Fig.1 Comparación de los procesos de reducción de óxidos de grafeno con (a) métodos convencionales y (b) nuestros. Dibujos esquemáticos de portadores que fluyen (electrones y huecos) en (c) grafeno poco cristalino y (d) altamente cristalino. Dependencia de la temperatura de la conductancia en las películas de óxido de grafeno reducido preparadas por tratamiento térmico a (e) 900ºC y (f) 1130ºC. A partir del análisis de la dependencia de la temperatura de la conductancia, el mecanismo de transporte del portador de las películas de óxido de grafeno reducido preparadas por tratamiento a alta temperatura en vapor de etanol a 1130ºC muestra el transporte en forma de banda en el rango de 300 a 40 K para la temperatura de medición (ver Fig. 1 (f)). Crédito:Universidad de Osaka
Los investigadores descubrieron un procedimiento para restaurar las estructuras de óxido de grafeno defectuosas que hacen que el material muestre una baja movilidad del portador. Al aplicar un tratamiento de reducción de alta temperatura en un ambiente de etanol, se restauraron las estructuras defectuosas, conduciendo a la formación de una película de grafeno altamente cristalina con un excelente transporte en forma de banda. Se espera que estos hallazgos entren en uso en técnicas de producción escalables de películas de grafeno altamente cristalinas.
El grafeno es un material con excelente conductividad eléctrica, fuerza mecánica, estabilidad química, y una gran superficie. Su estructura consiste en una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor. Debido a sus atributos positivos, Se están realizando investigaciones en todo el mundo sobre su síntesis y aplicación a dispositivos electrónicos. Si bien es posible crear grafeno a partir de óxido de grafeno (GO), un material producido por exfoliación química a partir de grafito mediante tratamiento oxidativo, este tratamiento provoca estructuras defectuosas y la existencia de grupos que contienen oxígeno, haciendo que GO muestre propiedades de baja conducción. Hasta aquí, movilidad del portador, el indicador básico con el que se expresa el rendimiento del transistor, permaneció en unos pocos cm2 / Vs como máximo. Un grupo de investigadores dirigido por Ryota Negishi, profesor asistente, y Yoshihiro Kobayashi, profesor, Escuela de Graduados en Ingeniería, Universidad de Osaka; Masashi Akabori, profesor adjunto, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón; Takahiro Ito, profesor adjunto, Escuela de Graduados en Ingeniería, Universidad de Nagoya; y Yoshio Watanabe, Vice director, Centro de Radiación Sincrotrón de Aichi, han desarrollado un tratamiento de reducción mediante el cual se mejoró drásticamente la cristalinidad de GO.
Los investigadores recubrieron un sustrato con 1-3 capas extremadamente delgadas de GO y agregaron una pequeña cantidad de etanol al proceso de reducción de alta temperatura de hasta 1100 ° C. La adición del gas etanol a base de carbono condujo a la restauración efectiva de la estructura defectuosa del grafeno. Por primera vez en el mundo este grupo logró observar un transporte en forma de banda que refleja las propiedades intrínsecas de transporte eléctrico en películas de GO químicamente reducidas. El transporte en forma de banda es un mecanismo de conducción en el que los portadores utilizan los mecanismos eléctricos periódicos en los cristales sólidos como una onda de transmisión. El transporte de banda observado en este estudio logró una movilidad de portadora de ~ 210 cm2 / Vs, actualmente el nivel más alto observado en películas GO químicamente reducidas.
Fig.2 Imágenes de microscopio electrónico de transmisión observadas de las películas de óxido de grafeno reducido preparadas mediante tratamiento con etanol a (a) 900ºC y (b) 1100ºC. Para el tratamiento de alta temperatura, los puntos brillantes periódicos se observan en las películas de óxido de grafeno reducido. Esto significa que la cristalinidad del óxido de grafeno reducido se mejora de manera eficiente mediante un tratamiento a alta temperatura en un entorno de etanol. Crédito:Universidad de Osaka
La creación exitosa de películas delgadas de grafeno logradas a través del método de reducción anterior ha abierto la posibilidad de su aplicación en un conjunto diverso de dispositivos y sensores electrónicos. Los hallazgos de este grupo de investigación marcan un hito en el desarrollo de materiales escalables que utilizan las excelentes propiedades físicas del grafeno.
Esta investigación apareció en Informes científicos (Nature Publishing Group) el 1 de julio, 2016.
