Nella sintesi di grafene mediante deposizione chimica da vapore (CVD), la scelta dei precursori è fondamentale. Questi precursori sono essenziali per il processo di decomposizione che forma strati di grafene su substrati metallici.
3 tipi principali di precursori utilizzati nella sintesi CVD del grafene
1. Precursori solidi
Le fonti di carbonio solido, come l'esaclorobenzene e i rifiuti solidi di plastica, sono comunemente utilizzate.
L'esaclorobenzene viene riscaldato a 360°C su substrati di fogli di rame per decomporsi e formare grafene a strato singolo.
La plastica solida di scarto viene pirolizzata ad alte temperature (fino a 500°C) e poi depositata come fonte di carbonio.
Questi precursori solidi consentono la decomposizione a temperature più basse, rendendoli adatti ai processi CVD a pressione atmosferica.
2. Precursori liquidi
Le fonti di carbonio liquide, come l'esano, vengono evaporate e introdotte nel reattore CVD mediante gorgogliatori.
La concentrazione del vapore viene controllata facendo gorgogliare gas inerte attraverso il liquido.
Tuttavia, il controllo dei precursori liquidi può essere difficile, il che limita il loro uso diffuso nella sintesi CVD del grafene.
3. Precursori gassosi
I precursori gassosi sono i più utilizzati nelle tecniche CVD per la sintesi del grafene.
I precursori gassosi più comuni includono metano (CH4), acetilene ed etilene.
Questi gas vengono introdotti nella camera di reazione attraverso un sistema di erogazione del gas.
La decomposizione di questi gas ad alte temperature su substrati metallici porta alla formazione di strati di grafene.
La presenza di altri componenti, come l'ossigeno e l'idrogeno, può avere un impatto significativo sulla deposizione e sulla crescita del grafene, influenzando la morfologia e le dimensioni dei grani di grafene.
Nel processo CVD, questi precursori subiscono una pirolisi per formare atomi di carbonio dissociati, che poi si assemblano nella struttura del grafene sulla superficie dei substrati metallici.
La scelta del precursore e le condizioni di lavorazione (come temperatura e pressione) sono fattori critici che influenzano la qualità e le proprietà del grafene risultante.
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