Investigaciones recientes han presentado un método innovador para producir grafeno que introduce deliberadamente defectos estructurales para mejorar su rendimiento en diversas aplicaciones, incluidos sensores, baterías y electrónica.
Un equipo de colaboración en la Escuela de Química de la Universidad de Nottingham, la fuente de luz de la Universidad de Warwick y Diamond ha desarrollado con éxito un proceso de un solo paso para hacer películas similares a grafenos utilizando una molécula especialmente diseñada llamada azupirene. Esta molécula simula la forma de los defectos deseados para mejorar las propiedades del material. Los hallazgos se publican en la revista Químico.
David Duncan, profesor asociado de la Universidad de Nottingham y uno de los principales autores del estudio, notó la importancia de la investigación. Dijo que aunque el grafeno de alta calidad es notable, la perfección excesiva puede obstaculizar las interacciones con otros materiales y limitar las propiedades electrónicas que son esenciales para las aplicaciones en la industria de los semiconductores. Aunque los defectos en los materiales generalmente se consideran dañinos, este estudio ha revertido esa historia utilizando defectos para introducir funcionalidades favorables.
La investigación mostró que los defectos desplegados hicieron gráficos «pegajosos» para otros materiales, lo que mejora su utilidad como catalizador. Además, estos defectos mejoran la potencia del material para detectar diferentes gases, lo que lo hace más efectivo en las aplicaciones de sensores. Los cambios en las propiedades electrónicas y magnéticas del grafeno también abren nuevas puertas para posibles tecnologías de semiconductores.
La estructura del grafeno consiste en una disposición de dos dimensiones de átomos de carbono dispuestos en anillos hexagonales. Los defectos intencionales contendrán anillos adyacentes que consisten en cinco y siete átomos de carbono. La forma de azupireno contiene naturalmente estos anillos irregulares, lo que lo convierte en un candidato ideal para este innovador proceso de crecimiento. Los investigadores pudieron organizar el número de defectos ajustando la temperatura de crecimiento durante la síntesis, haciendo posible las unidades gráficas personalizadas.
Investigadores del Instituto de Graphen en Manchester en Manchester también han demostrado la versatilidad del material y también mostraron la posibilidad de transferir el grafeno en diversas superficies con gráficos defectuosos al tiempo que conserva la presencia de estos defectos desarrollados. Este rendimiento es un paso crucial para implementar estos materiales avanzados en dispositivos prácticos.
El estudio utilizó una amplia gama de imágenes avanzadas y técnicas analíticas, que se beneficiaron de la cooperación entre expertos en VK, Alemania y Suecia. Utilizando instalaciones como Diamond Light Source en Oxfordshire y Max IV en Suecia, junto con la supercomputadora británica Archer2, el equipo pudo analizar cuidadosamente la estructura atómica del grafeno defectuoso, lo que confirma la presencia y los efectos de los defectos de las propiedades químicas y electrónicas.
El profesor Reinhard Maurer, de la Universidad de Warwick, asumió las implicaciones de la investigación. Hizo hincapié en que seleccionar la molécula de arranque correcta y controlar el fondo de crecimiento podría facilitar la introducción más intencional de las imperfecciones, mejorando las propiedades deseadas del material.
El Dr. Tien-Lin Lee de Diamond Light Source enfatizó el carácter colaborativo del estudio y declaró que la fusión de técnicas avanzadas y experiencia en múltiples instituciones hizo una visión más profunda de los mecanismos de escala atómica que hizo que la formación del defecto flote en el grafeno-I que no podría haber alcanzado ninguna tecnología individual o equipo solo.
