Grafeno é produzido grande e limpo pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2024

Grafeno de alta pureza sintetizado em pastilhas ultraplanas de cobre e safira.
[Imagem: Zhiying Wang/Columbia University]

Grafeno puro

O grafeno tem potencialidades de aplicação quase inumeráveis, não fosse um pequeno problema: É muito difícil fabricar grafeno puro e sem defeitos.

Quase duas décadas depois de o material - uma única camada de átomos de carbono - ter garantido o Prêmio Nobel de Física aos cientistas que o retiraram do grafite usando uma fita adesiva, talvez isto agora possa começar a mudar.

Jacob Amontree e colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, descobriram a causa das sujeiras que contaminam o grafeno, e então usaram esse conhecimento para criar uma técnica que permite fabricar "grafeno limpo", ou seja, sem impurezas.

A técnica original de produção de grafeno, usando uma fita adesiva, cria folhas de grafeno muito puras, mas elas tendem a ser pequenas demais - com apenas algumas dezenas de micrômetros de diâmetro - para aplicações em escala industrial, embora sirvam bem para pesquisas em laboratório.

A segunda técnica disponível, desenvolvida cerca de 15 anos atrás, conhecida como crescimento por deposição química de vapor (DQV), consiste em passar um gás contendo carbono, como o metano, sobre uma superfície de cobre a uma temperatura alta o suficiente (cerca de 1000 °C) para que o metano se separe e os átomos de carbono se reorganizem para formar uma única camada de grafeno.

O crescimento por DQV pode ser usado para criar amostras de grafeno com centímetros ou até metros de tamanho. No entanto, apesar de anos de esforço de grupos de pesquisas em todo o mundo, as amostras sintetizadas por esta técnica têm qualidade muito variável - elas saem "sujas".

A equipe já produziu mais de 100 amostras idênticas de grafeno com sua técnica de deposição química de vapor livre de oxigênio.
[Imagem: Jacob Amontree/Christian Cupo]

Deposição química de vapor livre de oxigênio

Agora, a equipe descobriu o que causa as sujeiras no grafeno produzido por DQV: o oxigênio. Quando mesmo traços de oxigênio foram eliminados da atmosfera na qual o cristal de grafeno cresce, o crescimento do grafeno foi muito mais rápido e, melhor ainda, os cristais começaram a sair como em uma linha de produção, muito similares entre si.

O mais importante, contudo, é que a qualidade das amostras de grafeno cultivadas sem oxigênio é virtualmente idêntica à do grafeno esfoliado, produzido com a fita adesiva - só que muito maiores.

"Mostramos que a eliminação de praticamente todo o oxigênio do processo de crescimento é a chave para alcançar a síntese de grafeno DQV reproduzível e de alta qualidade," disse o professor James Hone. "Este é um marco para a produção em larga escala de grafeno."

A equipe planeja agora desenvolver um método para transferir de forma limpa seu grafeno de alta qualidade do catalisador de crescimento de metal para outros substratos funcionais, como o silício - esta é a peça final do quebra-cabeça para tirar proveito ao máximo dos potenciais do grafeno.

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