O processo de síntese do grafeno envolve principalmente a deposição química de vapor (CVD).
Este método produz películas de grafeno de alta qualidade em vários substratos, nomeadamente em metais de transição como o níquel e o cobre.
A CVD é favorecida pela sua capacidade de produzir películas de grafeno uniformes e de grande área, adequadas para aplicações industriais.
Qual é o processo de síntese do grafeno? 5 etapas principais explicadas
1. Catalisador e substrato
O processo começa com um catalisador, normalmente cobre ou níquel, que é utilizado como substrato.
Estes metais são escolhidos devido à sua capacidade de interagir com os átomos de carbono durante o processo de deposição.
O cobre, por exemplo, tem baixa solubilidade em carbono, o que permite a formação de grafeno monocamada através da adsorção superficial.
O níquel tem uma elevada solubilidade em carbono, facilitando a difusão e a segregação dos átomos de carbono.
2. Gases de transporte e material de alimentação
O catalisador é exposto a gases de transporte, normalmente hidrogénio ou árgon, e a um material de alimentação, como o metano.
Estes gases são introduzidos na câmara de reação onde se decompõem a altas temperaturas, libertando átomos de carbono.
3. Condições de crescimento
A temperatura, a pressão e a duração da reação são parâmetros críticos que devem ser controlados com precisão para garantir a qualidade e a uniformidade da película de grafeno.
Os átomos de carbono do metano decomposto difundem-se no substrato metálico e depois precipitam-se como grafeno durante o processo de arrefecimento.
4. Arrefecimento e transferência
Após a fase de crescimento, o sistema é arrefecido, provocando a formação do grafeno na superfície do metal.
O grafeno é então transferido para um substrato desejado, utilizando métodos que evitam a contaminação e os danos na delicada película.
5. Aplicações industriais
O método CVD, nomeadamente utilizando folhas de cobre, foi industrializado para a produção em grande escala de películas de grafeno.
Foram desenvolvidas técnicas como os processos "batch-to-batch" (B2B) e "roll-to-roll" (R2R) para otimizar o rendimento e obter grandes larguras e comprimentos de películas de grafeno.
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