(PhysOrg.com) - Una revisión oportuna que analiza la correlación de los métodos de síntesis y las propiedades físicas de las escamas de grafeno de una sola capa y de pocas capas.

C.N.R. Rao y sus colegas del Centro Jawaharlal Nehru de Investigación Científica Avanzada y el Instituto de Ciencia de la India, Bangalore. El artículo fue publicado recientemente en Ciencia y tecnología de materiales avanzados .

El grupo no solo compara lo eléctrico, propiedades magnéticas y superficiales del grafeno resultante [2] pero basadas en su propia investigación, los autores describen las propiedades físicas de los compuestos de polímero de grafeno y los transistores de efecto de campo fabricados con grafeno.

Desde el primer informe sobre el aislamiento mecánico del grafeno del grafito, el interés en las propiedades físicas y las aplicaciones potenciales, como electrodos transparentes para células solares, nanoelectrónica y estructuras mecánicas robustas:ha dado lugar a un aumento sin precedentes en el número de publicaciones sobre la síntesis, propiedades y aplicaciones de este material 2D único.

Pero el campo aún está en pañales, con desafíos y problemas por resolver, en particular, los efectos del método de síntesis sobre las propiedades del grafeno resultante.

El Premio Nobel de Física 2010 fue otorgado a Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester "por experimentos innovadores con respecto al material bidimensional grafeno", una estructura única de carbono de solo un átomo de espesor que ha cautivado la imaginación de los científicos de materiales del mundo. amplio.

Los investigadores de Manchester informaron sobre la extracción y las propiedades del grafeno en 2004 [1]. La simplicidad de la "síntesis" sorprendió a muchos científicos, porque ¿quién hubiera imaginado poder aislar una capa atómica de carbono de un bloque de grafito con un trozo de cinta adhesiva?

El grafeno de capa única (SLG) se produce "despegando" mecánicamente una capa de carbono de grafito pirolítico altamente ordenado, que luego se transfiere a un sustrato de silicio. Químicamente, SLG se prepara mediante la reducción de una dispersión de óxido de grafeno monocapa con hidrazina. Este óxido de grafeno reducido resultante (RGO) es una suspensión negra que contiene oxígeno residual, y esto lo distingue del SLG obtenido por otros métodos.

Los métodos no químicos para producir capas SLG incluyen el calentamiento de 6H-SiC monocristalino terminado en Si (0001) en vacío entre 1250 y 1450 ºC durante unos minutos y la descomposición de hidrocarburos:metano, etileno, acetileno y benceno:en láminas de metales de transición catalíticos como el Ni. La propia investigación de los autores sobre la deposición de vapor químico en películas de níquel y cobalto mostró que el número de capas depende de la elección de los hidrocarburos y las conducciones experimentales. y lo más importante, que las capas de grafeno eran difíciles de eliminar de la superficie metálica después del enfriamiento.

Los métodos bien conocidos para producir grafeno de pocas capas son la exfoliación térmica de óxido de grafito a 1050 ºC, la reacción química de una solución acuosa de SGO con hidrato de hidracina a la temperatura de reflujo o mediante calentamiento por microondas, calentar partículas de nanodiamantes de 4 a 6 nm en una atmósfera inerte o reductora por encima de 1500 ºC, y evaporación por arco de grafito en una atmósfera de hidrógeno. El equipo descubrió que el último método produce grafeno con solo 2-3 capas de escamas de 100-200 nm de tamaño, aunque señalan que controlar el número de capas de grafeno sigue siendo un desafío.

La superficie del grafeno es un parámetro importante para aplicaciones como la detección de gases y el almacenamiento de gases como el hidrógeno. En comparación con el grafeno de una sola capa, cuya teoría predice que tendrá una gran superficie de 2600 m ² /gramo, Las mediciones del grupo de Bangalore en grafeno de pocas capas mostraron que el área de superficie era de 270-1550 m. ² /gramo.

La estructura electrónica del grafeno está determinada por los "estados de borde" de las escamas de grafeno, con grafeno bicapa que se predice que es ferromagnético. Rao y sus colaboradores mostraron que las temperaturas de Curie-Weiss obtenidas a partir de los datos de susceptibilidad inversa a altas temperaturas eran negativas en todas las muestras medidas por ellos. indicando antiferromagnetismo. Los autores señalan la posibilidad de la coexistencia de diferentes tipos de estados magnéticos dentro de un solo copo de grafeno. Además, todas las muestras de grafeno mostraron histéresis magnética a temperatura ambiente, con mediciones de resonancia paramagnética de electrones que sugieren que este comportamiento no se originó a partir de impurezas de metales de transición.

Las mediciones eléctricas mostraron un comportamiento semiconductor en grafenos de pocas capas con un aumento de la conductividad entre 35 y 300 K. que es diferente de la naturaleza metálica exhibida por el grafeno de una sola capa, y la conductividad eléctrica de las muestras de grafeno disminuyó al aumentar el número de capas. Es más, Las muestras de grafeno de pocas capas eran de tipo ny adecuadas para la fabricación de transistores de efecto de campo, y los mejores transistores se realizaron con grafeno de pocas capas producido por descarga de arco de grafito en hidrógeno. En mediciones sobre compuestos de un polímero y grafeno de pocas capas (PMMA-RGO, PMMA-HG y PVA-EG), la conductividad eléctrica de los compuestos aumentó al aumentar el contenido de grafeno. Las mediciones termoeléctricas revelaron una termopotencia relativamente pequeña en grafenos de pocas capas en comparación con el grafeno de una sola capa. Curiosamente, Los grafenos de pocas capas con el área de superficie más grande mostraron la interacción más fuerte con las moléculas aceptoras y donantes de electrones a través de la transferencia de carga molecular.

Esta revisión contiene 68 referencias y 21 cifras y proporciona una fuente invaluable de información actualizada para los recién llegados y expertos en esta apasionante área de investigación.