Die Herstellung von Graphen ist mit einigen erheblichen Herausforderungen verbunden. Dabei geht es in erster Linie darum, eine qualitativ hochwertige Produktion in großem Maßstab zu erreichen und es effektiv in verschiedene Anwendungen zu integrieren.
5 wichtige Punkte, die zu beachten sind
1. Qualität und Defekte
Graphen wird häufig mit Defekten und Verunreinigungen hergestellt, die seine Eigenschaften erheblich beeinträchtigen können.
Hochwertiges Graphen mit geringer Defektdichte und hoher Ladungsträgerbeweglichkeit ist für viele Anwendungen ideal.
Dies durchgängig zu erreichen, ist schwierig.
Techniken wie die chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) sind vielversprechend, doch die Optimierung der Bedingungen zur Minimierung von Defekten und Verunreinigungen stellt nach wie vor eine Herausforderung dar.
2. Herstellung von Bauelementen und Wechselwirkungen
Die Integration von Graphen in elektronische Bauelemente erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der Auswirkungen der Graphenstruktur (einschließlich Defekten) und der Verunreinigungen auf die Wechselwirkungen an den Grenzflächen und die Transporteigenschaften.
Kontakte zwischen Metall und Graphen können beispielsweise die Leistung beeinträchtigen.
Dies macht weitere Forschungen zur Verbesserung dieser Grenzflächen erforderlich.
3. Nutzung von echtem Graphen
Anstatt sich nur auf ideales Graphen zu konzentrieren, ist es wichtig, Anwendungen zu identifizieren, bei denen die Eigenschaften von echtem, defektbeladenem Graphen effektiv genutzt werden können.
Graphen, das als transparente, leitfähige Elektrode in Touchscreens verwendet wird, erfordert beispielsweise einen geringen Schichtwiderstand und eine gute Gleichmäßigkeit.
Dies kann auch mit Graphen minderer Qualität erreicht werden.
4. Industrialisierung und Skalierbarkeit
Die Skalierung der Graphenproduktion für die industrielle Nutzung stellt eine Herausforderung dar, da Homogenität, Zuverlässigkeit und Stabilität gewährleistet werden müssen.
Der Prozess der Übertragung von Graphen von einem Substrat auf ein anderes, ohne es zu beschädigen, stellt nach wie vor eine große Hürde dar.
Darüber hinaus muss die Kosteneffizienz der Produktionsmethoden, wie die Verwendung alternativer Kohlenstoffquellen und Trägerfolien, berücksichtigt werden.
5. Technologische Anpassungen
Obwohl die CVD als vielversprechende Methode für die Graphenherstellung gilt, sind weitere Forschungen und technologische Anpassungen erforderlich, um Probleme im Zusammenhang mit Gaskonzentrationen, Substratwechselwirkungen und Nachbearbeitungstechniken wie Glüh- und Transferverfahren zu lösen.
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