Una nueva investigación revela por qué el grafeno "supermaterial" no ha transformado la electrónica como se prometió, y muestra cómo duplicar su rendimiento y finalmente aprovechar su extraordinario potencial.

El grafeno es el material más resistente jamás probado. También es flexible transparente y conduce el calor y la electricidad 10 veces mejor que el cobre.

Después de que la investigación del grafeno ganó el Premio Nobel de Física en 2010, fue aclamado como un material transformador para la electrónica flexible. chips de computadora y paneles solares más potentes, filtros de agua y biosensores. Pero el rendimiento ha sido mixto y la adopción de la industria es lenta.

Ahora, un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza identifica la contaminación por silicio como la causa principal de resultados decepcionantes y detalla cómo producir un mayor rendimiento, grafeno puro.

El equipo de RMIT University dirigido por la Dra. Dorna Esrafilzadeh y el Dr. Rouhollah Ali Jalili inspeccionó muestras de grafeno disponibles comercialmente. átomo por átomo, con un microscopio electrónico de transición de barrido de última generación.

"Encontramos altos niveles de contaminación por silicio en el grafeno disponible comercialmente, con impactos masivos en el rendimiento del material, "Dijo Esrafilzadeh.

Las pruebas mostraron que el silicio presente en el grafito natural, la materia prima utilizada para fabricar grafeno, no se estaba eliminando por completo cuando se procesó.

"Creemos que esta contaminación está en el centro de muchos informes aparentemente inconsistentes sobre las propiedades del grafeno y quizás muchos otros materiales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados, "Dijo Esrafilzadeh.

"El grafeno se consideró transformador, pero hasta ahora no ha tenido un impacto comercial significativo, al igual que algunos nanomateriales bidimensionales similares. Ahora sabemos por qué no ha funcionado según lo prometido, y qué hay que hacer para aprovechar todo su potencial ".

Las pruebas no solo identificaron estas impurezas, sino que también demostraron la gran influencia que tienen en el rendimiento, con material contaminado que rinde hasta un 50% peor cuando se prueba como electrodos.

"Este nivel de inconsistencia puede haber obstaculizado la aparición de las principales aplicaciones de la industria para los sistemas basados ​​en grafeno. Pero también está impidiendo el desarrollo de marcos regulatorios que gobiernan la implementación de tales nanomateriales en capas". que están destinados a convertirse en la columna vertebral de los dispositivos de próxima generación, " ella dijo.

La propiedad bidimensional de las láminas de grafeno, que tiene un solo átomo de espesor, lo hace ideal para el almacenamiento de electricidad y las nuevas tecnologías de sensores que dependen de una gran superficie.

Este estudio revela cómo esa propiedad 2-D también es el talón de Aquiles del grafeno, haciéndolo tan vulnerable a la contaminación de la superficie, y subraya la importancia del grafito de alta pureza para la producción de grafeno más puro.

Usando grafeno puro, Los investigadores demostraron cómo el material funcionaba extraordinariamente bien cuando se usaba para construir un supercapacitador, una especie de superbatería.

Cuando se prueba, La capacidad del dispositivo para mantener la carga eléctrica era enorme. De hecho, era la mayor capacidad registrada hasta ahora para el grafeno y dentro de la vista de la capacidad teórica prevista del material.

En colaboración con el Centro de Materiales Avanzados y Química Industrial de RMIT, Luego, el equipo utilizó grafeno puro para construir un sensor de humedad versátil con la mayor sensibilidad y el límite de detección más bajo jamás informado.

Estos hallazgos constituyen un hito vital para la comprensión completa de materiales bidimensionales atómicamente delgados y su integración exitosa dentro de dispositivos comerciales de alto rendimiento.

"Esperamos que esta investigación ayude a desbloquear el emocionante potencial de estos materiales".