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  • Grafeno adaptado químicamente

    Sección de una red de grafeno con un átomo de hidrógeno unido químicamente:la firma vibratoria espectral de los enlaces carbono-carbono adyacentes al átomo de hidrógeno unido se resalta en diferentes colores. Crédito:Frank Hauke, FAU

    El grafeno se considera uno de los materiales nuevos más prometedores. Sin embargo, la inserción sistemática de átomos y moléculas unidos químicamente para controlar sus propiedades sigue siendo un gran desafío. Ahora, por primera vez, científicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, la Universidad de Viena, la Freie Universität Berlin y la Universidad Yachay Tech en Ecuador lograron verificar con precisión la huella dactilar espectral de dichos compuestos tanto en teoría como en experimentos. Sus resultados se publican en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .

    El grafeno bidimensional consta de capas únicas de átomos de carbono y exhibe propiedades intrigantes. El material transparente conduce la electricidad y el calor extremadamente bien. Es al mismo tiempo flexible y sólido. Adicionalmente, la conductividad eléctrica se puede variar continuamente entre un metal y un semiconductor mediante, p.ej., insertar átomos y moléculas químicamente unidos en la estructura del grafeno, los llamados grupos funcionales. Estas propiedades únicas ofrecen una amplia gama de aplicaciones futuras como p. Ej. para nuevos desarrollos en optoelectrónica o componentes ultrarrápidos en la industria de los semiconductores. Sin embargo, un uso exitoso del grafeno en la industria de los semiconductores solo se puede lograr si propiedades como la conductividad, el tamaño y los defectos de la estructura del grafeno inducidos por los grupos funcionales ya se pueden modular durante la síntesis del grafeno.

    En una colaboración internacional, los científicos dirigidos por Andreas Hirsch de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg en estrecha cooperación con Thomas Pichler de la Universidad de Viena lograron un avance crucial:utilizando la configuración experimental recientemente desarrollada de este último, pudieron identificar, por primera vez, espectros vibracionales como las huellas dactilares específicas del grafeno modificado químicamente paso a paso por medio de la dispersión de la luz. Esta firma espectral, que también fue teóricamente atestiguado, permite determinar el tipo y el número de grupos funcionales de forma rápida y precisa. Entre las reacciones que examinaron, fue la unión química del hidrógeno al grafeno. Esto se implementó mediante una reacción química controlada entre el agua y compuestos particulares en los que se insertan iones en el grafito, una forma cristalina de carbono.

    Beneficios adicionales

    “Este método de espectroscopia Raman in-situ es una técnica muy eficaz que permite controlar la función del grafeno de forma rápida, sin contacto y de forma extensa ya durante la producción del material, "dice J. Chacon de Yachay Tech, uno de los dos autores principales del estudio. Esto permite la producción de materiales personalizados basados ​​en grafeno con propiedades de transporte electrónico controladas y su utilización en la industria de los semiconductores.


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