Como parte de una colaboración de investigación nacional, Investigadores españoles, incluido el ICN2, han hecho del grafeno nanoporoso uniformemente una realidad factible. Un hito importante en la investigación del grafeno, esto nos acerca un paso más a desbloquear todo el potencial de este material, no solo en la electrónica, pero también en aplicaciones de filtración y detección. El trabajo está publicado en Ciencias .
Los investigadores han sintetizado con éxito una membrana de grafeno con poros cuyo tamaño, la forma y la densidad se pueden ajustar con precisión atómica a nanoescala. La ingeniería de poros a nanoescala en el grafeno puede cambiar sus propiedades fundamentales. Se vuelve permeable o similar a un tamiz, y este cambio solo, combinado con la fuerza intrínseca del grafeno y su nanoesbeltez, señala su uso futuro como el más resistente, Filtro selectivo y energéticamente eficiente para sustancias extremadamente pequeñas, incluidos los gases de efecto invernadero, sales y biomoléculas.
Pero un segundo quizás también se produce un cambio menos intuitivo cuando el espacio entre los poros se reduce de manera similar a unos pocos átomos. Hacerlo transforma el grafeno de semimetal a semiconductor, abriendo la puerta para su uso en aplicaciones electrónicas, donde podría usarse para reemplazar el más voluminoso, componentes de silicio más rígidos que se utilizan en la actualidad.
Sin embargo, si bien todo esto es cierto en teoría, producir un material de este tipo requiere una precisión que los métodos de fabricación actuales aún tienen que lograr, y parece poco probable que lo haga alguna vez. El problema es el enfoque:perforar agujeros o manipular un material de un solo átomo de espesor es una tarea increíblemente complicada. En el trabajo descrito aquí, el equipo adopta un enfoque "de abajo hacia arriba" basado en los principios del autoensamblaje molecular y la polimerización 2-D, haciendo crecer efectivamente el grafeno desde cero con los nanoporos ya incorporados.
Para que este enfoque funcione, el investigador necesitaba una molécula precursora muy específica para usar como bloques de construcción iniciales que se comportarían como se esperaba cuando se sometieran a diferentes estímulos. En este trabajo, Estos precursores fueron diseñados y producidos por especialistas en química sintética en CiQUS, antes de ser llevado al ICN2 para el ensamblaje "bottom-up" de grafeno nanoporoso.
Fueron sometidos a varias rondas de calentamiento a altas temperaturas mientras se colocaban sobre una superficie dorada, que sirve para catalizar las reacciones mediante las cuales las moléculas se polimerizan primero, para formar largo, nanocintas con forma de encaje, y luego adherido lateralmente, para crear la estructura de nanomambrilla 2-D deseada completa con espaciado uniforme, poros de tamaño uniforme.
Simulado en el DIPC y probado experimentalmente en el ICN2, el resultado es un nuevo tipo de grafeno que exhibe propiedades eléctricas similares a las del silicio, y también puede actuar como un tamiz molecular altamente selectivo. Aplicado en conjunto, Se prevé que estas dos propiedades permitan el desarrollo de dispositivos de sensor y filtro combinados, que no solo clasificará por moléculas específicas, pero alternativamente bloqueará o controlará su paso a través de los nanoporos utilizando un campo eléctrico. Tales lecturas eléctricas proporcionarían información adicional sobre exactamente qué concentraciones de qué molécula pasan a través de los poros y cuándo, algo que también apunta a posibles aplicaciones en una secuenciación de ADN más eficiente.
En efecto, las aplicaciones en el mundo real de un programa sintonizable de este tipo, Las membranas de grafeno uniformemente nanoporosas son múltiples. Van desde el control y la mitigación de la contaminación, a la desalinización del agua, e incluso aplicaciones en biomedicina, donde tan delgado, flexible, La membrana biocompatible podría usarse para soportar órganos defectuosos como el riñón, uno de los filtros naturales del cuerpo.
