Un solo copo de óxido de grafeno de aproximadamente 40 micrones de ancho, visto bajo un microscopio electrónico, se asienta sobre un soporte de cobre. Estos copos "gigantes" se forman en una solución de cristal líquido similar a un gel. Crédito:Universidad Rice / Universidad de Colorado en Boulder
(PhysOrg.com) - Copos gigantes de óxido de grafeno en el agua se agregan como una pila de panqueques, pero infinitamente más delgado, y en el proceso adquieren características que los científicos pueden encontrar deliciosos.
Un nuevo artículo de científicos de la Universidad Rice y la Universidad de Colorado detalla cómo las rebanadas de grafeno, la forma de un solo átomo de carbono, en una solución se organizan para formar un cristal líquido nemático en el que las partículas flotan libremente pero están alineadas.
Eso ya se sabía. El nuevo giro es que si las escamas, en este caso, óxido de grafeno:son lo suficientemente grandes y concentrados, conservan su alineación a medida que forman un gel. Ese gel es un precursor útil para la fabricación de metamateriales o fibras con propiedades mecánicas y electrónicas únicas.
El equipo informó su descubrimiento en línea esta semana en la revista Royal Society of Chemistry. Materia blanda . Los autores de Rice incluyen a Matteo Pasquali, profesor de ingeniería química y biomolecular y de química; James Tour, el T.T. y W.F. Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática; asociado de investigación postdoctoral Dmitry Kosynkin; y los estudiantes de posgrado Budhadipta Dan y Natnael Behabtu. Ivan Smalyukh, profesor asistente de física en la Universidad de Colorado en Boulder, dirigió la investigación para su grupo, en el que Dan se desempeñó como científico visitante.
"Los materiales de grafeno y las fases fluidas son un gran campo de investigación, "Dijo Pasquali." Desde el punto de vista fundamental, las fases fluidas que comprenden escamas son relativamente inexploradas, y ciertamente es así cuando las escamas tienen importantes propiedades electrónicas.
"Desde el punto de vista de la aplicación, El grafeno y el óxido de grafeno pueden ser bloques de construcción importantes en áreas como la electrónica flexible y los materiales conductores y de alta resistencia. y pueden servir como plantillas para ordenar estructuras plasmónicas, " él dijo.
Por "gigante, "los investigadores se refirieron a escamas irregulares de óxido de grafeno hasta 10, 000 veces más anchos que altos. (Eso sigue siendo increíblemente pequeño:en promedio, aproximadamente 12 micrones de ancho y menos de un nanómetro de alto). Estudios anteriores mostraron que trozos más pequeños de grafeno prístino suspendido en ácido formarían un cristal líquido y que el óxido de grafeno haría lo mismo en otras soluciones, incluyendo agua.
Las escamas de óxido de grafeno en una solución se alinean con un director, un vector adimensional que representa la orientación preferida de las partículas en un cristal líquido. Crédito:Universidad Rice / Universidad de Colorado en Boulder
Esta vez, el equipo descubrió que si los copos son lo suficientemente grandes y concentrados, la solución se vuelve semisólida. Cuando limitaron el gel a una pipeta delgada y evaporaron parte del agua, los copos de óxido de grafeno se acercaron y se apilaron espontáneamente, aunque imperfectamente.
"La parte más emocionante para mí es el ordenamiento espontáneo del óxido de grafeno en un cristal líquido, que nadie había observado antes, "dijo Behabtu, miembro del laboratorio de Pasquali. "Todavía es un líquido, pero está ordenado. Eso es útil para hacer fibras, pero también podría inducir orden en otras partículas como nanobarras ".
Dijo que sería muy sencillo calentar el gel concentrado y extruirlo en algo como fibra de carbono, con propiedades mejoradas proporcionadas por "mix-ins".
Probando las posibilidades, los investigadores mezclaron microtriangulos de oro y microrods de vidrio en la solucion, y descubrió que ambos estaban efectivamente obligados a alinearse con los copos de panqueques. Su inclusión también ayudó al equipo a obtener una confirmación visual de la orientación de los copos.
El proceso ofrece la posibilidad de ordenar y alinear a gran escala partículas plasmónicas como el oro, nanobarras de plata y paladio, componentes importantes en dispositivos optoelectrónicos y metamateriales, ellos informaron.
Behabtu agregó que calentar el gel "reticula las escamas, y eso es bueno para la resistencia mecánica. Incluso puede calentar el óxido de grafeno lo suficiente para reducirlo, quitando el oxígeno y convirtiéndolo de nuevo en grafito ".
