O grafeno, uma película de espessura de um único átomo, é preparado através de um processo denominado deposição química de vapor (CVD). Este método envolve a decomposição de gases de hidrocarbonetos num substrato metálico a altas temperaturas. Permite o controlo da espessura da camada de grafeno e a produção de grafeno de alta qualidade e de grande área.
Explicação das 5 etapas principais
1. Preparação do substrato metálico
O substrato metálico, normalmente feito de cobre, platina ou irídio, é colocado num forno de alta temperatura.
2. Introdução de gás hidrocarboneto
Um gás hidrocarboneto, como o metano ou o etileno, é introduzido na câmara de reação.
3. Decomposição e formação de grafeno
A temperaturas elevadas (cerca de 1000°C), o gás hidrocarboneto decompõe-se em átomos de carbono individuais que se ligam à superfície do metal. Estes átomos de carbono juntam-se para formar uma película contínua de grafeno.
4. Parâmetros de controlo
A espessura e a qualidade do grafeno podem ser controladas através do ajuste de parâmetros como o caudal de gás, a temperatura e o tempo de exposição.
5. Separação e transferência
Após a formação, o grafeno é separado do substrato metálico e transferido para um substrato desejado para uso posterior.
Explicação pormenorizada
Papel do substrato metálico
O substrato metálico actua como um catalisador para reduzir a barreira energética da reação e como uma superfície para a nucleação do grafeno. A escolha do metal afecta a qualidade e o mecanismo de crescimento do grafeno. Por exemplo, o cobre é frequentemente utilizado devido à sua capacidade de promover o crescimento de grafeno de camada única.
Decomposição de hidrocarbonetos gasosos
O gás hidrocarboneto decompõe-se a altas temperaturas no interior da câmara de reação, libertando átomos de carbono. Estes átomos são altamente reactivos e ligam-se facilmente à superfície do metal.
Formação do grafeno
Os átomos de carbono organizam-se numa estrutura de rede hexagonal caraterística do grafeno. Este processo é facilitado pelas propriedades catalíticas do substrato metálico, o que ajuda na formação eficiente da rede de grafeno.
Parâmetros de controlo
Ao ajustar o caudal de gás, a temperatura e o tempo, as condições podem ser optimizadas para produzir grafeno com as propriedades desejadas. Por exemplo, o aumento da temperatura ou do caudal de gás pode levar à formação de camadas de grafeno mais espessas.
Separação e transferência
Uma vez formado o grafeno, este é normalmente separado do substrato metálico através de um processo de transferência. Este processo envolve a remoção do metal ou a utilização de um suporte de polímero para retirar o grafeno do metal e colocá-lo noutro substrato onde será utilizado em aplicações como a eletrónica ou os compósitos.
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