O grafeno de camada única é produzido principalmente através de um processo conhecido como deposição química de vapor (CVD).
Este método envolve a deposição controlada de átomos de carbono sobre um substrato, normalmente uma folha de cobre, em condições específicas de temperatura, fluxo de gás e pressão.
O processo é meticulosamente regulado para garantir a formação de uma monocamada uniforme de grafeno com o mínimo de defeitos.
5 etapas principais explicadas
1. Configuração do processo CVD
O processo CVD para a síntese de grafeno utiliza normalmente metano (CH4) e hidrogénio (H2) como fontes de gás.
Estes gases são introduzidos num reator CVD onde uma folha de cobre serve de substrato.
O cobre é escolhido porque tem uma elevada solubilidade para o carbono, o que ajuda na formação do grafeno.
2. Controlo da temperatura e do fluxo de gás
A temperatura no interior do reator é cuidadosamente controlada, variando frequentemente entre 900 e 1000 graus Celsius.
Esta temperatura elevada facilita a dissociação do metano em átomos de carbono e de hidrogénio.
O hidrogénio actua como um agente redutor, enquanto os átomos de carbono são depositados na superfície do cobre.
Os caudais de gás são também cruciais, influenciando a taxa de deposição de carbono e a qualidade do grafeno formado.
3. Formação de grafeno
À medida que os átomos de carbono se depositam no cobre, organizam-se numa estrutura de rede hexagonal caraterística do grafeno.
O processo é controlado para garantir que apenas se forma uma única camada de grafeno.
Isto é conseguido através da otimização da taxa de arrefecimento e dos parâmetros gerais do processo para evitar a formação de camadas adicionais.
4. Remoção selectiva do grafeno multicamada
Para garantir a pureza do grafeno de camada única, são utilizadas técnicas como a utilização de uma folha de tungsténio (W) absorvente de carbono envolvida numa folha de cobre.
Este método remove seletivamente o grafeno de duas ou três camadas, deixando intacto o grafeno de camada única.
5. Transferência para os substratos desejados
Uma vez cultivado o grafeno, é frequentemente necessário transferi-lo para outros substratos para diversas aplicações.
Este processo de transferência deve ser efectuado com cuidado para evitar a introdução de defeitos ou contaminantes.
São utilizadas técnicas como a transferência de substrato dissolvido ou a transferência de substrato separado, consoante os requisitos da aplicação.
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