La temperatura de crecimiento del grafeno suele oscilar entre 800 y 1050 °C. Este rango de temperaturas es necesario para facilitar la descomposición de los precursores de carbono y la posterior formación de las capas de grafeno.
Explicación de 4 factores clave
1. Mecanismos de crecimiento dependientes del catalizador
Catalizador de cobre: El cobre tiene una baja solubilidad en carbono, lo que conduce a un mecanismo de crecimiento basado en la superficie. En este caso, el grafeno se forma a altas temperaturas, concretamente a la temperatura de descomposición del hidrocarburo en la superficie del cobre. Este mecanismo requiere temperaturas en torno a los 1000 °C para descomponer eficazmente los precursores de carbono y formar grafeno.
Catalizador de níquel: El níquel, con su alta solubilidad de carbono, promueve un mecanismo que implica la segregación y precipitación de la superficie. El carbono se difunde en la masa de níquel a altas temperaturas y forma láminas de grafeno durante el proceso de enfriamiento. La temperatura necesaria para este mecanismo también es elevada, normalmente en torno a 1000 °C, para garantizar una difusión y precipitación de carbono suficientes.
2. Proceso de pirólisis y CVD
La etapa inicial de la síntesis de grafeno implica la pirólisis, que es la descomposición de materiales basados en carbono mediante calor. Este proceso suele requerir temperaturas extremadamente altas (más de 1000 °C). Sin embargo, el uso de catalizadores metálicos puede reducir la temperatura de reacción necesaria.
Durante la deposición química de vapor (CVD), los precursores de carbono se adsorben en la superficie del catalizador y se descomponen para formar diversas especies de carbono. Estas especies son los componentes básicos para el crecimiento del grafeno. La temperatura durante el CVD es crucial, ya que afecta a la velocidad de descomposición de los precursores y a la formación de las capas de grafeno.
3. Influencia de la temperatura en la calidad del grafeno
La temperatura no sólo influye en la velocidad de reacción, sino también en la calidad del grafeno producido. Las altas temperaturas pueden aumentar la velocidad de reacción, pero también plantean mayores riesgos de seguridad y costes energéticos. Además, la temperatura debe controlarse para evitar reacciones no deseadas y garantizar un espesor uniforme del grafeno depositado sobre el sustrato.
4. Factores ambientales
El crecimiento del grafeno también se ve influido por factores ambientales como la presión circundante, el gas portador y el material de la cámara. Estos factores pueden afectar a la nucleación y el crecimiento del grafeno, especialmente a temperaturas más bajas en las que la contaminación por petróleo y gas puede favorecer o inhibir la formación de grafeno.
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