Cuando miras un regalo envuelto para regalo, las propiedades básicas del papel de regalo, digamos, sus colores y textura, generalmente no cambian por la naturaleza del regalo que contiene.
Pero sorprendentes nuevos experimentos llevados a cabo en el MIT muestran que un material de un átomo de espesor llamado grafeno, una forma de carbono puro cuyos átomos están unidos en una red similar a una malla de gallinero, se comporta de manera bastante diferente dependiendo de la naturaleza del material que lo envuelve. Cuando se colocan láminas de grafeno sobre sustratos hechos de diferentes materiales, Las propiedades fundamentales, como cómo el grafeno conduce la electricidad y cómo interactúa químicamente con otros materiales, pueden ser drásticamente diferentes. dependiendo de la naturaleza del material subyacente.
"Nos sorprendió bastante" descubrir este comportamiento alterado, dice Michael Strano, el profesor Charles e Hilda Roddey de Ingeniería Química en el MIT, quien es el autor principal de un artículo publicado esta semana en la revista Química de la naturaleza . "Esperábamos que se comportara como el grafito", una forma conocida de carbono, solía hacer la mina en lápices, cuya estructura es esencialmente de múltiples capas de grafeno apiladas una encima de la otra.
Pero su comportamiento resultó ser bastante diferente. "El grafeno es muy extraño, ”Dice Strano. Debido a su extrema delgadez, en la práctica, el grafeno casi siempre se coloca encima de algún otro material como soporte. Cuando ese material debajo es dióxido de silicio, un material estándar utilizado en electrónica, el grafeno puede "funcionalizarse" fácilmente cuando se expone a ciertos productos químicos. Pero cuando el grafeno se asienta sobre nitruro de boro, apenas reacciona a los mismos productos químicos.
"Es muy contradictorio, ”Dice Strano. "Puede desactivar y activar la capacidad del grafeno para formar enlaces químicos, basado en lo que hay debajo ".
La razón, resulta, es que el material es tan delgado que la forma en que reacciona se ve fuertemente afectada por los campos eléctricos de los átomos en el material debajo de él. Esto significa que es posible crear dispositivos con un sustrato con micropatrones, compuesto por algunas regiones de dióxido de silicio y algunas recubiertas con nitruro de boro, cubiertas con una capa de grafeno cuyo comportamiento químico variará según el patrón oculto. Esto podría permitir, por ejemplo, la producción de microarrays de sensores para detectar trazas de materiales biológicos o químicos.
Qing Hua Wang, un postdoctorado del MIT que es el autor principal del artículo, dice, “Podrías hacer que diferentes moléculas de un delicado marcador biológico interactuaran [con estas regiones en la superficie del grafeno] sin alterar las biomoléculas en sí mismas”. La mayoría de las técnicas de fabricación actuales para tales superficies con patrones involucran calor y solventes reactivos que pueden destruir estas sensibles moléculas biológicas.
Por último, el grafeno incluso podría convertirse en una capa protectora para muchos materiales, Dice Strano. Por ejemplo, el material de un átomo de espesor, cuando se une al cobre, elimina por completo la tendencia a oxidarse de ese metal (lo que produce la característica superficie azul verdosa de los techos de cobre). "Puede apagar completamente la corrosión, "Él dice, "Casi como magia ... con solo el susurro de una capa".
Para explicar por qué el grafeno se comporta como lo hace, "Se nos ocurrió una nueva teoría de transferencia de electrones" que explica la forma en que se ve afectado por el material subyacente, Dice Strano. "Muchos químicos se habían perdido esto, ”Y como resultado había sido confundido por cambios aparentemente impredecibles en cómo reacciona el grafeno en diferentes situaciones. Esta nueva comprensión también se puede utilizar para predecir el comportamiento del material en otros sustratos, él dice.
James Tour, un profesor de química y ciencias de la computación en la Universidad de Rice que no participó en esta investigación, dice, “Este es el primer estudio sistemático del efecto del sustrato sobre la reactividad química del grafeno. Este es un estudio cuidadosamente realizado con resultados convincentes. Predigo que se convertirá en una publicación citada con frecuencia ".
Wang agrega que "es un resultado bastante general" que puede usarse para predecir el comportamiento químico de muchas configuraciones diferentes. “Creemos que otros grupos pueden tomar esta idea y desarrollar cosas diferentes con ella, ”Ella dice. Tour está de acuerdo, diciendo, "La comunidad de sensores de grafeno se inspirará en este trabajo para explorar muchos más sustratos en un esfuerzo por optimizar la reactividad del grafeno".
En cuanto al equipo del MIT, ella dice, "El siguiente paso es, estamos profundizando en los detalles de cómo reacciona el grafeno bicapa. Parece comportarse de manera diferente ”que el material de una sola capa.
