Graphen ist ein zweidimensionales Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Diese Struktur verleiht Graphen seine einzigartigen Eigenschaften, wie hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Flexibilität und optische Transparenz.
Zweidimensionale Struktur: Graphen ist ein einatomiges Schichtmaterial mit einer Dicke von nur 0,34 nm. Die Kohlenstoffatome sind in einem wabenförmigen Gitter dicht gepackt, mit einem interatomaren Abstand von 1,42 Å. Diese zweidimensionale Anordnung ist der Hauptgrund für die außergewöhnlichen Eigenschaften von Graphen.
Einzigartige Eigenschaften: Die zweidimensionale Struktur von Graphen ermöglicht eine bedeutende theoretische spezifische Oberfläche (2630 m2/g), eine extrem hohe Elektronenbeweglichkeit (~2 × 105 cm2/Vs), einen hohen Elastizitätsmodul (1 TPa) und eine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit (3500-5000 W/mK). Auch seine elektrische Leitfähigkeit ist bemerkenswert, mit einer kritischen Stromdichte von 108 A/cm2.
Anwendungen: Dank seiner einzigartigen Eigenschaften eignet sich Graphen für verschiedene Anwendungen, darunter Elektronik, Verbundwerkstoffe, Membranen und erneuerbare Energietechnologien der nächsten Generation (z. B. Solarzellen). Die Massenproduktion von hochwertigem Graphen mit wenigen oder gar keinen Verunreinigungen oder Defekten und großer Korngröße zu angemessen niedrigen Kosten bleibt jedoch eine Herausforderung.
Produktionsmethoden: Für die Graphenproduktion wurden verschiedene Verfahren entwickelt, darunter die mechanische Exfoliation, die Flüssigphasen-Exfoliation, die Sublimation von Siliziumkarbid (SiC) und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). CVD-Graphen bezieht sich auf Graphen, das durch die CVD-Methode hergestellt wird, wodurch es sich von anderen Formen von Graphen unterscheidet. CVD ist eine wirksame Methode zur Gewinnung von hochwertigem Graphen, obwohl sie zu einem hohen Schichtwiderstand führen kann, der die Leistung organischer elektronischer Geräte beeinträchtigt, die transparente Elektroden auf Graphenbasis verwenden.
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