Investigadores de la Universidad de Warwick han desarrollado un innovador proceso para cultivar grafeno con imperfecciones controladas, lo que promete mejorar el rendimiento en diversas aplicaciones, desde sensores y baterías hasta electrónica. Este material, compuesto por una única capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal, es conocido por ser el material más delgado existente, así como por su extraordinaria resistencia y capacidad de conducción.
A pesar de que el grafeno perfecto (sin átomos faltantes ni impurezas) es considerado el más fuerte y útil, su estructura ideal presenta interacciones débiles con otros materiales, lo que limita sus propiedades electrónicas esenciales en la industria de semiconductores. En un estudio reciente publicado en Chemical Science, un equipo multidisciplinario de la Universidad de Warwick, la Universidad de Nottingham y Diamond Light Source ha demostrado una nueva técnica para crear películas similares al grafeno que contienen defectos diseñados con precisión.
Nuevas posibilidades a través del diseño de defectos
El profesor Reinhard Maurer, del Departamento de Química de la Universidad de Warwick, enfatizó: “Generalmente, introducir defectos en el grafeno es un proceso aleatorio y desordenado, lo que dificulta su estudio o uso en dispositivos reales. Al seleccionar cuidadosamente la molécula inicial y las condiciones de crecimiento, hemos logrado cultivar grafeno donde las imperfecciones aparecen de manera altamente controlada y uniforme; algo sin precedentes.”
El grafeno se compone de unidades repetidas de seis átomos de carbono formando anillos. Los defectos deseados incluyen anillos vecinos con cinco y siete átomos. Para lograr esto, el equipo utilizó una molécula diseñada específicamente llamada azupireno, cuya forma permite incluir irregularidades similares a los defectos deseados en el grafeno. Mediante esta técnica, se pueden crear películas con una alta tasa de este tipo específico de defecto y controlar la cantidad mediante ajustes en la temperatura durante el crecimiento.
Aplicaciones prácticas y colaboraciones internacionales
El profesor David A. Duncan, asociado a la Universidad de Nottingham, destacó que “normalmente los defectos en los materiales son considerados problemas o errores que reducen su rendimiento; nosotros los hemos utilizado intencionadamente para añadir funcionalidad. Estos defectos pueden hacer que el grafeno sea más ‘pegajoso’ a otros materiales, mejorando su utilidad como catalizador y aumentando su capacidad para detectar diferentes gases en sensores.” Además, los defectos pueden modificar las propiedades electrónicas y magnéticas del grafeno, abriendo nuevas oportunidades en la industria semiconductor.
Las películas ricas en defectos resultaron ser limpias y libres de contaminación no deseada. Investigadores del Instituto Grafeno en Manchester también demostraron exitosamente que estas estructuras podrían transferirse a diferentes superficies sin perder sus defectos, marcando un avance tecnológico clave hacia su aplicación práctica.
Avances tecnológicos gracias a herramientas avanzadas
Este trabajo requirió una amplia gama de herramientas avanzadas e implicó una colaboración internacional entre instituciones del Reino Unido, Alemania y Suecia. Se emplearon microscopios avanzados en Diamond Light Source (Oxfordshire) y MAX IV (Suecia), permitiendo a los investigadores estudiar la estructura atómica del grafeno defectuoso y cómo estos defectos afectan sus propiedades químicas y electrónicas.
“Este estudio es un testimonio de lo que se puede lograr mediante la colaboración internacional e integración de diversas experticias científicas,” afirmó Dr. Tien-Lin Lee, del Diamond Light Source. “Al combinar microscopía avanzada, espectroscopia y modelado computacional entre instituciones del Reino Unido, Alemania y Suecia, pudimos desentrañar los mecanismos a nivel atómico detrás de la formación de defectos en el grafeno.”
FIN
Notas para editores:
El artículo titulado ‘Síntesis en un solo paso de grafeno con defectos topológicos' está publicado en ACS Chemical Science. DOI: 10.1039/D5SC03699B
Para más información:
Matt Higgs, PhD | Oficial de Medios y Comunicaciones (Oficina de Prensa)
Email: Matt.Higgs@warwick.ac.uk | Teléfono: +44(0)7880 175403
Acerca de la Universidad de Warwick:
Fundada en 1965, la Universidad de Warwick es una institución líder mundial reconocida por su compromiso con la innovación transformadora tanto en investigación como en educación.
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