يمكن الحصول على الجرافين من مواد مختلفة وإنتاجه من خلال طرق مختلفة، حيث إن مصدر الكربون الأكثر شيوعًا هو غاز الميثان. وتشمل طرق الإنتاج طرق "من أعلى إلى أسفل" مثل التقشير الميكانيكي من الجرافيت وطرق "من أسفل إلى أعلى" مثل ترسيب البخار الكيميائي (CVD). كما تُستخدم المحفزات مثل جسيمات الحديد النانوية ورغوة النيكل وبخار الغاليوم لتعزيز عملية الإنتاج.
مصدر الكربون:
مصدر الكربون الأساسي لإنتاج الجرافين هو غاز الميثان. ويفضل الميثان بسبب توافره والكفاءة التي يمكن أن يوفر بها الكربون لتخليق الجرافين. وخلال عملية التفريغ القابل للذوبان بالقنوات CVD، يُستخدم الميثان لتوفير ذرات الكربون التي تشكل شبكة الجرافين. ومع ذلك، تحتاج العملية أيضًا إلى غاز الهيدروجين للمساعدة في ترسيب الكربون على الركيزة وتحسين جودة الجرافين عن طريق إزالة الكربون غير المتبلور. ويُعد التوازن بين معدلات تدفق الميثان والهيدروجين أمرًا بالغ الأهمية لأن الهيدروجين المفرط يمكن أن يؤدي إلى تدهور جودة الجرافين عن طريق تآكل هيكله الشبكي.استخدام المحفز:
تلعب المحفزات دورًا مهمًا في إنتاج الجرافين، خاصةً في عملية التفكيك القابل للذوبان على القالب CVD. تسهّل المحفزات مثل جسيمات الحديد النانوية ورغوة النيكل وبخار الغاليوم تكوين الجرافين من خلال تعزيز تحلل مصادر الكربون والترسيب اللاحق للكربون على الركائز. يمكن استخدام هذه المحفزات مباشرة في عملية النمو أو وضعها بعيدًا عن منطقة الترسيب. قد تتطلب بعض المحفزات خطوات إضافية لإزالتها بعد تكوين الجرافين، مما قد يؤثر على تعقيد العملية الكلية وتكلفتها.
طرق الإنتاج:
يمكن تصنيف إنتاج الجرافين بشكل عام إلى طريقتين "من أعلى إلى أسفل" و"من أسفل إلى أعلى". ينطوي النهج "من أعلى إلى أسفل" على التقشير الميكانيكي للجرافيت، والذي يُستخدم في المقام الأول لأغراض بحثية نظرًا لقابليته المحدودة للتوسع. وفي المقابل، تُستخدم الطريقة "التصاعدية من أعلى إلى أسفل"، ولا سيما طريقة "CVD"، على نطاق واسع للإنتاج على نطاق واسع. تسمح CVD بنمو أغشية جرافين عالية الجودة وذات مساحة كبيرة على ركائز معدنية، مثل رقائق النحاس، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التجارية. ويمكن تحسين عملية التفريغ القابل للقطع CVD باستخدام عمليات من دفعة إلى دفعة أو من لفة إلى لفة لتعزيز الإنتاجية وتحقيق أبعاد أكبر لأفلام الجرافين.
التحديات والاعتبارات:
