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» » ¿Cómo de "transparente" es el grafeno?

Referencia: MIT.News.edu .
Por David L. Chandler, 4 diciembre de 2012

Las asombrosas propiedades eléctricas, ópticas y de resistencia del grafeno con una sola capa de un átomo de espesor de carbono, han sido ampliamente investigadas en la última década. Recientemente, se ha estudiado este material como revestimiento capaz de conferir la conductividad eléctrica mientras que mantiene indelebles otras propiedades del material.

Sin embargo, la "transparencia" de tal revestimiento de grafeno a la humedad, una medida del grado en el cual los líquidos salen o gotean en una superficie, no es tan absoluta como algunos investigadores habían pensado. Nuevas investigaciones del MIT muestran que, en relación con los materiales con capacidad de humectación intermedia, el grafeno preserva las propiedades subyacentes del material. Sin embargo, en los casos más extremos, superficies superhidrofóbicas que repelen con fuerza el agua, o los superhidrófilas, que expulsan el agua hacia fuera, una capa adicional de grafeno cambia significativamente la forma en que se comportan los materiales revestidos.

Esto es importante, porque estos casos extremos son generalmente del mayor interés. Por ejemplo, un material de recubrimiento superhidrofóbico con grafeno se observaba como una posible forma de fabricación de circuitos electrónicos que quedarían protegidos de cortocircuitos y de la corrosión del agua. Pero no es tan sencillo como parece, según las nuevas investigaciones.

Los hallazgos fueron publicados recientemente en el journal Physical Review Letters, por los profesores Daniel Blankschtein y Michael Strano, el estudiante graduado Chih-Jeh Shih, y otros tres investigadores posdoctorales y estudiantes del MIT.

Blankschtein, profesor de Ingeniería Química en Herman P. Meissner, ha estudiado las propiedades humectantes durante mucho tiempo, no había examinado previamente el grafeno, pero decidió explorar su humectabilidad ahora, ya que es un material de gran interés para los investigadores.

Debido a la transparencia de humectabilidad del grafeno no resultó satisfactoria, comenta Blankschtein, "este hallazgo podría ser visto como un resultado negativo". Sin embargo, "no es menos importante para la comunidad científica, ya que demuestra lo que puede en realidad cumple en la práctica."

La mayoría de materiales conductores de electricidad, señala, son hidrofílicos: El agua se propaga fácilmente entre ellos, mojando su superficie. "Por otro lado", agrega, "para muchas aplicaciones electrónicas y militares, es importante la fabricación de superficies hidrófobas con superficies conductoras de electricidad". Y aunque la transparencia de humectabilidad del grafeno no sea perfecta, todavía puede ser lo suficientemente buena para estas aplicaciones.

Esta investigación, que incluye tanto el modelado teórico y la confirmación experimental, muestra que mediante el depósito de una gran hoja de grafeno, cultivada a través de un proceso llamado deposición de vapor químico, sobre la superficie de otro material, "sería posible inducir la conductividad eléctrica en la superficie, en tanto que, parcialmente, se preserva el comportamiento deseado de humectación de dicha superficie", explica Blankschtein. De hecho, añade, el ángulo de contacto de la superficie, que es la medida de lo bien que previene la humedad, "se cree que es uno de los más alto posibles en una superficie plana conductora de electricidad, hasta la fecha."

Shih, el autor principal del artículo, dice: "Hemos demostrado que la humectabilidad de una superficie recubierta del transparente grafeno puede ser manipulada sin menoscabo de su conductividad térmico-eléctrica". Y esto resulta útil ya que, "en general, las superficies conductoras tienen muy alta humectabilidad, debido a su alta tensión superficial, y generalmente es muy difícil producir una superficie conductora térmica y eléctricamente con humectabilidad ajustable", en este caso, la humectabilidad puede ser controlada casi a voluntad.

El equipo describe la transmisión parcial de las características subyacentes como la "translucencia", en lugar de transparencia, de la humectabilidad.

Mediante la selección de una particular combinación del material subyacente con el revestimiento de grafeno, se pueden lograr las diferentes combinaciones de características eléctricas, ópticas y humectantes, como dice Shih, "la gente puede controlar las propiedades de humectación del sustrato ..., este avance separa con éxito la conductividad y humectabilidad de un material."

Es más, esto abre nuevas posibilidades para los dispositivos prácticos, porque los materiales involucrados ya son ampliamente utilizados en la industria, y añade: "Debido a su compatibilidad con los procesos semiconductores de hoy, existen muchas oportunidades de realizarse en las áreas de la microelectrónica, la transferencia de calor a nanoescala y en dispositivos microfluídicos, a fin de diseñar simultáneamente la humectabilidad deseada, la transferencia de calor y el transporte electrónico."

Blankschtein hace hincapié en que, además de las aplicaciones potenciales, "estoy muy entusiasmado desde un punto de vista fundamental". Ya que demuestra que, "parece imposible asumir que con tan sólo coger un sustrato y una gota de grafeno encima no se perturbe el comportamiento de humectación”. Al entender este comportamiento complejo", podemos aprender cómo tomar ventaja de ello."

Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear y de ciencia de los materiales e ingeniería en el Instituto Politécnico Rensselaer, que fue co-autor del artículo sobre la transparencia de humectación del grafeno, publicado a principios de este año, concluía: "Los autores han hecho un gran trabajo en el estudio de los límites de la transparencia de humectación y han explicado cuándo se descompone. Ellos muestran que el efecto de transparencia de humectación del grafeno se descompone completamente en las superficies superhidrofóbicas y sobre las superficies super-hidrofílicas.

"El trabajo de grupo del MIT avanza significativamente nuestra comprensión del comportamiento de humectación fundamental del grafeno monocapa y de las superficies recubiertas de grafeno", añade Koratkar.

Este trabajo, en el cual también participan Qing Hua Wang, Shangchao Lin y Zhong Jin y el estudiante graduado Kyoo-Chul  Park del MIT, con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval, la Fundación Nacional de Ciencias y el Instituto de Nanotecnología del MIT.

Nota de 05-12-2012: Para los amantes del grafeno, en esta fecha ha salido otra noticia relacionada:
Torres de grafeno prometen la "Flexi-Electrónica" .
Bloques de grafeno 3-D grafeno que forman cristales de hielo, añaden elasticidad a la gran resistencia y conductividad de las hojas de grafeno.



- Imagen: Una gota de agua simulada en una hoja de grafeno suspendido. Por Chih-Jen Shih
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