Technisches Team · Kintek Solution

CVD-Graphen wird durch ein Verfahren namens chemische Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt, bei dem Kohlenwasserstoffgase bei hohen Temperaturen auf einem Metallsubstrat zersetzt werden, um eine ein Atom dicke Graphenschicht zu bilden. Diese Methode ermöglicht die Kontrolle der Graphenschichtdicke und die Herstellung von hochwertigem, großflächigem Graphen.

Zusammenfassung des Prozesses:

1. Vorbereitung des Metallsubstrats: Das Metallsubstrat, das in der Regel aus Kupfer, Platin oder Iridium besteht, wird in einen Hochtemperaturofen gelegt.
2. Einleiten von Kohlenwasserstoffgas: Ein Kohlenwasserstoffgas, z. B. Methan oder Ethylen, wird in die Reaktionskammer eingeleitet.
3. Zersetzung und Bildung von Graphen: Bei hohen Temperaturen (etwa 1000 °C) zerfällt das Kohlenwasserstoffgas in einzelne Kohlenstoffatome, die sich dann an die Metalloberfläche binden. Diese Kohlenstoffatome verbinden sich zu einem kontinuierlichen Graphenfilm.
4. Kontrollparameter: Die Dicke und Qualität des Graphen kann durch Einstellung von Parametern wie Gasdurchsatz, Temperatur und Belichtungszeit gesteuert werden.
5. Abtrennung und Übertragung: Nach der Bildung wird das Graphen vom Metallsubstrat getrennt und zur weiteren Verwendung auf ein gewünschtes Substrat übertragen.

Ausführliche Erläuterung:

• Die Rolle des Metallsubstrats: Das Metallsubstrat dient sowohl als Katalysator, um die Energiebarriere der Reaktion zu senken, als auch als Oberfläche für die Keimbildung von Graphen. Die Wahl des Metalls wirkt sich auf die Qualität und den Wachstumsmechanismus von Graphen aus. So wird beispielsweise häufig Kupfer verwendet, weil es das Wachstum von einlagigem Graphen fördert.
• Zersetzung von Kohlenwasserstoffgas: Das Kohlenwasserstoffgas zersetzt sich bei den hohen Temperaturen in der Reaktionskammer und setzt dabei Kohlenstoffatome frei. Diese Atome sind hochreaktiv und verbinden sich leicht mit der Metalloberfläche.
• Bildung von Graphen: Die Kohlenstoffatome ordnen sich in einer für Graphen charakteristischen hexagonalen Gitterstruktur an. Dieser Prozess wird durch die katalytischen Eigenschaften des Metallsubstrats begünstigt, das zur effizienten Bildung des Graphengitters beiträgt.
• Kontrollierte Parameter: Durch Anpassung von Gasdurchsatz, Temperatur und Zeit können die Bedingungen optimiert werden, um Graphen mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen. So kann beispielsweise eine Erhöhung der Temperatur oder der Gasdurchflussrate zu dickeren Graphenschichten führen.
• Abtrennung und Übertragung: Sobald das Graphen gebildet ist, wird es in der Regel durch einen Transferprozess vom Metallsubstrat getrennt. Dabei wird das Metall weggeätzt oder ein Polymerträger verwendet, um das Graphen vom Metall abzuheben und es auf einem anderen Substrat zu platzieren, wo es für Anwendungen wie Elektronik oder Verbundwerkstoffe verwendet wird.

Dieses CVD-Verfahren ist äußerst vielseitig und skalierbar, was es zu einer bevorzugten Methode für die Herstellung von Graphen für verschiedene industrielle und wissenschaftliche Anwendungen macht.

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