O mecanismo do grafeno CVD envolve um processo em duas etapas: dissolução e segregação.
Qual é o mecanismo do grafeno CVD? 5 etapas principais explicadas
1. Dissolução
Na primeira etapa, os átomos de carbono são diluídos ou incorporados num catalisador de metal de transição, como o níquel, o cobre, a platina ou o irídio.
Este processo é conhecido como dissolução.
Os átomos de carbono difundem-se no substrato metálico, impulsionados por temperaturas elevadas no interior do substrato.
Quanto mais elevada for a temperatura, mais rápido ocorre o processo de difusão.
A duração do tempo também desempenha um papel importante, uma vez que os átomos de carbono necessitam de mais tempo para atingir o seu estado saturado em películas metálicas mais espessas.
2. Segregação
Na segunda etapa, conhecida como segregação, os átomos de carbono arrefecem rapidamente, fazendo com que se separem do substrato metálico e formem uma camada de grafeno.
Este arrefecimento rápido pode ser conseguido através da redução da temperatura ou da utilização de um agente de arrefecimento.
As espécies de carbono que se difundiram no substrato metálico reagem umas com as outras para formar pequenos aglomerados de carbono.
Quando estes aglomerados excedem uma dimensão crítica, os cristais de grafeno nucleiam-se e crescem na superfície do catalisador.
3. Deposição de gases contendo carbono
O processo de produção de grafeno por CVD envolve a deposição de gases contendo carbono numa superfície metálica dentro de uma câmara de reação aquecida.
O catalisador metálico actua como catalisador para a decomposição das espécies de carbono e como superfície para a nucleação da rede de grafeno.
4. Monitorização das condições críticas
A temperatura, a pressão, a duração do tempo e outras condições devem ser cuidadosamente monitorizadas para garantir o sucesso do crescimento do grafeno.
5. Formação de cristais de grafeno
Os precursores de carbono, como o metano, são convertidos em grafeno numa superfície de catalisador metálico, como o cobre, através da decomposição e formação de aglomerados de carbono.
A reação CVD ocorre normalmente a altas temperaturas, cerca de 1000 °C.
Quando os aglomerados de carbono excedem um tamanho crítico, os cristais de grafeno nucleiam e crescem, formando uma camada de átomos de carbono com um único átomo de espessura.
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