Ja, es gibt einen Weg zur Massenproduktion von Graphen, vor allem durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) auf Kupferfolie. Diese Methode wurde industriell für die großtechnische Produktion übernommen. Sie ermöglicht die Synthese großflächiger, gleichmäßiger Graphenschichten und kann durch Batch-to-Batch- (B2B) und Roll-to-Roll- (R2R) Verfahren weiter optimiert werden, um den Produktionsdurchsatz zu erhöhen und große Abmessungen der Graphenschichten zu erreichen.
4 Schlüsselmethoden werden erklärt
1. CVD-Verfahren
Die erfolgreichste Methode zur Massenproduktion von Graphen ist die CVD-Methode. Konkret wird die CVD von Methan auf Kupferfolie verwendet. Diese von Li et al. 2009 entwickelte Methode wurde von der Industrie für die großtechnische Produktion übernommen, da sie großflächige, einheitliche Graphenschichten erzeugen kann. Das Verfahren beinhaltet die Zersetzung eines Kohlenwasserstoffgases wie Methan an einem Metallkatalysator, in der Regel Kupfer, um Graphen zu bilden.
2. Optimierung und Skalierbarkeit
Um die Skalierbarkeit und Effizienz der Graphenproduktion zu verbessern, wurden zwei Hauptverfahren entwickelt:
Batch-to-Batch (B2B)
Dieses Verfahren umfasst einfache und kostengünstige Methoden zur Steigerung des Produktionsdurchsatzes. Techniken wie das Stapeln mehrerer Kupferfolien oder die Verwendung von inerten Abstandshaltern zum Aufrollen der Folien können die Produktion von Graphenfilmen selbst in kleinen Reaktionskammern erheblich steigern.
Rolle-zu-Rolle (R2R)
Dieses Verfahren bietet einen höheren Automatisierungsgrad und ist besser mit kontinuierlichen Fertigungsprozessen vereinbar. Es ermöglicht die Herstellung von Graphenfilmen von praktisch unbegrenzter Länge, wobei die Breite jedoch begrenzt ist. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Anwendungen, die kontinuierliche Graphenschichten erfordern, wie z. B. die flexible Elektronik.
3. Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Trotz der Fortschritte bei der CVD bleiben Herausforderungen bestehen, insbesondere bei der Erzielung von hochwertigem Graphen mit großen Korngrößen und minimalen Defekten zu niedrigen Kosten. Die laufende Forschung konzentriert sich auf die Optimierung der Gaskonzentrationen und die Einbeziehung fortschrittlicher Beschichtungsmethoden, um die Qualität und Ausbeute der Graphenproduktion zu verbessern. Die Dominanz der CVD bei der Herstellung anderer Nanomaterialien lässt vermuten, dass sie sich mit weiteren Fortschritten bei der Graphenherstellung noch stärker durchsetzen wird.
4. Markt und Anwendungen
Mittels CVD hergestelltes Graphen wird aufgrund seiner hohen Qualität und Leitfähigkeit hauptsächlich in elektronischen Anwendungen eingesetzt. Im Gegensatz dazu wird die "Top-Down"-Methode, die Prozesse wie die Exfoliation in der Flüssigphase umfasst, für die Massenproduktion von Graphenpulvern und -nanopartikeln verwendet, die in einer Vielzahl von Anwendungen wie Energiespeicherung, Verbundwerkstoffen und Beschichtungen zum Einsatz kommen.
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