El sitio web del Premio Nobel muestra a un gato descansando en una hamaca de grafeno. Aunque ficticio, la imagen captura la emoción en torno al grafeno, cuales, en un átomo de espesor, es uno de los materiales más delgados y resistentes jamás producidos.

Un obstáculo importante para darse cuenta del potencial del grafeno radica en la creación de una superficie lo suficientemente grande como para soportar un teórico gato dormido. Por ahora, Los científicos de materiales unen hojas de grafeno individuales para crear hojas que sean lo suficientemente grandes como para investigar posibles aplicaciones. Así como coser parches de tela juntos puede crear debilidades donde se unen los parches individuales, los defectos pueden debilitar los "límites de grano" donde se unen las láminas de grafeno, al menos eso es lo que pensaban los ingenieros.

Ahora, Los ingenieros de la Universidad de Brown y la Universidad de Texas – Austin han descubierto que los límites de los granos no comprometen la resistencia del material. Los límites de los granos son tan fuertes, De hecho, que las láminas son casi tan fuertes como el grafeno puro. El truco, escriben en un artículo publicado en Ciencias , radica en los ángulos en los que se cosen las hojas individuales.

"Cuando tienes más defectos, esperas que la fuerza se vea comprometida, "dijo Vivek Shenoy, profesor de ingeniería y autor correspondiente del artículo, "pero aquí es todo lo contrario".

El hallazgo puede impulsar el desarrollo de láminas de grafeno más grandes para su uso en electrónica, óptica y otras industrias.

El grafeno es una superficie bidimensional compuesta por átomos de carbono fuertemente unidos en un orden casi libre de errores. La unidad básica de este patrón de celosía consiste en seis átomos de carbono unidos químicamente. Cuando una hoja de grafeno se une con otra hoja de grafeno, algunos de esos hexágonos de seis carbonos se convierten en enlaces de siete carbonos:heptágonos. Los puntos donde ocurren los heptágonos se denominan "enlaces críticos".

Los lazos críticos, ubicado a lo largo de los límites de los granos, se habían considerado los eslabones débiles del material. Pero cuando Shenoy y Rassin Grantab, un estudiante de posgrado de quinto año, analizó cuánta fuerza se pierde en los límites del grano, aprendieron algo diferente.

"Resulta que estos límites de grano pueden, en algunos casos, ser tan fuerte como el grafeno puro, "Dijo Shenoy.

Luego, los ingenieros se dispusieron a averiguar por qué. Usando cálculos atomísticos, descubrieron que inclinar el ángulo en el que se unen las láminas (los límites del grano) influía en la resistencia general del material. La orientación óptima que produce las hojas más resistentes, ellos informan, es de 28,7 grados para las sábanas con diseño de sillón y 21,7 grados para las sábanas con diseño en zigzag. Estos se denominan límites de grano de gran ángulo.

Los límites de los granos de ángulos grandes son más fuertes porque los enlaces en los heptágonos tienen una longitud más cercana a los enlaces que se encuentran naturalmente en el grafeno. Eso significa que en los límites de grano de gran ángulo, los enlaces en los heptágonos están menos tensos, lo que ayuda a explicar por qué el material es casi tan fuerte como el grafeno puro a pesar de los defectos, Dijo Shenoy.

"Es la forma en que se arreglan los defectos, "Dijo Shenoy." El límite de grano puede acomodar mejor a los heptágonos. Están más relajados ".