Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
С помощью метода CVD получают графеновые листы с большой площадью. Графен выращивался на медной фольге толщиной 25 мкм при температуре 1000 °С в потоке метана и водорода. Полученная графеновая плёнка площадью 1 х 1 см исследовалась с помощью оптического, просвечивающего и сканирующего электронных микроскопов, а также методом КР. Оказалось, что плёнка имеет непрерывную структуру и содержит в основном однослойный графен, который иногда перемежается двух- и трёхслойными образованиями. При этом доля площади плёнки, занятой однослойным графеном, превышает 95%. Оценённая доля двухслойного графена составляет 3 – 4%, так что количество графена с числом слоев более двух не превышает 2%.
Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
Рост графена является самоограниченным процессом, т.е. он практически прекращается через 10 мин синтеза и на поверхности подложки, покрытой однослойной графеновой плёнкой, дальнейший рост графена практически не происходит. Это указывает на каталитический механизм роста, для реализации которого важную роль играет наличие медной поверхности.
Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
Пока рекордный размер графенового листа составляет 75 см по диагонали. Синтез графеновых листов проводился в цилиндрическом реакторе диаметром 20 см. В качестве подложки использовался свёрнутый в цилиндр лист медной фольги размером 75 см по диагонали. С целью обеспечения однородного распределения температуры по поверхности подложки внутрь цилиндра, образуемого фольгой, вводилась кварцевая трубка диаметром 18,75 см. На первой стадии процесса образец в течение 30 мин при температуре 1000 °С обдувался водородом при давлении 90 мторр со скоростью 8 см3 мин-1. Синтез графена проводился при той же температуре в течение 30 мин в
результате пропускания через реактор смеси СН4 и Н2 в
отношении 3:1 при давлении 460 мторр со скоростью 32 см3 мин-1. После этого образец быстро охлаждался в потоке водорода при давлении 90 мторр до комнатной температуры.
Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
Процедура отделения графенового листа от медной подложки проходит в несколько стадий. Графеновый лист, выращенный на медной фольге, в результате прокатывания между двумя валками при небольшом сжимающем давлении (~ 2 кг см-2) присоединяется к полимерной плёнке. Затем медная фольга подвергается электрохимическому травлению в водном растворе (0,1 М) персульфата аммония
(NH4)2S2О8, что приводит к образованию прозрачной
проводящей плёнки графена на полимерной основе. После удаления остатков меди с помощью деионизованной воды графеновая плёнка может быть перенесена с полимерной подложки на любую другую поверхность. С этой целью плёнка вместе с будущей подложкой прокатывается при повышенной температуре (90-120 °С) между валками со скоростью 150-200 мм мин-1. В результате образуется гибкая прозрачная плёнка. В качестве подложки для таких плёнок часто используется полиэтилентерефталат (PET).
Графен (graphene)
Методы получения. Химическое осаждение из газовой фазы
Используется подложка Si, покрытая SiO2, с нанесенным слоем полимера. Затем наносят слой Ni и при 1000° С и низком давлении атмосферы Ar/H2 формируется
двухслойный графен под слоем Ni катализатора. Далее проводится удаление слоя Ni путем травления, а поученный графен остается на изолирующей подложке. (SAM) – self-assembled monolayer.
Графен (graphene)
Методы получения. Получение в электрической дуге
Дуговой разряд с графитовыми электродами, происходящий в атмосфере инертного газа, является одним из наиболее эффективных способов преобразования кристаллического графита в поверхностные углеродные структуры. Исходный материал – оксид графита. Смешивают 0,5 г мелкодисперс-
ного графитового порошка и 0,5 г NaNО3 при температуре
0 °С с 23 мл концентрированной серной кислоты. В эту суспензию медленно, при помешивании добавлялись 3 г
KMnO4, при этом поддерживалась низкая температура.
После непрерывного помешивания в течение 12 ч в суспензию добавлялось 46 мл дистиллированной воды, и полученная таким образом суспензия перемешивалась в течение 15 мин. Затем суспензия заливалась 140 мл тёплой воды (40-50°С) и 10 мл 30%-ного раствора перекиси водорода. После этого суспензия профильтровывалась, промывалась деионизованной водой и в течение 24 ч просушивалась в вакуумной печи при температуре 60 °С.
Графен (graphene)
Методы получения. Получение в электрической дуге
Описанная процедура приводила к образованию оксида графена (оксидированный графен), который подвергался обработке в электрической дуге постоянного тока в смеси водорода и аргона при атмосферном давлении и
отношении Н2:Аr = 1:9.
Оксид графена
Графен (graphene)
Методы получения. Получение в электрической дуге
В качестве катода использовался графитовый стержень диаметром 10 мм и длиной 150 мм, а анодом служил вращающийся графитовый цилиндр, имеющий 8 отверстий диаметром 20 мм и глубиной 10 мм, которые заполнялись порошком оксида графена. Межэлектродное расстояние поддерживалось на уровне 2 мм, а ток разряда изменялся между 100 и 150 А. В результате такой обработки происходило восстановление графена из оксида графена. 10 мг изготовленного материала, содержащего графен, заливалось 10 мл N-метилпиролидона, и полученная суспензия в течение 2 ч подвергалась ультразвуковой обработке, а затем центрифугированию. Это приводило к удалению крупных частиц графита и агрегатов. Взвесь, образованная в результате центрифугирования, подвергалась фильтрации и вакуумному просушиванию в течение 24 ч при температуре 60 °С.
Графен (graphene)
Методы получения. Термическое разложение SiC
Термическое разложение карбида кремния приводит к эпитаксиальному росту графеновой плёнки на поверхности
кристалла SiC. Преимущества подобного подхода связаны с тем, что размер синтезируемого образца при хорошем качестве исходного кристалла SiC может быть сопоставим с размером кристалла. Благодаря диэлектрическим свойствам SiC не возникает необходимости переноса образца с металлической подложки на диэлектрическую.