Graphen-Beschichtungen sind zwar vielversprechend, bringen aber auch einige Herausforderungen mit sich, die ihre Leistung und Verwendbarkeit beeinträchtigen können.
5 Schlüsselherausforderungen, die Sie kennen sollten
1. Herausforderungen bei der Produktion
Qualitätskontrolle bei der CVD-Produktion: Die Qualität von Graphen, das durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt wird, hängt in hohem Maße von den Kühlbedingungen und der Qualität des Substrats ab.
Unterschiedliche Kühlraten und Kohlenwasserstoffkonzentrationen können zu unterschiedlichem Keimbildungs- und Wachstumsverhalten führen, was sich auf die Gleichmäßigkeit und Qualität der Graphenschicht auswirkt.
Eine schlechte Substratqualität, wie z. B. Kupfersubstrate, die nicht ordnungsgemäß behandelt wurden, um Oxidation zu verhindern, kann ebenfalls die Qualität des Graphens beeinträchtigen.
Verunreinigungen und Kontamination: Der Prozess der Abscheidung von Kohlenstoffatomen auf dem Substrat kann durch das Vorhandensein von Wasserstoffgasen und anderen Reaktionsgasen beeinflusst werden, was sich auf die Qualität des Graphens auswirken kann.
Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer genauen Kontrolle der chemischen Umgebung während der Produktion.
2. Fragen des Transferprozesses
Einführung von Defekten: Die Übertragung von Graphenschichten von katalytischen Metallsubstraten auf Anwendungssubstrate ist ein komplexer Prozess, der die Verwendung von PMMA als vorübergehenden Träger, das Ätzen des Metallsubstrats und Reinigungsschritte umfasst.
Jeder dieser Schritte kann Defekte oder Verunreinigungen in das Graphen einbringen, die seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen können.
Gleichmäßigkeit und Leistung: Der Transferprozess muss genauestens kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass das Graphen die gewünschten Eigenschaften, wie z. B. einen geringen Schichtwiderstand und eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit, beibehält, insbesondere für Anwendungen in der Elektronik und Optoelektronik.
Die Realität sieht jedoch so aus, dass "echtes" Graphen oft Defekte und Verunreinigungen enthält, die seine Leistung im Vergleich zu "idealem" Graphen einschränken können.
3. Nutzung von echtem Graphen
Anpassung der Verfahren zur Herstellung von Bauelementen: Das Vorhandensein von Defekten und Verunreinigungen in Graphen erfordert die Entwicklung neuer Techniken zur Herstellung von Bauelementen, die die Nutzung der Eigenschaften von Graphen trotz dieser Unvollkommenheiten optimieren können.
Dazu gehört auch das Verständnis, wie sich diese Defekte auf die Wechselwirkungen an den Grenzflächen und die Transporteigenschaften auswirken.
Identifizierung geeigneter Anwendungen: Es ist von entscheidender Bedeutung, Anwendungen zu identifizieren, bei denen die Eigenschaften von "echtem" Graphen und nicht von "idealem" Graphen effektiv genutzt werden können.
So können beispielsweise Anwendungen, die einen geringen Schichtwiderstand und eine gute Gleichmäßigkeit erfordern, mehr Defekte tolerieren als solche, die hochwertiges Graphen mit perfekter Kristallstruktur und hoher Ladungsträgerbeweglichkeit erfordern.
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