O grafeno pode ser obtido a partir de vários materiais e produzido através de diferentes métodos, sendo a fonte de carbono mais comum o gás metano. Os métodos de produção incluem métodos "de cima para baixo", como a esfoliação mecânica da grafite, e métodos "de baixo para cima", como a deposição química de vapor (CVD). Catalisadores como nanopartículas de ferro, espuma de níquel e vapor de gálio são também utilizados para melhorar o processo de produção.
Fonte de carbono:
A principal fonte de carbono para a produção de grafeno é o gás metano. O metano é preferido devido à sua disponibilidade e à eficiência com que pode fornecer carbono para a síntese de grafeno. Durante o processo de CVD, o metano é utilizado para fornecer átomos de carbono que formam a rede do grafeno. No entanto, o processo também requer hidrogénio gasoso para ajudar na deposição do carbono no substrato e para melhorar a qualidade do grafeno através da remoção do carbono amorfo. O equilíbrio entre as taxas de fluxo de metano e hidrogénio é crucial, uma vez que o excesso de hidrogénio pode degradar a qualidade do grafeno ao corroer a sua estrutura de rede.Utilização do catalisador:
Os catalisadores desempenham um papel significativo na produção de grafeno, particularmente no processo CVD. Catalisadores como as nanopartículas de ferro, a espuma de níquel e o vapor de gálio facilitam a formação de grafeno, promovendo a decomposição de fontes de carbono e a subsequente deposição de carbono em substratos. Estes catalisadores podem ser utilizados diretamente no processo de crescimento ou posicionados longe da área de deposição. Alguns catalisadores podem exigir etapas adicionais para a sua remoção após a formação do grafeno, o que pode afetar a complexidade e o custo global do processo.
Métodos de produção:
A produção de grafeno pode ser genericamente classificada em métodos "de cima para baixo" e "de baixo para cima". A abordagem "de cima para baixo" envolve a esfoliação mecânica da grafite, que é principalmente utilizada para fins de investigação devido à sua escalabilidade limitada. Em contrapartida, o método "bottom-up", nomeadamente a CVD, é amplamente utilizado para a produção em grande escala. A CVD permite o crescimento de películas de grafeno de alta qualidade e de grande área em substratos metálicos, como a folha de cobre, o que é crucial para as aplicações comerciais. O processo CVD pode ser ainda mais optimizado utilizando processos "batch-to-batch" ou "roll-to-roll" para aumentar o rendimento e obter películas de grafeno de maiores dimensões.
Desafios e considerações:
