Después de seis años de arduo esfuerzo, un grupo de científicos de materiales de la Universidad de Wisconsin-Madison cree que las diminutas láminas del óxido de zinc semiconductor que están cultivando podrían tener enormes implicaciones para el futuro de una gran cantidad de dispositivos electrónicos y biomédicos.

El grupo, dirigido por Xudong Wang, un profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UW-Madison, y el investigador postdoctoral Fei Wang — ha desarrollado una técnica para crear láminas casi bidimensionales de compuestos que no forman naturalmente materiales tan delgados. Es la primera vez que una técnica de este tipo tiene éxito.

Los investigadores describieron sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza el 20 de enero.

Esencialmente el equivalente microscópico de una sola hoja de papel, una nanohoja 2-D es un material de solo unos pocos átomos de espesor. Los nanomateriales tienen propiedades químicas y electrónicas únicas en comparación con los materiales compuestos de manera idéntica en tamaños más grandes, balanzas convencionales.

"Lo bueno de un nanomaterial 2-D es que, como es una hoja, para nosotros es mucho más fácil de manipular en comparación con otros tipos de nanomateriales, "dice Xudong Wang.

Hasta ahora, Los científicos de materiales se limitaron a trabajar con nanohojas 2-D de origen natural. Estas estructuras 2-D naturales incluyen grafeno, una sola capa de grafito, y un número limitado de otros compuestos.

Desarrollar un método confiable para sintetizar y fabricar nanohojas 2-D a partir de otros materiales ha sido un objetivo de los investigadores de materiales y la industria de la nanotecnología durante años.

En su técnica, El equipo de UW-Madison aplicó un tensioactivo especialmente formulado, una sustancia similar a un detergente, sobre la superficie de un líquido que contiene iones de zinc.

Debido a sus propiedades químicas, el tensioactivo se ensambla en una sola capa en la superficie del líquido, con iones sulfato cargados negativamente apuntando en la dirección del líquido. Esos iones de sulfato atraen los iones de zinc cargados positivamente desde el interior del líquido a la superficie, y en un par de horas se extraen suficientes iones de zinc para formar nanoláminas continuas de óxido de zinc de solo unas pocas capas atómicas de espesor.

Xudong Wang tuvo por primera vez la idea de utilizar un tensioactivo para hacer crecer nanohojas durante una conferencia que estaba dando en un curso sobre nanotecnología en 2009.

"El curso incluye una charla sobre el autoensamblaje de monocapas, ", dice." En las condiciones correctas, un tensioactivo se autoensamblará para formar una monocapa. Este es un proceso bien conocido que enseño en clase. Entonces, mientras enseña esto, Me preguntaba por qué no podríamos revertir este método y usar la monocapa de surfactante primero para hacer crecer la cara cristalina ".

Después de cinco años de prueba y error con diferentes soluciones tensioactivas, la idea dio sus frutos.

"Estamos muy entusiasmados con esto, ", dice Xudong Wang." Definitivamente, esta es una nueva forma de fabricar nanohojas 2-D, y tiene un gran potencial para diferentes materiales y para muchas aplicaciones diferentes ".

Ya, Los investigadores han descubierto que las nanohojas de óxido de zinc 2-D que han desarrollado pueden funcionar como transistores semiconductores llamados tipo p, el comportamiento electrónico opuesto del óxido de zinc natural. Los investigadores han intentado durante algún tiempo producir óxido de zinc con propiedades de semiconductores de tipo p confiables.

El óxido de zinc es un componente muy útil de los materiales electrónicos, y las nuevas nanohojas tienen potencial para su uso en sensores, transductores y dispositivos ópticos.

Pero las nanohojas de óxido de zinc son solo las primeras de lo que podría ser una revolución en los nanomateriales bidimensionales. Ya, el equipo de UW-Madison está aplicando su método de surfactante para cultivar nanohojas 2-D de oro y paladio, y la técnica es prometedora para el cultivo de nanohojas de todo tipo de metales que no las formarían de forma natural.

"Aporta una gran cantidad de material funcional nuevo a esta categoría de material 2-D, "Dice Wang.