Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Grafeno de la Universidad de Manchester ha desarrollado un nuevo método para sintetizar materiales 2-D que se cree que son imposibles o, por lo menos, inalcanzable por las tecnologías actuales.

El grafeno fue el primer material bidimensional del mundo, que posteriormente abrió las puertas para el aislamiento de otros materiales bidimensionales.

El grafeno y otros materiales 2-D generalmente tienen una contraparte 3-D conocida como 'análogo a granel'. Por ejemplo, el grafeno es una capa única de átomos de carbono derivados del grafito.

Recientemente, Ha habido un interés creciente en la fabricación de materiales sintéticos bidimensionales que no tienen análogos a granel en capas. Los investigadores han comenzado a buscar materiales en 2-D que no tienen una contraparte en 3-D.

Tradicionalmente, Los materiales 2-D se aíslan mediante un proceso llamado exfoliación mecánica:se toma el material a granel y se exfolian las capas entre sí hasta lograr una sola capa.

En contraste con estos cristales en capas, aquellos materiales que no tienen estructuras en capas se mantienen unidos por enlaces covalentes entre los planos atómicos, que no permiten la exfoliación mecánica.

Como se publicó en Nano letras , mediante el uso de conversión química, el equipo de la Universidad pudo convertir capas de materiales estratificados existentes en un nuevo material covalente bidimensional. Como ejemplo, El seleniuro de indio 2-D exfoliado mecánicamente (InSe) se convierte en fluoruro de indio atómicamente delgado (InF3), que tiene una estructura sin capas y, por lo tanto, no se puede obtener mediante exfoliación, por un proceso de fluoración.

Efectivamente, La estrategia de conversión química propuesta del material 2-D no es más que coser capas atómicas de materiales 2-D existentes mediante modificación química.

El nuevo fluoruro de indio 2-D obtenido es un semiconductor, exhibiendo una alta transparencia óptica en los rangos espectrales visible e infrarrojo y podría potencialmente usarse como un vidrio 2-D.

El profesor Rahul Nair del Instituto Nacional de Grafeno y el Departamento de Ingeniería Química y Ciencias Analíticas que dirigió el equipo dijo:"La modificación química de materiales ha demostrado ser una herramienta poderosa para obtener materiales novedosos con propiedades deseadas y a menudo inusuales. Aún queda trabajo por hacer. que se llevará a cabo para comprender la conversión química de materiales 2-D a escala atómica, incluidos los efectos de la orientación relativa y la sinergia entre capas atómicas individuales sobre su reactividad química. Creemos que nuestro trabajo proporciona un avance significativo en la ciencia de los materiales y es un hito claro en el desarrollo de materiales artificiales 2-D ".

Vishnu Sreepal, quien dirigió los experimentos y el autor principal de este artículo dijo:"Nuestro trabajo demuestra claramente la posibilidad de crear materiales covalentes bidimensionales artificiales. El proceso es controlable, fácil de ejecutar y muy eficaz. Al controlar con precisión el grosor de las capas 2-D iniciales, el grosor de los nuevos materiales 2-D covalentes se puede controlar con precisión a escala atómica. El nuevo material covalente 2-D también se puede dopar de forma controlable con dopantes ".

"También demostramos la escalabilidad de nuestro enfoque mediante la conversión química de áreas grandes, finas películas InSe en películas InF3 ". Además, el equipo prevé que dicha conversión química puede extenderse a heteroestructuras de van der Waals para obtener sólidos heterocovalentes artificiales.

Al colocar los átomos en capas en una secuencia elegida con precisión conocida como heteroestructuras, Se pueden crear materiales de diseño con ciertas características que no ocurren naturalmente y ofrecen cualidades específicas. Los investigadores ensamblan estos nuevos materiales en secuencias relevantes para su aplicación prevista, en un proceso similar al de apilar ladrillos Lego. Al demostrar la posibilidad de sólidos covalentes 2-D, Los investigadores ahora tienen más "legos" en su patio de recreo para crear materiales novedosos con propiedades personalizadas.