Le graphène peut être obtenu à partir de divers matériaux et produit par différentes méthodes, la source de carbone la plus courante étant le méthane. Les méthodes de production comprennent des méthodes "descendantes" comme l'exfoliation mécanique du graphite et des méthodes "ascendantes" comme le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Des catalyseurs tels que les nanoparticules de fer, la mousse de nickel et la vapeur de gallium sont également utilisés pour améliorer le processus de production.
Source de carbone :
La principale source de carbone pour la production de graphène est le méthane. Le méthane est préféré en raison de sa disponibilité et de l'efficacité avec laquelle il peut fournir du carbone pour la synthèse du graphène. Au cours du processus de dépôt chimique en phase vapeur, le méthane est utilisé pour fournir les atomes de carbone qui forment le réseau de graphène. Toutefois, le processus nécessite également de l'hydrogène pour faciliter le dépôt du carbone sur le substrat et améliorer la qualité du graphène en éliminant le carbone amorphe. L'équilibre entre les débits de méthane et d'hydrogène est crucial, car un excès d'hydrogène peut dégrader la qualité du graphène en corrodant sa structure en treillis.Utilisation de catalyseurs :
Les catalyseurs jouent un rôle important dans la production de graphène, en particulier dans le processus de dépôt chimique en phase vapeur. Les catalyseurs tels que les nanoparticules de fer, la mousse de nickel et la vapeur de gallium facilitent la formation du graphène en favorisant la décomposition des sources de carbone et le dépôt ultérieur de carbone sur les substrats. Ces catalyseurs peuvent être utilisés directement dans le processus de croissance ou placés loin de la zone de dépôt. Certains catalyseurs peuvent nécessiter des étapes supplémentaires pour être éliminés après la formation du graphène, ce qui peut avoir une incidence sur la complexité et le coût global du processus.
Méthodes de production :
La production de graphène peut être divisée en deux grandes catégories : les méthodes "descendantes" et les méthodes "ascendantes". L'approche "descendante" implique l'exfoliation mécanique du graphite, qui est principalement utilisée à des fins de recherche en raison de son évolutivité limitée. En revanche, la méthode "ascendante", en particulier le dépôt en phase vapeur (CVD), est largement utilisée pour la production à grande échelle. La CVD permet la croissance de films de graphène de haute qualité et de grande surface sur des substrats métalliques, tels que des feuilles de cuivre, ce qui est crucial pour les applications commerciales. Le procédé CVD peut être encore optimisé en utilisant des procédés lot à lot ou rouleau à rouleau pour améliorer le rendement et obtenir des films de graphène de plus grandes dimensions.
Défis et considérations :
