Il grafene può essere sintetizzato con diversi metodi, ciascuno con i propri vantaggi e limiti.
Quali sono i diversi metodi di sintesi del grafene? (4 metodi chiave spiegati)
1. Deposizione chimica da vapore (CVD)
Questo metodo è ampiamente utilizzato per produrre film di grafene di alta qualità su larga scala.
La CVD prevede la crescita di pellicole di grafene su substrati come il nichel (Ni) o il rame (Cu) utilizzando gas idrocarburi.
Per i substrati di Ni, gli atomi di carbonio si diffondono nel metallo ad alte temperature e precipitano sulla superficie durante il raffreddamento.
Per i substrati di Cu, che hanno una bassa solubilità del carbonio, il grafene si forma per adsorbimento superficiale.
La CVD è favorita per la sua scalabilità, l'economicità e la capacità di produrre grafene monostrato su grandi superfici.
2. Esfoliazione in fase liquida
Questo metodo prevede l'esfoliazione della grafite sfusa in un solvente con un'adeguata tensione superficiale per stabilizzare il grafene risultante.
Si utilizzano solventi come il n-metil-2-pirrolidone (NMP) o soluzioni acquose con tensioattivi.
L'energia per l'esfoliazione proviene in genere dalla sonicazione con corno a ultrasuoni o da forze di taglio elevate.
Sebbene la resa sia relativamente bassa, la centrifugazione può essere utilizzata per ottenere una frazione significativa di fiocchi di grafene monostrato e a pochi strati.
3. Sublimazione controllata di SiC
Questo metodo prevede la decomposizione termica di un substrato di SiC in un vuoto spinto per ridurre al minimo la contaminazione.
Dopo il desorbimento del silicio, il carbonio in eccesso sulla superficie si riorganizza per formare un reticolo esagonale, producendo grafene epitassiale.
Tuttavia, questo metodo è costoso e richiede quantità significative di Si per la produzione su larga scala.
4. CVD con substrati di crescita e sorgente di gas idrocarburi
Questo metodo si differenzia in base alla solubilità del carbonio del substrato.
Per i substrati ad alta solubilità, come il Ni, si verifica la diffusione e la segregazione del carbonio, mentre per i substrati a bassa solubilità, come il Cu, l'adsorbimento superficiale è il meccanismo principale.
La CVD su substrati metallici, in particolare sul Cu, ha mostrato i risultati più promettenti per la produzione di grafene monostrato su grandi superfici.
Ciascuno di questi metodi è stato sviluppato per rispondere a esigenze specifiche nella produzione di grafene, come la qualità, la scalabilità e il costo.
La scelta del metodo dipende dall'applicazione prevista e dalle risorse disponibili.
Ad esempio, la CVD è ideale per la produzione industriale su larga scala, grazie alla sua scalabilità ed economicità, mentre l'esfoliazione in fase liquida potrebbe essere preferita per esperimenti su scala di laboratorio o per applicazioni che richiedono piccole quantità di grafene.
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