miércoles, 8 de julio de 2015

El grafeno adquiere una nueva dimensión


El grafeno es el nuevo material estrella para los científicos e ingenieros que buscan crear todo tipo de nuevos dispositivos electrónicos. Desde bombillas de luz ultra-frugales (grandes y pequeñas), hasta células solares súper eficientes, pantallas flexibles y mucho más, el grafeno es ciertamente un material multitarea. Sin embargo, en todos estos casos, el grafeno en su forma original, de hojas planas ultradelgadas del grosor de un átomo, ha tenido que ser utilizado con soportes y estructuras periféricas porque carece de una forma sólida por sí mismo. Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) han desarrollado una manera de crear objetos 3D de grafeno, lo que abre la posibilidad de diseñar toda una nueva gama de dispositivos electrónicos innovadores.

Para crear formas 3D en el grafeno, los investigadores primero tuvieron que asegurarse de que su enfoque era suficiente para mantener la integridad estructural del material cuando se sometió a la deformación. Como tal, el equipo utilizó un sustrato subyacente sobre el cual pusieron una película de grafeno que había sido empapado en disolvente para hacer que se volviera mas manejable y maleable. Una vez superpuesto el grafeno sobre el sustrato, el disolvente se evaporó posteriormente con el paso del tiempo, dejando atrás una capa de grafeno que tomó la forma de la estructura subyacente. De esta manera el equipo fue capaz de producir una gama de formas relativamente complejas.

"Hasta donde tenemos conocimiento, este estudio es el primero en demostrar la integración de grafeno a una variedad de diferentes geometrías microestructuradas, incluyendo pirámides, columnas, cúpulas, pirámides invertidas, y la integración 3D de nanopartículas de oro (AuNPs)/estructuras de grafeno híbridos, "dijo Sungwoo Nam, profesor asistente de ciencia mecánica e ingeniería en UIUC. "Las etapas de nuestro proceso están optimizados para minimizar el grado de suspensión de grafeno alrededor de las microestructuras de 3D y facilitar la integración exitosa en tres dimensiones. Tenemos el control de la cantidad de sustrato que se deposita mediante el ajuste del tiempo de inmersión en disolvente orgánico y las proporciones de mezcla de monómero y del agente de curado del sustrato de polidimetilsiloxano (PDMS)".

Con una variación en el tamaño de sólo 3,5 a 50 micras, las dimensiones de las microestructuras de grafeno desarrollados por UIUC hace que puedan ser aplicadas en una amplia gama de dispositivos, incluyendo varios tipos de fotodetectores, nano antenas y otros componentes sub-miniatura que alguna vez estuvieron únicamente dentro del dominio de los productos a base de silicio. Según el equipo, estos factores, junto con la movilidad de portador del grafeno, su inercia química y biocompatibilidad, significan que el grafeno tridimensional podría ser adaptado y aplicado en áreas aún más amplias.

"También esperamos que nuestro nuevo enfoque de integración 3D  facilitará clases avanzadas de dispositivos híbridos entre los sistemas microelectromecánicos (MEMS) y materiales en 2D para la detección y actuación", dijo Sungwoo Nam.

Debido a la fragilidad de grafeno, que tiene un grosor de un átomo, métodos anteriores de doblar o moldear este material en formas complejas resultaron en objetos irregulares, mal formados en el mejor de los casos, y un verdadero desastre en el peor. En la investigación de la nueva técnica, los investigadores de la UIUC fueron diligentes en sus pruebas del grafeno formado a través de microscopía electrónica, microscopía de fuerza atómica, espectroscopia Raman, y medición de la resistencia eléctrica para confirmar que el material mantenía su forma y consistencia después de la formación.

"Nuestros resultados demuestran un método simple, versátil y escalable para integrar el grafeno con geometrías 3D con diferentes morfologías y dimensiones", dijo Jonghyun Choi, un estudiante graduado en el grupo de investigación de Nam. "No sólo son estas formaciones 3D más grandes que las reportadas en trabajos previos, sino que también demuestran la uniformidad y la naturaleza libre de daños del grafeno integrado en torno a las estructuras 3D."





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