29/08/2011 - Nanotecnología. El grafeno y sus propiedades de adhesión

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El grafeno, está considerado actualmente como el material de investigación más interesante en el mundo de la nanotecnología, interés que ha aumentado recientemente gracias a un nuevo estudio realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder.

Los nuevos hallazgos, el grafeno tiene cualidades de adhesión sorprendentemente poderosas, se espera que ayuden a guiar el desarrollo de la fabricación de grafeno y de los dispositivos mecánicos basados ​​en este material, tales como resonadores y membranas de separación de gas, etc. Los experimentos mostraron que la extrema flexibilidad de grafeno permite que se ajuste a la topografía de incluso los más suaves substratos.

El grafeno se compone de una sola capa de átomos de carbono unidos químicamente en un enrejado de alambre hexagonal. Su estructura atómica única podría algún día reemplazar al silicio como base de los dispositivos electrónicos y circuitos integrados, debido a sus notables propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas, dijo el asistente del profesor Manojo Scott de la Universidad de Colorado del departamento de ingeniería mecánica y autor principal del estudio.

Los resultados del estudio fueron publicados el 14 de agosto tema de la revista Nature Nanotechnology.

"La verdadera emoción para mí es la posibilidad de crear nuevas aplicaciones que aprovechan la extraordinaria flexibilidad y las características de adherencia de grafeno y el diseño de experimentos únicos que nos pueden enseñar más acerca de las propiedades a nanoescala de este material increíble", dijo Bunch.

No sólo el grafeno tiene la mayor conductividad eléctrica y térmica de todos los materiales conocidos, ademas ha demostrado ser el más delgado, el más rígido y más fuerte en el mundo, además de ser impermeable a los gases estándar. Sus propiedades de adhesión recientemente descubiertas se añaden ahora a su lista de cualidades, algunas de ellas aparentemente contradictorias entre si, dijo Bunch.

El equipo de CU-Boulder mide la energía de adhesión de las hojas de grafeno, que van de uno a cinco capas atómicas, con un sustrato de vidrio, con una presión "prueba de blister" de cuantificar la adherencia entre el grafeno y las placas de vidrio.

Su capacidad de adhesión también puede jugar un papel perjudicial, como en las estructuras de suspensión donde la adhesión micromecánica puede causar fallos de los dispositivos o prolongar el desarrollo de una tecnología, dijo Bunch.

Las primeras mediciones experimentales de la adhesión de las nanoestructuras de grafeno, demuestran que las llamadas "fuerzas de van der Waals" (la suma de las fuerzas de atracción o de repulsión entre las moléculas), permiten también mantener unidas las hojas individuales de grafeno en múltiples capas.

Los investigadores descubrieron que las energías de adhesión entre el grafeno y el sustrato de vidrio son varias veces superiores a las energías de adhesión con estructuras típicas  micromecánicas, una interacción que se corresponde más bien con los líquidos que con sólidos, como, dijo Bunch.

El estudio de la Universidad de Colorado fue financiado principalmente por la National Science Foundation y la Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación Avanzada.

La importancia del grafeno en el mundo científico fue ya destacada por el Premio Nobel de Física 2010, que honró a dos científicos de la Universidad de Manchester en Inglaterra, Andre K. Geim y Konstantin Novoselov.

Hay un gran interés en la explotación de las increíbles propiedades mecánicas del grafeno para crear membranas ultrafinas con alta eficiencia energética en aplicaciones como las necesarias para el procesamiento de gas natural o de purificación de agua, así como sus asombrosas propiedades eléctricas, las cuales prometen revolucionar la industria de la microelectrónica.

En todas estas aplicaciones, incluyendo la fabricación de grafeno a gran escala, la interacción que el grafeno tiene con las superficies es de importancia crítica, y su conocimiento científico ayudará en el impulso de la tecnología.

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Scott Bunch, 303-492-6802

joseph.bunch@colorado.edu

Carol Rowe, 303-492-7426

carol.rowe@colorado.edu

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