El principal reto de la producción de grafeno a gran escala es conseguir una alta calidad, homogeneidad y rentabilidad, manteniendo al mismo tiempo las excepcionales propiedades del material.
4 principales retos de la producción de grafeno a gran escala
1. Control de la calidad de las láminas de grafeno
Producir láminas de grafeno monocapa de tamaño macro con una calidad homogénea en grandes superficies es un reto importante.
Para ello es necesario conocer a fondo los métodos sintéticos, como la deposición química en fase vapor (CVD).
Se utilizan técnicas como la imagen Raman para controlar los parámetros y mecanismos críticos que rigen la nucleación y el crecimiento del grafeno.
El objetivo es minimizar los defectos y garantizar una alta movilidad de los portadores, que son esenciales para mantener las notables propiedades del grafeno, como una movilidad de electrones ultraelevada y una conductividad térmica excepcional.
2. Idoneidad industrial del proceso de producción
Para la producción a gran escala, las técnicas deben ser realmente adecuadas desde el punto de vista industrial.
Esto incluye consideraciones como la eficiencia energética (por ejemplo, síntesis a baja temperatura para ahorrar costes energéticos) y los costes de material (por ejemplo, fuentes de carbono alternativas o películas portadoras para la transferencia de grafeno).
La introducción de procesos de recocido a alta temperatura, por ejemplo, podría contradecir el objetivo de un proceso a baja temperatura.
Además, la atención se desplaza de las métricas de muestras individuales a aspectos más amplios como la homogeneidad, la fiabilidad y la estabilidad, que son cruciales para la producción en masa.
3. Problemas de transferencia y contaminación
La transferencia del grafeno del sustrato de crecimiento al sustrato de aplicación final sigue siendo un cuello de botella en el proceso de producción.
Este paso suele introducir defectos y contaminantes que degradan la calidad del grafeno.
Es esencial disponer de métodos de transferencia eficaces para garantizar que el grafeno mantenga sus propiedades tras la transferencia.
4. Utilizar grafeno "real
Es necesario pasar del grafeno ideal al grafeno real, que es inherentemente defectuoso y está contaminado.
Esto implica desarrollar técnicas de fabricación de dispositivos que puedan aprovechar las propiedades del grafeno en su forma real.
Es crucial identificar aplicaciones en las que la presencia de defectos no afecte significativamente al rendimiento.
Por ejemplo, aplicaciones como los electrodos conductores transparentes para pantallas táctiles requieren una baja resistencia de la lámina y una buena uniformidad, más que una alta movilidad del portador.
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