Il grafene può essere sintetizzato con diversi metodi.
Ogni metodo ha i suoi vantaggi e svantaggi.
La scelta del metodo dipende spesso dall'applicazione prevista per il grafene.
Quali sono i metodi di sintesi del grafene? 5 tecniche chiave spiegate
1. Deposizione chimica da vapore (CVD)
La CVD è un metodo ampiamente utilizzato per sintetizzare film di grafene uniformi e di grande superficie.
Questa tecnica prevede la crescita di film di grafene su substrati che utilizzano metalli di transizione come il nichel (Ni) o il rame (Cu).
Il processo prevede in genere la decomposizione di un gas contenente carbonio, come il metano, ad alte temperature.
Gli atomi di carbonio si diffondono quindi nel substrato metallico e precipitano sulla superficie come grafene durante il processo di raffreddamento.
Li et al. hanno ottenuto progressi significativi in questo metodo nel 2009, utilizzando la CVD a metano su un foglio di rame, che ora viene utilizzato per la produzione industriale su larga scala di film sottili di grafene.
Il processo CVD può essere ulteriormente ottimizzato utilizzando processi batch-to-batch (B2B) o roll-to-roll (R2R) per aumentare la produttività e ottenere film di grafene di grande larghezza e lunghezza.
2. Esfoliazione meccanica
Questo metodo, sperimentato da Geim e Novoselov, prevede la separazione fisica degli strati di grafene dalla grafite utilizzando un nastro adesivo.
Sebbene questo metodo sia in grado di produrre grafene di alta qualità, non è scalabile per la produzione di massa o su grandi superfici a causa della sua natura ad alta intensità di lavoro e delle piccole dimensioni dei fiocchi di grafene risultanti.
3. Esfoliazione in fase liquida
Questo metodo prevede la dispersione della grafite in un mezzo liquido per esfoliarla in singoli fogli di grafene.
La riduzione dell'ossido di grafene è un altro approccio in cui l'ossido di grafene, una forma chimicamente modificata di grafene con gruppi contenenti ossigeno, viene ridotto per ripristinare le sue proprietà elettriche.
Questi metodi possono produrre polveri e nanoparticelle di grafene, utilizzate in varie applicazioni come l'accumulo di energia, i compositi polimerici e i rivestimenti.
4. Riduzione dell'ossido di grafene (GO)
La riduzione dell'ossido di grafene è un altro approccio in cui l'ossido di grafene, una forma chimicamente modificata di grafene con gruppi contenenti ossigeno, viene ridotto per ripristinare le sue proprietà elettriche.
Questi metodi possono produrre polveri e nanoparticelle di grafene, utilizzate in varie applicazioni come l'accumulo di energia, i compositi polimerici e i rivestimenti.
5. Applicazioni e tendenze di mercato
La scelta del metodo di sintesi del grafene dipende in modo significativo dall'applicazione prevista.
Ad esempio, il grafene ottenuto tramite CVD è preferito per l'elettronica e i sensori ad alte prestazioni, grazie alla sua elevata qualità e al basso numero di difetti.
Al contrario, le polveri e le nanoparticelle di grafene, tipicamente prodotte con metodi top-down, sono più adatte per applicazioni come gli inchiostri conduttivi e gli additivi nei compositi.
Si prevede che il mercato del grafene crescerà in modo significativo, con le applicazioni di nanoparticelle e polveri che domineranno nel breve e medio termine.
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