Grafeno transferido de su sustrato metálico con un recubrimiento de polímero, izquierda, muestra que los residuos de polímero (manchas oscuras) permanecen adheridos al grafeno después del procesamiento. El grafeno de la barra de refuerzo, Derecha, creado en Rice University se fabrica sin la necesidad de un paso de transferencia de polímero y se mantiene limpio. Crédito:Tour Group
(Phys.org) —Los nanotubos de carbono son barras de refuerzo que hacen que el grafeno bidimensional sea mucho más fácil de manejar en un nuevo material híbrido cultivado por investigadores de la Universidad de Rice.
El laboratorio de Rice del químico James Tour colocó nanotubos en grafeno de una manera que no solo imita cómo se usa la barra de refuerzo de acero en el concreto, sino que también preserva e incluso mejora las cualidades eléctricas y mecánicas de ambos.
La técnica debe hacer grandes, flexible, láminas de grafeno conductoras y transparentes mucho más fáciles de manipular, que debería ser de interés para los fabricantes de productos electrónicos, Tour dijo. Sugirió que el nuevo híbrido podría, al apilar en algunas capas, ser un reemplazo rentable del costoso óxido de indio y estaño (ITO) que ahora se usa en pantallas y celdas solares.
La investigación aparece este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano .
Grafeno una matriz de una sola capa de átomos de carbono, puede ser uno de los materiales más fuertes del planeta, pero puede ser un desafío levantar las pequeñas láminas del sustrato del catalizador en el que se cultivan, generalmente por deposición química de vapor (CVD), Tour dijo.
"Normalmente cultivas grafeno en un metal, pero no puedes simplemente disolver el metal, "Dijo Tour." Pones un polímero encima del grafeno para reforzarlo, y luego disolver el metal.
Las barras de refuerzo de nanotubos son claramente visibles en una imagen de microscopio electrónico de grafeno de barras de refuerzo, La imagen muestra dónde se detiene una pared de nanotubos, ya que el tubo se abre parcialmente en grafeno y proporciona una unión perfecta con la hoja. Crédito:Tour Group
"Entonces tienes polímero pegado al grafeno. Cuando disuelves el polímero, te quedaste con residuos, rastrear impurezas que limitan la eficacia del grafeno para dispositivos electrónicos y biológicos de alta velocidad. Al eliminar el paso de soporte de polímero, ampliamos enormemente el potencial de este material ".
Para crear lo que llaman grafeno de barras de refuerzo, los investigadores simplemente aplican una capa por centrifugación y luego calientan y enfrían nanotubos de carbono funcionalizados de una o varias paredes en láminas de cobre, utilizando los propios nanotubos como fuente de carbono. Cuando se calienta, los grupos de carbono funcionales se descomponen y forman grafeno, mientras que los nanotubos se dividen parcialmente y forman uniones covalentes con la nueva capa de grafeno.
Los nanotubos de carbono cierran los espacios entre las secciones de grafeno en una muestra de grafeno de varilla. Crédito:Tour Group
"Los nanotubos se vuelven uno con el material en ciertos lugares, ", Dijo Tour." Es un verdadero híbrido con nanotubos en el plano unidos covalentemente al grafeno ".
Los interconectados, nanotubos incrustados fortalecen el grafeno, Tour dijo. "Podemos ver en nuestras imágenes lo bien que los nanotubos soportan la carga. Cuando estiramos el material, los tubos se vuelven más delgados, Como las imágenes del microscopio electrónico les permiten determinar la quiralidad de los nanotubos, los ángulos de los hexágonos que forman el tubo, los investigadores pudieron calcular los diámetros de los tubos y saber con precisión cuánto más delgados se vuelven bajo tensión.
Los nanotubos de carbono que sirven como barras de refuerzo en grafeno se abren parcialmente en el proceso. La parte descomprimida se une covalentemente con la hoja de grafeno, proporcionando una conexión eléctrica ininterrumpida. Crédito:Tour Group
Los nanotubos en red también hacen que el material sea un mejor conductor que el grafeno estándar cultivado por CVD. Tour dijo. El grafeno tal como se cultiva nunca es una matriz perfecta de hexágonos; en lugar de, consta de cristales que crecen por separado y se conectan en los límites de los granos que interrumpen el flujo de electrones. Los nanotubos en el grafeno de las barras de refuerzo cruzan efectivamente esos límites.
"Lo importante para la industria es ver si pueden conseguir que el grafeno sustituya a las pantallas transparentes por ITO, ", Dijo Tour." Pero ITO es rígido, y se rompe cuando dejas caer tu smartphone, por ejemplo. Grafeno y nanotubos, por otra parte, permitiría pantallas flexibles. Demostramos en nuestras pruebas que el grafeno de varilla tiene mejor conductividad que el grafeno normal con la misma transparencia, y con capas, podría ser competitivo en ITO ".
