Il grafene può essere ricavato da vari materiali e prodotto con metodi diversi; la fonte di carbonio più comune è il gas metano. I metodi di produzione includono metodi "dall'alto verso il basso" come l'esfoliazione meccanica dalla grafite e metodi "dal basso verso l'alto" come la deposizione chimica da vapore (CVD). Per migliorare il processo di produzione vengono utilizzati anche catalizzatori come le nanoparticelle di ferro, la schiuma di nichel e il vapore di gallio.
Fonte del carbonio:
La principale fonte di carbonio per la produzione di grafene è il gas metano. Il metano è preferito per la sua disponibilità e per l'efficienza con cui può fornire carbonio per la sintesi del grafene. Durante il processo CVD, il metano viene utilizzato per fornire gli atomi di carbonio che formano il reticolo di grafene. Tuttavia, il processo richiede anche idrogeno gassoso per assistere la deposizione del carbonio sul substrato e per migliorare la qualità del grafene rimuovendo il carbonio amorfo. L'equilibrio tra i flussi di metano e idrogeno è fondamentale, poiché un eccesso di idrogeno può degradare la qualità del grafene corrodendone la struttura reticolare.Uso del catalizzatore:
I catalizzatori svolgono un ruolo significativo nella produzione di grafene, in particolare nel processo CVD. Catalizzatori come le nanoparticelle di ferro, la schiuma di nichel e il vapore di gallio facilitano la formazione del grafene promuovendo la decomposizione delle fonti di carbonio e la successiva deposizione di carbonio sui substrati. Questi catalizzatori possono essere utilizzati direttamente nel processo di crescita o posizionati lontano dall'area di deposizione. Alcuni catalizzatori possono richiedere ulteriori passaggi per la rimozione dopo la formazione del grafene, il che può influire sulla complessità e sui costi complessivi del processo.
Metodi di produzione:
La produzione di grafene può essere ampiamente classificata in metodi "top-down" e "bottom-up". L'approccio "top-down" prevede l'esfoliazione meccanica della grafite, utilizzata principalmente per scopi di ricerca a causa della sua limitata scalabilità. Al contrario, il metodo "bottom-up", in particolare la CVD, è ampiamente utilizzato per la produzione su larga scala. La CVD consente la crescita di film di grafene di alta qualità e di ampia superficie su substrati metallici, come il foglio di rame, che è fondamentale per le applicazioni commerciali. Il processo CVD può essere ulteriormente ottimizzato utilizzando processi batch-to-batch o roll-to-roll per aumentare la produttività e ottenere film di grafene di dimensioni maggiori.
Sfide e considerazioni:
