Usando la energía del sol y el grafeno aplicado a la superficie del carburo de silicio cúbico, investigadores de la Universidad de Linköping, Suecia, están trabajando para desarrollar un método para convertir el agua y el dióxido de carbono en la energía renovable del futuro. Ahora han dado un paso importante hacia este objetivo, informando de un método que permite producir grafeno con varias capas en un proceso estrictamente controlado. Los investigadores también han demostrado que el grafeno actúa como superconductor en determinadas condiciones. Sus resultados han sido publicados en revistas científicas Carbón y Nano letras .

Carbón, el oxígeno y el hidrógeno son los tres elementos que se obtienen al separar moléculas de dióxido de carbono y agua. Los mismos elementos son los componentes básicos de las sustancias químicas que se utilizan como combustible, como el etanol y el metano. La conversión de dióxido de carbono y agua en combustible renovable podría proporcionar una alternativa a los combustibles fósiles y contribuir a reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Jianwu Sun, profesor titular de la Universidad de Linköping, está tratando de encontrar una manera de hacerlo.

Investigadores de la Universidad de Linköping han desarrollado previamente un método líder en el mundo para producir carburo de silicio cúbico, que consta de silicio y carbono. La forma cúbica tiene la capacidad de capturar energía del sol y crear portadores de carga. Este es, sin embargo, insuficiente. Grafeno uno de los materiales más delgados jamás producidos, juega un papel clave en el proyecto. El material comprende una única capa de átomos de carbono unidos entre sí en una red hexagonal. El grafeno tiene una gran capacidad para conducir una corriente eléctrica, una propiedad que sería útil para la conversión de energía solar. También tiene varias propiedades únicas, y los posibles usos del grafeno se están estudiando ampliamente en todo el mundo.

En años recientes, los investigadores han intentado mejorar el proceso por el cual el grafeno crece en una superficie para controlar las propiedades del grafeno. Su reciente progreso se describe en un artículo de la revista científica Carbón .

"Es relativamente fácil cultivar una capa de grafeno sobre carburo de silicio. Pero es un desafío mayor cultivar grafeno uniforme de gran área que consta de varias capas una encima de la otra. Ahora hemos demostrado que es posible cultivar grafeno uniforme que consta de hasta cuatro capas de forma controlada, "dice Jianwu Sun del Departamento de Física, Química y Biología en la Universidad de Linköping.

Una de las dificultades que plantea el grafeno multicapa es que la superficie se vuelve irregular cuando crecen diferentes cantidades de capas en diferentes lugares. El borde cuando termina una capa tiene la forma de una pequeña, Escalera a nanoescala. Las capas planas son deseables, entonces estos pasos son un problema, particularmente cuando los pasos se acumulan en un lugar, como una escalera mal construida en la que se han unido varios escalones para formar un gran escalón. Los investigadores ahora han encontrado una manera de eliminar estos grandes pasos unidos haciendo crecer el grafeno a una temperatura cuidadosamente controlada. Es más, los investigadores han demostrado que su método permite controlar cuántas capas contendrá el grafeno. Este es el primer paso clave en un proyecto de investigación en curso cuyo objetivo es producir combustible a partir de agua y dióxido de carbono.

En un artículo de la revista muy relacionado Nano letras , los investigadores describen investigaciones sobre las propiedades electrónicas del grafeno multicapa cultivado en carburo de silicio cúbico.

"Descubrimos que el grafeno multicapa tiene propiedades eléctricas extremadamente prometedoras que permiten que el material se utilice como superconductor, un material que conduce corriente eléctrica sin resistencia eléctrica. Esta propiedad especial surge únicamente cuando las capas de grafeno están dispuestas de una manera especial entre sí, "dice Jianwu Sun.

Los cálculos teóricos habían predicho que el grafeno multicapa tendría propiedades superconductoras, siempre que las capas estén dispuestas de una manera particular. En el nuevo estudio, los investigadores demuestran experimentalmente por primera vez que este es el caso. Los imanes superconductores son imanes extremadamente potentes que se utilizan en cámaras de resonancia magnética médica y en aceleradores de partículas. Hay muchas áreas potenciales de aplicación para superconductores, como líneas de suministro eléctrico sin pérdida de energía, y trenes de alta velocidad que flotan en un campo magnético. Su uso está actualmente limitado por la incapacidad de producir superconductores que funcionen a temperatura ambiente. Los superconductores disponibles actualmente funcionan solo a temperaturas extremadamente bajas.