Graphen kann mit verschiedenen Methoden hergestellt werden, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Grenzen haben.
Zu den wichtigsten Methoden gehören die mechanische Exfoliation, die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die Flüssigphasen-Exfoliation und die kontrollierte Sublimation von SiC.
Die CVD-Methode zeichnet sich besonders durch ihre Fähigkeit aus, hochwertiges Graphen zu erzeugen, das für fortschrittliche Anwendungen wie Elektronik und Sensoren geeignet ist.
Was sind die 4 Methoden zur Herstellung von Graphen?
1. Mechanische Exfoliation
Bei dieser Methode werden die Graphenschichten mit Hilfe von Techniken wie Klebeband physisch von der Graphitmasse abgeschält.
Es handelt sich zwar um eine einfache Methode, mit der qualitativ hochwertiges Graphen hergestellt werden kann, doch ist sie aufgrund ihrer geringen Ausbeute und der Unfähigkeit, großflächiges Graphen zu erzeugen, für die industrielle Produktion nicht geeignet.
2. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist eine weit verbreitete Methode zur Herstellung hochwertiger Graphenschichten.
Dabei werden Kohlenstoffatome bei hohen Temperaturen auf einem Substrat, z. B. Nickel oder Kupfer, abgeschieden.
Die Kohlenstoffquelle ist in der Regel ein Kohlenwasserstoffgas.
CVD hat den Vorteil, dass es großflächiges, gleichmäßiges und hochwertiges Graphen mit geringer Fehlerzahl liefert.
Diese Methode eignet sich besonders für Anwendungen, die eine hohe Leistung erfordern, wie z. B. Elektronik und Sensoren.
3. Flüssigphasenexfoliation
Bei dieser Technik wird Graphit in einem Lösungsmittel dispergiert und Energie (z. B. durch Beschallung oder hohe Scherkräfte) eingesetzt, um die Graphenschichten zu trennen.
Die Wahl des Lösungsmittels und die Zugabe von Tensiden können die Qualität und Ausbeute des erzeugten Graphens beeinflussen.
Diese Methode kann zwar relativ einfach und kostengünstig sein, die Graphenausbeute ist jedoch in der Regel gering, und häufig sind Nachbearbeitungen wie Zentrifugieren erforderlich, um die gewünschten Graphenflocken zu isolieren.
4. Kontrollierte Sublimation von SiC
Bei dieser Methode wird Siliciumcarbid (SiC) im Ultrahochvakuum thermisch zersetzt, um epitaktisches Graphen zu erzeugen.
Das Verfahren ist komplex und teuer, da es große Mengen an SiC und eine spezielle Ausrüstung erfordert.
Obwohl damit hochwertiges Graphen hergestellt werden kann, ist es aufgrund der Skalierbarkeit und der Kosten für großtechnische Anwendungen weniger geeignet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl der Graphenherstellungsmethode von der gewünschten Anwendung und dem Umfang der Produktion abhängt.
CVD ist eine vielversprechende Methode zur Herstellung von hochwertigem, großflächigem Graphen, insbesondere für Elektronik- und Sensoranwendungen.
Andere Methoden wie die mechanische Exfoliation und die Flüssigphasen-Exfoliation eignen sich eher für die Produktion im Labormaßstab oder für spezielle Anwendungen, bei denen Graphenpulver oder -nanopartikel benötigt werden.
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