Le processus de synthèse du graphène repose principalement sur le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Cette méthode permet de produire des films de graphène de haute qualité sur différents substrats, en particulier sur des métaux de transition comme le nickel et le cuivre.
Le dépôt en phase vapeur est privilégié pour sa capacité à produire des films de graphène uniformes et de grande surface, adaptés aux applications industrielles.
Quel est le processus de synthèse du graphène ? 5 étapes clés expliquées
1. Catalyseur et substrat
Le processus commence par un catalyseur, généralement du cuivre ou du nickel, qui est utilisé comme substrat.
Ces métaux sont choisis en raison de leur capacité à interagir avec les atomes de carbone au cours du processus de dépôt.
Le cuivre, par exemple, est peu soluble dans le carbone, ce qui permet la formation de graphène monocouche par adsorption en surface.
Le nickel a une solubilité élevée dans le carbone, ce qui facilite la diffusion et la ségrégation des atomes de carbone.
2. Gaz vecteurs et matières premières
Le catalyseur est exposé à des gaz vecteurs, généralement de l'hydrogène ou de l'argon, et à une matière première telle que le méthane.
Ces gaz sont introduits dans la chambre de réaction où ils se décomposent à haute température, libérant des atomes de carbone.
3. Conditions de croissance
La température, la pression et la durée de la réaction sont des paramètres critiques qui doivent être contrôlés avec précision pour garantir la qualité et l'uniformité du film de graphène.
Les atomes de carbone du méthane décomposé se diffusent dans le substrat métallique et précipitent sous forme de graphène pendant le processus de refroidissement.
4. Refroidissement et transfert
Après la phase de croissance, le système est refroidi, ce qui entraîne la formation de graphène à la surface du métal.
Le graphène est ensuite transféré sur le substrat souhaité en utilisant des méthodes qui empêchent la contamination et l'endommagement du film délicat.
5. Applications industrielles
La méthode de dépôt en phase vapeur (CVD), en particulier l'utilisation de feuilles de cuivre, a été industrialisée pour la production à grande échelle de films de graphène.
Des techniques telles que les procédés lot à lot (B2B) et rouleau à rouleau (R2R) ont été mises au point pour optimiser le rendement et obtenir des films de graphène de grande largeur et de grande longueur.
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