Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo método para alterar químicamente el grafeno, un desarrollo que podría ser un paso hacia la creación de más delgada, electrónica flexible.

Muy deseado por sus muchos atributos prometedores, el grafeno tiene un grosor de un átomo, celosía en forma de panal de átomos de carbono con una resistencia y conductividad excepcionales. Entre las muchas aplicaciones posibles del grafeno se encuentra la electrónica:muchos expertos creen que podría rivalizar con el silicio, transformando circuitos integrados y conduciendo a computadoras ultrarrápidas, teléfonos móviles y dispositivos electrónicos portátiles relacionados.

Pero primero, Los investigadores deben aprender a ajustar las propiedades electrónicas del grafeno, lo que no es una tarea fácil, dado un gran desafío intrínseco al material. A diferencia de los semiconductores como el silicio, el grafeno puro es un material sin banda prohibida, lo que dificulta "apagar" eléctricamente el flujo de corriente a través de él. Por lo tanto, el grafeno prístino no es apropiado para los circuitos digitales que comprenden la gran mayoría de los circuitos integrados.

Para superar este problema y hacer que el grafeno sea más funcional, investigadores de todo el mundo están investigando métodos para alterar químicamente el material. La estrategia más común es el "método Hummers, "un proceso desarrollado en la década de 1940 que oxida el grafeno, pero ese método se basa en ácidos fuertes que dañan irreversiblemente el tejido de la red de grafeno.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de Northwestern han desarrollado recientemente un nuevo método para oxidar el grafeno sin el daño colateral encontrado en el método Hummers. Su proceso de oxidación también es reversible, lo que permite una mayor sintonía sobre las propiedades resultantes de su grafeno modificado químicamente.

El papel, "Oxidación químicamente homogénea y térmicamente reversible del grafeno epitaxial, "se publicará el 19 de febrero en la revista Química de la naturaleza .

"Realizar reacciones químicas en grafeno es muy difícil, "dijo Mark C. Hersam, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la McCormick School. "Típicamente, los investigadores emplean condiciones ácidas agresivas, como los utilizados en el método Hummers, que dañan la celosía y dan como resultado un material difícil de controlar.

"En nuestro método, sin embargo, El óxido de grafeno resultante es químicamente homogéneo y reversible, lo que da lugar a propiedades bien controladas que probablemente se pueden explotar en aplicaciones de alto rendimiento. "dijo Hersam, quien también es profesor de química y de medicina.

Para crear el óxido de grafeno, Los investigadores filtraron gas oxígeno (O2) en una cámara de vacío ultra alto. Dentro, un filamento de tungsteno caliente se calentó a 1500 grados Celsius, haciendo que las moléculas de oxígeno se disocian en oxígeno atómico. Los átomos de oxígeno altamente reactivos luego se insertan uniformemente en la red de grafeno.

El material resultante posee un alto grado de homogeneidad química. Las mediciones espectroscópicas muestran que las propiedades electrónicas del grafeno varían en función de la cobertura de oxígeno. sugiriendo que este enfoque puede ajustar las propiedades de los dispositivos basados ​​en grafeno. "No está claro si este trabajo afectará las aplicaciones del mundo real de la noche a la mañana, ", Dijo Hersam." Pero parece ser un paso en la dirección correcta ".

Próximo, Los investigadores explorarán otros medios de modificar químicamente el grafeno para desarrollar una variedad más amplia de materiales. al igual que los científicos hicieron con los plásticos en el siglo pasado.

"Quizás el oxígeno no sea suficiente, ", Dijo Hersam." A través de la modificación química, la comunidad científica ha desarrollado una amplia gama de polímeros, desde plásticos duros hasta nailon. Esperamos obtener el mismo grado de sintonía para el grafeno ".