El grafeno es 200 veces más resistente que el acero y puede ser hasta seis veces más ligero. Estas características por sí solas lo convierten en un material popular en la fabricación. Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign descubrieron recientemente más propiedades de las láminas de grafeno que pueden beneficiar a la industria.

Estudiante de doctorado Soumendu Bagchi, junto con su asesor Huck Beng Chew en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial en colaboración con Harley Johnson de Ciencias Mecánicas e Ingeniería identificaron cómo se comportan las láminas de grafeno retorcidas y su estabilidad a diferentes tamaños y temperaturas.

"Nos concentramos en dos hojas de grafeno apiladas una encima de la otra pero con un ángulo de giro, ", dijo Bagchi." Hicimos simulaciones atomísticas a diferentes temperaturas para diferentes tamaños de hojas de grafeno. Usando información de estas simulaciones, desarrollamos un modelo analítico:puede conectar cualquier tamaño de hoja, cualquier ángulo de giro, y el modelo predecirá el número de estados estables locales que tiene, así como la temperatura crítica requerida para alcanzar cada uno de esos estados ".

Bagchi explicó que el grafeno bicapa existe en una configuración apilada de Bernal sin torsión, que es también la secuencia de apilamiento repetida de grafito hexagonal cristalino. Cuando se retuerce el grafeno bicapa, quiere volver a desenroscarse a su estado original porque ese es el estado y la ubicación más estable de los átomos.

"Cuando la estructura atómica retorcida se calienta, tiende a girar hacia atrás, pero hay ciertos ángulos de giro mágico en los que la estructura permanece estable por debajo de una temperatura específica. Y, también hay una dependencia del tamaño. Lo emocionante de nuestro trabajo es, dependiendo del tamaño de la hoja de grafeno, podemos predecir cuántos estados estables tendrá, los ángulos de giro mágico en estos estados estables, así como el rango de temperaturas requerido para que el grafeno retorcido pase de un estado estable a otro, "Dijo Bagchi.

Según Chew, los fabricantes han intentado fabricar transistores de grafeno, y se sabe que las bicapas de grafeno retorcidas exhiben propiedades electrónicas interesantes. Al fabricar estos transistores de grafeno, Es importante saber qué temperatura excitará el material para lograr una determinada rotación o respuesta mecánica.

"Sabían que una hoja de grafeno tiene ciertas propiedades electrónicas, y agregar una segunda hoja en ángulo produce nuevas propiedades únicas. Pero una sola hoja atómica no es fácil de manipular. Fundamentalmente, este estudio responde preguntas sobre cómo se comportan las láminas de grafeno retorcidas bajo carga térmica, y proporciona información sobre los mecanismos y fuerzas de autoalineación a nivel atómico. Esto podría allanar el camino para que los fabricantes logren un control preciso sobre el ángulo de torsión de las estructuras de material 2-D. Pueden insertar parámetros directamente en el modelo para comprender las condiciones necesarias que se requieren para lograr un estado trenzado específico ".

Bagchi dijo que nadie ha estudiado las propiedades bidimensionales de materiales como este. Es un estudio muy fundamental, y uno que empezó como un proyecto diferente, cuando se topó con algo inusual.

"Notó que las láminas de grafeno mostraban cierta dependencia de la temperatura, ", Dijo Chew." Nos preguntamos por qué se comportaba de esta manera, no como un material normal.

"En materiales normales, la interfaz suele ser muy sólida. Con grafeno la interfaz es muy débil, lo que permite que las capas se deslicen y giren. No se planeó observar esta interesante dependencia de la temperatura. Ésta es la belleza del descubrimiento en la ciencia ".