Aún con defectos, el grafeno es el material más fuerte del mundo

En un nuevo estudio, investigadores de Columbia Engineering han demostrado que el grafeno, aún unido con pequeños granos cristalinos, es casi tan fuerte como el grafeno en su forma cristalina perfecta.

Los investigadores han demostrado un proceso mediante el cual se pueden unir trozos de grafeno para formar hojas grandes, que tienen una fortaleza casi igual a la del grafeno perfecto. Ilustración de Andrew Shea para Columbia Engineering

El grafeno consiste en una sola capa atómica de carbono, dispuesta en una celosía de nido de abeja. El grafeno prístino sólo existe en áreas muy pequeñas. Las hojas de gran superficie que se necesitan en las aplicaciones prácticas contienen muchos granos pequeños en las uniones, y no estaba claro qué tan fuerte son esas juntas.
El estudio ha verificado que los métodos comúnmente utilizados para el post-procesamiento del grafeno debilitan las juntas, lo que resulta en una resistencia extremadamente baja. El equipo de Columbia Engineering ha desarrollado un nuevo proceso que evita cualquier daño.
Actualmente, los científicos pueden crear hojas de grafeno del tamaño de una pantalla de televisión, mediante el uso de deposición química de vapor (DQV). El grafeno puede encontrar una de sus primeras aplicaciones en capas conductoras en pantallas flexibles.
El grafeno producido por DQV se ‘cose’ a partir de muchos granos cristalinos pequeños, pero las juntas presentan defectos en la estructura atómica. Esas juntas pueden limitar severamente la resistencia de las superficies grandes de grafeno, ya que se rompen más fácilmente que el grafeno perfecto, de ahí que hay un gran interés en comprender que tan fuertes pueden ser.
Al estudiar las técnicas de procesamiento actualmente utilizadas, los investigadores encontraron que el producto químico más comúnmente utilizado para eliminar el sustrato de cobre también causa daños en el grafeno, y degrada severamente su resistencia.
Sus experimentos demostraron que el grafeno producido por DQV con granos, incluso cuando fue probado exactamente en las juntas, mostró ser aproximadamente un 90% tan fuerte como el grafeno ideal.
Las superficie grandes y fuertes de grafeno se pueden utilizar en una gama amplia de aplicaciones, tales como en la electrónica flexible y en el fortalecimiento de componentes. Potencialmente se pueden llegar a producir pantallas de televisión que se enrollan como un cartel, o materiales compuestos ultra fuertes que podrían reemplazar a la fibra de carbono. Los investigadores también especulan sobre la posibilidad de hacer realidad una idea de la ciencia ficción: un ascensor espacial que por medio de un cordón, que podría hacerse con hojas de grafeno, conectaría un satélite en órbita a la Tierra.
El estudio se publica en Science.
Fuente: Columbia Engineering