Científicos rusos han descubierto por qué, en lugar de simplemente quemarse a altas temperaturas, el óxido de grafeno abre la puerta a un método de producción de grafeno prometedor y económico. La investigación fue publicada en la revista Carbon .

Ha pasado más de una década desde que se otorgó el Premio Nobel por la investigación experimental del grafeno, pero los científicos aún no han encontrado la manera de obtener grafeno de gran superficie de alta calidad, que sea barato, eficiente y escalable para las necesidades industriales. La reducción de grafeno a partir de óxido de grafeno mediante irradiación con láser parece ser una ruta prometedora:con el óxido de grafeno producido a partir de grafito ordinario mediante métodos químicos, la técnica de reducción asistida por láser es muy prometedora en términos de costo y capacidad de control de la calidad del material resultante.

Hace algunos años, un grupo de investigadores de Skoltech descubrió que calentar el óxido de grafeno a 3300-3800 K, incluso en condiciones atmosféricas, puede producir grafeno de bastante alta calidad.

"El resultado fue una gran sorpresa para nuestros colegas:la temperatura era muy alta, pero obtuvieron un material bien estructurado. Los materiales de carbono se queman fácilmente en el oxígeno atmosférico a 600-800 K o más, mientras que en el experimento a temperaturas mucho más altas, el grafeno adquirió buenas propiedades estructurales", dijo Nikita Orekhov, subdirector del Laboratorio de Métodos de Supercomputadoras en Física de la Materia Condensada del MIPT. "Para averiguar el motivo de este efecto inesperado, decidimos estudiar el proceso de reducción del óxido de grafeno a alta temperatura utilizando un modelo atomístico de supercomputadora y realizar investigaciones adicionales siguiendo el diseño del experimento de nuestros colegas".

Los investigadores encontraron que, por un lado, a altas temperaturas (T> 3000 K) los átomos de oxígeno del ambiente gaseoso interactúan intensamente con el grafeno, oxidándolo y destruyéndolo. Por otro lado, el recocido rápido de la red cristalina comienza a las mismas temperaturas, lo que permite eliminar defectos. Durante el recocido, la estructura reticular se endereza en lugar de desmoronarse.

"Resulta que dos procesos opuestos ocurren simultáneamente en diferentes lugares dentro de un material expuesto a pulsos láser:la quema o destrucción se localiza cerca de los defectos y límites de las láminas de grafeno donde los átomos de carbono son los más activos químicamente, mientras que el recocido ocurre principalmente en el centro de la lámina donde los átomos prefieren volver a asentarse en una configuración estable", dijo Stanislav Evlashin, científico investigador líder en el Centro Skoltech para Tecnologías de Materiales (CMT).

Los hallazgos arrojan luz sobre el comportamiento del óxido de grafeno a temperaturas extremas, donde los experimentos directos son casi imposibles. Understanding the processes described in the paper can help further develop and optimize the methods for obtaining high-quality graphene with large-area monocrystals. + Explora más

Graphene:It is all about the toppings