Die Methoden zur Herstellung von Graphen lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: "Top-down"- und "Bottom-up"-Methoden.
Der "Top-down"-Ansatz umfasst die Exfoliation von Graphit.
Bei der "Bottom-up"-Methode wird Graphen aus gasförmigen Kohlenstoffquellen gewonnen, hauptsächlich durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
4 Schlüsselmethoden werden erklärt
1. Top-Down-Methoden
Bei der "Top-Down"-Methode wird Graphit in erster Linie mechanisch oder chemisch abgeschält, um Graphenschichten zu isolieren.
Diese Methode wird häufig zur Herstellung von Graphenpulvern und -nanopartikeln verwendet.
Diese Produkte finden breite Anwendung in Bereichen wie Energiespeicherung, Polymerverbundwerkstoffe, Beschichtungen und Wärmemanagement.
Der "Top-down"-Ansatz hat den Vorteil, dass er einfach ist und Graphen in Pulverform hergestellt werden kann, das sich leicht in verschiedenen Medien dispergieren lässt.
2. Bottom-Up-Methoden
Die "Bottom-up"-Methode, insbesondere CVD, ist die beliebteste und industriell relevanteste Technik zur Herstellung von hochwertigem Graphen.
Bei der CVD-Methode wird ein kohlenstoffhaltiges Gas bei hohen Temperaturen auf einem Metallsubstrat zersetzt, gefolgt von einem Abkühlungsprozess, bei dem die Kohlenstoffatome Graphenschichten auf der Oberfläche bilden.
Mit dieser Methode lassen sich großflächige, gleichmäßige Graphenschichten herstellen, die für Anwendungen in der Elektronik unerlässlich sind.
Das CVD-Verfahren erfordert eine sorgfältige Kontrolle von Parametern wie Gasmenge, Druck, Temperatur und Zeitdauer, um die Qualität des erzeugten Graphens zu gewährleisten.
Jüngste Fortschritte bei der CVD, wie die Verwendung von Kupferfolien und Rolle-zu-Rolle (R2R)-Verfahren, haben die Massenproduktion von Graphenschichten mit praktisch unbegrenzter Länge und begrenzter Breite ermöglicht, was sie für großtechnische Anwendungen geeignet macht.
3. Sublimation von Siliziumkarbid (SiC)
Die Sublimation von SiC ist eine kostspielige Methode, bei der SiC auf hohe Temperaturen erhitzt wird, um Silizium zu entfernen und eine Graphenschicht zu hinterlassen.
4. Mechanische Exfoliation
Die mechanische Exfoliation, die von Geim und Novoselov demonstriert wurde, wird aufgrund ihrer begrenzten Skalierbarkeit hauptsächlich für grundlegende Studien und Forschungsarbeiten verwendet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es für die Herstellung von Graphen eine Vielzahl von Methoden gibt, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Grenzen haben.
Die Wahl der Methode hängt von der gewünschten Anwendung und dem erforderlichen Produktionsmaßstab ab.
Die CVD-Methode ist die vielversprechendste Methode für die großtechnische Herstellung von hochwertigem Graphen, insbesondere für elektronische Anwendungen.
Top-down"-Methoden eignen sich eher für Anwendungen, bei denen Graphen in Form von Pulver oder Nanopartikeln benötigt wird.
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