A temperatura de crescimento do grafeno varia normalmente entre 800 e 1050 °C. Esta gama de temperaturas é necessária para facilitar a decomposição dos precursores de carbono e a subsequente formação de camadas de grafeno.
4 Factores-chave explicados
1. Mecanismos de crescimento dependentes do catalisador
Catalisador de cobre: O cobre tem uma baixa solubilidade em carbono, o que leva a um mecanismo de crescimento baseado na superfície. Neste caso, o grafeno forma-se a altas temperaturas, especificamente à temperatura de decomposição do hidrocarboneto na superfície do cobre. Este mecanismo requer temperaturas de cerca de 1000 °C para decompor efetivamente os precursores de carbono e formar grafeno.
Catalisador de níquel: O níquel, com a sua elevada solubilidade em carbono, promove um mecanismo que envolve a segregação e a precipitação da superfície. O carbono difunde-se no níquel a altas temperaturas e forma folhas de grafeno durante o processo de arrefecimento. A temperatura necessária para este mecanismo é também elevada, normalmente cerca de 1000 °C, para assegurar uma difusão e precipitação suficientes do carbono.
2. Processo de pirólise e CVD
A fase inicial da síntese de grafeno envolve a pirólise, que é a decomposição de materiais à base de carbono através do calor. Este processo exige normalmente temperaturas extremamente elevadas (superiores a 1000 °C). No entanto, a utilização de catalisadores metálicos pode reduzir a temperatura de reação necessária.
Durante a deposição química de vapor (CVD), os precursores de carbono são adsorvidos na superfície do catalisador e decompõem-se para formar várias espécies de carbono. Estas espécies são os blocos de construção para o crescimento do grafeno. A temperatura durante a CVD é crucial, uma vez que afecta a taxa de decomposição dos precursores e a formação de camadas de grafeno.
3. Influência da temperatura na qualidade do grafeno
A temperatura não só influencia a taxa de reação como também a qualidade do grafeno produzido. As temperaturas elevadas podem aumentar a velocidade da reação, mas também representam riscos de segurança e custos energéticos mais elevados. Além disso, a temperatura deve ser controlada para evitar reacções indesejadas e para garantir uma espessura uniforme da deposição de grafeno no substrato.
4. Factores ambientais
O crescimento do grafeno é também influenciado por factores ambientais, como a pressão circundante, o gás de arrastamento e o material da câmara. Estes factores podem afetar a nucleação e o crescimento do grafeno, especialmente a temperaturas mais baixas, onde a contaminação por petróleo e gás pode promover ou inibir a formação de grafeno.
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