グラフェン合成のトップダウン法では、主にグラファイトを剥離してグラフェン粉末やナノ粒子を製造する。
この方法は簡便さと信頼性を特徴としており、特に短期・中期的に様々な用途のグラフェンを製造するための一般的な選択肢となっている。
トップダウン法の概要
グラフェンを合成するトップダウン法は、グラフェン層が積層した炭素の結晶形態であるグラファイトから始める。
このプロセスでは、これらの層を剥離して、単層または数層のグラフェンシートを分離する。
この方法は、実施が容易であり、出発材料であるグラファイトが比較的安価であるため有利である。
詳細説明
1.出発材料
天然に産出する鉱物であるグラファイトは、六方格子に配列した炭素原子の層で構成されている。
グラフェンとして知られる各層の厚さは原子1個分しかなく、弱いファンデルワールス力によって結合している。
2.剥離プロセス
グラファイトの剥離には、グラフェン層を分離するための機械的、化学的、電気化学的方法が用いられる。
スコッチテープ法などの機械的剥離は単純だが、拡張性に欠ける。
液相剥離法などの化学的方法では、グラファイトを溶媒に分散させ、超音波や化学インターカレーションを用いて層を分離する。
3.製品の特徴
トップダウン法では通常、数十マイクロメートルのグラフェン薄片が得られる。
このようなフレーク中の層数は容易に制御できないため、特定の層数や大きな連続グラフェンシートを必要とする用途には限界がある。
4.用途と限界
トップダウン法で製造されたグラフェンは、エネルギー貯蔵、ポリマー複合材料、コーティング、熱管理など、さまざまな用途に使用されている。
しかし、マイクロエレクトロニクスやオプトエレクトロニクスのように、大面積で欠陥の少ない高品質のグラフェンを必要とする用途では、トップダウン法では不十分な場合が多い。
これは、剥離されたグラフェンが多結晶である傾向があり、粒界や欠陥が電子特性に影響を及ぼす可能性があるためである。
5.市場および将来展望
その限界にもかかわらず、トップダウン法は短期から中期にかけてグラフェン市場を支配すると予想されており、今後10年間の売上高は6億ドルを超えると予測されている。
これは、この方法の拡張性と、極めて高品質のグラフェンを必要としない幅広い用途によるものである。
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