(PhysOrg.com) -- Una revisione tempestiva che analizza la correlazione dei metodi di sintesi e delle proprietà fisiche dei fiocchi di grafene a strato singolo ea pochi strati.

Una rassegna dei metodi utilizzati per sintetizzare il grafene sia a strato singolo che a pochi strati e le proprietà risultanti è presentata da C.N.R. Rao e colleghi del Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research e dell'Indian Institute of Science, Bangalore. L'articolo è stato pubblicato di recente su Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Il gruppo non confronta solo l'elettrico, proprietà magnetiche e di superficie del grafene risultante [2] ma in base alle proprie ricerche, gli autori descrivono le proprietà fisiche dei compositi grafene-polimero e dei transistor ad effetto di campo fabbricati utilizzando grafene.

Dal primo rapporto sull'isolamento meccanico del grafene dalla grafite, l'interesse per le proprietà fisiche e le potenziali applicazioni, come elettrodi trasparenti per celle solari, nanoelettronica e strutture meccaniche robuste, ha portato a un aumento senza precedenti del numero di pubblicazioni sulla sintesi, proprietà e applicazioni di questo materiale 2D unico.

Ma il campo è ancora agli inizi, con sfide e problemi da risolvere, in particolare gli effetti del metodo di sintesi sulle proprietà del grafene risultante.

Il Premio Nobel per la Fisica 2010 è stato assegnato ad Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester "per gli esperimenti pionieristici riguardanti il ​​materiale bidimensionale grafene", una struttura unica di carbonio dello spessore di un solo atomo che ha catturato l'immaginazione degli scienziati dei materiali di tutto il mondo. largo.

I ricercatori di Manchester hanno riferito sull'estrazione e le proprietà del grafene nel 2004 [1]. La semplicità della "sintesi" ha sorpreso molti scienziati, perché chi avrebbe mai immaginato di poter isolare uno strato atomico di carbonio da un blocco di grafite con un pezzo di nastro adesivo?

Il grafene a strato singolo (SLG) viene prodotto "pelando" meccanicamente uno strato di carbonio da grafite pirolitica altamente ordinata, che viene poi trasferito su un substrato di silicio. chimicamente, SLG viene preparato per riduzione di una dispersione di ossido di grafene monostrato con idrazina. Questo ossido di grafene ridotto (RGO) risultante è una sospensione nera che contiene ossigeno residuo, e questo lo distingue dalle SLG ottenute con altri metodi.

I metodi non chimici per produrre strati SLG includono il riscaldamento di 6H-SiC monocristallino con terminazione Si (0001) sotto vuoto tra 1250 e 1450 ºC per alcuni minuti e la decomposizione di idrocarburi:metano, etilene, acetilene e benzene— su fogli di metalli di transizione catalitici come il Ni. La ricerca degli autori sulla deposizione chimica da vapore su film di nichel e cobalto ha mostrato che il numero di strati dipende dalla scelta degli idrocarburi e dalle conduzioni sperimentali, e soprattutto, che gli strati di grafene erano difficili da rimuovere dalla superficie metallica dopo il raffreddamento.

Metodi ben noti per produrre grafene a pochi strati sono l'esfoliazione termica dell'ossido di grafite a 1050 ºC, la reazione chimica di una soluzione acquosa di SGO con idrazina idrata alla temperatura di riflusso o mediante riscaldamento a microonde, riscaldare particelle di nanodiamante da 4-6 nm in un'atmosfera inerte o riducente a una temperatura superiore a 1500 ºC, ed evaporazione ad arco di grafite in un'atmosfera di idrogeno. Il team ha scoperto che quest'ultimo metodo produce grafene con solo 2-3 strati di fiocchi di 100-200 nm, sebbene notino che controllare il numero di strati di grafene è ancora una sfida.

L'area superficiale del grafene è un parametro importante per applicazioni come il rilevamento di gas e lo stoccaggio di gas come l'idrogeno. Rispetto al grafene a strato singolo, quale teoria prevede di avere una grande superficie di 2600 m ² /G, le misurazioni del gruppo di Bangalore sul grafene a pochi strati hanno mostrato che la superficie era di 270–1550 m ² /G.

La struttura elettronica del grafene è determinata dagli "stati limite" dei fiocchi di grafene, con grafene a doppio strato previsto per essere ferromagnetico. Rao e collaboratori hanno mostrato che le temperature di Curie-Weiss ottenute dai dati di suscettibilità inversa alle alte temperature erano negative in tutti i campioni misurati da loro, indicando antiferromagnetismo. Gli autori rilevano la possibilità della coesistenza di diversi tipi di stati magnetici all'interno di un singolo fiocco di grafene. Inoltre, tutti i campioni di grafene hanno mostrato isteresi magnetica a temperatura ambiente, con misurazioni di risonanza paramagnetica elettronica che suggeriscono che questo comportamento non ha avuto origine da impurità di metalli di transizione.

Le misurazioni elettriche hanno mostrato un comportamento semiconduttore in grafene a pochi strati con conduttività in aumento tra 35 e 300 K, che è diverso dalla natura metallica esibita dal grafene monostrato, e la conduttività elettrica dei campioni di grafene diminuiva con l'aumentare del numero di strati. Per di più, i campioni di grafene a pochi strati erano di tipo n e adatti alla fabbricazione di transistor ad effetto di campo, ei migliori transistor sono stati realizzati con grafene a pochi strati prodotto dalla scarica ad arco di grafite in idrogeno. Nelle misurazioni su compositi di un polimero e grafene a pochi strati (PMMA-RGO, PMMA-HG e PVA-EG), la conduttività elettrica dei compositi aumentava con l'aumentare del contenuto di grafene. Le misurazioni termoelettriche hanno rivelato una potenza termica relativamente piccola nei grafene a pochi strati rispetto al grafene a strato singolo. interessante, i grafeni a pochi strati con l'area superficiale più ampia hanno mostrato la più forte interazione con le molecole donatori e accettori di elettroni tramite trasferimento di carica molecolare.

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