Un equipo de investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) han medido y controlado la temperatura de las burbujas de grafeno individuales con un solo rayo láser por primera vez. El estudio ya está disponible en Cartas de revisión física .

La naturaleza altamente elástica y flexible del grafeno permite la creación de grandes burbujas estables, de forma más o menos controlada. Se sabe que la tensión y la curvatura introducidas por las burbujas afinan la electrónica, químico, y propiedades mecánicas de este material. Generalmente, las burbujas de grafeno son más reactivas que el grafeno plano, por lo que podrían ser más propensos a estar decorados con grupos químicos. Las burbujas pueden servir como pequeñas reactores cerrados, y su superficie curva podría proporcionar un efecto de lente. Comprender cómo varía la temperatura dentro de las burbujas es un factor importante para varias aplicaciones.

"Si cree que las reacciones químicas podrían llevarse a cabo dentro de la burbuja o en la superficie de cada burbuja de grafeno, luego, cambiar la distribución de temperatura en una burbuja influirá significativamente en las reacciones que tienen lugar, "dice Yuan Huang, el primer autor del estudio.

En este estudio, se forman burbujas en la interfaz entre una hoja de grafeno y un sustrato de sílice (SiO2 / Si) sobre el que se encuentra. La superficie de SiO2 atrae algunas moléculas que se evaporan cuando se calienta, creando burbujas.

Como también predijeron los teóricos del equipo, Xiao Wang y Feng Ding, la temperatura oscila con la altura de la burbuja. Aunque cada burbuja tiene solo varios micrómetros de ancho y aproximadamente un micrómetro de alto, los científicos pudieron detectar una variación de temperatura, no solo entre el centro y los bordes, pero también a diferentes alturas de la burbuja.

Cuando una burbuja de grafeno se ilumina con un rayo láser, los rayos incidentes y reflejados se superponen formando una onda óptica estacionaria en la superficie. El aumento de la potencia del láser tiene el efecto de calentar selectivamente regiones específicas de la burbuja, que corresponden a la máxima interferencia de la onda óptica estacionaria. Los científicos del IBS detectaron cambios locales en la temperatura dentro de cada burbuja usando espectroscopía Raman, una técnica estándar para medir las características y la morfología del grafeno.

"Las ondas estacionarias cercanas a las superficies se han ignorado durante mucho tiempo y rara vez se han observado de manera directa. Los resultados son sorprendentes. El rayo láser puede calentar eficientemente el grafeno, y podemos determinar la conductividad térmica en las burbujas de grafeno a partir de su distribución de temperatura, "explica Wolfgang Bacsa, uno de los miembros del equipo, y científico visitante del CEMES-CNRS y la Universidad de Toulouse en Francia.

"Estos resultados confirman la alta conductividad térmica del grafeno previamente medida, demostrar la excelente adherencia alrededor del perímetro de la burbuja de grafeno, y proporcionar nuevas perspectivas sobre cómo calentar burbujas de grafeno en ubicaciones específicas, "concluye Rod Ruoff, coautor y director del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional. "Cuanto más sepamos sobre las propiedades físicas de las burbujas de grafeno, cuanto más podamos hacer uso de ellos de diferentes maneras ".

Por ejemplo, una aplicación interesante podría ser la creación de láminas de grafeno con agujeros circulares, como un patrón de 'lunares'. Como el sobrecalentamiento de las burbujas hace que estallen, los poros decorados con grupos químicos específicos podrían funcionar como filtros selectivos moleculares. Las propiedades únicas del grafeno nunca dejan de sorprender.