Graphen, ein Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind, hat aufgrund seiner bemerkenswerten Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt. Aber kann Graphen auch synthetisiert werden? Die Antwort lautet ja, und es gibt mehrere Methoden, um dies zu erreichen.
5 Methoden, die Sie kennen sollten
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
Die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) ist eine der am häufigsten angewandten Methoden zur Synthese von Graphen. Diese Methode hat sich bei der Entwicklung hochwertiger Graphenschichten als sehr vielversprechend erwiesen.
Bei der CVD werden Graphenschichten auf verschiedenen Substraten mit Übergangsmetallen wie Nickel (Ni) aufgewachsen. Bei diesem Verfahren diffundieren die zersetzten Kohlenstoffatome bei hohen Temperaturen in Nickel.
Beim Abkühlen scheiden sich die Kohlenstoffatome an der Nickeloberfläche ab und bilden Graphen.
2. Herausforderungen bei der CVD
Die Herstellung von einlagigem Graphen und die Kontrolle über die Qualität des Graphenfilms können eine Herausforderung darstellen. Dies liegt an der Vielzahl der Wachstumsbedingungen bei der CVD-Methode.
Die Forscher arbeiten kontinuierlich daran, den Wachstumsmechanismus besser zu verstehen und die Bedingungen für die Graphenproduktion zu optimieren.
3. Exfoliationstechnik
Eine weitere Methode zur Graphen-Synthese ist die "Top-down"-Exfoliationstechnik. Bei dieser Methode werden die Graphenblätter durch Exfoliation von Graphit hergestellt.
Diese Technik ist weit verbreitet, zuverlässig und einfach durchzuführen. Allerdings können damit nur flache Graphenflocken von begrenzter Größe hergestellt werden.
Die Kontrolle der Anzahl der abgeschälten Schichten ist bei dieser Methode nicht einfach.
4. Anwendungen von exfoliertem Graphen
Während die Exfoliationstechnik für einige Anwendungen wie Mikroelektronik, Optoelektronik und Wärmeregulierung geeignet ist, werden für viele andere Anwendungen größere Flächen und hochwertiges Graphen mit geringen strukturellen Defekten benötigt.
Daher ist die Entwicklung anderer Synthesemethoden, wie CVD, notwendig.
5. CVD für die großtechnische Produktion
CVD hat sich als vielversprechende Methode für die großtechnische Herstellung von Graphen erwiesen. Mit zahlreichen CVD-Verfahren wird die Herstellung von Graphen in größerem Maßstab zu einem normalen Trend in Technik und Industrie.
Vergleicht man jedoch die Eigenschaften von CVD-produziertem Graphen mit denen von exfoliertem Graphen, so weist letzteres immer noch die bessere Qualität auf.
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