Grafeno como los modelos de papel, es fuerte pero flexible, y se puede estirar o tirar con fuerzas comparables a las ejercidas por las proteínas motoras. Crédito:Joe Wilensky / Cornell Chronicle
El arte del kirigami consiste en cortar papel en intrincados diseños, como copos de nieve. Los físicos de Cornell son artistas kirigami, también, pero su papel tiene solo un átomo de espesor, y podría convertirse en una de las máquinas más pequeñas que el mundo haya conocido.
Una colaboración de investigación dirigida por Paul McEuen, el Profesor John A. Newman de Ciencias Físicas y director del Instituto Kavli en Cornell para Ciencias a Nanoescala (KIC), está llevando a Kirigami a la nanoescala. Su plantilla es el grafeno, láminas de carbono unido hexagonalmente de un solo átomo de espesor, famoso por ser ultradelgado, ultra fuerte y un conductor de electrones perfecto. En el diario Naturaleza 29 de julio demuestran la aplicación de kirigami en láminas de grafeno de 10 micrones (un cabello humano tiene aproximadamente 70 micrones de grosor), que pueden cortar, pliegue, girar y doblar, como el papel.
El grafeno y otros materiales delgados son extremadamente pegajosos a esa escala, por lo que los investigadores utilizaron un viejo truco para facilitar su manipulación:lo suspendieron en agua y le agregaron surfactantes para hacerlo resbaladizo. como agua con jabón. También hicieron "asas" con lengüetas de oro para poder agarrar los extremos de las formas de grafeno. El coautor Arthur Barnard, también estudiante de posgrado en física de Cornell, descubrió cómo manipular el grafeno de esta manera.
El primer autor del estudio, Melina Blees, ex estudiante de posgrado en física y ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Chicago, dijo que recibió una "entusiasta bienvenida" del Departamento de Arte, donde los investigadores pasaron un tiempo en la biblioteca estudiando diseños de papel y telas y soñando formas de traducirlos al grafeno.
Tomaron prestada una cortadora láser de la Facultad de Arquitectura, Tienda de arte y planificación, creando modelos en papel de sus diseños, antes de ir a las instalaciones de ciencia y tecnología de Cornell NanoScale para fabricarlas con grafeno.
"Fue una verdadera exploración, cortar cosas de papel y jugar con ellas, tratando de imaginar cómo un 'móvil kirigami colgante para niños' podría convertirse en un resorte a nanoescala para medir fuerzas o interactuar con células, "Dijo Blees.
Con una hoja de grafeno por ejemplo, hicieron un resorte suave, que funciona como un transistor muy flexible. Las fuerzas necesarias para doblar tal resorte serían comparables a las fuerzas que podría ejercer una proteína motora, McEuen dijo. Entrando en el reino de las fuerzas biológicas, los experimentos abren un nuevo campo de ideas para soluciones flexibles, Dispositivos a nanoescala que podrían colocarse alrededor de células humanas o en el cerebro para detectar.
Un modelo en papel de un resorte kirigami fuera del plano. Crédito:Laboratorio McEuen
Los investigadores también demostraron qué tan bien se dobla el grafeno en un diseño de bisagra simple, cuantificar las fuerzas necesarias. Abrir y cerrar la bisagra 10, 000 veces, descubrieron que permanece perfectamente intacta y elástica, una cualidad potencialmente útil para máquinas y dispositivos plegables a esa escala.
Sobre la base de los principios del documento, un equipo de investigación relacionado en Cornell acaba de recibir fondos del Departamento de Defensa para continuar desarrollando tecnologías en torno a materiales flexibles como el grafeno, utilizando algunos de los principios de kirigami demostrados.
La obra, que también incluía a David Muller, profesor de física aplicada e ingeniería y codirector de KIC, contó con el apoyo del Centro de Investigación de Materiales de Cornell, que está financiado por la National Science Foundation; la Oficina de Investigaciones Navales; y el Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala.
