Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von Graphen ist die Wahl der Vorläufer entscheidend. Diese Ausgangsstoffe sind für den Zersetzungsprozess, bei dem sich Graphenschichten auf Metallsubstraten bilden, unerlässlich.
3 Haupttypen von Vorläufern für die CVD-Synthese von Graphen
1. Feste Vorstufen
Feste Kohlenstoffquellen wie Hexachlorbenzol und feste Kunststoffabfälle werden häufig verwendet.
Hexachlorbenzol wird auf Kupferfoliensubstraten auf 360 °C erhitzt, um sich zu zersetzen und einlagiges Graphen zu bilden.
Feste Kunststoffabfälle werden bei hohen Temperaturen (bis zu 500 °C) pyrolysiert und dann als Kohlenstoffquelle abgelagert.
Diese festen Ausgangsstoffe können bei niedrigeren Temperaturen zersetzt werden, so dass sie sich für CVD-Verfahren bei Atmosphärendruck eignen.
2. Flüssige Ausgangsstoffe
Flüssige Kohlenstoffquellen, z. B. Hexan, werden verdampft und mit Hilfe von Blasen in den CVD-Reaktor eingeleitet.
Die Konzentration des Dampfes wird durch Einblasen von Inertgas in die Flüssigkeit gesteuert.
Die Kontrolle der flüssigen Ausgangsstoffe kann jedoch schwierig sein, was ihren weit verbreiteten Einsatz bei der CVD-Synthese von Graphen einschränkt.
3. Gasförmige Ausgangsstoffe
Gasförmige Ausgangsstoffe werden bei CVD-Verfahren für die Graphen-Synthese am häufigsten verwendet.
Zu den gebräuchlichen gasförmigen Ausgangsstoffen gehören Methan (CH4), Acetylen und Ethylen.
Diese Gase werden über ein Gaszufuhrsystem in die Reaktionskammer eingeleitet.
Die Zersetzung dieser Gase bei hohen Temperaturen auf Metallsubstraten führt zur Bildung von Graphenschichten.
Das Vorhandensein anderer Komponenten wie Sauerstoff und Wasserstoff kann die Abscheidung und das Wachstum von Graphen erheblich beeinflussen und sich auf die Morphologie und Größe der Graphenkörner auswirken.
Im CVD-Verfahren werden diese Ausgangsstoffe einer Pyrolyse unterzogen, um disassoziierte Kohlenstoffatome zu bilden, die sich dann auf der Oberfläche von Metallsubstraten zur Graphenstruktur zusammensetzen.
Die Wahl des Vorläufers und die Bedingungen, unter denen er verarbeitet wird (z. B. Temperatur und Druck), sind entscheidende Faktoren, die die Qualität und die Eigenschaften des entstehenden Graphens beeinflussen.
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