Безопасная и энергоэффективная технология синтеза графена из полимеров

Специалистами компании «Русграфен» и лаборатории Спектроскопии наноматериалов ИОФ РАН разработан энергосберегающий способ синтеза высококачественного CVD-графена без использования взрывоопасных газов. Результаты работы опубликованы в журнале Physica Status Solidi.

Коммерчески перспективной технологией синтеза графеновых пленок большого размера и высокого качества является CVD-метод – метод химического газофазного осаждения углерода на поверхность металлических фольг. В доступных на рынке установках используются трубчатые печи, в которые помещаются металлические подложки и подается углеводородный газ метан (CH₄) или ацетилен (С₂Н₂). При высокой температуре около (1050°С) газ разлагается на водород и углерод, последний осаждается на поверхность подложки, образуя монослойную пленку графена.

Существенным недостатком данной технологии является необходимость работы с легковоспламеняющимися и взрывоопасными газами – метаном, ацетиленом и газообразным водородом. Строгие требования по технике безопасности значительно сужают сферу применения установок, работающих по стандартной CVD-методике. Сотрудники компании «Русграфен» совместно с коллегами из лаборатории Спектроскопии наноматериалов ИОФ РАН решили эту проблему и разработали абсолютно безопасную технологию синтеза графеновых пленок.

Отказ от взрывоопасных газов стал возможным за счет использования недорогих и безопасных источников углерода – полимеров, таких как полиметилметакрилат (оргстекло) и парафин. Трубчатая печь была заменена на вакуумную камеру. Полимер наносится на металлическую подложку, которая затем нагревается резистивным методом до необходимой для синтеза графена температуры. Энергия не расходуется на обогрев внутреннего пространства камеры, что позволяет на порядок снизить электропотребление установки по сравнению с существующими аналогами. Скорость нагрева и охлаждения металлической подложки регулируется специальным программным обеспечением от 1 градуса в минуту до 500 градусов в секунду. Качество синтезируемых графеновых пленок не уступает лучшим образцам, полученным с использование классического CVD-метода.

Данная технология реализована в компактной, безопасной и энергоэффективной установке по синтезу графена Graphene Submarine 2.0 - начальная версия, которая производится и реализуется компанией Русграфен в первую очередь для образовательных учреждений, университетов и школ.

Controlled Graphene Synthesis from Solid Carbon Sources оригинал статьи