Il processo di sintesi del grafene prevede principalmente la deposizione chimica da vapore (CVD).
Questo metodo fa crescere film di grafene di alta qualità su vari substrati, in particolare metalli di transizione come il nichel e il rame.
La CVD è favorita per la sua capacità di produrre film di grafene uniformi e di grande superficie, adatti alle applicazioni industriali.
Qual è il processo di sintesi del grafene? 5 fasi chiave spiegate
1. Catalizzatore e substrato
Il processo inizia con un catalizzatore, solitamente rame o nichel, che viene utilizzato come substrato.
Questi metalli vengono scelti per la loro capacità di interagire con gli atomi di carbonio durante il processo di deposizione.
Il rame, ad esempio, ha una bassa solubilità del carbonio, che consente la formazione di grafene monostrato attraverso l'adsorbimento superficiale.
Il nichel ha un'elevata solubilità del carbonio, che facilita la diffusione e la segregazione degli atomi di carbonio.
2. Gas di trasporto e materiale di alimentazione
Il catalizzatore è esposto a gas portanti, in genere idrogeno o argon, e a un materiale di alimentazione come il metano.
Questi gas vengono introdotti nella camera di reazione dove si decompongono ad alte temperature, rilasciando atomi di carbonio.
3. Condizioni di crescita
La temperatura, la pressione e la durata della reazione sono parametri critici che devono essere controllati con precisione per garantire la qualità e l'uniformità del film di grafene.
Gli atomi di carbonio del metano decomposto si diffondono nel substrato metallico e poi precipitano come grafene durante il processo di raffreddamento.
4. Raffreddamento e trasferimento
Dopo la fase di crescita, il sistema viene raffreddato e il grafene si forma sulla superficie del metallo.
Il grafene viene quindi trasferito su un substrato desiderato utilizzando metodi che impediscono la contaminazione e il danneggiamento del delicato film.
5. Applicazioni industriali
Il metodo CVD, in particolare l'utilizzo di fogli di rame, è stato industrializzato per la produzione su larga scala di film di grafene.
Sono state sviluppate tecniche come i processi batch-to-batch (B2B) e roll-to-roll (R2R) per ottimizzare la produzione e ottenere film di grafene di grande larghezza e lunghezza.
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