그래핀은 주로 화학 기상 증착(CVD)을 통해 대규모로 생산됩니다.
이 공정은 촉매 표면에 탄소 종을 증착한 다음 그래핀 결정을 형성하는 과정을 포함합니다.
생산된 그래핀의 품질은 라만 이미징 현미경을 사용하여 평가합니다.
그래핀은 어떻게 대규모로 생산되나요? 4가지 주요 방법 설명
1. 화학 기상 증착(CVD)
CVD 공정에서는 기판(주로 구리 또는 니켈)을 고온에서 메탄이나 에틸렌과 같은 탄소 함유 가스에 노출시킵니다.
가스 분자는 촉매 표면에서 분해되어 탄소 원자를 방출합니다.
이러한 탄소 원자는 표면을 가로질러 확산되어 클러스터로 뭉칩니다.
이러한 클러스터가 임계 크기에 도달하면 그래핀 결정으로 핵 형성됩니다.
증착이 계속되면서 이러한 그래핀 섬은 성장하고 결국 합쳐져 연속적인 단일 층의 그래핀을 형성합니다.
촉매에 비해 그래핀 표면의 반응성이 낮기 때문에 일반적으로 추가 층이 성장하는 것을 방지합니다.
2. 라만 이미징 현미경을 통한 품질 평가
CVD 공정이 끝나면 라만 이미징 현미경을 사용하여 그래핀의 품질을 평가합니다.
이 기술은 레이저 광을 사용하여 그래핀을 여기시키고 산란된 빛을 분석하여 그래핀 격자의 진동 에너지를 결정합니다.
라만 스펙트럼은 그래핀의 층 수, 결함의 존재 여부, 품질에 대한 정보를 제공합니다.
예를 들어, D 및 G 밴드의 강도 비율(ID/IG)은 종종 그래핀의 결함 밀도를 평가하는 데 사용됩니다.
3. 산업 규모 생산
CVD를 통한 그래핀의 산업적 생산은 다양한 기술을 통해 최적화되었습니다.
예를 들어, 배치 대 배치(B2B) 공정은 생산 처리량을 높이기 위해 구리 호일을 쌓거나 압연합니다.
또 다른 방법은 롤투롤(R2R) 공정으로, 폭은 제한되어 있지만 사실상 무제한 길이의 그래핀 필름을 연속 생산할 수 있습니다.
이 방법은 고도로 자동화되어 있으며 후속 처리 단계와 더 잘 호환됩니다.
4. 대량 생산의 도전 과제
CVD 기술의 발전에도 불구하고 결함을 최소화하고 입자 크기가 큰 고품질 그래핀을 저렴한 비용으로 대량 생산하는 데는 여전히 어려움이 있습니다.
고품질 그래핀을 생산하기 위해서는 온도, 압력, 가스 유량, 촉매 선택과 같은 CVD 공정 파라미터를 제어하는 것이 중요합니다.
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