Los físicos de la Universidad de Umea han encontrado una manera eficiente de sintetizar nanocintas de grafeno directamente dentro de nanotubos de carbono de pared simple. El resultado fue publicado recientemente en la revista científica Nano Letters.
Grafeno una fina escama de carbono de un átomo, tiene una amplia gama de propiedades inusuales y muy interesantes. Como conductor de electricidad, funciona tan bien como el cobre. Como conductor de calor, supera a todos los demás materiales conocidos. Existen posibilidades de lograr fuertes variaciones de las propiedades del grafeno haciendo grafeno en forma de cinturones con varios anchos, las llamadas nanocintas. Estas nanocintas son ahora el verdadero foco de atención de la física y un material extremadamente prometedor para la electrónica. células solares y muchas otras cosas. Sin embargo, no ha sido fácil hacer tales cintas.
El profesor asociado Alexandr Talyzin y su grupo de investigación en el Departamento de Física, Universidad de Umea, junto con colegas del grupo del profesor Esko Kauppinen, Universidad Aalto en Finlandia, descubrió una forma de utilizar el espacio hueco dentro de los nanotubos de carbono como un reactor químico unidimensional para producir grafeno encapsulado. Una propiedad intrigante de este espacio es que las reacciones químicas ocurren de manera diferente aquí en comparación con las condiciones tridimensionales masivas.
"Usamos coroneno y perileno, que son grandes moléculas orgánicas, como bloques de construcción para producir nanocintas de grafeno largas y estrechas dentro de los tubos. La idea de utilizar estas moléculas como bloques de construcción para la síntesis de grafeno se basó en nuestro estudio anterior, "dice Alexandr Talyzin.
Este estudio reveló que las moléculas de coroneno pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones para formar dímeros, trímeros y moléculas más largas en forma de polvo a granel. El resultado sugirió que las moléculas de coroneno posiblemente se pueden usar para la síntesis de grafeno, pero deben alinearse de alguna manera en un plano para la reacción requerida. El espacio interior de los nanotubos de carbono de pared simple parecía ser un lugar ideal para forzar moléculas en la geometría de borde a borde requerida para la reacción de polimerización.
En el nuevo estudio, los investigadores demuestran que esto es posible. Cuando las primeras muestras fueron observadas por microscopía electrónica por Ilya Anoshkin en la Universidad de Aalto, Se revelaron resultados emocionantes:todos los nanotubos se llenaron por dentro con nanocintas de grafeno.
"El éxito de los experimentos también dependió en gran medida de la elección de los nanotubos. Nuestros coautores de la Universidad de Aalto proporcionaron nanotubos de diámetro adecuado y de alta calidad. "dice Alexandr Talyzin.
Más tarde, los investigadores descubrieron que la forma de las nanocintas de grafeno encapsuladas se puede modificar mediante el uso de diferentes tipos de hidrocarburos aromáticos. Las propiedades de las nanocintas son muy diferentes según su forma y ancho. Por ejemplo, Las nanocintas pueden ser metálicas o semiconductoras dependiendo de su ancho y tipo. Curiosamente, Los nanotubos de carbono también pueden ser metálicos, semiconductores (según su diámetro) o aislantes cuando se modifican químicamente.
"Esto crea un enorme potencial para una amplia gama de aplicaciones. Podemos preparar híbridos que combinen grafeno y nanotubos en todas las combinaciones posibles en el futuro". "dice Alexandr Talyzin.
Por ejemplo, Las nanocintas metálicas dentro de los nanotubos aislantes son cables aislados muy delgados. Podrían usarse directamente dentro de los nanotubos de carbono para producir luz, creando así nano-lámparas. Las nanocintas semiconductoras posiblemente se pueden utilizar para transistores o aplicaciones de células solares y la combinación metálico-metálica es, de hecho, un nuevo tipo de nanocable coaxial, Se utilizan cables macroscópicos de este tipo, p. para transmitir señales de radio.
El nuevo método de síntesis híbrida es muy simple, fácilmente escalable y permite obtener casi el 100 por ciento de llenado de tubos con nanocintas. Las simulaciones teóricas, realizado por Arkady Krasheninnikov en Finlandia, también muestran que las nanocintas de grafeno mantienen sus propiedades únicas dentro de los nanotubos mientras están protegidas del medio ambiente por encapsulación y alineadas dentro de paquetes de nanotubos de pared simple.
"El nuevo material parece muy prometedor, pero tenemos mucho trabajo interdisciplinario por delante en el campo de la física y la química. Sintetizar el material es solo el comienzo. Ahora queremos aprender su eléctrico, propiedades magnéticas y químicas y cómo utilizar los híbridos para aplicaciones prácticas, "dice Alexandr Talyzin.
