石墨烯主要通过化学气相沉积法(CVD)大规模生产。
这一过程包括在催化剂表面沉积碳物种,然后形成石墨烯晶体。
生产出的石墨烯的质量通过拉曼成像显微镜进行评估。
如何大规模生产石墨烯?4 种主要方法说明
1.化学气相沉积(CVD)
在化学气相沉积过程中,基底(通常是铜或镍)在高温下暴露在甲烷或乙烯等含碳气体中。
气体分子在催化剂表面分解,释放出碳原子。
这些碳原子在表面扩散并聚集成团。
一旦这些碳簇达到临界尺寸,它们就会形成石墨烯晶体。
随着沉积的继续,这些石墨烯岛不断长大,最终合并成连续的单层石墨烯。
与催化剂相比,石墨烯表面的反应活性较低,因此通常无法生长出更多的石墨烯层。
2.使用拉曼成像显微镜进行质量评估
CVD 过程结束后,使用拉曼成像显微镜评估石墨烯的质量。
该技术使用激光激发石墨烯,通过分析散射光来确定石墨烯晶格的振动能量。
拉曼光谱可提供有关石墨烯的层数、是否存在缺陷以及质量的信息。
例如,D 波段和 G 波段的强度比(ID/IG)通常用于评估石墨烯的缺陷密度。
3.工业规模生产
通过 CVD 实现石墨烯的工业化生产已通过各种技术进行了优化。
例如,批对批 (B2B) 工艺包括堆叠或滚压铜箔,以提高产量。
另一种方法是卷对卷(R2R)工艺,它可以连续生产几乎无限长度的石墨烯薄膜,尽管宽度有限。
这种方法自动化程度高,与后续加工步骤的兼容性更好。
4.大规模生产面临的挑战
尽管 CVD 技术不断进步,但要以低成本大规模生产缺陷最小、晶粒尺寸较大的高质量石墨烯仍面临挑战。
控制 CVD 工艺参数,如温度、压力、气体流速和催化剂的选择,对于生产高质量石墨烯至关重要。
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