I metodi di preparazione del grafene possono essere ampiamente classificati in due tipi: metodi "top-down" e "bottom-up".
L'approccio "top-down" prevede l'esfoliazione della grafite.
L'approccio "bottom-up" prevede la crescita del grafene da fonti di carbonio gassoso, principalmente attraverso la deposizione chimica da vapore (CVD).
4 metodi chiave spiegati
1. Metodi top-down
Il metodo "top-down" prevede principalmente l'esfoliazione meccanica o chimica della grafite per isolare gli strati di grafene.
Questo metodo è spesso utilizzato per produrre polveri e nanoparticelle di grafene.
Questi prodotti sono ampiamente utilizzati in applicazioni come l'accumulo di energia, i compositi polimerici, i rivestimenti e la gestione termica.
L'approccio "top-down" è vantaggioso per la sua semplicità e per la capacità di produrre grafene in forma di polvere, che può essere facilmente dispersa in vari mezzi.
2. Metodi bottom-up
Il metodo "bottom-up", in particolare la CVD, è la tecnica più diffusa e rilevante a livello industriale per la produzione di grafene di alta qualità.
La CVD prevede la decomposizione di un gas contenente carbonio ad alte temperature su un substrato metallico, seguita da un processo di raffreddamento che consente agli atomi di carbonio di formare strati di grafene sulla superficie.
Questo metodo è in grado di produrre film di grafene uniformi e di grande superficie, essenziali per le applicazioni in campo elettronico.
Il processo CVD richiede un attento controllo di parametri quali volumi di gas, pressione, temperatura e durata del tempo per garantire la qualità del grafene prodotto.
I recenti progressi nella CVD, come l'uso di fogli di rame e i processi roll-to-roll (R2R), hanno permesso la produzione di massa di film di grafene con lunghezza virtualmente illimitata e larghezza limitata, rendendola adatta ad applicazioni industriali su larga scala.
3. Sublimazione del carburo di silicio (SiC)
La sublimazione del SiC è un metodo ad alto costo che prevede il riscaldamento del SiC ad alte temperature per rimuovere il silicio e lasciare uno strato di grafene.
4. Esfoliazione meccanica
L'esfoliazione meccanica, notoriamente dimostrata da Geim e Novoselov, è utilizzata principalmente per studi e ricerche fondamentali a causa della sua limitata scalabilità.
In sintesi, la preparazione del grafene prevede una varietà di metodi, ciascuno con i propri vantaggi e limiti.
La scelta del metodo dipende dall'applicazione desiderata e dalla scala di produzione richiesta.
La CVD è il metodo più promettente per la produzione su larga scala di grafene di alta qualità, in particolare per le applicazioni elettroniche.
I metodi "top-down" sono più adatti alle applicazioni che richiedono grafene in polvere o in nanoparticelle.
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