O grafeno, uma camada única de átomos de carbono dispostos numa rede hexagonal, tem atraído grande atenção pelas suas propriedades notáveis.
Para aproveitar estas propriedades, foram desenvolvidas várias técnicas para o seu crescimento.
Aqui, exploramos cinco métodos-chave utilizados para produzir grafeno.
Quais são as técnicas de crescimento do grafeno? (5 métodos principais explicados)
1. Deposição química de vapor (CVD)
A deposição química em fase vapor (CVD) é um dos métodos mais prometedores para produzir grafeno monocamada de alta qualidade em grandes áreas.
Na CVD, é utilizada uma fonte de gás hidrocarboneto.
O crescimento ocorre por difusão e segregação de carbono num substrato metálico com elevada solubilidade em carbono (por exemplo, Ni) ou por adsorção superficial em metais com baixa solubilidade em carbono (por exemplo, Cu).
O método de captura de vapor, uma técnica específica de CVD, envolve a utilização de um tubo de quartzo grande e de um pequeno, em que o CH4/H2 é introduzido no tubo grande e a folha de Cu é carregada no tubo pequeno.
Este método permite o crescimento de flores de grafeno de grão grande, criando uma distribuição quase estática do gás reagente e reduzindo o fornecimento de carbono.
2. Esfoliação em fase líquida
A esfoliação em fase líquida consiste em esfoliar grafite a granel num solvente utilizando energia.
Normalmente, são utilizados solventes não aquosos como a n-metil-2-pirrolidona (NMP) ou soluções aquosas com um agente tensioativo.
A energia para a esfoliação pode provir da sonicação por corneta ultra-sónica ou de forças de cisalhamento elevadas.
Este método é adequado para a produção em massa, mas resulta geralmente numa qualidade eléctrica inferior à da CVD.
3. Sublimação de carboneto de silício (SiC)
A sublimação do carboneto de silício (SiC) envolve a decomposição térmica de um substrato de SiC num vácuo ultra-elevado para minimizar a contaminação.
O excesso de carbono na superfície rearranja-se para formar uma rede hexagonal, resultando em grafeno epitaxial.
No entanto, este método é dispendioso e requer grandes quantidades de Si para uma produção em grande escala.
4. Crescimento direto em substratos não metálicos
O crescimento direto em substratos não metálicos envolve o crescimento do grafeno diretamente em superfícies não metálicas, que têm uma atividade catalítica mais fraca do que as superfícies metálicas.
Este facto pode ser compensado através da utilização de temperaturas elevadas, catálise assistida por metais ou CVD com recurso a plasma.
Embora a qualidade do grafeno produzido por este método não seja tão elevada, é considerado um método potencial para futuras aplicações industriais.
5. Híbridos 2D
Os híbridos 2D envolvem a hibridação do grafeno com outros materiais 2D para melhorar as aplicações tecnológicas.
Por exemplo, a utilização de películas de nitreto de boro hexagonal (h-BN) como substratos pode melhorar as caraterísticas de tensão-corrente dos FET de grafeno.
Estes híbridos podem ser criados através do empilhamento de materiais, quer numa transferência camada a camada, quer através de crescimento direto, sendo que este último oferece escalabilidade e menor contaminação.
Cada um destes métodos tem as suas vantagens e desafios, sendo o CVD o mais utilizado para a produção de grafeno de alta qualidade e em grandes áreas, devido à sua relativa relação custo-eficácia e escalabilidade.
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