p (PhysOrg.com) - Uma revisão oportuna analisando a correlação de métodos de síntese e propriedades físicas de flocos de grafeno de camada única e poucas camadas. p Uma revisão dos métodos usados ​​para sintetizar grafeno de camada única e de poucas camadas e as propriedades resultantes é apresentada por C.N.R. Rao e colegas do Centro de Pesquisa Científica Avançada e Instituto Indiano de Ciência Jawaharlal Nehru, Bangalore. O artigo foi publicado recentemente em Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados .

p O grupo não só compara o elétrico, propriedades magnéticas e de superfície do grafeno resultante [2], mas com base em suas próprias pesquisas, os autores descrevem as propriedades físicas de compostos de polímero de grafeno e transistores de efeito de campo fabricados com grafeno.

p Desde o primeiro relatório sobre o isolamento mecânico do grafeno da grafite, o interesse nas propriedades físicas e aplicações potenciais, como eletrodos transparentes para células solares, nanoeletrônica e estruturas mecânicas robustas, levou a um aumento sem precedentes no número de publicações sobre a síntese, propriedades e aplicações deste material 2D exclusivo.

p Mas o campo ainda está em sua infância, com desafios e problemas a serem resolvidos, em particular, os efeitos do método de síntese nas propriedades do grafeno resultante.

p O Prêmio Nobel de Física 2010 foi concedido a Andre Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester "por experimentos inovadores relacionados ao grafeno material bidimensional" - uma estrutura única de carbono com apenas um átomo de espessura que cativou a imaginação dos cientistas de materiais do mundo ampla.

p Os pesquisadores de Manchester relataram a extração e as propriedades do grafeno em 2004 [1]. A simplicidade da "síntese" surpreendeu muitos cientistas, pois quem teria imaginado conseguir isolar uma camada atômica de carbono de um bloco de grafite com um pedaço de fita adesiva?

p O grafeno de camada única (SLG) é produzido mecanicamente por ‘descascar’ uma camada de carbono de grafite pirolítica altamente ordenada, que é então transferido para um substrato de silício. Quimicamente, SLG é preparado pela redução de uma dispersão de óxido de grafeno de camada única com hidrazina. Este óxido de grafeno reduzido resultante (RGO) é uma suspensão preta que contém oxigênio residual, e isso o distingue do SLG obtido por outros métodos.

p Métodos não químicos de produção de camadas SLG incluem aquecimento de cristal único 6H-SiC com terminação em Si (0001) no vácuo entre 1250 e 1450 ºC por alguns minutos e decomposição de hidrocarbonetos - metano, etileno, acetileno e benzeno - em folhas de metais de transição catalítica, como Ni. A própria pesquisa dos autores sobre a deposição de vapor químico em filmes de níquel e cobalto mostrou que o número de camadas depende da escolha dos hidrocarbonetos e das conduções experimentais, e mais importante, que as camadas de grafeno eram difíceis de remover da superfície do metal após o resfriamento.

p Métodos bem conhecidos para a produção de grafeno de poucas camadas são esfoliação térmica de óxido de grafite a 1050 ºC, a reação química de uma solução aquosa de SGO com hidrato de hidrazina na temperatura de refluxo ou por aquecimento de microondas, aquecer partículas de nanodiamante de 4-6 nm em uma atmosfera inerte ou redutora acima de 1500 ºC, e evaporação de arco de grafite em uma atmosfera de hidrogênio. A equipe descobriu que o último método produz grafeno com apenas 2–3 camadas de flocos de 100–200 nm, embora observem que controlar o número de camadas de grafeno ainda é um desafio.

p A área de superfície do grafeno é um parâmetro importante para aplicações como detecção de gás e armazenamento de gases como o hidrogênio. Em comparação com o grafeno de camada única, cuja teoria prevê ter uma grande área de superfície de 2600 m ² / g, medições pelo grupo de Bangalore em grafeno de poucas camadas mostraram que a área de superfície era 270-1550 m ² / g.

p A estrutura eletrônica do grafeno é determinada pelos "estados de borda" dos flocos de grafeno, com bi-camada de grafeno predito como ferromagnético. Rao e colegas de trabalho mostraram que as temperaturas de Curie-Weiss obtidas a partir dos dados de susceptibilidade inversa a alta temperatura são negativas em todas as amostras medidas por eles, indicando antiferromagnetismo. Os autores observam a possibilidade da coexistência de diferentes tipos de estados magnéticos dentro de um único floco de grafeno. Além disso, todas as amostras de grafeno mostraram histerese magnética à temperatura ambiente, com medições de ressonância paramagnética de elétrons sugerindo que este comportamento não se originou de impurezas de metal de transição.

p Medidas elétricas mostraram comportamento semicondutor em grafenos de poucas camadas com condutividade aumentando entre 35 e 300 K, que é diferente da natureza metálica exibida pelo grafeno de camada única, e a condutividade elétrica das amostras de grafeno diminuiu com o aumento do número de camadas. Além disso, amostras de grafeno de poucas camadas eram do tipo n e adequadas para a fabricação de transistores de efeito de campo, e os melhores transistores foram realizados com grafeno de poucas camadas produzido por descarga de arco de grafite em hidrogênio. Em medições em compostos de um polímero e grafeno de poucas camadas (PMMA-RGO, PMMA-HG e PVA-EG), a condutividade elétrica dos compósitos aumentou com o aumento do teor de grafeno. Medições termoelétricas revelaram uma energia termelétrica relativamente pequena em grafenos de poucas camadas em comparação com o grafeno de camada única. Interessantemente, grafenos de poucas camadas com a maior área de superfície mostraram a interação mais forte com moléculas doadoras de elétrons e aceitadoras por meio de transferência de carga molecular.

p Esta revisão contém 68 referências e 21 figuras e fornece uma fonte inestimável de informações atualizadas para recém-chegados e especialistas nesta área de pesquisa emocionante.