روش های تولید گرافن - ایران گرافن

تولید گرافن با روش‌های مختلفی انجام می شود. این تکنیک ها به سرعت در حال افزایش است. فهرستی از این روش ها در ادامه توضیح داده می شود:

رسوب شیمیایی بخار (CVD):

در این روش تولید گرافن ، یک گاز حاوی کربن به یک کوره با دمای بالا وارد می شود و در آنجا با یک کاتالیزور فلزی واکنش داده و گرافن را روی یک بستر تشکیل می دهد.

لایه برداری مکانیکی:

در روش لایه برداری مکانیکی جهت تولید گرافن ، گرافن با استفاده از نوار چسب از کریستال گرافیت جدا می شود. پس از جدا کردن آن از گرافیت، گرافن چند لایه روی نوار باقی می ماند. با لایه برداری مکرر، گرافن چند لایه به چند تکه گرافن تک لایه تقسیم می شود. پس از لایه برداری، تکه ها روی ویفر سیلیکونی قرار می گیرند. در این فرآیند بلورهای بزرگتر از 1 میلی متر و قابل مشاده با چشم غیر مسلح را می توان به دست آورد.

رشد اپیتاکسیال:

در این روش یک سطح مناسب برای رشد اپیتاکسیال که معمولا از یک لایه نازک سیلیسیوم کربید (SiC) است، انتخاب می شود. سپس در دمای بالا گازهایی مانند هیدروژن و متان به سطح تزریق می شود. اتم های کربن روی سطح سیلیسیوم کربید به صورت اپیتاکسیال رشد می کند و به تدریج لایه های نازک گرافن را تشکیل می دهند.

پس از مرحله رشد، لایه های گرافن تشکیل شده با استفاده از تکنولوژی پوشش دهی و جذب جداسازی شده و لایه سیلیسیوم کربید به کمک فرآیند شستشو حذف می شود. این روش یکی از روش های جذاب برای تولید گرافن است.

احیای شیمیایی:

تکنیک احیای شیمیایی از گرافیت به عنوان ماده اولیه در تولید گرافن استفاده می کند که با اسید سولفوریک مخلوط می شود تا به عنوان یک عامل میان انداز عمل کند، همچنین پرمنگنات پتاسیم به عنوان یک اکسیدان حضور دارد. اکسید گرافن (GO)  زمانی تولید می شود که این مخلوط در دمای بالا گرم شود.

اکسید گرافن در نوع خود یک ماده گرافن است که در سطح خود دارای اکسیژن است. اکسید گرافن همچنین می تواند (فرایند حذف مقدار زیادی از محتوای اکسیژن یک ماده) به گرافن هم از نظر شیمیایی و هم از نظر حرارتی با مراحل بعدی فراصوت، شستشو و پراکندگی کاهش یابد.

لایه برداری الکتروشیمیایی:

در این روش تولید گرافن ، جریان الکتریکی اعمال شده به گرافیت در محلول الکترولیت، گونه‌های یونی را به سمت گرافیت سوق می‌دهد، جایی که گونه‌های گازی را تشکیل می‌دهند که ورقه‌های گرافن را منبسط کرده و لایه‌برداری می‌کنند.

فرسایش لیزری:

در این روش از لیزر برای فرسایش گرافیت در حضور گاز یا مایع برای تولید گرافن استفاده می شود و در اثر فعال شدن پروسه فتوتحلیل و جذب نور توسط مولکول های گرافیت پودر گرافن تشکیل می شود.

لایه برداری اولتراسونیک:

گرافن را می توان با فراصوت کردن گرافیت در یک حلال تولید کرد که باعث جدا شدن لایه ها و تشکیل تکه های گرافن می شود و تولید گرافن انجام می شود.

بینابینی:

فرآیندهای بینابینی، قرار دادن اتم ها یا مولکول های خارجی بین لایه های گرافن برای اصلاح خواص آن است. از این روش به طور گسترده برای تولید گرافن با خواص الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی بهبود یافته استفاده می شود. روش های ترکیب شیمیایی، تلاقی الکتروشیمیایی، تداخل پلاسما، تلاقی حرارتی، تلاقی مکانیکی از روش های بیابینی مورد استفاده برای تولید گرافن می باشند.

اکسیداسیون به روش مایکروویو:

این فرآیند برای تولید گرافن با تهیه ورقه های گرافیتی آغاز می شود که با محلولی حاوی یک عامل اکسید کننده مانند پر منگنات پتاسیم یا اسید نیتریک مخلوط می شوند. سپس مخلوط را در یک اجاق مایکروویو قرار داده و برای مدت کوتاهی گرم می شود. امواج مایکروویو باعث می شود که عامل اکسید کننده با گرافیت واکنش دهد و در نتیجه گروه های عاملی حاوی اکسیژن روی سطح تکه ها تشکیل شود.

این گروه های عملکردی جداسازی لایه های جداگانه گرافن از گرافیت را آسان تر می کنند. پس از اکسیداسیون، مخلوط شسته شده و فیلتر می شود تا ناخالصی های باقی مانده حذف شود. سپس ماده به دست آمده با استفاده از یک عامل کاهنده مانند هیدرازین یا گاز هیدروژن کاهش می یابد که گروه های عاملی حاوی اکسیژن را حذف می کند و گرافن خالص را پشت سر می گذارند.

کاهش گرافن اکساید با استفاده از باکتری ها

باکتری ها توانایی کاهش گرافن اکساید به گرافن را از طریق واکنش های آنزیمی دارند. این فرآیند شامل افزودن سلول های باکتریایی یا عصاره های آن ها به گرافن اکساید و اجازه دادن به آنها برای تعامل با مواد در طول زمان است. باکتری ها گروه های عاملی حاوی اکسیژن را در سطح گرافن اکساید تجزیه می کنند و منجر به کاهش و تولید گرافن می شوند.

گرافن القا شده با لیزر (LIG)

فرآیند تولید LIG شامل استفاده از لیزر برای گرم کردن سطح یک ماده کربنی تا دمای بسیار بالا است. سپس در اثر القای نور توسط یک لیزر پالس دهنده در مواد کربنی بخار و پلاسما تولید می شود. در اثر تولید پلاسما لایه های نازک گرافن روی سطح ماده کربنی تشکیل می شود. در آخر گرافن تولید شده با استفاده از روش هایی همچون خشک کردن و شستشو جدا می شود.

گروه ایران گرافن در داخل کشور بصورت نیمه صنعتی تولید گرافن را با کیفیت بالا قیمت مناسب انجام می دهد تا در جهت بهبود تولیدات صنعتی کشور سهیم شود.

منبع:

http://www.graphenesq.com/whatis/how.asp