La production de graphène fait appel à plusieurs méthodes, chacune ayant ses propres avantages et limites.
4 Méthodes principales de production de graphène
1. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est la méthode la plus utilisée pour produire du graphène de haute qualité à grande échelle.
Dans ce processus, le graphène est cultivé sur un substrat, généralement un métal comme le cuivre ou le nickel.
Un hydrocarbure gazeux, généralement du méthane, est chauffé à haute température pour le décomposer en atomes de carbone et d'hydrogène.
Les atomes de carbone se lient ensuite au substrat métallique et se réarrangent pour former une couche de graphène lorsque le système refroidit.
La technique de dépôt en phase vapeur est privilégiée en raison de son évolutivité et de la haute qualité du graphène qu'elle produit.
Des techniques telles que les procédés lot à lot (B2B) ou rouleau à rouleau (R2R) permettent d'améliorer encore le rendement et d'obtenir des films de graphène de plus grandes dimensions.
2. Exfoliation mécanique
L'exfoliation mécanique consiste à décoller des couches de graphène du graphite en vrac à l'aide d'un ruban adhésif.
Cette méthode a été mise au point par Geim et Novoselov.
Bien qu'elle permette de produire du graphène de haute qualité, elle n'est pas adaptable à la production industrielle en raison de son faible rendement et de son incapacité à produire du graphène de grande surface.
3. Exfoliation en phase liquide
Dans cette méthode, le graphite en vrac est dispersé dans un solvant et soumis à une énergie élevée, telle que les ultrasons, pour séparer les couches de graphène.
Le solvant doit avoir une tension de surface appropriée pour stabiliser les flocons de graphène.
Bien que cette méthode puisse être utilisée pour la production de masse, la qualité du graphène produit est généralement inférieure en termes de propriétés électriques à celle du CVD ou de l'exfoliation mécanique.
4. Sublimation du carbure de silicium (SiC)
Cette technique consiste à chauffer le SiC à des températures élevées dans un vide ultra poussé, ce qui entraîne la sublimation du silicium et laisse une couche de graphène à la surface du SiC.
Bien que cette méthode permette de produire du graphène de haute qualité, elle est coûteuse et nécessite des quantités importantes de SiC, ce qui la rend moins adaptée à une production à grande échelle.
Chacune de ces méthodes a ses avantages et ses limites, le dépôt en phase vapeur étant actuellement le plus utilisé dans les applications industrielles en raison de son équilibre entre la qualité, l'évolutivité et la rentabilité.
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