p Grafeno, a forma cristalina bidimensional do carbono, é um superstar em potencial para a indústria de eletrônicos. Com elétrons assustadoramente móveis que podem atravessar o material quase à velocidade da luz - 100 vezes mais rápido do que os elétrons podem se mover através do silício - o grafeno poderia ser usado para fazer transistores super rápidos ou chips de memória de computador. A estrutura atômica única do grafeno em "arame de galinheiro" exibe incrível flexibilidade e resistência mecânica, bem como propriedades ópticas incomuns que poderiam abrir uma série de portas promissoras nas indústrias de eletrônicos e fotônica. Contudo, entre os obstáculos que impedem o grafeno de se juntar ao panteão de materiais de alta tecnologia de estrelas, talvez nada pareça maior do que apenas aprender a fazer as coisas em alta qualidade e em quantidades utilizáveis. p "Antes de podermos utilizar totalmente as propriedades eletrônicas superiores do grafeno em dispositivos, devemos primeiro desenvolver um método de formação de filmes de grafeno de camada única uniformes em substratos não condutores em grande escala, "diz Yuegang Zhang, um cientista de materiais do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Métodos de fabricação atuais baseados em clivagem mecânica ou recozimento a vácuo ultra-alto, ele diz, são inadequados para produção em escala comercial. Filmes de grafeno feitos por meio de deposição baseada em solução e redução química têm sofrido de qualidade pobre ou irregular.

p Zhang e colegas da Fundição Molecular do Berkeley Lab, um centro do Departamento de Energia dos EUA (DOE) para nanociências, deram um passo significativo para superar esse grande obstáculo. Eles usaram com sucesso a deposição química direta de vapor (CVD) para sintetizar filmes de camada única de grafeno em um substrato dielétrico. Zhang e seus colegas fizeram seus filmes de grafeno decompondo cataliticamente precursores de hidrocarbonetos sobre filmes finos de cobre que haviam sido pré-depositados no substrato dielétrico. Os filmes de cobre subsequentemente desparafinados (separados em poças ou gotículas) e foram evaporados. O produto final foi um filme de grafeno de camada única em um dielétrico nu.

p "Esta é uma notícia empolgante para aplicações eletrônicas porque a deposição de vapor químico é uma técnica já amplamente utilizada na indústria de semicondutores, "Zhang diz." Além disso, podemos aprender mais sobre o crescimento do grafeno nas superfícies do catalisador de metal observando a evolução dos filmes após a evaporação do cobre. Isso deve estabelecer uma base importante para um maior controle do processo e nos permitir adaptar as propriedades desses filmes ou produzir morfologias desejadas, como nanofitas de grafeno. "

p Zhang e seus colegas relataram suas descobertas no jornal Nano Letras em um artigo intitulado, "Direct Chemical Vapor Deposition of Graphene on Dielectric Surfaces." Outros co-autores deste artigo foram Ariel Ismach, Clara Druzgalski, Samuel Penwell, Maxwell Zheng, Ali Javey e Jeffrey Bokor, tudo com o Berkeley Lab.

p Em seu estudo, Zhang e seus colegas usaram a evaporação por feixe de elétrons para depositar filmes de cobre com espessuras de 100 a 450 nanômetros. O cobre foi escolhido porque, como um catalisador de metal de baixa solubilidade em carbono, esperava-se que permitisse um melhor controle sobre o número de camadas de grafeno produzidas. Vários substratos dielétricos diferentes foram avaliados, incluindo quartzo de cristal único, safira, sílica fundida e bolachas de óxido de silício. O CVD do grafeno foi realizado em 1, 000 graus Celsius em durações que variaram de 15 minutos a sete horas.

p "Isso foi feito para nos permitir estudar o efeito da espessura do filme, tipo de substrato e tempo de crescimento de CVD na formação de grafeno, "Zhang diz.

p Uma combinação de mapeamento Raman de varredura e espectroscopia, além da microscopia eletrônica de varredura e de força atômica, confirmou a presença de filmes de grafeno de camada única contínua revestindo áreas livres de metal do substrato dielétrico medindo dezenas de micrômetros quadrados.

p "Melhorias adicionais no controle do processo de orvalho e evaporação podem levar à deposição direta de grafeno padronizado para a fabricação de dispositivos eletrônicos em grande escala, Zhang diz. "Este método também pode ser generalizado e usado para depositar outros materiais bidimensionais, como o nitreto de boro. "

p Até mesmo o aparecimento de rugas nas películas de grafeno que seguiam as linhas da forma de orvalho do cobre poderia ser benéfico a longo prazo. Embora estudos anteriores tenham indicado que as rugas em um filme de grafeno têm um impacto negativo nas propriedades eletrônicas, introduzindo tensões que reduzem a mobilidade do elétron, Zhang acredita que as rugas podem ser uma vantagem.

p “Se pudermos aprender a controlar a formação de rugas em nossos filmes, devemos ser capazes de modular a deformação resultante e, assim, adaptar as propriedades eletrônicas, "Ele diz." Um estudo mais aprofundado da formação de rugas também pode nos dar novas pistas importantes para a formação de nanofitas de grafeno. "