O melhor substrato para o grafeno depende da aplicação específica e do método de produção de grafeno.O cobre, o cobalto e o níquel são substratos altamente qualificados, normalmente utilizados na deposição química de vapor (CVD) para a produção de películas de grafeno de uma ou várias camadas.O cobre, em particular, é preferido devido à sua capacidade de produzir grafeno de grande área e de alta qualidade.Para o crescimento epitaxial, os substratos de Ge(110) e Cu(111) são adequados, uma vez que combinam bem com a estrutura do grafeno, permitindo o crescimento de múltiplos grãos de grafeno com a mesma orientação.Além disso, o nitreto de boro hexagonal (h-BN) e o dióxido de silício (Si/SiO2) são utilizados para aplicações como os transístores de efeito de campo.Em última análise, a escolha do substrato deve estar de acordo com as propriedades desejadas do grafeno e com o método de produção específico.
Pontos-chave explicados:
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Cobre, Cobalto e Níquel como Substratos CVD:
- Estes metais são amplamente utilizados em CVD para a produção de grafeno devido à sua capacidade de facilitar o crescimento de películas de grafeno de uma ou várias camadas.
- O cobre é particularmente popular porque permite a produção de grafeno de grande área e de alta qualidade, tornando-o uma escolha preferida para muitas aplicações.
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Crescimento epitaxial em Ge(110) e Cu(111):
- Os substratos de Ge(110) e Cu(111) são ideais para o crescimento epitaxial de grafeno, uma vez que as suas estruturas de rede coincidem bem com as do grafeno.
- Esta correspondência permite o crescimento de múltiplos grãos de grafeno com a mesma orientação, o que é crucial para produzir películas de grafeno uniformes e de alta qualidade.
- Avanços recentes tornaram possível a preparação de lâminas monocristalinas de Cu(111) de grande área, ultrapassando as anteriores limitações na disponibilidade de substratos.
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Substratos para aplicações específicas:
- Para os transístores de efeito de campo, são normalmente utilizados substratos como o nitreto de boro hexagonal (h-BN) e o dióxido de silício (Si/SiO2).
- Estes substratos fornecem as propriedades necessárias para aplicações electrónicas, como a elevada mobilidade dos portadores e a baixa dispersão interfacial.
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Fontes de carbono para a produção de grafeno:
- O gás metano é a fonte de carbono mais popular para a produção de grafeno devido à sua eficiência e facilidade de utilização.
- O asfalto de petróleo é uma alternativa menos popular mas barata, embora seja mais difícil de trabalhar.
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Critérios de seleção do substrato:
- A escolha do substrato deve basear-se nos requisitos específicos da aplicação do grafeno, tais como as propriedades eléctricas, a resistência mecânica e a condutividade térmica pretendidas.
- O método de produção (por exemplo, CVD, crescimento epitaxial) também desempenha um papel significativo na determinação do substrato mais adequado.
Tendo em conta estes factores, é possível selecionar o melhor substrato para a produção de grafeno, adaptado às suas necessidades e aplicações específicas.
Tabela de resumo:
| Substrato | Caraterísticas principais | Aplicações |
|---|---|---|
| Cobre | Produz grafeno de grande área e de alta qualidade; amplamente utilizado em CVD. | Produção geral de grafeno |
| Cobalto/Níquel | Facilita o crescimento de grafeno de camada única e multicamada em CVD. | Películas de grafeno multicamadas |
| Ge(110)/Cu(111) | A rede coincide com o grafeno; permite uma orientação uniforme dos grãos. | Crescimento epitaxial |
| h-BN/Si/SiO2 | Elevada mobilidade dos portadores, baixa dispersão interfacial. | Transístores de efeito de campo |
| Gás metano | Fonte de carbono eficiente e fácil de utilizar para a produção de grafeno. | Síntese de grafeno por CVD |
| Asfalto de petróleo | Barato mas difícil de trabalhar. | Fonte alternativa de carbono |
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