Large-Scale Graphene Production Techniques for Practical Applications

  • Bae, Sukang (Applied Quantum Composites Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Lee, Seoung-Ki (Applied Quantum Composites Research Center, Korea Institute of Science and Technology) ;
  • Park, Min (Photoelectronic Hybrid Research Center, Korea Institute of Science and Technology)
  • Received : 2018.07.09
  • Accepted : 2018.09.12
  • Published : 2018.09.30


Many studies have been conducted on large-scale graphene synthesis by chemical vapor deposition. Furthermore, numerous researchers have attempted to develop processes that can continuously fabricate uniform and high-quality graphene. To compete with other types of carbon materials (carbon black, carbon fiber, carbon nanotubes, and so on), various factors, such as price, mass manufacturing capability, and quality, are crucial. Thus, in this study, we examine various large-scale graphene production methods focusing on cost competitiveness and productivity improvements for applications in various fields.


Supported by : Korea Institute of Science and Technology (KIST)


  1. S. -H. Bae, O. Kahya, B. K. Sharma, J. Kwon, H. J. Cho, B. Ozyilmaz, and J. -H. Ahn, ACS Nano 7, 3130 (2013).
  2. M. Bokdam, P. A. Khomyakov, G. Brocks, Z. Zhong, and P. J. Kelly, Nano Lett. 11, 4631 (2011).
  3. T. Kobayashi, M. Bando, N. Kimura, K. Shimizu, K. Kadono, N. Umezu, K. Miyahara, S. Haytazaki, S. Nagai, Y. Mizuguchi, Y. Murakami, and D. Hobara, Appl. Phys. Lett. 102, 023112 (2013).
  4. T. Yamada, M. Ishihara, J. Kim, M. Hasegawa, and S. Iijima, Carbon 50, 2615 (2012).
  5. G. Zhong, X. Wu, L. D'Arsie, K. B. K. Teo, N. L. Rupesinghe, A. Jouvray, and J. Robertson, Appl. Phys. Lett. 109, 193103 (2016).
  6. J. Ryu, Y. Kim, D. Won, N. Kim, J. S. Park, E. -K. Lee, D. Cho, S. -P. Cho, S. J. Kim, G. H. Ryu, H. -A. S. Shin, Z. Lee, B. H. Hong, and S. Cho, ACS Nano 8, 950 (2014).
  7. S. Kang, K. Lim, H. Park, J. B. Park, S. C. Park, S. -P. Cho, K. Kang, and B. H. Hong, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 1033 (2018).
  8. L. Ci, L. Song, C. Jin, D. Jariwala, D. Wu, Y. Li, A. Srivastava, Z. F. Wang, K. Storr, L. Balicas, F. Liu, and P. M. Ajayan, Nat. Mater. 9, 430 (2010).
  9. G. Zhou, G. Pan, L. Wei, T. Li, and F. Zhang, RSC Adv. 6, 93855 (2016).
  10. A. Kasry, M. A. Kuroda, G. J. Martyna, G. S. Tulevski, and A. A. Bol, ACS Nano 4, 3839 (2010).
  11. S. -J. Kwon, T. -H. Han, T. Y. Ko, N. Li, Y. Kim, D. J. Kim, S. -H. Bae, Y. Yang, B. H. Hong, K. S. Kim, S. Ryu, and T. -W. Lee, Sci. Rep. 9, 2037 (2018).
  12. K. I. Bolotin, K. J. Sikes, Z. Jiang, M. Klima, G. Fudenberg. J. Hone, P. Kim, and H. L. Stomer, Solid State Commun. 146, 351 (2008).
  13. S. V. Morozov, K. S. Novoselov, M. I. Katsnelson, F. Schedin, D. C. Elias, J. A. Jaszczak, and A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 100, 016602 (2008).
  14. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrahan, F. Miao, and C. N. Lau, Nano Lett. 8, 902 (2008).
  15. C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar, and J. Hone, Science 321, 385 (2008).
  16. Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J. W. Suk, J. R. Potts, and R. S. Ruoff, Adv. Mater. 22, 3906 (2010).
  17. R. E. Peierls, Ann. I. H. Poincare 5, 177 (1935).
  18. L. D. Landau, Phys. Z. Sowjetunion 11, 26 (1937).
  19. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
  20. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V. Morozov, and A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. 102, 10451 (2005).
  21. D. Shin, S. Bae, C. Yan, J. Kang, J. Ryu, J. -H. Ahn, and B. H. Hong, Carbon Lett. 1, 1 (2012).
  22. S. Bae, S. J. Kim, D. Shin, J. -H. Ahn, and B. H. Hong, Phys. Scr. T146, 014024 (2012).
  23. G. Eda, G. Fanchini, and M. Chhowalla, Nat. Nanotech. 3, 270 (2008).
  24. D. A. Dikin, S. Stankovich, E. J. Zimney, R. D. Piner, G. H. B. Dommett, G. Evmenenko, S. T. Nguyen, and R. S. Ruoff, Nature 448, 457 (2007).
  25. S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. B. Dommett,K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyen, and R. S. Ruoff, Nature 442, 282 (2006).
  26. D. Li, M. B. Muller, S. Gilje, R. B. Kaner, and G. G. Wallace, Nat. Nanotech. 3, 101 (2008).
  27. K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J. -H. Ahn, P. Kim, J. -Y. Choi, and B. H. Hong, Nature 457, 706 (2009).
  28. A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovi, M. S. Dresselhaus, and J. Kong, Nano Lett. 9, 30 (2009).
  29. X. Li, W. Cai, J. An, S. Kim, J. Nah, D. Yang, R. Piner, A. Velamakanni, I. Jung, E. Tutuc, S. K. Banerjee, L. Colombo, and R. S. Ruoff, Science 324, 1312 (2009).
  30. X. Li, Y. Zhu, W. Cai, M. Borysiak, B. Han, D. Chen, R. D. Piner, L. Colombo, and R. S. Ruoff, Nano Lett. 9, 4359 (2009).
  31. P. Sutter, J. T. Sadowski, and E. Sutter, Phys. Rev. B 80, 4759 (2009).
  32. H. Ago, Y. Ito, N. Mizuta, K. Yoshida, B. Hu, C. M. Orofeo, M. Tsuji, K. Ikeda, and S. Mizuno, ACS Nano 4, 7407 (2010).
  33. J. Coraux, A. T. N'Diaye, M. Engler, C. Busse, D. Wall, N. Buckanie, F. -J. M. Heringdorf, R. V. Gastel, B. Poelsema, and T. Michely, New J. Phys. 11, 023006 (2009).
  34. P. W. Sutter, J. -I. Flege, and E. A. Sutter, Nat. Mater. 7, 406 (2008).
  35. T. Oznuluer, E. Pince, E. O. Polat, O. Balci, O. Salihoglu, and C. Kocabas, Appl. Phys. Lett. 98, 183101 (2011).
  36. X. Liu, L. Fu, N. Liu, T. Gao, Y. Zhang, L. Liao, and Z. Liu, J. Phys. Chem. C 115, 11976 (2011).
  37. B. Dai, L. Fu, Z. Zou, M. Wang, H. Xu, S. Wang, and Z. Liu, Nat. Commun. 2, 522 (2011).
  38. Q. Yu, J. Lian, S. Siriponglert, Y. P. Chen, and S. S. Pei, Appl. Phys. Lett. 93, 113103 (2008).
  39. X. Li, W. Cai, L. Colombo, and R. S. Ruoff, Nano Lett. 9, 4268 (2009).
  40. R. Vitchev, A. Malesevic, R. H. Petrov, R. Kemps, M. Mertens, A. Vanhulsel, and C. V. Haesendonck, Nanotechnology 21, 095602 (2010).
  41. Y. Kim, W. Song, S. Y. Lee, C. Jeon, W. Jung, M. Kim, and C. -Y. Park, Appl. Phys. Lett. 98, 263106 (2011).
  42. J. -K. Lee, H. -J. Chung, J. Heo, S. Seo, I. H. Cho, H. -I. Kwon, and J. -H. Lee, Appl. Phys. Lett. 98, 193504 (2011).
  43. J. Kim, M. Ishiharta, Y. Koga, K. Tsugawa, M. Hasegawa, and S. Iijima, Appl. Phys. Lett. 98, 091502 (2011).
  44. S. Bae, H. Kim, Y. Lee, X. Xu, J. -S. Park, Y. Zheng, J. Balakrishnan, T. Lei, H. R. Kim, Y. I. Song, Y. -J. Kim, K. S. Kim, B. Ozyilmaz, J. -H. Ahn, B. H. Hong, and S. Iijima, Nat. Nanotech. 5, 574 (2010).
  45. T. Hesjedal, Appl. Phys. Lett. 98, 133106 (2011).
  46. E. S. Polsen, D. Q. Mcnerny, B. Viswanath, S. W. Pattinson, and A. J. Hart, Sci. Rep. 5, 10257 (2015).