Investigaciones recientes han revelado una técnica para producir grafeno que incorpora deliberadamente defectos estructurales para mejorar su rendimiento. Esta técnica podría ayudar a avanzar en muchos campos, incluidos los sensores, las baterías y la electrónica.
Científicos de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, la Universidad de Warwick y Diamond Light Source han desarrollado un método de un solo paso que utiliza una molécula llamada Azupireno para crear películas similares al grafeno. La forma de esta molécula se parece mucho al tipo de defecto que los investigadores querían introducir. Sus resultados fueron publicados recientemente. ciencia quimica.
Por qué las imperfecciones pueden mejorar el grafeno
David Duncan, profesor asociado de la Universidad de Nottingham y uno de los autores principales del estudio, explicó: “Nuestra investigación explora una nueva forma de producir grafeno, este material ultrafino y ultrafuerte hecho de átomos de carbono, y aunque el grafeno perfecto es notable, a veces es demasiado perfecto. Interactúa mal con otros materiales y carece de los elementos necesarios en la mitad de la industria de los electrodos.
“Por lo general, los defectos en los materiales se consideran problemas o errores que reducen la funcionalidad; los usamos intencionalmente para agregar funcionalidad. Descubrimos que los defectos pueden hacer que el grafeno sea más “pegajoso” a otros materiales, haciéndolo más útil como catalizador, además de mejorar su capacidad para detectar varios gases para su uso en sensores. Los defectos también pueden usarse potencialmente para propiedades electrográficas y eléctricas en la industria de semiconductores”.
El azupireno permite un control preciso de la formación de defectos
El grafeno suele estar formado por un patrón repetido de seis átomos de carbono dispuestos en un anillo plano. El defecto observado en este estudio consta de anillos vecinos de 5 y 7 átomos. El azupireno posee naturalmente un patrón de anillo tan irregular, lo que lo convierte en una molécula de partida ideal. Al utilizar azupireno para cultivar películas de grafeno, el equipo logró una alta concentración de estos defectos específicos. Al ajustar la temperatura durante la etapa de crecimiento, los investigadores pueden determinar cuántos defectos aparecen en el material final.
Investigadores del Graphene Institute de Manchester también han demostrado que el grafeno resultante se puede transferir a diferentes superficies con defectos de ingeniería intactos, un paso importante hacia la integración de estas películas en dispositivos reales.
La cooperación internacional y las herramientas avanzadas revelan el comportamiento nuclear
El proyecto se basa en un amplio conjunto de técnicas avanzadas y equipos involucrados del Reino Unido, Alemania y Suecia. Los investigadores utilizaron microscopía y espectroscopía de alta resolución en Diamond Light Source en Oxfordshire y MAX IV en Suecia con la supercomputadora nacional ARCHER2 del Reino Unido. Estas herramientas les permitieron examinar la estructura atómica del grafeno defectuoso, confirmar la presencia de defectos de ingeniería y determinar cómo afectaban al comportamiento químico y electrónico del material.
Reinhard Maur, profesor de Química de la Universidad de Warwick, dijo: “Al elegir cuidadosamente las moléculas iniciales y las condiciones de crecimiento, hemos demostrado que es posible cultivar grafeno donde se pueden introducir imperfecciones de una manera más controlada. Identificamos las firmas de estas imperfecciones combinando simulaciones de agregación y Comprosco”.
“Esta investigación es un testimonio de lo que se puede lograr a través de la colaboración internacional y la integración de diversos conocimientos científicos”, afirmó el Dr. Tien-Lin Lee de Diamond Light Source. “Al combinar microscopía avanzada, espectroscopía y modelado computacional en instituciones del Reino Unido, Alemania y Suecia, hemos podido descubrir los procesos a escala atómica detrás de la formación de defectos en el grafeno, que ninguna técnica o equipo podría lograr por sí solo”.
