Metody pro získání grafenu jsou rozděleny do tří tříd podle možných oblastí použití [1] :
První třída, obvykle získaná chemickým štěpením , se vyznačuje velikostí grafenu v řádu stovek nanometrů a filmy restaurované chemickými metodami z oxidů grafenu a grafitu mají velikost řádově 100 mikronů. Takové krystaly nejsou vhodné pro transportní měření, protože jejich pohyblivost je nízká, ale lze je vyrobit ve velkém množství. U třetí třídy metod, které zahrnují mechanické štěpení, je velikost monokrystalů asi milimetr a vzorky se používají ve výzkumných laboratořích kvůli vysoké mobilitě proudových nosičů. Pro tuto třídu metod neexistuje žádná sériová výroba. Druhá třída metod pro získávání grafenu zaujímá mezipolohu jak velikostí monokrystalů, tak mobilitou, díky čemuž je často využívána v laboratořích a má potenciál pro uplatnění v průmyslu [1] .
Při mechanickém působení na vysoce orientovaný pyrolytický grafit nebo kish grafit [2] lze získat grafenové filmy až do ~100 µm [3] . Nejprve se mezi lepicí pásky umístí tenké vrstvy grafitu a grafitové filmy se znovu a znovu odlamují, dokud se nedosáhne dostatečně tenké vrstvy (mezi mnoha fóliemi mohou být i jednovrstvé, které jsou zajímavé). Po odlepení se lepicí páska s tenkými vrstvami grafitu a grafenu přitlačí na oxidovaný křemíkový substrát. V tomto případě je obtížné získat film určité velikosti a tvaru v dříve známých oblastech substrátu (horizontální rozměry filmů jsou obvykle asi 10 mikronů) [4] . Filmy nalezené optickým mikroskopem (jsou sotva viditelné při tloušťce dielektrika 300 nm) jsou připraveny pro měření. Pomocí mikroskopu atomárních sil se určí skutečná tloušťka grafitového filmu (u grafenu se může lišit v rozmezí 1 nm). Grafen lze také určit pomocí Ramanova rozptylu světla [5] nebo měřením kvantového Hallova jevu [2] [6] . Pomocí elektronové litografie a reaktivního plazmatu se nastaví tvar filmu pro elektrofyzikální měření (Hallův můstek pro měření magnetotransportu).
Alternativní metoda je navržena v [7] . Metoda spočívá v tom, že oxidovaný křemíkový substrát se překryje epoxidovým lepidlem (při práci byla použita vrstva o tloušťce ~10 μm) a pomocí lisu se na lepidlo přitlačí tenká grafitová destička. Po odstranění grafitové destičky lepicí páskou zůstávají na lepicí ploše místa s grafenem a grafitem. Tloušťka grafitu byla stanovena pomocí Ramanova rozptylu světla a drsnost grafenu byla měřena mikroskopem atomárních sil, což se ukázalo být pouze 0,16 nm (polovina drsnosti grafenu na křemíkovém substrátu [8] ).
V článku [9] je navržena metoda pro tisk grafenových elektrických obvodů (dříve se tato metoda používala pro tisk tenkovrstvých tranzistorů na bázi nanotrubiček a pro organickou elektroniku. [10] [11] ). Samotný tiskový proces sestává z postupného přenosu zlatých kontaktů, grafenu a nakonec dielektrika ( PMMA ) s kovovým hradlem ze substrátu Si / SiO2 na transparentní polyethylentereftalátový (PET) substrát předehřátý nad teplotu měknutí na 170 °C, díky čemuž jsou kontakty vtlačeny do PET a grafen získává dobrý kontakt s materiálem substrátu. Při této metodě depozice grafenu se pohyblivost nezmenšuje, i když se objevuje patrná asymetrie mezi elektronem (μ e = 10000 cm 2 V – 1 s– 1 ) a dírou (μ h = 4000 cm 2 V – 1 s– 1 ) oblasti vedení. Tato metoda je vhodná pro nanášení grafenu na jakýkoli substrát vhodný zejména pro optická měření.
Kousky grafenu lze také připravit z grafitu chemickými metodami [13] . Nejprve jsou mikrokrystaly grafitu vystaveny směsi kyseliny sírové a dusičné . Grafit oxiduje a na okrajích vzorku se objevují karboxylové skupiny grafenu . Ty se přeměňují na chloridy pomocí thionylchloridu . Poté působením oktadecylaminu v roztocích tetrahydrofuranu , tetrachlormethanu a dichlorethanu přecházejí do grafenových vrstev o tloušťce 0,54 nm . Tato chemická metoda není jediná a výměnou organických rozpouštědel a chemikálií je možné získat nanometrové vrstvy grafitu [14] [15] [16] .
Články [17] [18] popisují další chemickou metodu získávání grafenu uloženého v polymerní matrici.
Grafenové filmy lze získat redukcí jednovrstvého filmu oxidu grafitu , například v atmosféře hydrazinu , s následným žíháním ve směsi argon/vodík. Kvalita grafenu získaného redukcí oxidu grafitu je však nižší ve srovnání s grafenem získaným páskovou metodou z důvodu neúplného odstranění různých funkčních skupin. Depozice vrstvy oxidu grafitu na DVD disk a laserová úprava v DVD mechanice vedla k výrobě grafenového filmu na disku s vysokou elektrickou vodivostí ( 1738 S /m ) a měrným povrchem 1520 m2 / g [19] [20] .
Je třeba zmínit ještě dvě metody: radiofrekvenční plasma-chemickou depozici z plynné fáze ( PECVD ) [ 21] a růst za vysokého tlaku a teploty ( HPHT ) [ 22] . Z těchto metod lze k získání velkoplošných filmů použít pouze poslední.
Práce [23] [24] a populární článek [25] se věnují získávání grafenu pěstovaného na substrátech z karbidu křemíku SiC(0001) . Tepelným rozkladem povrchu SiC substrátu vzniká grafitový film (tento způsob získávání grafenu je mnohem bližší průmyslové výrobě) a kvalita narostlého filmu závisí na stabilizaci krystalu: C -stabilizovaný nebo Si - stabilizovaný povrch - v prvním případě je kvalita fólií vyšší. V [26] [27] stejná skupina výzkumníků ukázala, že přestože tloušťka grafitové vrstvy je více než jedna monovrstva, na vodivosti se podílí pouze jedna vrstva v bezprostřední blízkosti substrátu, protože při Rozhraní SiC-C v důsledku rozdílu mezi pracovními funkcemi obou materiálů vzniká nekompenzovaný náboj. Ukázalo se, že vlastnosti takového filmu jsou ekvivalentní vlastnostem grafenu.
Grafen lze pěstovat na kovových substrátech z ruthenia [28] a iridia [29] .
Pokud se mezi elektrody umístí krystal pyrolytického grafitu a substrát, pak, jak ukazuje [30] , je možné zajistit, aby se kousky grafitu z povrchu, mezi nimiž mohou být filmy atomové tloušťky, mohly pohybovat pod elektrodami. působení elektrického pole na oxidovaný křemíkový substrát. Aby se zabránilo průrazu (mezi elektrodami bylo aplikováno napětí 1 až 13 kV), byla mezi elektrody také umístěna tenká slídová deska .
K získání tenkých vrstev grafitu až po jednovrstvé byla použita určitá kombinace mechanické metody (grafitová tyčinka je napsána na povrch křemíkového substrátu, přičemž po destrukci zanechává filmy) a následného vysokoteplotního žíhání (~1100 K). filmy [31] .