Für die Gewinnung von Graphen gibt es mehrere Methoden, die jeweils einzigartige Merkmale und Anwendungen aufweisen.
Die 4 wichtigsten Methoden werden erklärt
1. Exfoliation in der Flüssigphase
Bei der Flüssigphasenexfoliation wird ein Lösungsmittel mit geeigneter Oberflächenspannung verwendet, um Graphenflocken zu stabilisieren, die aus massivem Graphit hergestellt wurden.
Bei diesem Verfahren werden in der Regel nichtwässrige Lösungsmittel wie n-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) oder wässrige Lösungen mit Zusatz von Tensiden verwendet.
Die Energie für die Exfoliation wird zunächst durch Beschallung mit Ultraschallhörnern bereitgestellt, doch werden zunehmend auch hohe Scherkräfte eingesetzt.
Die Ausbeute ist im Allgemeinen gering, so dass eine Zentrifugation erforderlich ist, um ein- und zweischichtige Graphenflocken zu isolieren.
2. Kontrollierte Sublimation von SiC
Die kontrollierte Sublimation von SiC ist ein Verfahren, das hauptsächlich in der Elektronikindustrie zur Herstellung von epitaktischem Graphen eingesetzt wird.
Bei diesem Verfahren wird ein SiC-Substrat im Ultrahochvakuum thermisch zersetzt, wobei entweder E-Beam oder Widerstandsheizung zum Einsatz kommen.
Nach der Desorption des Siliziums ordnet sich der überschüssige Kohlenstoff auf der Oberfläche neu an und bildet ein hexagonales Gitternetz.
Diese Methode ist jedoch kostspielig und erfordert erhebliche Mengen an Silizium für eine groß angelegte Produktion.
3. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine vielseitige Methode, bei der Wachstumssubstrate und eine Kohlenwasserstoffgasquelle verwendet werden.
Sie kann durch Diffusion und Entmischung von Kohlenstoff in Metallen mit hoher Kohlenstofflöslichkeit wie Nickel oder durch Oberflächenadsorption in Metallen mit geringer Kohlenstofflöslichkeit wie Kupfer erfolgen.
CVD ist besonders vielversprechend für die Herstellung großer Flächen von einlagigem Graphen mit hoher Qualität und ist relativ kostengünstig.
4. Mechanische Exfoliation
Bei der mechanischen Exfoliation, die bekanntlich von Geim und Novoselov demonstriert wurde, werden Graphenschichten mit Hilfe von Klebeband von Graphit abgeschält.
Diese Methode wird in erster Linie für grundlegende Studien und Forschungsarbeiten verwendet, da sie nur begrenzt skalierbar ist und die Anzahl der abgeschälten Schichten nicht kontrolliert werden kann.
Jede dieser Methoden hat ihre Vor- und Nachteile, und die Wahl der Methode hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, z. B. dem Bedarf an großflächigem, hochwertigem Graphen mit minimalen Defekten.
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