El grafeno monocapa se produce principalmente mediante un proceso conocido como deposición química en fase vapor (CVD).
Este método consiste en la deposición controlada de átomos de carbono sobre un sustrato, normalmente una lámina de cobre, en condiciones específicas de temperatura, flujo de gas y presión.
El proceso se regula meticulosamente para garantizar la formación de una monocapa uniforme de grafeno con defectos mínimos.
Explicación de los 5 pasos clave
1. Configuración del proceso CVD
El proceso CVD para la síntesis de grafeno suele utilizar metano (CH4) e hidrógeno (H2) como fuentes de gas.
Estos gases se introducen en un reactor de CVD en el que una lámina de cobre sirve de sustrato.
El cobre se elige porque tiene una alta solubilidad para el carbono, lo que ayuda a la formación del grafeno.
2. Control de la temperatura y del flujo de gas
La temperatura dentro del reactor se controla cuidadosamente y suele oscilar entre 900 y 1.000 grados centígrados.
Esta alta temperatura facilita la disociación del metano en átomos de carbono e hidrógeno.
El hidrógeno actúa como agente reductor, mientras que los átomos de carbono se depositan sobre la superficie de cobre.
Los caudales de gas también son cruciales, ya que influyen en la velocidad de deposición del carbono y en la calidad del grafeno formado.
3. Formación del grafeno
A medida que los átomos de carbono se depositan sobre el cobre, se organizan en una estructura reticular hexagonal característica del grafeno.
El proceso se controla para garantizar que sólo se forme una única capa de grafeno.
Esto se consigue optimizando la velocidad de enfriamiento y los parámetros generales del proceso para evitar la formación de capas adicionales.
4. Eliminación selectiva del grafeno multicapa
Para garantizar la pureza del grafeno monocapa, se emplean técnicas como el uso de una lámina de tungsteno (W) absorbente de carbono encerrada en una lámina de cobre.
Este método elimina selectivamente el grafeno bicapa o tricapa, dejando intacto el grafeno monocapa.
5. Transferencia a los sustratos deseados
Una vez cultivado el grafeno, a menudo es necesario transferirlo a otros sustratos para diversas aplicaciones.
Este proceso de transferencia debe realizarse con cuidado para evitar introducir defectos o contaminantes.
Se utilizan técnicas como la transferencia de sustrato disuelto o la transferencia de sustrato separado, en función de los requisitos de la aplicación.
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