Automatização do sistema de liberação de precursores em um reator CVD utilizado para a produção de grafeno

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema de controle de vazão de gases precursores em um reator utilizado para produzir grafeno. Neste reator são utilizados os gases hidrogênio (H2) e metano (CH4) para formar grafeno através da técnica de deposição química a partir da fase de vapor (CVD). Um dos parâmetros a serem controlados durante a síntese de grafeno por CVD é a vazão dos precursores, que deve ser muito bem estabelecida e controlada com precisão. Tal controle era feito através do ajuste manual de um controlador de vazão mássica (MFC), o que trazia dificuldades de operação e poderia ser fonte de diversos erros e imprecisões experimentais, podendo resultar na obtenção de um material com qualidade inferior à esperada. O presente projeto se propôs a automatizar o controle da vazão dos gases precursores, produzindo um sistema de controle formado por uma placa Arduino e uma interface com o usuário contendo um display LCD e um conjunto de botões de controle, permitindo ao operador do reator apenas selecionar as vazões desejadas, enquanto o sistema faz o controle eletronicamente dos MFCs. O resultado do projeto foi satisfatório, necessitando ainda de ajustes para a correta conexão do dispositivo com os MFCs.

The main objective of this work is the development of a control system of the gas flow in a reactor used to produce graphene. In this reactor, two gases, hydrogen (H2) and methane (CH4), are the precursors of the graphene, which is obtained by the technique called Chemical Vapor Deposition (CVD). One of the parameters to be controlled during the synthesis of graphene by CVD is the flow of the precursors, which must be very well established and controlled accurately. Since the control was done through the manual adjustment of a Mass Flow Controller (MFC), some difficulties in operation were found and it could be the source of errors and experimental inaccuracies, resulting in a material with inferior quality than the expected one. This project develops a device to automate the control of the gases flow, formed by an Arduino board and an user interface containing a LCD display and a set of control buttons, allowing the operator to select the desired flows, while the system electronically controls the MFCs. The result of the project was satisfactory, but the system still requires adjustments for the correct connection of the device with the MFCs.