Das Wachstum von Graphen kann bei erstaunlich niedrigen Temperaturen erfolgen.
Ein Beispiel ist die Abkühlung eines dünnen Ni-Films von 900°C auf 725°C.
Dies führte zur Bildung von 1,7 Graphenschichten auf der Oberfläche des Films.
Diese Temperatur ist deutlich niedriger als die typischen pyrolytischen Zersetzungstemperaturen, die über 1000 °C erfordern.
Die Verwendung von Metallkatalysatorsubstraten bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) trägt zur Senkung der Reaktionstemperatur bei.
Dies erleichtert die Zersetzung von Kohlenstoffvorläufern und die Bildung von Graphen.
Der Prozess beinhaltet die Adsorption von Kohlenstoffvorläufern auf der Katalysatoroberfläche.
Diese Vorläufer zersetzen sich dann in verschiedene Kohlenstoffarten.
Diese Kohlenstoffspezies dienen als Bausteine für das Graphenwachstum.
Diese Methode ist besonders effektiv in CVD-Systemen mit niedrigem Druck.
Selbst sehr niedrige Partialdrücke können die Keimbildung und das Wachstum von Graphen aufgrund von Öl- und Gasverunreinigungen fördern.
Außerdem kann die Verwendung von flüssigen oder festen Kohlenstoffvorläufern wie Benzol und Naphthalin das Wachstum bei niedrigen Temperaturen erleichtern.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass sie sich im Vergleich zu Methan leichter zersetzen lassen.
Diese Ausgangsstoffe können jedoch auch an den Innenwänden der Systemkammern und Rohrleitungen adsorbieren.
Dies kann zu Verunreinigungsproblemen führen, die die Zuverlässigkeit des Systems und die Wiederholbarkeit der Produktion beeinträchtigen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Wachstum von Graphen zwar traditionell hohe Temperaturen erfordert, dass aber Fortschritte bei der katalysatorgestützten CVD und die Verwendung spezifischer Kohlenstoffvorläufer die Synthese von Graphen bei deutlich niedrigeren Temperaturen von bis zu 725 °C ermöglicht haben.
Diese Entwicklung ist entscheidend für die Senkung der Energiekosten und die Verbesserung der Machbarkeit der Graphenproduktion für verschiedene Anwendungen.
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