Die beste Methode zur Synthese von Graphen ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Mit dieser Technik lassen sich hochwertige Graphenschichten in großem Maßstab herstellen.
Bei der CVD werden Graphenschichten auf Substraten aufgewachsen, die in der Regel aus Übergangsmetallen wie Nickel oder Kupfer bestehen.
Diese Methode wird wegen ihrer Skalierbarkeit, Kosteneffizienz und der hohen Qualität des erzeugten Graphens bevorzugt.
Welches ist die beste Methode zur Synthese von Graphen? (4 Schlüsselpunkte erklärt)
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren)
Das Verfahren beginnt mit einem Substrat, z. B. Nickel oder Kupfer, das eine hohe Löslichkeit für Kohlenstoff aufweist.
Das Substrat wird auf hohe Temperaturen erhitzt, wodurch die Diffusion der Kohlenstoffatome in das Metall erleichtert wird.
Wenn das Substrat abkühlt, scheiden sich die Kohlenstoffatome aus und ordnen sich neu an, um eine Graphenschicht auf der Oberfläche zu bilden.
Dieser Prozess wird kontrolliert, um die Bildung von einlagigem Graphen mit minimalen Defekten zu gewährleisten.
2. Vorteile der CVD
CVD ist in der Lage, großflächige Graphenschichten herzustellen, was für industrielle Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
Verfahren wie Batch-to-Batch (B2B) und Rolle-zu-Rolle (R2R) verbessern die Skalierbarkeit weiter, da sie eine kontinuierliche Produktion von Graphenschichten ermöglichen.
CVD-produziertes Graphen weist in der Regel eine hohe Qualität mit einheitlichen Eigenschaften über große Flächen auf.
Dies ist wichtig für Anwendungen, die gleichbleibende elektrische und mechanische Eigenschaften erfordern.
Die bei der CVD verwendeten Materialien, wie z. B. Kupferfolie, sind relativ kostengünstig, so dass das Verfahren insgesamt für die Massenproduktion kosteneffizient ist.
3. Vergleich mit anderen Methoden
Bei dieser Methode wird Graphit in einem Lösungsmittel exfoliert, um Graphen zu erzeugen.
Die Ausbeute ist jedoch in der Regel gering, und das Verfahren erfordert zusätzliche Schritte wie Zentrifugieren, um die Graphenflocken zu isolieren.
Bei dieser Methode wird Siliziumkarbid thermisch zersetzt, was kostspielig ist und erhebliche Mengen an Silizium erfordert.
Es ist weniger skalierbar und teurer als CVD.
4. Industrielle Relevanz
Der Erfolg der CVD-Methode bei der Herstellung von hochwertigem Graphen hat sich durch ihre Anwendung in der Industrie gezeigt.
So wurde beispielsweise die Synthese von Graphen auf Kupferfolie durch Li et al. im Jahr 2009 zu einer Standardmethode für die großtechnische Produktion.
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