El grafeno puede sintetizarse mediante varios métodos, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones.
¿Cuáles son los distintos métodos de síntesis del grafeno? (Explicación de 4 métodos clave)
1. Deposición química en fase vapor (CVD)
Este método se utiliza ampliamente para producir películas de grafeno de alta calidad a gran escala.
El CVD consiste en el crecimiento de películas de grafeno sobre sustratos como el níquel (Ni) o el cobre (Cu) utilizando gases de hidrocarburos.
En los sustratos de Ni, los átomos de carbono se difunden en el metal a altas temperaturas y precipitan en la superficie durante el enfriamiento.
En los sustratos de Cu, poco solubles en carbono, el grafeno se forma por adsorción superficial.
El CVD es el método preferido por su escalabilidad, rentabilidad y capacidad para producir grafeno monocapa en grandes superficies.
2. Exfoliación en fase líquida
Este método consiste en exfoliar grafito a granel en un disolvente con la tensión superficial adecuada para estabilizar el grafeno resultante.
Se utilizan disolventes como la n-metil-2-pirrolidona (NMP) o soluciones acuosas con tensioactivos.
La energía para la exfoliación suele proceder de la sonicación por ultrasonidos o de altas fuerzas de cizallamiento.
Aunque el rendimiento es relativamente bajo, se puede utilizar la centrifugación para obtener una fracción significativa de copos de grafeno monocapa y de pocas capas.
3. Sublimación controlada de SiC
Este método implica la descomposición térmica de un sustrato de SiC en un vacío ultraalto para minimizar la contaminación.
Tras la desorción del silicio, el exceso de carbono en la superficie se reorganiza para formar una red hexagonal, produciendo grafeno epitaxial.
Sin embargo, este método es costoso y requiere cantidades significativas de Si para su producción a gran escala.
4. CVD con sustratos de crecimiento y fuente de gas hidrocarburo
Este método se diferencia en función de la solubilidad del carbono del sustrato.
En sustratos de alta solubilidad, como el Ni, se produce difusión y segregación de carbono, mientras que en sustratos de baja solubilidad, como el Cu, el mecanismo principal es la adsorción superficial.
El CVD sobre sustratos metálicos, especialmente el Cu, ha dado los resultados más prometedores para la producción de grafeno monocapa de gran superficie.
Cada uno de estos métodos se ha desarrollado para responder a necesidades específicas de la producción de grafeno, como la calidad, la escalabilidad y el coste.
La elección del método depende de la aplicación prevista y de los recursos disponibles.
Por ejemplo, el CVD es ideal para la producción industrial a gran escala debido a su escalabilidad y rentabilidad, mientras que la exfoliación en fase líquida puede ser preferible para experimentos a escala de laboratorio o aplicaciones que requieran pequeñas cantidades de grafeno.
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