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  • Un nuevo enfoque para encontrar y eliminar defectos en el grafeno (con video)

    El profesor de ingeniería Vivek Shenoy (derecha) y el estudiante de posgrado Akbar Bagri han explorado la configuración atómica del óxido de grafeno, mostrando cómo se pueden localizar y tratar los defectos en las láminas de grafeno. Crédito:Mike Cohea, Universidad de Brown

    Grafeno una hoja de carbono de un átomo de espesor, puede estar en el centro de la próxima revolución en la ciencia de los materiales. Estas láminas ultradelgadas tienen un gran potencial para una variedad de aplicaciones, desde reemplazar el silicio en las células solares hasta enfriar chips de computadora.

    A pesar de su vasta promesa, el grafeno y sus derivados "son materiales que la gente entiende poco, "dijo Vivek Shenoy, profesor de ingeniería en la Universidad de Brown. "Cuanto más entendamos sus propiedades, más posibilidades (tecnológicas) que se nos abrirán ".

    Shenoy y un equipo de investigadores estadounidenses han obtenido nuevos conocimientos sobre estos misteriosos materiales. El equipo, en un papel en Química de la naturaleza , señala las configuraciones atómicas de los átomos que no son de carbono que crean defectos cuando el grafeno se produce mediante una técnica llamada reducción de óxido de grafeno. Construyendo a partir de ese descubrimiento, los investigadores proponen cómo hacer que esa técnica sea más eficiente al delinear con precisión cómo aplicar hidrógeno, en lugar de calor, para eliminar las impurezas de las láminas.

    Las láminas producidas por reducción de óxido de grafeno son bidimensionales, planos de carbono con aspecto de panal. La mayoría de los átomos de la red son carbono, que es lo que quieren los científicos. Pero entretejidos en la estructura también hay átomos de oxígeno e hidrógeno, que interrumpen la uniformidad de la hoja. Aplique suficiente calor a la celosía, y algunos de esos átomos de oxígeno se unen con átomos de hidrógeno, que se puede eliminar como agua. Pero algunos átomos de oxígeno son más tercos.

    Los átomos de oxígeno crean distorsiones en una hoja de grafeno. La clave para eliminarlos es aplicar hidrógeno exactamente en los lugares correctos. Crédito:Shenoy Lab, Universidad de Brown

    Shenoy, junto con el estudiante graduado de Brown, Akbar Bagri, y colegas de la Universidad de Rutgers y la Universidad de Texas-Dallas, utilizó simulaciones de dinámica molecular para observar la configuración atómica de la red de grafeno y averiguar por qué los átomos de oxígeno restantes permanecían en la estructura. Descubrieron que los átomos de oxígeno retenidos habían formado dobles enlaces con los átomos de carbono, una disposición muy estable que produce agujeros irregulares en la celosía.

    Los átomos de oxígeno que forman dobles enlaces con el carbono "tienen muy poca energía, "Dijo Shenoy." No son reactivos. Es difícil sacarlos ".

    Ahora que entienden la configuración de los átomos de oxígeno resistentes en el grafeno, Los investigadores dicen que agregar átomos de hidrógeno en cantidades prescritas y en ubicaciones definidas es la mejor manera de reducir aún más el óxido de grafeno. Una técnica prometedora, escriben en el papel, consiste en introducir hidrógeno donde los átomos de oxígeno se han unido con los átomos de carbono y han formado los agujeros más grandes. El oxígeno y el hidrógeno deben emparejarse (como hidroxilos) y dejar la red, en esencia, "curar el agujero, "Dijo Shenoy.

    Otro enfoque consiste en eliminar las impurezas de oxígeno centrándose en las áreas donde se han formado los carbonilos (átomos de carbono que tienen un doble enlace con los átomos de oxígeno). Añadiendo hidrógeno, los investigadores teorizan, los átomos de oxígeno pueden desprenderse en forma de agua.

    A continuación, los investigadores planean experimentar con las técnicas de tratamiento con hidrógeno, así como investigar las propiedades del óxido de grafeno "por derecho propio, "Dijo Shenoy.


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