Il substrato migliore per il grafene dipende dall'applicazione specifica e dal metodo di produzione del grafene. Il rame, il cobalto e il nichel sono substrati altamente qualificati comunemente utilizzati nella deposizione chimica da vapore (CVD) per la produzione di film di grafene a uno o più strati. Il rame, in particolare, è favorito per la sua capacità di produrre grafene di alta qualità e di grande superficie. Per la crescita epitassiale, i substrati Ge(110) e Cu(111) sono adatti perché si adattano bene al reticolo del grafene, consentendo la crescita di più grani di grafene con lo stesso orientamento. Inoltre, il nitruro di boro esagonale (h-BN) e il biossido di silicio (Si/SiO2) sono utilizzati per applicazioni come i transistor a effetto campo. In definitiva, la scelta del substrato deve essere in linea con le proprietà desiderate del grafene e con il metodo di produzione specifico.
Punti chiave spiegati:
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Rame, cobalto e nichel come substrati CVD:
- Questi metalli sono ampiamente utilizzati nella CVD per la produzione di grafene grazie alla loro capacità di facilitare la crescita di film di grafene sia a singolo che a più strati.
- Il rame è particolarmente apprezzato perché consente la produzione di grafene di alta qualità e di grande superficie, il che lo rende una scelta preferenziale per molte applicazioni.
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Crescita epitassiale su Ge(110) e Cu(111):
- I substrati Ge(110) e Cu(111) sono ideali per la crescita epitassiale del grafene perché le loro strutture reticolari si adattano bene al grafene.
- Questa corrispondenza consente la crescita di più grani di grafene con lo stesso orientamento, che è fondamentale per produrre film di grafene uniformi e di alta qualità.
- Recenti progressi hanno reso possibile la preparazione di lamine monocristalline di Cu(111) di grande superficie, superando le precedenti limitazioni nella disponibilità del substrato.
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Substrati specifici per le applicazioni:
- Per i transistor a effetto di campo, vengono comunemente utilizzati substrati come il nitruro di boro esagonale (h-BN) e il biossido di silicio (Si/SiO2).
- Questi substrati offrono le proprietà necessarie per le applicazioni elettroniche, come l'elevata mobilità dei portatori e la bassa dispersione interfacciale.
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Fonti di carbonio per la produzione di grafene:
- Il gas metano è la fonte di carbonio più popolare per la produzione di grafene grazie alla sua efficienza e facilità di utilizzo.
- L'asfalto di petrolio è un'alternativa meno popolare ma poco costosa, anche se più impegnativa da lavorare.
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Criteri di selezione del substrato:
- La scelta del substrato deve basarsi sui requisiti specifici dell'applicazione del grafene, come le proprietà elettriche, la resistenza meccanica e la conducibilità termica desiderate.
- Anche il metodo di produzione (ad esempio, CVD, crescita epitassiale) gioca un ruolo importante nel determinare il substrato più adatto.
Tenendo conto di questi fattori, è possibile selezionare il miglior substrato per la produzione di grafene in base alle proprie esigenze e applicazioni specifiche.
Tabella riassuntiva:
| Substrato | Caratteristiche principali | Applicazioni |
|---|---|---|
| Rame | Produce grafene di grande superficie e di alta qualità; ampiamente utilizzato nella CVD. | Produzione generale di grafene |
| Cobalto/Nichel | Facilita la crescita di grafene monostrato e multistrato in CVD. | Film di grafene multistrato |
| Ge(110)/Cu(111) | Il reticolo corrisponde al grafene; consente un orientamento uniforme dei grani. | Crescita epitassiale |
| h-BN/Si/SiO2 | Alta mobilità dei portatori, bassa dispersione interfacciale. | Transistor a effetto di campo |
| Gas metano | Fonte di carbonio efficiente e facile da usare per la produzione di grafene. | Sintesi del grafene CVD |
| Petrolio Asfalto | Poco costoso ma impegnativo da lavorare. | Fonte di carbonio alternativa |
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