O grafeno pode ser sintetizado através de vários métodos, cada um com as suas próprias vantagens e limitações.
Quais são os diferentes métodos de síntese do grafeno (4 métodos principais explicados)?
1. Deposição química de vapor (CVD)
Este método é amplamente utilizado para produzir películas de grafeno de alta qualidade em grande escala.
A CVD envolve o crescimento de películas de grafeno em substratos como o níquel (Ni) ou o cobre (Cu) utilizando gases de hidrocarbonetos.
No caso dos substratos de Ni, os átomos de carbono difundem-se no metal a altas temperaturas e precipitam na superfície durante o arrefecimento.
No caso dos substratos de Cu, que têm baixa solubilidade de carbono, o grafeno forma-se por adsorção à superfície.
A CVD é preferida devido à sua escalabilidade, à relação custo-eficácia e à capacidade de produzir grafeno monocamada em grandes áreas.
2. Esfoliação em fase líquida
Este método consiste em esfoliar grafite a granel num solvente com uma tensão superficial adequada para estabilizar o grafeno resultante.
São utilizados solventes como a n-Metil-2-pirrolidona (NMP) ou soluções aquosas com tensioactivos.
A energia para a esfoliação provém normalmente da sonicação por corneta ultra-sónica ou de forças de cisalhamento elevadas.
Embora o rendimento seja relativamente baixo, a centrifugação pode ser utilizada para obter uma fração significativa de flocos de grafeno de monocamada e de poucas camadas.
3. Sublimação controlada de SiC
Este método envolve a decomposição térmica de um substrato de SiC num vácuo ultra-elevado para minimizar a contaminação.
Após a dessorção do silício, o excesso de carbono na superfície rearranja-se para formar uma rede hexagonal, produzindo grafeno epitaxial.
No entanto, este método é dispendioso e requer quantidades significativas de Si para uma produção em grande escala.
4. CVD utilizando substratos de crescimento e fonte de gás hidrocarboneto
Este método diferencia-se com base na solubilidade do carbono do substrato.
Para substratos de elevada solubilidade, como o Ni, ocorre a difusão e segregação do carbono, enquanto que para substratos de baixa solubilidade, como o Cu, a adsorção superficial é o mecanismo principal.
A CVD em substratos metálicos, especialmente em Cu, tem mostrado os resultados mais prometedores para a produção de grafeno monocamada de grande área.
Cada um destes métodos foi desenvolvido para responder a necessidades específicas na produção de grafeno, como a qualidade, a escalabilidade e o custo.
A escolha do método depende da aplicação pretendida e dos recursos disponíveis.
Por exemplo, a CVD é ideal para a produção industrial em grande escala devido à sua escalabilidade e rentabilidade, enquanto a esfoliação em fase líquida pode ser preferida para experiências à escala laboratorial ou aplicações que exijam pequenas quantidades de grafeno.
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