Il meccanismo del grafene CVD prevede un processo in due fasi: dissoluzione e segregazione.
Nella prima fase, gli atomi di carbonio vengono diluiti o incorporati in un catalizzatore di metalli di transizione, come nichel, rame, platino o iridio. Questo processo è noto come dissoluzione. Gli atomi di carbonio si diffondono nel substrato metallico, spinti dalle alte temperature al suo interno. Più alta è la temperatura, più veloce è il processo di diffusione. Anche la durata del tempo gioca un ruolo importante, poiché gli atomi di carbonio hanno bisogno di più tempo per raggiungere lo stato di saturazione nei film metallici più spessi.
Nella seconda fase, nota come segregazione, gli atomi di carbonio si raffreddano rapidamente, separandosi dal substrato metallico e formando uno strato di grafene. Questo rapido raffreddamento può essere ottenuto riducendo la temperatura o utilizzando un agente refrigerante. Le specie di carbonio che si sono diffuse nel substrato metallico reagiscono tra loro per formare piccoli cluster di carbonio. Quando questi cluster superano una dimensione critica, i cristalli di grafene si nucleano e crescono sulla superficie del catalizzatore.
Il processo di grafene CVD prevede la deposizione di gas contenenti carbonio su una superficie metallica all'interno di una camera di reazione riscaldata. Il catalizzatore metallico funge sia da catalizzatore per la decomposizione delle specie di carbonio sia da superficie per la nucleazione del reticolo di grafene. La temperatura, la pressione, la durata del tempo e altre condizioni devono essere attentamente monitorate per garantire il successo della crescita del grafene.
Il grafene CVD ha suscitato un notevole interesse per le sue proprietà uniche, come l'elevata elasticità, la resistenza meccanica e l'alta conducibilità elettrica e termica. Può essere prodotto in grandi quantità con il metodo CVD e può essere trasferito su diversi substrati per varie applicazioni. I precursori del carbonio, come il metano, vengono convertiti in grafene sulla superficie di un catalizzatore metallico, come il rame, attraverso la decomposizione e la formazione di cluster di carbonio. La reazione CVD avviene tipicamente ad alte temperature, intorno ai 1000 °C. Quando i cluster di carbonio superano una dimensione critica, i cristalli di grafene si nucleano e crescono, formando uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un singolo atomo.
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