Comparación de óxido de grafeno antes (izquierda) y después (derecha) del nuevo tratamiento de recocido. La hoja de grafeno está representada por esferas de carbono amarillas, mientras que los oxígenos y los hidrógenos se representan como esferas rojas y blancas. El recocido hace que los átomos de oxígeno formen grupos, creando áreas de grafeno puro (como se muestra en la imagen de la derecha). Esto da como resultado una mayor absorción de luz, conducción mejorada de electrones, y emisión de luz eficiente. Crédito:MIT
Grafeno una matriz bidimensional de átomos de carbono, ha demostrado ser muy prometedor para una variedad de aplicaciones, pero para muchos usos sugeridos, el material requiere tratamientos que pueden ser costosos y difíciles de aplicar de manera predecible. Ahora, un equipo de investigadores del MIT y la Universidad de California en Berkeley ha encontrado una tratamiento económico que puede ayudar a liberar el potencial del material.
El nuevo método se describe en un artículo publicado esta semana en la revista Química de la naturaleza , en coautoría con los estudiantes de doctorado del MIT Priyank Kumar y Neelkanth Bardhan, Los profesores del MIT Jeffrey Grossman y Angela Belcher, y otros dos en Berkeley.
"Nos ha interesado mucho el grafeno, óxido de grafeno, y otros materiales bidimensionales para su posible uso en células solares, dispositivos termoeléctricos, y filtración de agua, entre otras aplicaciones, "dice Grossman, el profesor adjunto Carl Richard Soderberg de ingeniería energética.
Si bien el grafeno puro carece de algunas propiedades clave necesarias para los dispositivos electrónicos, modificarlo mediante la adición de átomos de oxígeno puede proporcionar esas propiedades, Grossman explica. "Tener átomos de oxígeno en el grafeno es muy importante para muchas aplicaciones, ", Agrega Kumar.
Pero los métodos actuales dejan átomos de oxígeno distribuidos de manera impredecible a través de la superficie del grafeno, e implican el tratamiento con productos químicos agresivos, oa temperaturas de 700 a 900 grados Celsius.
El nuevo enfoque del grupo implica exponer el material a temperaturas relativamente bajas, solo 50 a 80 C, sin necesidad de tratamiento químico adicional. "Es un enfoque térmico suave, "Bardhan dice, "frente a otros enfoques que se han informado, térmica o química. Esto ofrece un método relativamente respetuoso con el medio ambiente, sin un tratamiento químico agresivo que genere subproductos nocivos ". Además, él dice, el tratamiento se puede aplicar fácilmente a gran escala, haciendo que las aplicaciones comerciales sean más viables.
El proceso de recocido a baja temperatura modifica la distribución de los átomos de oxígeno, haciendo que formen grupos y dejando áreas de grafeno puro entre ellos, sin introducir ningún trastorno en la estructura general del grafeno y, lo que es más importante, preservando el contenido de oxígeno.
Kumar dice que el nuevo tratamiento permite que la resistencia eléctrica del material disminuya de cuatro a cinco órdenes de magnitud, que podría ser importante para la electrónica, catálisis, y aplicaciones de detección. Este es el resultado de la agrupación de oxígeno, que hace que las regiones ricas en oxígeno sean aislantes, pero deja las áreas de grafeno puro en medio de la conducción.
Además, las regiones de grafeno puro tienen naturalmente propiedades de "puntos cuánticos", que podrían encontrar uso como emisores de luz altamente eficientes, entre otras aplicaciones. El tratamiento también mejora en gran medida la capacidad del material para absorber la luz visible, dice el equipo. "Produce una mejora del 38 por ciento en la colección de fotones, "Grossman dice, en comparación con el óxido de grafeno sin tratar, "que es una mejora significativa que podría ser importante para su uso en una serie de aplicaciones, como las células solares ".
Mientras que el grupo de Grossman está analizando el uso potencial del grafeno en las células solares, dispositivos termoeléctricos, combustibles solares térmicos, y filtros de desalación, El grupo de Belcher está explorando aplicaciones biológicas, como sensores para agentes patógenos en el torrente sanguíneo, o sistemas de administración para dirigir fármacos insolubles a áreas específicas del cuerpo.
El nuevo enfoque de procesamiento, Grossman dice:es muy emocionante, debido a cómo abre el espacio de diseño para estas aplicaciones ".
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.
