La investigación de la Universidad Rice y la Universidad de California en Berkeley puede brindar a la ciencia y la industria una nueva forma de manipular el grafeno. el material maravilloso que se espera que desempeñe un papel en la electrónica avanzada, Aplicaciones mecánicas y térmicas.

Cuando el grafeno, una hoja de carbono de un átomo de espesor, se desgarra bajo tensión, lo hace de una manera única que desconcertó a los científicos que fueron los primeros en observar el fenómeno. En lugar de romperse al azar como lo haría un trozo de papel, busca el camino de menor resistencia y crea nuevos bordes que le dan al material cualidades deseables.

Debido a que los bordes del grafeno determinan sus propiedades eléctricas, encontrar una forma de controlarlos será significativo, dijo Boris Yakobson, Karl F. Hasselmann, profesor de Rice de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales y profesor de química.

Es raro que el trabajo de Yakobson como físico teórico aparezca en el mismo artículo con evidencia experimental, pero la reciente presentación en Nano letras titulado "Extracción de grafeno:direcciones preferidas" es una excepción notable, él dijo.

Yakobson y Vasilii Artyukhov, investigador postdoctoral en Rice, recreó en simulaciones por computadora el tipo de desgarro observado a través de un microscopio electrónico por investigadores de Berkeley.

El equipo de California notó que las grietas en los copos de grafeno seguían configuraciones de sillón o zigzag, términos que se refieren a la forma de los bordes creados. Parecía que las fuerzas moleculares dictaban cómo el grafeno maneja el estrés.

Esas fuerzas son robustas. Los enlaces carbono-carbono son los más fuertes que conoce el hombre. Pero la importancia de esta investigación, Yakobson dijo:radica en la naturaleza del borde que resulta del desgarro. El borde de una hoja de grafeno le confiere unas cualidades particulares, especialmente en la forma en que maneja la corriente eléctrica. El grafeno es tan conductor que la corriente fluye directamente sin impedimentos, hasta que llega al borde. Lo que la corriente encuentra allí hace una gran diferencia, él dijo, en si se detiene en seco o fluye hacia un electrodo u otra hoja de grafeno.

La "energía de borde" en el grafeno y los nanotubos de carbono ha sido de interés para Yakobson, quien publicó un artículo el año pasado con una fórmula para definir la energía de un trozo de grafeno cortado en cualquier ángulo. En carbono molecular, Los bordes del sillón y en zigzag son los más deseables porque los átomos a lo largo del borde están espaciados a intervalos regulares y sus propiedades eléctricas son bien conocidas:el grafeno en zigzag es metálico, y el grafeno del sillón es semiconductor. Descubrir cómo extraer grafeno para obtener nanocintas con bordes que sean todos de un tipo u otro sería un gran avance para los fabricantes.

Yakobson y su equipo determinaron que el grafeno busca el camino más eficiente desde el punto de vista energético. El equipo de Berkeley notó que múltiples grietas en un copo de grafeno fluían estrictamente a lo largo de líneas que estaban separadas (o en múltiplos de) 30 grados entre sí.

"El grafeno prefiere romper gastando la menor cantidad de energía, "Dijo Yakobson. Observó la separación de 30 grados entre los ángulos que diferencian el zigzag y el sillón en una celosía de grafeno hexagonal.

Probarlo, Artyukhov pasó dos meses construyendo simulaciones moleculares que separaron restos virtuales de grafeno de varias maneras. Dependiendo de la fuerza aplicada, un copo se rasgaría a lo largo de una línea recta o se bifurcaría en dos direcciones. Pero los bordes producidos siempre serían a lo largo de líneas de 30 grados y serían en zigzag o sillón.

"Básicamente, la dirección de la grieta en la teoría clásica de la fractura está determinada por el camino que podría tomar con el costo mínimo de energía, ", Dijo Artyukhov." Mis simulaciones mostraron que, en algunas condiciones, este podría ser el caso del grafeno. Proporcionó una explicación bastante razonable, clara y sólida para esta cosa experimental inusual ".

Artyukhov descubrió que tirar demasiado fuerte del grafeno virtual lo rompería. "Nuestro principal esfuerzo fue tirar de él con la suficiente delicadeza para que tuviera tiempo de elegir la dirección que preferiría, en lugar de tener un fracaso total ". Señaló que las simulaciones eran mucho más rápidas que las rupturas que ocurrirían en circunstancias del mundo real.

También fue sorprendente el descubrimiento de que los rasgaduras del grafeno a través de los límites de los granos siguen las mismas reglas. Las lágrimas no siguen el límite, que crearía aristas energéticamente desfavorables, pero pase y cambie a la dirección más favorable en el nuevo grano.

"La gente de Berkeley no hizo lágrimas controlables, pero su trabajo abre posibilidades tecnológicas para el futuro, ", Dijo Yakobson." Para la electrónica, quieres cintas que vayan en una dirección particular, y esta investigación sugiere que esto es posible. Sería un gran problema.

"Piense en el grafeno como una hoja de sellos postales:aplica una carga, y puede rasgar la hoja en una dirección bien definida. Eso es básicamente lo que revela este experimento para el grafeno. ", dijo." Hay instrucciones invisibles preparadas para usted ".