Grafeno una forma de carbono puro dispuesta en una red de solo un átomo de espesor, ha interesado a innumerables investigadores por su fuerza única y su conductividad eléctrica y térmica. Pero una propiedad clave de la que carece, que lo haría adecuado para una gran cantidad de nuevos usos, es la capacidad de formar una banda prohibida, necesario para dispositivos como transistores, chips de computadora y células solares.

Ahora, Un equipo de científicos del MIT ha encontrado una forma de producir grafeno en cantidades significativas en forma de dos o tres capas. Cuando las capas están organizadas correctamente, Estas estructuras le dan al grafeno la banda prohibida tan deseada:un rango de energía que se encuentra entre las bandas, o niveles de energía, donde los electrones pueden existir en un material dado.

"Es un gran avance en la tecnología del grafeno, "Dice Michael Strano, el Profesor Asociado Charles e Hilda Roddey de Ingeniería Química en el MIT. El nuevo trabajo se describe en un artículo publicado esta semana en la revista Nanotecnología de la naturaleza , escrito en coautoría por la estudiante de posgrado Chih-Jen Shih, Profesor de Ingeniería Química Daniel Blankschtein, Strano y otros 10 estudiantes y posdoctorados.

Se demostró por primera vez que existía el grafeno en 2004 (una hazaña que llevó al Premio Nobel de Física 2010), pero hacerlo en cantidades lo suficientemente grandes para cualquier cosa que no sea la investigación de laboratorio a pequeña escala ha sido un desafío. El método estándar sigue siendo el uso de cinta adhesiva para recoger pequeñas escamas de grafeno de un bloque de grafito altamente purificado (el material de la mina de un lápiz), una técnica que no se presta a la producción a escala comercial.

El nuevo método sin embargo, puede llevarse a cabo a una escala que abre la posibilidad de real, aplicaciones prácticas, Strano dice, y permite producir la disposición precisa de las capas, denominada A-B apilada, con los átomos en una capa centrados sobre los espacios entre los átomos en la siguiente - eso produce propiedades electrónicas deseables.

"Si desea una gran cantidad de bicapas apiladas A-B, esta es la única forma de hacerlo, ”, Dice.

El truco aprovecha una técnica desarrollada originalmente en los años 50 y 60 por la profesora del Instituto MIT, Mildred Dresselhaus, entre otros:los compuestos de bromo o cloro introducidos en un bloque de grafito encuentran naturalmente su camino en la estructura del material, insertándose regularmente entre todas las demás capas, o en algunos casos cada tercera capa, y separando las capas un poco más en el proceso. Strano y su equipo descubrieron que cuando se disuelve el grafito, naturalmente se deshace donde se encuentran los átomos agregados, formando escamas de grafeno de dos o tres capas de espesor.

"Debido a que este proceso de dispersión puede ser muy suave, terminamos con copos mucho más grandes ”de lo que nadie ha hecho con otros métodos, Dice Strano. "El grafeno es un material muy frágil, por lo que requiere un procesamiento suave ".

Estas formaciones son “uno de los candidatos más prometedores para la nanoelectrónica post-silicio, ”Dicen los autores en su artículo. Los copos producidos por este método, tan grande como 50 micrómetros cuadrados de área, son lo suficientemente grandes como para ser útiles para aplicaciones electrónicas, ellos dicen. Para probar el punto, pudieron fabricar algunos transistores simples en el material.

El material ahora se puede utilizar para explorar el desarrollo de nuevos tipos de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, Dice Strano. Y a diferencia del enfoque de "cinta adhesiva" para producir grafeno, “Nuestro enfoque es relevante a nivel industrial, ”Dice Strano.

James Tour, profesor de química y de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Universidad de Rice, que no participó en esta investigación, dice que el trabajo involucró "experimentos brillantes" que produjeron estadísticas convincentes. Añadió que se necesitaría más trabajo para mejorar el rendimiento de material de grafeno utilizable en sus soluciones. ahora entre el 35 y el 40 por ciento, a más del 90 por ciento. Pero una vez que se logra, él dice, “this solution-phase method could dramatically lower the cost of these unique materials and speed the commercialization of them in applications such as optical electronics and conductive composites.”

While it’s hard to predict how long it will take to develop this method to the point of commercial applications, Strano says, “it’s coming about at a breakneck pace.” A similar solvent-based method for making single-layer graphene is already being used to manufacture some flat-screen television sets, and “this is definitely a big step” toward making bilayer or trilayer devices, él dice.

The work was supported by grants from the U.S. Office of Naval Research through a multi-university initiative that includes Harvard University and Boston University along with MIT, as well as from the Dupont/MIT Alliance, a David H. Koch fellowship, and the Army Research Office through the Institute for Soldier Nanotechnologies at MIT.