Metoder til opnåelse af grafen er opdelt i tre klasser efter mulige anvendelsesområder [1] :
Den første klasse, som normalt opnås ved kemisk spaltning , er kendetegnet ved grafenstørrelser på hundredvis af nanometer, og film restaureret ved kemiske metoder fra grafenoxider og grafit har en størrelse i størrelsesordenen 100 mikron. Sådanne krystaller er ikke egnede til transportmålinger, fordi deres mobilitet er lav, men de kan produceres i store mængder. For den tredje klasse af metoder, som omfatter mekanisk spaltning, er størrelsen af enkeltkrystaller omkring en millimeter, og prøverne bruges i forskningslaboratorier på grund af strømbærernes høje mobilitet. Der er ingen masseproduktion for denne klasse af metoder. Den anden klasse af metoder til at opnå grafen indtager en mellemposition både med hensyn til størrelsen af enkeltkrystaller og mobilitet, på grund af hvilken den ofte bruges i laboratorier og har potentiale til anvendelse i industrien [1] .
Under mekanisk påvirkning på højt orienteret pyrolytisk grafit eller kish-grafit [2] kan grafenfilm op til ~100 µm opnås [3] . Først lægges tynde lag grafit mellem klæbebånd og grafitfilmene afhugges igen og igen, indtil der opnås et tilstrækkeligt tyndt lag (blandt mange film kan der være enkeltlagsfilm, som er af interesse). Efter skrælning presses klæbebåndet med tynde film af grafit og grafen mod et oxideret siliciumsubstrat. I dette tilfælde er det vanskeligt at opnå en film af en vis størrelse og form i tidligere kendte områder af substratet (filmenes vandrette dimensioner er normalt omkring 10 mikron) [4] . Film fundet med et optisk mikroskop (de er næsten ikke synlige ved en dielektrisk tykkelse på 300 nm) er forberedt til målinger. Ved hjælp af et atomkraftmikroskop bestemmes den faktiske tykkelse af grafitfilmen (den kan variere inden for 1 nm for grafen). Grafen kan også bestemmes ved hjælp af Raman-spredning af lys [5] eller ved at måle kvante Hall-effekten [2] [6] . Ved hjælp af elektronlitografi og reaktiv plasmaætsning indstilles filmens form til elektrofysiske målinger (Hallbro til magnetotransportmålinger).
En alternativ metode er foreslået i [7] . Metoden består i, at det oxiderede siliciumsubstrat dækkes med epoxylim (der er brugt et ~10 μm tykt lag i arbejdet) og en tynd grafitplade presses mod limen ved hjælp af en presse. Efter fjernelse af grafitpladen med klæbende tape forbliver områder med grafen og grafit på den klæbende overflade. Tykkelsen af grafitten blev bestemt ved hjælp af Raman-spredning af lys , og ruheden af grafen blev målt med et atomkraftmikroskop, som viste sig kun at være 0,16 nm (halvdelen af ruheden af grafen på et siliciumsubstrat [8] ).
I artiklen [9] foreslås en metode til udskrivning af grafen elektriske kredsløb (tidligere blev denne metode brugt til at printe tyndfilmstransistorer baseret på nanorør og til organisk elektronik. [10] [11] ). Selve printprocessen består af successiv overførsel fra et Si /SiO 2 substrat af guldkontakter, grafen og til sidst et dielektrisk ( PMMA ) med en metalport til et transparent polyethylenterephthalat (PET) substrat, der er forvarmet over blødgøringstemperaturen til 170 °C, på grund af hvilket kontakterne presses ind i PET'en, og grafen får god kontakt med substratmaterialet. Med denne metode til grafenaflejring bliver mobiliteten ikke mindre, selvom der opstår en mærkbar asymmetri mellem elektronen (μ e = 10000 cm 2 V – 1 s– 1 ) og hul (μ h = 4000 cm 2 V – 1 s– 1 ) ledningsområder. Denne metode er velegnet til aflejring af grafen på ethvert substrat, der er egnet, især til optiske målinger.
Stykker af grafen kan også fremstilles af grafit ved hjælp af kemiske metoder [13] . Til at begynde med udsættes grafitmikrokrystaller for en blanding af svovlsyre og salpetersyre . Grafit oxiderer, og carboxylgrupper af grafen vises ved kanterne af prøven . De omdannes til chlorider med thionylchlorid . Derefter, under påvirkning af octadecylamin i opløsninger af tetrahydrofuran , carbontetrachlorid og dichlorethan , passerer de ind i grafenlag, der er 0,54 nm tykke . Denne kemiske metode er ikke den eneste, og ved at skifte organiske opløsningsmidler og kemikalier er det muligt at opnå nanometerlag af grafit [14] [15] [16] .
Artikler [17] [18] beskriver en anden kemisk metode til at opnå grafen indlejret i en polymermatrix .
Grafenfilm kan opnås ved at reducere en monolags grafitoxidfilm , for eksempel i en atmosfære af hydrazin , efterfulgt af udglødning i en argon/hydrogen-blanding. Kvaliteten af grafen opnået ved reduktion af grafitoxid er imidlertid lavere sammenlignet med grafen opnået ved tapemetoden på grund af den ufuldstændige fjernelse af forskellige funktionelle grupper. Afsætningen af en grafitoxidfilm på en DVD-disk og laserbehandling i et DVD-drev førte til produktion af en grafenfilm på disken med høj elektrisk ledningsevne ( 1738 S /m ) og et specifikt overfladeareal på 1520 m2 / g [19] [20] .
Yderligere to metoder bør nævnes: radiofrekvent plasma-kemisk dampaflejring ( PECVD ) [ 21] og vækst ved højt tryk og temperatur ( HPHT ) [ 22] . Af disse metoder kan kun sidstnævnte bruges til at opnå film med stort areal.
Værkerne [23] [24] og den populære artikel [25] er afsat til at opnå grafen dyrket på SiC(0001) siliciumcarbidsubstrater . En grafitfilm dannes ved termisk nedbrydning af overfladen af SiC-substratet (denne metode til at opnå grafen er meget tættere på industriel produktion), og kvaliteten af den dyrkede film afhænger af stabiliseringen af krystallen: C -stabiliseret eller Si - stabiliseret overflade - i det første tilfælde er kvaliteten af filmene højere. I [26] [27] viste den samme gruppe af forskere, at på trods af at tykkelsen af grafitlaget er mere end et monolag, deltager kun et lag i umiddelbar nærhed af substratet i ledningsevnen, da SiC-C-grænseflade på grund af forskellen mellem de to materialers arbejdsfunktioner , dannes en ukompenseret ladning. Egenskaberne for en sådan film viste sig at være ækvivalente med grafen.
Grafen kan dyrkes på ruthenium [28] og iridium [29] metalsubstrater .
Hvis en pyrolytisk grafitkrystal og et substrat placeres mellem elektroderne, så er det, som vist i [30] , muligt at sikre, at grafitstykker fra overfladen, blandt hvilke der kan være film af atomtykkelse, kan bevæge sig under påvirkning af et elektrisk felt til det oxiderede siliciumsubstrat. For at forhindre sammenbrud (en spænding på 1 til 13 kV blev påført mellem elektroderne), blev der også anbragt en tynd glimmerplade mellem elektroderne .
En eller anden kombination af en mekanisk metode (en grafitstav er skrevet på overfladen af et siliciumsubstrat og efterlader film ved ødelæggelse) og efterfølgende højtemperaturudglødning (~1100 K) er blevet brugt til at opnå tynde lag af grafit op til enkeltlags film [31] .