En lo que se conoció como la 'técnica de la cinta adhesiva, "Los investigadores extrajeron el grafeno por primera vez con un trozo de adhesivo en 2004. El grafeno es una capa única de átomos de carbono dispuestos en un panal de abejas. patrón hexagonal. Parece alambre de gallinero.

El grafeno es un material maravilloso. Es cien veces mejor para conducir la electricidad que el silicio. Es más fuerte que el diamante. Y, con un solo átomo de espesor, es tan delgado que es esencialmente un material bidimensional. Una física tan prometedora ha hecho del grafeno la sustancia más estudiada de la última década, particularmente en nanotecnología. En 2010, los investigadores que lo aislaron por primera vez compartieron el premio Nobel.

Todavía, mientras que el grafeno es muchas cosas, no es piezoeléctrico. La piezoelectricidad es la propiedad de algunos materiales para producir carga eléctrica cuando se doblan, exprimido o retorcido. Quizás lo más importante, la piezoelectricidad es reversible. Cuando se aplica un campo eléctrico, los materiales piezoeléctricos cambian de forma, produciendo un notable nivel de control de ingeniería.

Los piezoeléctricos han encontrado aplicación en innumerables dispositivos de relojes, radios y ultrasonidos a los arrancadores de botón en parrillas de propano, pero todos estos usos requieren relativamente grandes Cantidades tridimensionales de materiales piezoeléctricos.

Ahora, en un artículo publicado en la revista ACS Nano , dos ingenieros de materiales en Stanford han descrito cómo han diseñado piezoeléctricos en grafeno, extendiendo por primera vez un control físico tan fino a la nanoescala.

Straintronics

"Las deformaciones físicas que podemos crear son directamente proporcionales al campo eléctrico aplicado y esto representa una forma fundamentalmente nueva de controlar la electrónica a nanoescala, "dijo Evan Reed, jefe del Grupo de Teoría y Computación de Materiales en Stanford y autor principal del estudio. "Este fenómeno aporta una nueva dimensión al concepto de 'straintronics' por la forma en que el campo eléctrico deforma, o deforma, la red de carbono, haciendo que cambie de forma de formas predecibles ".

"El grafeno piezoeléctrico podría proporcionar un grado incomparable de energía eléctrica, control óptico o mecánico para aplicaciones que van desde pantallas táctiles hasta transistores a nanoescala, "dijo Mitchell Ong, becario postdoctoral en el laboratorio de Reed y primer autor del artículo.

Usando una aplicación de modelado sofisticada que se ejecuta en supercomputadoras de alto rendimiento, los ingenieros simularon la deposición de átomos en un lado de una red de grafeno, un proceso conocido como dopaje, y midieron el efecto piezoeléctrico.

Modelaron grafeno dopado con litio, hidrógeno, potasio y flúor, así como combinaciones de hidrógeno y flúor y litio y flúor a cada lado de la red. Dopando solo un lado del grafeno, o dopando ambos lados con diferentes átomos, es clave para el proceso, ya que rompe la simetría física perfecta del grafeno, que de otro modo anula el efecto piezoeléctrico.

Los resultados sorprendieron a ambos ingenieros.

"Pensamos que el efecto piezoeléctrico estaría presente, pero relativamente pequeño. Todavía, pudimos lograr niveles piezoeléctricos comparables a los materiales tridimensionales tradicionales, ", dijo Reed." Fue bastante significativo ".

Piezoelectricidad de diseñador

"Pudimos ajustar aún más el efecto mediante el dopaje de patrones del grafeno, colocando selectivamente los átomos en secciones específicas y no en otras, ", dijo Ong." Lo llamamos piezoelectricidad de diseño porque nos permite controlar estratégicamente dónde, cuándo y cuánto se deforma el grafeno por un campo eléctrico aplicado con implicaciones prometedoras para la ingeniería ".

Si bien los resultados en la creación de grafeno piezoeléctrico son alentadores, los investigadores creen que su técnica podría usarse aún más para diseñar piezoelectricidad en nanotubos y otros nanomateriales con aplicaciones que van desde la electrónica, fotónica, y recolección de energía para sensores químicos y acústica de alta frecuencia.

"Ya estamos analizando nuevos dispositivos piezoeléctricos basados ​​en otros materiales 2D y de baja dimensión con la esperanza de que puedan abrir nuevas y espectaculares posibilidades en nanotecnología". "dijo Reed.