El grafeno, una única capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, ha suscitado gran interés por sus extraordinarias propiedades.
Para aprovechar estas propiedades, se han desarrollado varias técnicas para su crecimiento.
A continuación, analizamos cinco métodos clave utilizados para producir grafeno.
¿Cuáles son las técnicas de crecimiento del grafeno? (Explicación de los 5 métodos principales)
1. Deposición química en fase vapor (CVD)
El depósito químico en fase vapor (CVD) es uno de los métodos más prometedores para producir grafeno monocapa de alta calidad en grandes superficies.
En la CVD se utiliza una fuente de gas hidrocarburo.
El crecimiento se produce por difusión y segregación de carbono en un sustrato metálico con alta solubilidad de carbono (por ejemplo, Ni) o por adsorción superficial en un metal con baja solubilidad de carbono (por ejemplo, Cu).
El método de captura de vapor, una técnica específica de CVD, implica el uso de un tubo de cuarzo grande y otro pequeño en los que el CH4/H2 se vuela en el tubo grande y la lámina de Cu se carga en el tubo pequeño.
Este método permite el crecimiento de flores de grafeno de grano grande al crear una distribución cuasistática del gas reactante y reducir el suministro de carbono.
2. Exfoliación en fase líquida
La exfoliación en fase líquida consiste en exfoliar grafeno a granel dentro de un disolvente utilizando energía.
Normalmente, se utilizan disolventes no acuosos como la n-metil-2-pirrolidona (NMP) o soluciones acuosas con un tensioactivo.
La energía para la exfoliación puede proceder de la sonicación por ultrasonidos o de altas fuerzas de cizallamiento.
Este método es adecuado para la producción en masa, pero suele dar lugar a una menor calidad eléctrica en comparación con el CVD.
3. Sublimación de carburo de silicio (SiC)
La sublimación del carburo de silicio (SiC) consiste en la descomposición térmica de un sustrato de SiC en un vacío ultraalto para minimizar la contaminación.
El exceso de carbono en la superficie se reorganiza para formar una red hexagonal, dando lugar al grafeno epitaxial.
Sin embargo, este método es costoso y requiere grandes cantidades de Si para su producción a gran escala.
4. Crecimiento directo en sustratos no metálicos
El crecimiento directo en sustratos no metálicos consiste en cultivar grafeno directamente sobre superficies no metálicas, que tienen una actividad catalítica más débil que las superficies metálicas.
Esto puede compensarse utilizando altas temperaturas, catálisis asistida por metales o CVD mejorado por plasma.
Aunque la calidad del grafeno producido por este método no es tan alta, se considera un método potencial para futuras aplicaciones industriales.
5. Híbridos 2D
Los híbridos 2D consisten en hibridar grafeno con otros materiales 2D para mejorar las aplicaciones tecnológicas.
Por ejemplo, el uso de películas de nitruro de boro hexagonal (h-BN) como sustratos puede mejorar las características de corriente-voltaje de los FET de grafeno.
Estos híbridos pueden crearse apilando materiales mediante transferencia capa a capa o por crecimiento directo; este último método ofrece escalabilidad y menos contaminación.
Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y desafíos, siendo el CVD el más utilizado para la producción de grafeno de alta calidad y gran superficie debido a su relativa rentabilidad y escalabilidad.
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