(PhysOrg.com) - Una nueva investigación de la Universidad de Pensilvania demuestra un método más consistente y rentable para producir grafeno, el material a escala atómica que tiene aplicaciones prometedoras en una variedad de campos, y fue objeto del Premio Nobel de Física 2010.

Como se explica en un estudio publicado recientemente, un equipo de investigación de Penn pudo crear grafeno de alta calidad que tiene un solo átomo de espesor en más del 95% de su área, utilizando materiales fácilmente disponibles y procesos de fabricación que se pueden escalar a niveles industriales.

"Tengo conocimiento de informes de aproximadamente el 90%, por lo que esta investigación lo acerca al objetivo final, que es 100%, "Dijo el investigador principal del estudio, A. Charlie Johnson, profesor de física. "Tenemos la visión de un proceso totalmente industrial".

Otros miembros del equipo en el proyecto incluyeron becarios postdoctorales Zhengtang Luo y Brett Goldsmith, los estudiantes de posgrado Ye Lu y Luke Somers y los estudiantes de pregrado Daniel Singer y Matthew Berck, todo el Departamento de Física y Astronomía de Penn en la Facultad de Artes y Ciencias.

Los hallazgos del grupo fueron publicados el 10 de febrero en la revista Química de Materiales .

El grafeno es una red de átomos de carbono con forma de alambre de gallina, dispuestos en láminas delgadas de una sola capa atómica de espesor. Sus propiedades físicas únicas, incluyendo una conductividad eléctrica inmejorable, podría conducir a importantes avances en la energía solar, almacen de energia, memoria de computadora y una serie de otras tecnologías. Pero los procesos de fabricación complicados y los resultados a menudo impredecibles actualmente dificultan la adopción generalizada del grafeno.

La producción de grafeno a escala industrial no se ve inhibida por el alto costo o la rareza de los recursos naturales (es probable que se produzca una pequeña cantidad de grafeno cada vez que se usa un lápiz), sino más bien por la capacidad de producir cantidades significativas con una delgadez constante.

Una de las técnicas de fabricación más prometedoras es la CVD, o deposición de vapor químico, que implica soplar metano sobre láminas delgadas de metal. Los átomos de carbono del metano forman una fina película de grafeno en las láminas de metal, pero el proceso debe realizarse casi al vacío para evitar que múltiples capas de carbono se acumulen en grumos inutilizables.

La investigación del equipo de Penn muestra que el grafeno de una sola capa de espesor se puede producir de manera confiable a presiones normales si las láminas de metal son lo suficientemente suaves.

“El hecho de que esto se haga a presión atmosférica permite producir grafeno a un costo menor y de una manera más flexible, "Luo, el autor principal del estudio, dijo.

Mientras que otros métodos implicaban la preparación meticulosa de láminas de cobre personalizadas en un proceso costoso, El grupo de Johnson utilizó una lámina de cobre disponible comercialmente en su experimento.

"Prácticamente se puede comprar en la ferretería, ”Dijo Johnson.

Otros métodos fabrican láminas de cobre personalizadas caras en un esfuerzo por hacerlas lo más suaves posible; los defectos en la superficie hacen que el grafeno se acumule de manera impredecible. En lugar de, El grupo de Johnson "electropulió" su lámina de cobre, una técnica industrial común utilizada en el acabado de cubiertos y herramientas quirúrgicas. La lámina pulida era lo suficientemente suave como para producir grafeno de una sola capa en más del 95% de su superficie.

Trabajar con materiales disponibles comercialmente y procesos químicos que ya se utilizan ampliamente en la fabricación podría reducir el listón para las aplicaciones comerciales.

"El sistema de producción general es más simple, menos costoso, y más flexible ”, dijo Luo.

La simplificación más importante puede ser la capacidad de crear grafeno a presiones ambientales, ya que tomaría algunos pasos potencialmente costosos de las futuras líneas de ensamblaje de grafeno.

"Si necesita trabajar en alto vacío, debe preocuparse por meterlo y sacarlo de una cámara de vacío sin tener una fuga, ”Dijo Johnson. "Si trabaja a presión atmosférica, te puedes imaginar electropuliendo el cobre, depositar el grafeno sobre él y luego moverlo a lo largo de una cinta transportadora a otro proceso en la fábrica ".