Caracterização de grafeno obtido por diferentes métodos utilizando espectroscopia Raman

Abstract

Grafeno é uma forma alotrópica cristalina bidimensional do carbono e consiste de uma monocamada plana onde átomos de carbono com hibridização sp2 encontram-se fortemente ligados e dispostos em padrão hexagonal numa estrutura em forma de colmeia. Suas propriedades e características físicas e químicas podem proporcionar uma grande inovação na busca de novos materiais para as mais diversas aplicações como uso em compósitos, tintas, produção de energia (baterias, supercapacitores, armazenamento de energia proveniente de fontes eólica e solar), membranas, biomédicas, sensores e eletrônica. O presente trabalho apresenta um estudo para caracterização por espectroscopia Raman de grafeno obtido por diferentes métodos a partir de grafite e óxido de grafite, usando métodos físico-químicos em fase líquida com uso de micro-ondas e ultrassom, expansão térmica, esfoliação micromecânica e deposição química de fase vapor (CVD). Os produtos obtidos e os materiais de partida foram analisados por espectroscopia Raman. Os espectros foram comparados com os respectivos materiais de partida e com a literatura. Os produtos obtidos por métodos com uso de micro-ondas, ultrassom e expansão térmica foram também analisados por microscopia eletrônica de transmissão. Neste trabalho também é apresentada a caracterização de amostra obtida pelo método de CVD e ainda a possibilidade de uso de curvas de ajuste lorentziano para estimar o número de camadas de grafeno presentes nas amostras. Os resultados obtidos mostraram a dificuldade de obter grafeno monocamada ou de poucas camadas por métodos físico-químicos em fase líquida, expansão térmica ou mesmo esfoliação mecânica, mas que o método físico-químico em fase líquida com uso de ultrassom parece bastante promissor na obtenção de poucas camadas de grafeno, portanto há necessidade de novos estudos para verificar a eficiência desta técnica.

Graphene is a two-dimensional crystalline allotropic form of carbon and consists of a flat monolayer where sp2 hybridized carbon atoms are tightly bound and arranged in a hexagonal pattern in a honeycomb lattice. Its properties and physical and chemical characteristics provide a great innovation in the search of new materials for the most diverse applications such as use in composites and paints, energy production (batteries, supercapacitors, storage of energy from wind and solar sources), membranes , biomedical, sensors and electronics. The present work presents a study on the characterization of different graphenes by Raman spectroscopy. The graphenes were obtained by different methods, from graphite and graphite oxide, using microwave and ultrasound assisted physical-chemical methods in liquid phase, thermal expansion, micromechanical exfoliation and chemical vapour deposition (CVD). The products and the starting materials were analyzed by Raman spectroscopy. The spectra were compared to the respective starting materials and the reported spectra in the literature. The products obtained by microwave and ultrasound assisted methods and thermal expansion were also analyzed by transmission electron microscopy. In this work it was also presented the characterization of the sample obtained by the CVD method and also the possibility of using lorentzian adjustment curves to estimate the number of graphene layers present in the samples. The results showed the difficulty of obtaining monolayer or low-layer graphene by liquid-phase physical-chemical methods, thermal expansion or even mechanical exfoliation, but the physical-chemical method in liquid phase with ultrasound seems quite promising in obtaining few graphene layers. Therefore new studies are needed to verify the efficiency of this technique.