El grafeno, que consta de una sola capa de átomos de carbono, es el ejemplo de los nanomateriales 2D basados ​​en carbono. Tiene muchas propiedades atractivas que podrían explotarse en la próxima generación de electrónica, óptica, catálisis, biomedicina y muchos otros campos. Recientemente, muchos científicos se han centrado en la deposición química de vapor (CVD) como una técnica rentable para producir superficies de grafeno más grandes en lugar del método bien establecido de exfoliación mecánica, que solo puede producir pequeñas islas de grafeno.

Sin embargo, el grafeno CVD contiene una buena cantidad de estructuras y defectos superficiales, que incluyen arrugas, límites de granos de cristal y contaminación superficial. Debido a que el grafeno es tan delgado, incluso las irregularidades menores en la superficie pueden afectar en gran medida sus propiedades, lo que hace que las relaciones entre propiedades de la superficie sean un área importante de investigación. Si bien se han realizado muchos estudios sobre este tema para el grafeno CVD de una sola capa, pocos se han centrado en cómo las estructuras superficiales afectan las características de fricción a nanoescala del grafeno CVD de múltiples capas.

Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Pusan, Corea, dirigido por el profesor asistente Songkil Kim, abordó esta brecha de conocimiento. "Correlacionar las características de la superficie con las propiedades de un material es realmente importante", explica el Dr. Kim, "Imagine que está apilando papeles y que hay una gran tensión de compresión sobre estos papeles. Esto podría causar deformaciones estructurales masivas dentro de las capas apiladas y la superficie. De manera similar, los cambios estructurales que ocurren en el grafeno multicapa pueden afectar sus propiedades superficiales, como su fricción, que es en lo que nos enfocamos". Su artículo estuvo disponible en línea el 24 de enero de 2022 y se publicó en el Volumen 584 de Applied Surface Science el 15 de mayo de 2022.

El equipo primero utilizó la punta del tamaño de un átomo de un microscopio de fuerza atómica (AFM) para raspar la superficie del grafeno multicapa CVD, limpiando cualquier residuo polimérico. Luego, utilizaron imágenes AFM, microscopía de fuerza de fricción y espectroscopía Raman para identificar y estudiar varias estructuras superficiales y cómo afectan la fricción a nanoescala. Curiosamente, descubrieron que solo la capa superior de grafeno estaba torcida con respecto al resto, lo que influía en la fricción a nanoescala dependiente de la capa de una manera que variaba según la carga aplicada.

En general, los hallazgos de este estudio podrían allanar el camino para aplicaciones mecánicas interesantes para el grafeno CVD. "El grafeno y materiales similares se pueden usar como lubricantes sólidos", comenta el Dr. Kim, "Mientras que los lubricantes líquidos como los aceites de motor no son adecuados para entornos hostiles como el espacio exterior o las regiones polares, la excelente robustez y las propiedades de fricción del grafeno lo hacen una atractiva alternativa no tóxica".

Curiosamente, el desarrollo de lubricantes de alto rendimiento tiene beneficios ambientales, ya que la reducción de la fricción es esencial para evitar pérdidas de energía en los sistemas mecánicos. Otra aplicación potencial para el grafeno CVD multicapa es en micro/nanodispositivos, donde es necesario un control preciso de la fricción. + Explora más

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