グラフェンの製造にはいくつかの方法があり、それぞれに利点と限界がある。
グラフェン製造の主な4つの方法
1.化学気相成長法(CVD)
化学気相成長法(CVD)は、高品質のグラフェンを大規模に生産するために最も広く用いられている方法である。
このプロセスでは、グラフェンを基板(通常は銅やニッケルなどの金属)上に成長させる。
炭化水素ガス(通常はメタン)を高温に加熱し、炭素原子と水素原子に分解する。
その後、炭素原子は金属基板に結合し、システムが冷却されると再配列してグラフェン層を形成する。
CVD法は、そのスケーラビリティと生成されるグラフェンの品質の高さから好まれている。
バッチ・ツー・バッチ(B2B)プロセスやロール・ツー・ロール(R2R)プロセスなどの技術を用いれば、スループットがさらに向上し、より大きな寸法のグラフェン膜を得ることができる。
2.機械的剥離
機械的剥離は、粘着テープを使ってバルクのグラファイトからグラフェン層を剥離する方法である。
この方法はGeimとNovoselovによって開拓された。
この方法は高品質のグラフェンを生産することができるが、収率が低く、大面積のグラフェンを生産できないため、工業生産には拡張性がない。
3.液相剥離法
この方法では、バルクのグラファイトを溶媒に分散させ、超音波処理などの高エネルギーを加えてグラフェン層を分離する。
グラフェン薄片を安定化させるためには、溶媒の表面張力が適切でなければならない。
この方法は大量生産に利用できるが、CVDや機械的剥離に比べ、生成されるグラフェンの品質は一般に電気的特性の点で劣る。
4.炭化ケイ素(SiC)の昇華
この技術では、超高真空中でSiCを高温に加熱してシリコンを昇華させ、SiC表面にグラフェン層を残す。
この方法では高品質のグラフェンを製造できるが、コストが高く、大量のSiCを必要とするため、大量生産には向かない。
これらの方法にはそれぞれ利点と限界があるが、品質、拡張性、費用対効果のバランスから、工業用途では現在CVDがリードしている。
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