Il grafene a strato singolo viene prodotto principalmente attraverso un processo noto come deposizione chimica da vapore (CVD).
Questo metodo prevede la deposizione controllata di atomi di carbonio su un substrato, in genere un foglio di rame, in condizioni specifiche di temperatura, flusso di gas e pressione.
Il processo è regolato meticolosamente per garantire la formazione di un monostrato uniforme di grafene con difetti minimi.
5 fasi chiave spiegate
1. Impostazione del processo CVD
Il processo CVD per la sintesi del grafene utilizza tipicamente metano (CH4) e idrogeno (H2) come fonti di gas.
Questi gas vengono introdotti in un reattore CVD dove un foglio di rame funge da substrato.
Il rame viene scelto perché ha un'elevata solubilità per il carbonio, che favorisce la formazione del grafene.
2. Controllo della temperatura e del flusso di gas
La temperatura all'interno del reattore è attentamente controllata, spesso compresa tra 900 e 1000 gradi Celsius.
Questa temperatura elevata facilita la dissociazione del metano in atomi di carbonio e idrogeno.
L'idrogeno agisce come agente riducente, mentre gli atomi di carbonio si depositano sulla superficie del rame.
Anche la portata del gas è fondamentale, in quanto influenza la velocità di deposizione del carbonio e la qualità del grafene formato.
3. Formazione del grafene
Quando gli atomi di carbonio si depositano sul rame, si dispongono in una struttura reticolare esagonale, caratteristica del grafene.
Il processo è controllato per garantire la formazione di un solo strato di grafene.
Ciò si ottiene ottimizzando la velocità di raffreddamento e i parametri generali del processo per evitare la formazione di ulteriori strati.
4. Rimozione selettiva del grafene multistrato
Per garantire la purezza del grafene monostrato, si utilizzano tecniche come l'utilizzo di una lamina di tungsteno (W) che assorbe il carbonio, racchiusa in un foglio di rame.
Questo metodo rimuove selettivamente il grafene a due o tre strati, lasciando intatto il grafene monostrato.
5. Trasferimento sui substrati desiderati
Una volta cresciuto il grafene, è spesso necessario trasferirlo su altri substrati per varie applicazioni.
Questo processo di trasferimento deve essere eseguito con attenzione per evitare di introdurre difetti o contaminanti.
A seconda dei requisiti dell'applicazione, si utilizzano tecniche come il trasferimento di substrati dissolti o separati.
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