(PhysOrg.com) - Si bien muchos laboratorios están tratando de sintetizar de manera eficiente grandes hojas bidimensionales de grafeno, un equipo de investigadores de Suecia y el Reino Unido está investigando la síntesis de tiras muy delgadas de grafeno de unos pocos átomos de ancho. A diferencia del grafeno, estas nanocintas de grafeno tienen una estructura electrónica única que incluye un intervalo de banda distinto de cero, lo que los convierte en candidatos prometedores para aplicaciones de semiconductores. Pero, como con las láminas de grafeno, Uno de los mayores desafíos por ahora es encontrar una manera de sintetizar de manera eficiente estas nanocintas de grafeno.

En su estudio, Los investigadores Jonas Björk y Sven Stafström de la Universidad de Linköping en Suecia y Felix Hanke de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido han utilizado una poderosa supercomputadora en la Universidad de Linköping para investigar cómo las nanocintas de grafeno crecen a partir de un polímero de antraceno sobre un sustrato de oro. Los resultados de su estudio se publican en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Los científicos descubrieron que, en el proceso de crecimiento de nanocintas más probable, el sustrato de oro actúa como algo más que un soporte donde puede tener lugar la reacción. El oro en realidad cataliza la reacción atrayendo átomos de hidrógeno del polímero de antraceno (que está hecho de anillos de benceno) para unirse a la superficie del oro. iniciando el primer paso de la reacción. En este proceso de "deshidrogenación", dos átomos de hidrógeno de cada unidad del polímero de antraceno se transfieren a la superficie del oro, dejando atrás un enlace carbono-carbono. El enlace carbono-carbono forma parte de la red en forma de panal del grafeno. Mientras tanto, los átomos de hidrógeno se liberan de la superficie del oro por desorción en el vacío.

La supercomputadora también reveló que esta reacción de deshidrogenación se repite debido a los efectos de la cooperatividad positiva:cuando una unidad de polímero tiene un vecino que tiene un enlace carbono-carbono, aumenta su probabilidad de sufrir la misma reacción y obtener su propio enlace carbono-carbono. El resultado es que la reacción, que comienza en un extremo del polímero, se propaga unidad por unidad a través de todo el polímero en forma de dominó. Después de varios minutos, todo el polímero se transforma en una nanocinta de grafeno bien definida con un ancho de siete átomos de carbono.

Averiguar cómo se sintetizan las nanocintas de grafeno de esta manera es un proceso complicado a escala molecular que solo puede ser descifrado en detalle por poderosas supercomputadoras. Aunque existen algunas otras vías de reacción que la reacción podría tomar, los investigadores calcularon que esta reacción es muy favorecida sobre las otras:estimaron que 10, 000 reacciones proceden por esta ruta que por la segunda reacción más favorable. Comprender la reacción permitirá a los investigadores identificar el mejor método de fabricación para futuros experimentos y desarrollos.

"Esta es una pregunta sobre cómo construir materiales, ya sea 'de abajo hacia arriba' (síntesis de sus componentes) frente a 'de arriba hacia abajo' (tomar algo más grande y cortarlo a la medida), "Hanke dijo PhysOrg.com . “El enfoque de abajo hacia arriba en el enfoque de las nanocintas de grafeno es muy interesante, ya que nos permite comenzar con el límite de tamaño final para un material (un átomo, o, decir, una molécula pequeña) y luego agregue solo aquellas piezas que son realmente, realmente necesario. Es más, también nos permite fabricar nanocintas de grafeno que tienen constantemente el mismo ancho de, decir, siete Angstroms (7x10 ^-10 metro), simplemente asegurándose de que los ingredientes sean solo poliantraceno y no algo mucho más grande. Esto suena trivial pero en realidad es muy difícil de lograr en enfoques de arriba hacia abajo, particularmente si se desea precisión atómica ".

Las aplicaciones de las nanocintas de grafeno (y del propio grafeno) aún se encuentran en las primeras etapas, pero sus propiedades hacen que los materiales parezcan prometedores. Estudios anteriores han demostrado que controlar los anchos y las estructuras de los bordes de las nanocintas de grafeno puede ajustar las propiedades electrónicas de las cintas. lo que podría conducir a la electrónica de base molecular, como los transistores. Al comprender mejor cómo crecen las nanocintas de grafeno, incluyendo el papel catalítico del sustrato de oro y el efecto dominó de la reacción, Los científicos han dado un paso más hacia esta tecnología del futuro.

“El principal revuelo detrás de las nanocintas de grafeno es que debería poder usarlas para aplicaciones de semiconductores, que se debe a su estructura electrónica altamente deseable que es diferente de la estructura electrónica del grafeno, —Dijo Hanke. “La belleza de las nanocintas de grafeno es que su respuesta electrónica está determinada simplemente por su forma. Por lo tanto, Ser capaz de comprender y construir nanocintas de grafeno de manera controlada es un proceso muy importante para el desarrollo continuo de la electrónica. En particular para nanocintas a base de antraceno, tenemos un ancho que todavía es aproximadamente 30 veces más pequeño que el que está disponible en la electrónica actual basada en semiconductores ".

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