Les techniques de croissance du graphène comprennent
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le dépôt chimique en phase vapeur (CVD): Il s'agit de l'une des méthodes les plus prometteuses pour produire du graphène monocouche de haute qualité sur de grandes surfaces. La croissance se produit soit par diffusion et ségrégation du carbone dans un substrat métallique à forte solubilité de carbone (par exemple, Ni), soit par adsorption de surface dans un métal à faible solubilité de carbone (par exemple, Cu). La méthode de piégeage de la vapeur, une technique CVD spécifique, implique l'utilisation d'un grand et d'un petit tube de quartz où le CH4/H2 est introduit dans le grand tube et une feuille de Cu est chargée dans le petit tube. Cette méthode permet la croissance de fleurs de graphène à gros grains en créant une distribution quasi-statique des gaz réactifs et en réduisant l'apport de carbone.
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Exfoliation en phase liquide: Cette méthode consiste à exfolier le graphite en vrac dans un solvant en utilisant de l'énergie, généralement des solvants non aqueux comme le n-Méthyl-2-pyrrolidone (NMP) ou des solutions aqueuses avec un surfactant. L'énergie nécessaire à l'exfoliation peut provenir d'une sonication par corne ultrasonique ou de forces de cisaillement élevées. Cette méthode convient à la production de masse mais donne généralement une qualité électrique inférieure à celle du dépôt en phase vapeur (CVD).
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Sublimation du carbure de silicium (SiC): Cette méthode implique la décomposition thermique d'un substrat de SiC dans un vide ultra poussé afin de minimiser la contamination. L'excès de carbone à la surface se réarrange pour former un réseau hexagonal, ce qui permet d'obtenir du graphène épitaxial. Toutefois, cette méthode est coûteuse et nécessite de grandes quantités de Si pour une production à grande échelle.
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Croissance directe sur des substrats non métalliques: Cette approche consiste à faire croître le graphène directement sur des surfaces non métalliques, dont l'activité catalytique est plus faible que celle des surfaces métalliques. Ce phénomène peut être compensé par l'utilisation de températures élevées, d'une catalyse assistée par des métaux ou d'un dépôt en phase vapeur assisté par plasma. Bien que la qualité du graphène produit par cette méthode ne soit pas aussi élevée, elle est considérée comme une méthode potentielle pour de futures applications industrielles.
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Hybrides 2D: Cette technique consiste à hybrider le graphène avec d'autres matériaux 2D pour améliorer les applications technologiques. Par exemple, l'utilisation de films de nitrure de bore hexagonal (h-BN) comme substrats peut améliorer les caractéristiques courant-tension des transistors à effet de champ au graphène. Ces hybrides peuvent être créés en empilant des matériaux, soit par transfert couche par couche, soit par croissance directe, cette dernière méthode offrant une plus grande évolutivité et une moindre contamination.
Chacune de ces méthodes a ses avantages et ses inconvénients, le dépôt en phase vapeur étant le plus utilisé pour la production de graphène de haute qualité et de grande surface en raison de sa rentabilité relative et de son évolutivité.
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