O grafeno é produzido em grande escala principalmente através da deposição química de vapor (CVD). Este processo envolve a deposição de espécies de carbono numa superfície de catalisador, que depois formam cristais de grafeno. A qualidade do grafeno produzido é avaliada através de microscopia de imagem Raman.
Explicação pormenorizada:
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Deposição química em fase vapor (CVD):
- No processo CVD, um substrato (frequentemente cobre ou níquel) é exposto a um gás que contém carbono, como o metano ou o etileno, a altas temperaturas. As moléculas de gás decompõem-se na superfície do catalisador, libertando átomos de carbono.
- Estes átomos de carbono difundem-se pela superfície e agregam-se em aglomerados. Quando estes aglomerados atingem uma dimensão crítica, nucleiam-se em cristais de grafeno.
- À medida que a deposição prossegue, estas ilhas de grafeno crescem e acabam por se fundir para formar uma camada única e contínua de grafeno. A baixa reatividade da superfície do grafeno em comparação com o catalisador impede normalmente o crescimento de camadas adicionais.
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Avaliação da qualidade com microscopia de imagem Raman:
- Após o processo de CVD, a qualidade do grafeno é avaliada utilizando a microscopia de imagem Raman. Esta técnica utiliza luz laser para excitar o grafeno, e a luz dispersa é analisada para determinar a energia vibracional da rede do grafeno.
- Os espectros Raman fornecem informações sobre o número de camadas, a presença de defeitos e a qualidade do grafeno. Por exemplo, o rácio de intensidade das bandas D e G (ID/IG) é frequentemente utilizado para avaliar a densidade de defeitos no grafeno.
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Produção à escala industrial:
- A produção industrial de grafeno por CVD foi optimizada através de várias técnicas. Por exemplo, o processo "batch-to-batch" (B2B) envolve o empilhamento ou laminagem de folhas de cobre para aumentar o rendimento da produção.
- Outro método é o processo rolo-a-rolo (R2R), que permite a produção contínua de películas de grafeno de comprimento virtualmente ilimitado, embora com largura limitada. Este método é altamente automatizado e é mais compatível com as etapas de processamento subsequentes.
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Desafios na produção em massa:
- Apesar dos avanços nas técnicas de CVD, continuam a existir desafios na produção em massa de grafeno de alta qualidade, com o mínimo de defeitos e grandes dimensões de grão, a baixo custo.
- O controlo dos parâmetros do processo de CVD, como a temperatura, a pressão, os caudais de gás e a escolha do catalisador, é crucial para a produção de grafeno de alta qualidade.
Em resumo, a CVD é o método predominante para a produção de grafeno em grande escala, sendo a microscopia de imagem Raman uma ferramenta essencial para a avaliação da qualidade. A aplicação industrial da CVD tem sido aperfeiçoada através de técnicas como os processos B2B e R2R, com o objetivo de ultrapassar os desafios da produção de grafeno de alta qualidade em grandes quantidades.
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