يشير الجرافين المزروع باستخدام CVD إلى الجرافين المنتج من خلال عملية تسمى ترسيب البخار الكيميائي (CVD). وتنطوي هذه الطريقة على استخدام الهيدروكربونات أو مواد وسيطة مماثلة لتنمية مادة ثنائية الأبعاد على سطح معدني، عادةً ما يكون من النحاس أو النيكل. وتتم العملية في غرفة تفاعل ذات درجة حرارة عالية حيث يتحلل الغاز الهيدروكربوني إلى ذرات كربون فردية ترتبط بسطح المعدن مكونة طبقة متصلة سميكة من الجرافين بسماكة ذرة واحدة.
شرح تفصيلي:
-
نظرة عامة على العملية:
-
تبدأ عملية CVD لنمو الجرافين عن طريق وضع ركيزة معدنية، غالباً ما تكون من النحاس أو النيكل، في فرن. يتم إدخال غاز هيدروكربوني، مثل الميثان، في غرفة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية (حوالي 1000 درجة مئوية). وعند درجات الحرارة المرتفعة هذه، يتحلل الغاز ويطلق ذرات الكربون التي ترتبط بعد ذلك بسطح المعدن. ومع تراكم ذرات الكربون هذه، تنتظم هذه الذرات في البنية الشبكية السداسية المميزة للجرافين، لتشكّل طبقة متصلة.التحكم والتحسين:
-
تتمثل إحدى المزايا المهمة لطريقة CVD في القدرة على التحكم في سمك الجرافين المنتج. فمن خلال ضبط المعلمات مثل معدل تدفق الغاز ودرجة الحرارة ووقت التعريض، يمكن للباحثين والمصنعين إنتاج الجرافين أحادي الطبقة أو متعدد الطبقات. ويُعد هذا التحكم أمرًا بالغ الأهمية لتكييف خصائص الجرافين مع تطبيقات محددة، مثل الإلكترونيات أو المركبات.
-
التحديات والتطورات:
على الرغم من مزاياه، يواجه إنتاج الجرافين باستخدام تقنية CVD تحديات في إنتاج الجرافين خاصة فيما يتعلق بالنقاء وإدارة العيوب. يمكن أن يؤدي وجود شوائب وعيوب معدنية إلى تدهور أداء الجرافين في التطبيقات. وقد خُصصت بحوث كثيرة لتحسين عملية التصوير المقطعي بالقنوات CVD لتقليل هذه المشكلات. على سبيل المثال، كانت التطورات مثل الإزالة الانتقائية للجرافين ثنائي أو ثلاثي الطبقات للحصول على أغشية أحادية الطبقة موحدة أمرًا بالغ الأهمية. وتساعد تقنيات مثل استخدام رقائق W الممتصة للكربون والمحاطة برقائق النحاس في إزالة الطبقات غير المرغوب فيها بشكل انتقائي، مما يعزز جودة المنتج النهائي.
التسويق والتطبيقات:
