O mecanismo de crescimento do grafeno é influenciado principalmente pelo tipo de catalisador metálico utilizado, sendo o cobre (Cu) e o níquel (Ni) os mais comuns. O Cu, com a sua baixa solubilidade em carbono, facilita um mecanismo de crescimento superficial em que o grafeno se forma a altas temperaturas na superfície do Cu através da decomposição de hidrocarbonetos. Inversamente, o Ni, devido à sua elevada solubilidade em carbono, permite um mecanismo que envolve a segregação e a precipitação da superfície. Neste caso, o carbono difunde-se no Ni a altas temperaturas e segrega-se após o arrefecimento, levando à formação de folhas de grafeno na superfície do metal.
Crescimento de superfície em Cu:
O crescimento do grafeno em Cu envolve um processo em que os hidrocarbonetos se decompõem a altas temperaturas, libertando átomos de carbono que depois se juntam na superfície do Cu. Este mecanismo é favorecido porque o Cu não dissolve facilmente o carbono, forçando o carbono a permanecer na superfície e a formar grafeno. O crescimento é tipicamente um processo bidimensional, em que as espécies de carbono se juntam aos bordos das ilhas de grafeno em crescimento, acabando por se fundir numa monocamada contínua. Uma vez formada uma camada completa, a superfície torna-se menos reactiva, inibindo o crescimento de camadas adicionais.Segregação e Precipitação em Ni:
Em contraste, o mecanismo de crescimento em Ni é mais complexo devido à sua capacidade de dissolver carbono. Durante a síntese a alta temperatura, os átomos de carbono difundem-se no volume de Ni. À medida que o sistema arrefece, estes átomos de carbono segregam-se e precipitam para fora do Ni, formando camadas de grafeno na superfície. Este processo é influenciado pela taxa de arrefecimento e pela concentração inicial de carbono no Ni, o que pode afetar o número e a qualidade das camadas de grafeno produzidas.
Influência das condições de síntese:
A nucleação e o crescimento do grafeno são altamente dependentes de várias condições de síntese, como a temperatura, a pressão, o fluxo e a composição do precursor e as propriedades do catalisador, incluindo a sua cristalinidade, composição, faceta cristalina e rugosidade da superfície. Estes factores podem influenciar significativamente a forma, orientação, cristalinidade, densidade de nucleação, densidade de defeitos e evolução dos cristais de grafeno.
Investigação e desenvolvimento:
