 에너지 추가를 위한 다양한 조합으로 선택되거나 또는 개별적일 수 있다.
또다른 예에서, 건축 구조물은 물질의 로딩 및 언로딩에 의하여 물질을 운반할 수 있다. 도 18a는 층의 표면으로 흡착 그리고 그의 성분 구조의 원자(및 운반된 물질)가 소비된 후 셀프-힐링에 의하여 물질, 예컨대 기체를 운반할 수 있는 건축 구조물의 층(또는 비공식으로 정렬된 층)의 예시의 면(또는 면들)의 3차원 상면도를 도시한다. 예를 들면, 도 18a에서의 건축 구조물은 탄소로 이루어지고 그리고 메탄 기체를 포획 및 운반할 수 있다. 이러한 예시의 경우에서, 물질을 언로딩한 후, 기타 물질과 반응시키거나 또는 그렇지 않으면 사용되면, 탄소의 희생된 매트릭스 특성화부는 다이아몬드의 자동-정리에 의하여 셀프-힐링될 수 있다. 도 18b는 물질을 운반하고, 그 자체가 희생되고 그리고 셀프-힐링될 수 있는 도 18a에서의 건축 구조물의 다수의 평행 배향된 층의 예시의 건축 구조물의 3차원 측면도를 도시한다.
건축 구조물은 나노미터, 마이크로미터 또는 그보다 더 큰 매크로-레벨의 규모로 프로세싱하여 소정의 실시가 전적으로 그러한 규모 또는 하나보다 많은 규모로 존재하는 다양한 기능 및 결과에 대한 특정한 성질을 나타낼 수 있도록 설계될 수 있다. 그러한 기능은 열 차단 및 내열성, 열 전달 조절, 열 유발점, 압력 저항, 압력 항복, 압력 유발점, 압전 효과(예를 들면 층의 압축시 전하 전달), 광학 투명도-전도율 및 불투명도(예를 들면 특정 복사 파장에 대한), 광학 유발, 표면 장력 인력 및 반발력(예를 들면 건축 구조물에서의 부위 수용체 및 거부체 포함), 화학적 상호작용 구역 또는 플랫폼, 화학적 불활성 구역 또는 플랫폼, 화학적 유발점, 전자 수송 및 전기 전도성 목적, 전기적 불활성-절연 목적, 내식성, 바이오-증식 내성, 화학적 분해 목적(예를 들면 발암성 소재의 구조 및 기능을 분해함), 운동 에너지 저장 및 전달, 운동 에너지 차단, 인장 강도, 경도 및 더 낮거나 또는 더 높은 중량 및 밀도에 사용될 수 있는 엔지니어링 처리된 소재를 포함할 수 있다. 설계된 건축 구조물에 의한 새로운 엔지니어링 처리된 소재의 적용예는 다양한 시스템, 예컨대 연료 전달 시스템, 화학적 전달 시스템, 배수 및 관개 시스템, 전기 전달 시스템, 에너지 수확 시스템, 에너지 저장 시스템 및 에너지 생성 시스템에서 이들 기능을 이용할 수 있다. 설계된 건축 구조물에 의한 새로운 엔지니어링 처리된 소재는 다양한 빌딩 소재 및 부품, 예컨대 차량 부품, 타일, 지붕 및 바닥 소재, 펜싱, 프레임 부재, 팔레트 및 리셉터클(receptacle)에 사용될 수 있다.
본 명세서는 다수의 구체예를 포함하지만, 이들은 임의의 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범주로 한정하고자 하는 것이 아니며, 그보다는 특정한 발명의 특정한 실시양태에 대하여 구체적일 수 있는 특징의 기재로서 간주되어야 한다. 별도의 실시양태의 문맥에서 이러한 명세서에 기재된 특정한 특징은 또한 단일의 실시양태에서 조합하여 실시될 수 있다. 반대로, 단일의 실시양태의 문맥에 기재된 다양한 특징은 또한 복수의 실시양태에서 별도로 또는 임의의 적절한 부조합으로 실시될 수 있다. 게다가, 특징이 특정한 조합 및 심지어 초기 청구된 바와 같은 것에서 작용하는 바와 같이 기재될 수 있기는 하나, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에서 조합으로부터 잘라낼 수 있으며, 청구된 조합은 부조합 또는 부조합의 변형에 관한 것일 수 있다.
유사하게, 작동이 특정 순서로 도면에 도시되지만, 이는 그러한 작동이 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 특정한 순서로 또는 순차적인 순서로 실시되어야만 하며 그리고 모든 예시된 작동이 실시되어야 하는 것을 요구하는 것으로 이해하여서는 안된다. 특정한 상황에서, 다중작업 및 평행한 프로세싱은 이로울 수 있다. 게다가, 상기 기재된 실시양태에서 다양한 시스템 성분의 분리는 모든 실시양태에서 그러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해하여서는 안된다.
단지 수개의 실시 및 예를 기재하며, 기타 실시, 향상 및 변형은 본원에 기재 및 예시된 바에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들면 기재된 기술, 시스템 및 장치는 임의의 수소 및 탄소 함유 소재로부터 탄소 추출을 제공하도록 실시될 수 있다. 본 발명의 특정한 실시양태는 예시를 위하여 본원에 기재되지만, 다양한 변형예는 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의한 것을 제외하고 한정되지 않는다.
이전에 본원에 참고로 포함되지 않은 정도로, 본원은 또한 하기 문헌 각각의 주제의 그 전문을 참고로 포함한다: 2011년 2월 14일자로 출원된 "인-라인 선택성 추출 장치를 갖는 전달 시스템 및 관련 작동 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,235호; 2011년 2월 14일자로 출원된 "표적 샘플의 성질을 검출하기 위한 방법, 장치 및 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,188호; 2011년 2월 14일자로 출원된 "바이오매스 폐기물 해리로부터의 탄소계 내구재 및 재생 가능 연료(탄소계 DURABLE GOODS AND RENEWABLE FUEL FROM BIOMASS WASTE DISSOCIATION)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,068호; 2011년 2월 14일자로 출원된 "산소화된 연료("OXYGENATED FUEL)"라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,195호; 2011년 2월 14일자로 출원된 "열화학적 재생을 사용한 탄소 재활용 및 재투자(CARBON RECYCLING AND REINVESTMENT USING THERMOCHEMICAL REGENERATION)"라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,196호; 2011년 2월 14일자로 출원된 "오염물의 분리 및 에너지 저장을 위한 다목적 재생 가능한 연료(MULTI-PURPOSE RENEWABLE FUEL FOR ISOLATING CONTAMINANTS AND STORING ENERGY)"라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,197호; 및 2011년 2월 14일자로 출원된 "엔지니어링 처리된 연료 저장, 재형성 및 수송(ENGINEERED FUEL FUEL STORAGE, RESPECIATION AND TRANSPORT)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제13/027,185호.

Claims (19)

  1. 탄화수소를 탈수소화시켜 탄소를 기재에 부착시키고(여기서, 탈수소화는 기재를 통하여 열을 적용하는 것을 포함함);
    탈수소화된 탄화수소로부터 유래하는 탄소의 매트릭스 특성화부를 포함하는 복수의 층을 형성하며(여기서 층은 탄소의 자동-정리를 통하여 형성됨); 및
    복수의 층으로부터 하나 이상의 층을 박리시켜 박리된 층을 형성하여 탄소의 건축 구조물을 형성하는(여기서 박리된 층은 임의의 기타 박리된 층과 실질적으로 평행함) 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 탄화수소가 메탄을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 메탄이 실질적으로 정제된 메탄인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 탄소의 매트릭스 특성화부가 그라펜인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 층으로부터 하나 이상의 층을 박리시켜 박리된 층을 형성하여 탄소의 건축 구조물을 생성하는 것은 박리된 층(들)을 유체로 함침시켜 압력을 생성하는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 유체가 메탄, 에탄, 프로판 또는 부탄과 같은 기체를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 1종 이상의 전구체를 탄소의 매트릭스 특성화부에 또는 박리된 층 사이에 또는 둘다에 첨가하는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 전구체가 티탄, 수소화티탄, 철, 철 펜타카르보닐, 니켈, 코발트, 붕소, 질소, 탄소, 탄화수소, 규소 및 탄화물 기체 중 하나 이상인 방법.
  9. 제7항에 있어서, 하나 이상의 전구체를 탄소의 매트릭스 특성화부에 첨가하는 것은 열 또는 압력 중 하나 이상을 적용하는 것을 더 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 박리된 층(들)을 안정화제로 안정화시키는 것을 더 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 안정화제가 탄소 섬유 랩 및 도펀트 원자 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  12. 질화붕소를 기재에 증착시키고;
    기재를 통하여 열을 적용하고;
    질화붕소의 매트릭스 특성화부를 포함하며 그리고 질화붕소의 자동-정리를 통하여 형성되는 복수의 층을 형성하고;
    복수의 층으로부터 하나 이상의 층을 박리시켜 임의의 기타 박리된 층과 실질적으로 평행한 박리된 층을 형성하여 질화붕소의 건축 구조물을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 복수의 층으로부터 하나 이상의 층을 박리시켜 박리된 층을 형성하여 질화붕소의 건축 구조물을 형성하는 것이 박리된 층(들)을 유체로 함침시켜 압력을 생성하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 유체가 파라핀 및 질소와 같은 기체를 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 하나 이상의 전구체를 질화붕소의 매트릭스 특성화부에 또는 박리된 층 사이에 또는 둘다에 첨가하는 것을 더 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 전구체가 티탄, 수소화티탄, 철, 철 펜타카르보닐, 니켈, 코발트, 붕소, 질소, 탄소, 탄화수소, 규소 및 탄화물 기체 중 하나 이상인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 하나 이상의 전구체를 질화붕소의 매트릭스 특성화부에 첨가하는 것이 열 또는 압력 중 하나 이상을 적용하는 것을 더 포함하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 박리된 층(들)을 안정화제로 안정화시키는 것을 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 안정화제가 질화붕소 섬유 랩 및 도펀트 원자 중 하나 이상을 포함하는 방법.
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