El mecanismo de crecimiento del grafeno está influido principalmente por el tipo de catalizador metálico utilizado, siendo los más comunes el cobre (Cu) y el níquel (Ni). El Cu, con su baja solubilidad en carbono, facilita un mecanismo de crecimiento superficial en el que el grafeno se forma a altas temperaturas en la superficie del Cu mediante la descomposición de hidrocarburos. Por el contrario, el Ni, debido a su alta solubilidad en carbono, permite un mecanismo que implica la segregación y precipitación de la superficie. En este caso, el carbono se difunde en la masa de Ni a altas temperaturas y se segrega al enfriarse, dando lugar a la formación de láminas de grafeno en la superficie del metal.
Crecimiento superficial en Cu:
El crecimiento de grafeno en Cu implica un proceso en el que los hidrocarburos se descomponen a altas temperaturas, liberando átomos de carbono que se ensamblan en la superficie de Cu. Este mecanismo se ve favorecido porque el Cu no disuelve fácilmente el carbono, lo que obliga al carbono a permanecer en la superficie y formar grafeno. El crecimiento suele ser un proceso bidimensional, en el que las especies de carbono se añaden a los bordes de las islas de grafeno en crecimiento y acaban formando una monocapa continua. Una vez que se forma una capa completa, la superficie se vuelve menos reactiva, lo que inhibe el crecimiento de capas adicionales.Segregación y precipitación sobre Ni:
En cambio, el mecanismo de crecimiento sobre Ni es más complejo debido a su capacidad para disolver carbono. Durante la síntesis a alta temperatura, los átomos de carbono se difunden en el Ni. Al enfriarse el sistema, estos átomos de carbono se segregan y precipitan fuera del Ni, formando capas de grafeno en la superficie. En este proceso influyen la velocidad de enfriamiento y la concentración inicial de carbono en el Ni, que pueden afectar al número y la calidad de las capas de grafeno producidas.
Influencia de las condiciones de síntesis:
La nucleación y el crecimiento del grafeno dependen en gran medida de diversas condiciones de síntesis, como la temperatura, la presión, el flujo y la composición del precursor y las propiedades del catalizador, incluida su cristalinidad, composición, faceta del cristal y rugosidad de la superficie. Estos factores pueden influir significativamente en la forma, orientación, cristalinidad, densidad de nucleación, densidad de defectos y evolución de los cristales de grafeno.
Investigación y desarrollo:
