O principal desafio na produção de grafeno em grande escala é conseguir uma elevada qualidade, homogeneidade e rentabilidade, mantendo as propriedades excepcionais do material.
4 Principais desafios na produção de grafeno em grande escala
1. Controlo da qualidade das folhas de grafeno
Produzir películas de grafeno de camada única de tamanho macro com qualidade consistente em grandes áreas é um desafio significativo.
Para tal, é necessário um conhecimento profundo dos métodos de síntese, como a deposição química de vapor (CVD).
Técnicas como a imagiologia Raman são utilizadas para monitorizar parâmetros e mecanismos críticos que regem a nucleação e o crescimento do grafeno.
O objetivo é minimizar os defeitos e garantir uma elevada mobilidade dos portadores, que são essenciais para manter as propriedades notáveis do grafeno, como a mobilidade ultraelevada dos electrões e a excecional condutividade térmica.
2. Adequação industrial do processo de produção
Para uma produção em grande escala, as técnicas devem ser verdadeiramente adequadas à indústria.
Isto inclui considerações como a eficiência energética (por exemplo, síntese a baixa temperatura para poupar custos energéticos) e os custos dos materiais (por exemplo, fontes alternativas de carbono ou películas portadoras para a transferência de grafeno).
A introdução de processos de recozimento a alta temperatura, por exemplo, pode contradizer o objetivo de um processo a baixa temperatura.
Além disso, o foco passa de métricas de amostras individuais para aspectos mais amplos como a homogeneidade, fiabilidade e estabilidade, que são cruciais para a produção em massa.
3. Questões de transferência e contaminação
A transferência do grafeno do substrato de crescimento para o substrato de aplicação final continua a ser um estrangulamento no processo de produção.
Esta etapa introduz frequentemente defeitos e contaminantes, que degradam a qualidade do grafeno.
São essenciais métodos de transferência eficazes para garantir que o grafeno mantenha as suas propriedades após a transferência.
4. Utilização do grafeno "real
É necessário mudar o foco do grafeno ideal para o grafeno real, que é inerentemente defeituoso e contaminado.
Isto implica o desenvolvimento de técnicas de fabrico de dispositivos que possam tirar partido das propriedades do grafeno na sua forma real.
É crucial identificar as aplicações em que a presença de defeitos não afecta significativamente o desempenho.
Por exemplo, aplicações como eléctrodos condutores transparentes para ecrãs tácteis requerem uma baixa resistência da folha e uma boa uniformidade, em vez de uma elevada mobilidade dos portadores.
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