Für die Synthese von Graphen gibt es mehrere Methoden, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Grenzen haben.
Je nach gewünschter Qualität und Quantität von Graphen eignen sich diese Methoden für unterschiedliche Anwendungen.
5 Methoden zur Synthese von Graphen
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist eine äußerst effiziente Methode zur Synthese von Graphen, insbesondere für Anwendungen in der Hochleistungselektronik und in Sensoren.
Bei diesem Verfahren werden in der Regel Graphenschichten auf Substraten wie Nickel (Ni) oder Kupfer (Cu) aufgetragen.
Auf Nickel zersetzen sich die Kohlenstoffatome bei hohen Temperaturen und diffundieren in das Nickel. Beim Abkühlen scheiden sich diese Kohlenstoffatome an der Oberfläche ab und bilden Graphen.
Auch Kupfer wird wegen seiner geringen Löslichkeit von Kohlenstoff bevorzugt, was das Wachstum von einlagigem Graphen mit hoher Reinheit erleichtert.
Das CVD-Verfahren erfordert eine sorgfältige Kontrolle von Parametern wie Gasvolumen, Druck, Temperatur und Zeit, um die Qualität des erzeugten Graphens zu gewährleisten.
2. Mechanische Exfoliation
Bei dieser Methode werden Graphenschichten mit Hilfe von Klebeband von einer Graphitquelle abgeschält.
Obwohl es sich um ein einfaches Verfahren handelt, ist es nicht für eine großflächige Produktion geeignet und wird aufgrund der geringen Mengen an hergestelltem Graphen hauptsächlich für Forschungszwecke verwendet.
3. Flüssigphasenexfoliation und Reduktion von Graphenoxid (GO)
Bei dieser Methode wird Graphenoxid in einem flüssigen Medium dispergiert und anschließend zu Graphen reduziert.
Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass er skalierbar ist und Graphen in großen Mengen hergestellt werden kann.
Allerdings ist die Qualität des hergestellten Graphens möglicherweise nicht so hoch wie bei der CVD-Methode, was sich auf seine elektronischen Eigenschaften auswirkt.
4. Vapor-Trapping-Verfahren
Diese Technik wird für die Synthese von einkristallinem, großkörnigem Graphen verwendet.
Dabei wird ein spezieller Aufbau verwendet, bei dem ein Vapor-Trapping-Rohr eine entscheidende Rolle bei der Schaffung einer quasistatischen Verteilung der Reaktionsgase spielt, was zur Bildung großer Graphenkörner in Form von Blumen führt.
Diese Methode ist besonders nützlich für Anwendungen, die hochwertige, großflächige Graphenschichten erfordern.
5. Andere Methoden
Es gibt noch weitere Methoden zur Synthese von Graphen, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen haben.
Die Wahl der Synthesemethode hängt von der gewünschten Anwendung und der erforderlichen Graphenqualität ab.
Die CVD-Methode zeichnet sich durch ihre Fähigkeit aus, hochwertiges, großflächiges Graphen herzustellen, das sich für fortschrittliche technologische Anwendungen eignet.
Andere Verfahren wie die mechanische Exfoliation und die Flüssigphasenexfoliation eignen sich eher für die Forschung oder für Anwendungen, bei denen hochwertiges Graphen nicht die Hauptanforderung ist.
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