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» » El penta-grafeno, una nueva variante estructural de carbono

Referencia: Phys.org .
“Penta-graphene, a new structural variant of carbon, discovered”
por Brian McNeill, 3 de febrero 2015

* * * *
Investigadores de la Universidad Commonwealth de Virginia y otras universidades de China y Japón han descubierto una nueva variante estructural de carbono llamada "penta-grafeno", una lámina muy delgada de carbono puro que tiene una estructura única inspirada en un patrón pentagonal de baldosas que se encuentra en la pavimentación de las calles de El Cairo.

El material recién descubierto, llamado penta-grafeno, es una sola capa de pentágonos de carbono que se asemeja a las baldosas del Cairo, y que parece ser dinámica, térmica y mecánicamente estable.

"Las últimas tres formas importantes de carbono que han sido descubiertas eran el fullereno, el nanotubo y el grafeno. Cada uno de ellos tiene una estructura única. El penta-grafeno pertenece a esa categoría", dijo el autor principal del estudio, Puru Jena, profesor del Departamento de Física en la Facultad de Humanidades y Ciencias de la UCV.

Qian Wang, profesora de la Universidad de Pekín y adjunta en la VCU, estaba cenando en un restaurante en Beijing con su marido cuando se dio cuenta de que obras de arte de la pared representaban baldosas pentagonales de las calles de El Cairo.

"Tomé una foto y se la envié a uno de mis estudiantes, diciéndole, ‘a ver si puedes hacer esto’. Puede que sea estable. Pero hay que comprobarlo con cuidado. 'Lo hizo, y resultó esa estructura tan hermosa, y también muy simple", contó ella.

La mayoría de las formas de carbono están hechas de bloques de construcción hexagonales, a veces intercaladas con pentágonos. El penta-grafeno sería un alótropo de carbono bidimensional único, compuesto exclusivamente de pentágonos.

Los investigadores simularon la síntesis del penta-grafeno usando modelos informáticos. Los resultados sugieren que el material podría superar al grafeno en ciertas aplicaciones, ya que sería mecánicamente estable, poseer una resistencia muy elevada, y ser capaz de soportar temperaturas de hasta 1000 grados Kelvin (726,85 ºC).

"Ya sabes el dicho, ‘los diamantes son para siempre’. Y esto es porque se necesita mucha energía para convertir la parte posterior del diamante en grafito", señaló Jena. "Esto va a ser algo similar."

El penta-grafeno tiene varias propiedades interesantes y poco comunes, dijo Jena. Por ejemplo, es semiconductor, mientras que el grafeno es un conductor de la electricidad.

"Cuando uno toma el grafeno y lo enrolla, esta haciendo lo que se llama un nanotubo de carbono, que puede ser metálico o semiconductor", continuó Jena. "El penta-grafeno, cuando lo enrollas, también formará un nanotubo, pero siempre será semiconductor."

La forma en que el material se extiende también es muy inusual, dijeron los investigadores. "Si estiras el grafeno, se expandirá a lo largo de la dirección en que se estira, pero se contrae en la dirección perpendicular." explicó Wang. "Sin embargo, si uno estira el penta-grafeno, se expandirá en ambas direcciones."

La resistencia mecánica de este material deriva de una rara propiedad conocida como coeficiente negativo de Poisson, que puede contener aplicaciones especialmente interesantes para la tecnología, como la electrónica, la biomedicina, la nanotecnología, dijeron los investigadores.

El siguiente paso, subrayó Jena, es que los científicos puedan sintetizar el penta-grafeno. "Una vez que esto se haga, será muy estable. Luego la pregunta es, ¿cómo se hace? En el estudio esbozamos algunas ideas. Hasta el momento, el proyecto es teórico. Se basa en modelos de computador, aunque nosotros estamos firmemente convencidos de esta predicción. Si conseguimos hacerlo, se abrirá una nueva rama en la ciencia del carbono. Nada se sabe del carbono bidimensional hecho completamente de pentágonos."

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- Publicación: Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Fuente: Virginia Commonwealth University .
- Junto con Jena y Wang, los autores del artículo son Shunhong Zhang, Ph.D candidate, from Peking University; Jian Zhou, Ph.D., a postdoctoral researcher at VCU; Xiaoshuang Chen, Ph.D., from the Chinese Academy of Science in Shanghai; and Yoshiyuki Kawazoe, Ph.D., from Tohoku University in Sendai, Japan.
- Imagen: El modelo de material recién descubierto, llamado penta-grafeno, de pentágonos de una sola capa de carbono se asemeja a las baldosas del Cairo, y que parece ser dinámica, térmica y mecánicamente estable. Crédito: Virginia Commonwealth University

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