L'exfoliation du graphène fait appel à plusieurs méthodes, chacune ayant des caractéristiques et des applications uniques.
4 méthodes clés expliquées
1. Exfoliation en phase liquide
L'exfoliation en phase liquide utilise un solvant ayant une tension de surface appropriée pour stabiliser les flocons de graphène produits à partir de graphite en vrac.
Ce processus utilise généralement des solvants non aqueux tels que la n-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) ou des solutions aqueuses additionnées de tensioactifs.
L'énergie nécessaire à l'exfoliation est initialement fournie par une sonication par corne ultrasonique, mais des forces de cisaillement élevées sont de plus en plus utilisées.
Le rendement est généralement faible, ce qui oblige à recourir à la centrifugation pour isoler les flocons de graphène monocouche et multicouche.
2. Sublimation contrôlée du SiC
La sublimation contrôlée du SiC est une méthode principalement utilisée dans l'industrie électronique pour produire du graphène épitaxial.
Ce processus implique la décomposition thermique d'un substrat de SiC dans un ultravide, en utilisant soit un faisceau d'électrons, soit un chauffage résistif.
Après la désorption du silicium, le carbone excédentaire à la surface se réarrange pour former un réseau hexagonal.
Toutefois, cette méthode est coûteuse et nécessite des quantités importantes de silicium pour une production à grande échelle.
3. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une méthode polyvalente qui utilise des substrats de croissance et une source d'hydrocarbures gazeux.
Il peut être réalisé par diffusion et ségrégation du carbone dans les métaux à haute solubilité de carbone comme le nickel, ou par adsorption de surface dans les métaux à faible solubilité de carbone comme le cuivre.
Le dépôt en phase vapeur est particulièrement prometteur pour la production de grandes surfaces de graphène monocouche de haute qualité et relativement peu coûteux.
4. Exfoliation mécanique
L'exfoliation mécanique, démontrée par Geim et Novoselov, consiste à décoller des couches de graphène du graphite à l'aide d'un ruban adhésif.
Cette méthode est principalement utilisée pour les études fondamentales et la recherche en raison de son caractère évolutif limité et de l'impossibilité de contrôler le nombre de couches exfoliées.
Chacune de ces méthodes a ses avantages et ses inconvénients, et le choix de la méthode dépend des exigences spécifiques de l'application, telles que la nécessité d'obtenir un graphène de grande surface, de haute qualité et présentant un minimum de défauts.
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