石墨烯的生产涉及多种方法,每种方法都有自己的优势和局限性。
4 种主要的石墨烯生产方法
1.化学气相沉积法(CVD)
化学气相沉积(CVD)是大规模生产高质量石墨烯最广泛使用的方法。
在此过程中,石墨烯生长在基底上,通常是铜或镍等金属。
碳氢化合物气体(通常是甲烷)被加热到高温,分解成碳原子和氢原子。
然后,碳原子与金属基底结合,并在系统冷却时重新排列形成石墨烯层。
CVD 因其可扩展性和生产出的高质量石墨烯而备受青睐。
批量到批量(B2B)或卷到卷(R2R)工艺等技术可进一步提高吞吐量,实现更大尺寸的石墨烯薄膜。
2.机械剥离
机械剥离是指使用胶带从块状石墨上剥离石墨烯层。
这种方法由 Geim 和 Novoselov 首创。
虽然这种方法可以生产出高质量的石墨烯,但由于产量低且无法生产大面积石墨烯,因此无法进行工业化生产。
3.液相剥离法
在这种方法中,将块状石墨分散在溶剂中,并通过高能量(如超声波)来分离石墨烯层。
溶剂必须具有适当的表面张力,以稳定石墨烯薄片。
虽然这种方法可用于大规模生产,但与 CVD 或机械剥离法相比,所生产的石墨烯在电气性能方面的质量通常较低。
4.碳化硅(SiC)升华法
这种技术是在超高真空中将碳化硅加热到高温,使硅升华,在碳化硅表面留下石墨烯层。
虽然这种方法可以生产出高质量的石墨烯,但成本较高,而且需要大量的碳化硅,因此不太适合大规模生产。
上述每种方法都有其优势和局限性,而 CVD 由于兼顾了质量、可扩展性和成本效益,目前在工业应用中处于领先地位。
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