El grafeno CVD se prepara mediante un proceso denominado deposición química en fase vapor (CVD), que consiste en la descomposición de gases de hidrocarburos sobre un sustrato metálico a altas temperaturas para formar una película de grafeno de un átomo de espesor. Este método permite controlar el grosor de la capa de grafeno y producir grafeno de alta calidad y gran superficie.
Resumen del proceso:
- Preparación del sustrato metálico: El sustrato metálico, normalmente de cobre, platino o iridio, se introduce en un horno de alta temperatura.
- Introducción de gas hidrocarburo: Se introduce un gas hidrocarburo, como metano o etileno, en la cámara de reacción.
- Descomposición y formación de grafeno: A altas temperaturas (alrededor de 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.
- 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.
- 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:
- Papel 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 debido a su capacidad para promover el crecimiento de grafeno de una sola capa.
- 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, suele separarse 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 compuestos.
Este proceso de CVD es muy versátil y escalable, lo que lo convierte en el método preferido para producir grafeno para diversas aplicaciones industriales y de investigación.
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