El grafeno, una película de un átomo de espesor, se prepara mediante un proceso denominado deposición química en fase vapor (CVD). Este método consiste en la descomposición de gases de hidrocarburos sobre un sustrato metálico a altas temperaturas. Permite controlar el grosor de la capa de grafeno y producir grafeno de alta calidad y gran superficie.
Explicación de los 5 pasos clave
1. Preparación del sustrato metálico
El sustrato metálico, normalmente de cobre, platino o iridio, se coloca en un horno de alta temperatura.
2. 2. Introducción del gas hidrocarburo
Se introduce un gas hidrocarburo, como metano o etileno, en la cámara de reacción.
3. Descomposición y formación de grafeno
A altas temperaturas (en torno a 1.000 °C), el gas hidrocarburo se descompone en átomos de carbono individuales que se unen a la superficie del metal. Estos átomos de carbono se ensamblan para formar una película continua de grafeno.
4. Parámetros de control
El grosor y la calidad del grafeno pueden controlarse ajustando parámetros como el caudal de gas, la temperatura y el tiempo de exposición.
5. Separación y transferencia
Tras la formación, el grafeno se separa del sustrato metálico y se transfiere al sustrato deseado para su uso posterior.
Explicación detallada
Función del sustrato metálico
El sustrato metálico actúa como catalizador para reducir la barrera energética de la reacción y como superficie para la nucleación del grafeno. La elección del metal afecta a la calidad y al mecanismo de crecimiento del grafeno. Por ejemplo, el cobre se utiliza a menudo por su capacidad para favorecer el crecimiento del grafeno monocapa.
Descomposición del gas hidrocarburo
El gas hidrocarburo se descompone a altas temperaturas dentro de la cámara de reacción, liberando átomos de carbono. Estos átomos son muy reactivos y se unen fácilmente a la superficie metálica.
Formación del grafeno
Los átomos de carbono se organizan en una estructura reticular hexagonal característica del grafeno. Este proceso se ve facilitado por las propiedades catalíticas del sustrato metálico, que contribuye a la formación eficaz de la red de grafeno.
Parámetros de control
Ajustando el caudal de gas, la temperatura y el tiempo, se pueden optimizar las condiciones para producir grafeno con las propiedades deseadas. Por ejemplo, el aumento de la temperatura o del caudal de gas puede dar lugar a capas de grafeno más gruesas.
Separación y transferencia
Una vez formado el grafeno, se suele separar del sustrato metálico mediante un proceso de transferencia. Para ello, se graba el metal o se utiliza un soporte de polímero para separar el grafeno del metal y colocarlo en otro sustrato en el que se utilizará para aplicaciones como la electrónica o los materiales compuestos.
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