그래핀 성장 기술에는 다음이 포함됩니다:
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화학 기상 증착(CVD): 이것은 대면적에 고품질 단층 그래핀을 생산하는 가장 유망한 방법 중 하나입니다. CVD에서는 탄화수소 가스 공급원이 사용되며, 탄소 용해도가 높은 금속 기판(예: Ni)에서 탄소 확산 및 분리를 통해 성장하거나 탄소 용해도가 낮은 금속(예: Cu)에서 표면 흡착을 통해 성장이 이루어집니다. 특정 CVD 기술인 증기 포획 방법은 큰 튜브와 작은 석영 튜브를 사용하는데, 큰 튜브에는 CH4/H2가 유입되고 작은 튜브에는 Cu 호일이 적재됩니다. 이 방법을 사용하면 준정적 반응물 가스 분포를 생성하고 탄소 공급을 줄임으로써 큰 입자의 그래핀 꽃을 성장시킬 수 있습니다.
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액상 각질 제거: 이 방법은 에너지를 사용하여 용매 내에서 벌크 흑연을 박리하는 것으로, 일반적으로 n-Methyl-2-피롤리돈(NMP)과 같은 비수용성 용매 또는 계면활성제가 포함된 수용액을 사용합니다. 각질 제거를 위한 에너지는 초음파 혼 초음파 처리 또는 높은 전단력에서 얻을 수 있습니다. 이 방법은 대량 생산에 적합하지만 일반적으로 CVD에 비해 전기적 품질이 떨어집니다.
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실리콘 카바이드(SiC) 승화: 이 방법은 오염을 최소화하기 위해 초고진공 상태에서 SiC 기판을 열분해하는 방식입니다. 표면의 과도한 탄소가 재배열되어 육각형 격자를 형성하여 에피택셜 그래핀을 생성합니다. 그러나 이 방법은 비용이 많이 들고 대량 생산을 위해서는 많은 양의 Si가 필요합니다.
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비금속 기판에서의 직접 성장: 이 접근 방식은 금속 표면에 비해 촉매 활성이 약한 비금속 표면에 직접 그래핀을 성장시키는 것입니다. 이는 고온, 금속 보조 촉매 또는 플라즈마 강화 CVD를 사용하여 보완할 수 있습니다. 이 방법으로 생산된 그래핀의 품질은 그다지 높지 않지만, 향후 산업 응용 분야에서 잠재적인 방법으로 간주됩니다.
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2D 하이브리드: 이 기술은 기술 응용 분야를 개선하기 위해 그래핀을 다른 2D 재료와 하이브리드화하는 것입니다. 예를 들어, 육각형 질화붕소(h-BN) 필름을 기판으로 사용하면 그래핀 FET의 전류-전압 특성을 개선할 수 있습니다. 이러한 하이브리드는 층별 전사 또는 직접 성장을 통해 재료를 쌓아 만들 수 있으며, 후자는 확장성이 뛰어나고 오염이 적습니다.
각 방법에는 장점과 과제가 있으며, CVD는 상대적으로 비용 효율성과 확장성 때문에 고품질 대면적 그래핀 생산에 가장 널리 사용됩니다.
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