Redacción
El árbol de Navidad más delgado del mundo que mide solo un átomo de espesor se ha desarrollado a partir de grafeno, revelan los científicos.
Con solo un tercio de nanómetro (una milmillonésima parte de un metro) de grosor, la creación festiva mide 5,5 pulgadas (14 cm) de largo pero 30.000 veces más delgada que la película de cocina.
Conocido como un ‘material maravilloso’ científico, el grafeno es una forma de hoja de carbono que tiene solo un átomo de espesor y conduce el calor y la electricidad 10 veces más eficazmente que el cobre.
Consiste en una sola capa plana de átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal y es verdaderamente bidimensional, porque se extiende solo en longitud y ancho.
Una hoja de papel A4 puede parecer bidimensional a simple vista, pero en realidad es tridimensional, porque tiene una profundidad de entre 300.000 y 600.000 átomos.
El árbol de Navidad, que se muestra aquí bajo radiación de terahercios, mide 14 cm (5,5 pulgadas) de largo. Dado que está hecho de grafeno, consta de átomos de carbono en una sola capa y solo tiene un tercio de nanómetro de espesor. Se corta de un rollo de grafeno de 10 metros de largo, se transfiere en una sola pieza usando una máquina laminadora reconstruida y luego se escanea con radiación de terahercios, como una forma de ‘control de calidad’.
Las imágenes en color son medidas de cómo la capa de grafeno absorbe la radiación de terahercios. La absorción está directamente relacionada con la conductividad eléctrica: cuanto mejor es el grafeno conductor, mejor absorbe.
El profesor Peter Bøggild dirigió el equipo detrás del experimento del árbol de Navidad en la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU). Los investigadores afirman haber demostrado un método que puede mejorar el control de calidad durante el proceso de fabricación de grafeno, lo que podría ayudar a incrementar su uso en electrónica, sensores y otros productos a nivel mundial.
«Incluso si pudiera hacer un dibujo a lápiz de un árbol de Navidad y levantarlo del papel, que, en sentido figurado, es lo que hemos hecho, sería mucho más grueso que un átomo», dijo el profesor Bøggild.
“Una bacteria es 3.000 veces más gruesa que la capa de grafeno que usamos. Por eso me atrevo a llamarlo el árbol de Navidad más delgado del mundo.
El grafeno tiene un gran potencial para la fabricación de componentes electrónicos flexibles, paneles solares, filtros de agua y biosensores.
Está hecho procesando químicamente el grafito, el material barato en la ‘mina’ de los lápices y la forma cristalina del elemento carbono.
«Aunque el punto de partida es el carbono, al igual que el grafito en un lápiz, el grafeno es al mismo tiempo incluso más conductor que el cobre», dijo el profesor Bøggild.
El grafeno es más robusto, más rígido y mejor para conducir la electricidad y el calor que cualquier otro material conocido.
Por lo tanto, es un candidato obvio para los circuitos electrónicos que ocupan menos espacio, pesan menos, son flexibles y son más eficientes que la electrónica actual.
Aquí, la capa de grafeno se ve después de la transferencia del rollo de cobre mientras se examina con radiación de terahercios. Ilustración: Abhay Shivayogimath og Jie Ji.
El ‘dibujo’ de grafeno del árbol de Navidad está hecho en una capa perfecta, en una sola pieza, y apenas es visible a simple vista
El material generalmente se ‘cultiva’ en una lámina de cobre a alrededor de 1.832 ° F (1.000 ° C), antes de ser transferido, pero este puede ser un proceso arriesgado, según el equipo, ya que puede dañarse o contaminarse en movimiento.
Por lo tanto, se ha estado trabajando en DTU para garantizar una transferencia estable de las capas de grafeno del rollo de cobre y garantizar que mantenga su conductividad eléctrica, crucial para muchos de sus usos potenciales.
Para lograr esto, los investigadores han estado usando radiación de terahercios. La absorción de ondas de is terahercios está directamente relacionada con la conductividad eléctrica; cuanto mejor sea el grafeno conductor, mejor se absorbe.
El árbol se cortó de un rollo de grafeno de 30 pies (10 metros) de largo, se transfirió en una sola pieza usando una máquina laminadora reconstruida y luego se escaneó con radiación de terahercios.
«Por primera vez, logramos hacer un control de calidad en línea de la capa de grafeno mientras la transferíamos», dijo el profesor Bøggild.
«Hacer esto es la clave para obtener propiedades materiales estables, reproducibles y utilizables, que es el requisito previo para utilizar grafeno en, por ejemplo, circuitos electrónicos».
Al conectar el escáner de terahercios a una máquina que transfiere la película de grafeno, fue posible obtener imágenes de las propiedades eléctricas de la película durante el proceso de transferencia, anunció el equipo de DTU.
“Hemos dado un paso muy significativo. Hemos convertido una máquina laminadora en un sistema de transferencia de rollo-2-rollo ”, dijo el profesor Bøggild.
«Levanta suavemente la capa de grafeno del rollo de cobre en el que crece la capa de grafeno y la mueve sobre una lámina de plástico sin que se rompa, se arrugue o se ensucie.
«Cuando combinamos esto con el sistema de terahercios, podemos ver inmediatamente si el proceso ha ido bien, es decir, si tenemos grafeno intacto con baja resistencia eléctrica».
Hace casi 20 años que los científicos de la Universidad de Manchester, Andre Geim y Konstantin Novoselov, comenzaron a experimentar con grafeno en 2002.
El equipo recibió el Premio Nobel de Física de 2010 por sus « experimentos innovadores » con grafeno que demostraron su potencial, aunque se observó por primera vez en microscopios electrónicos en 1962.
En los últimos 10 años, el grafeno ha aparecido en los titulares de todo el mundo como un ‘material maravilloso’, pero desde entonces, aumentar su uso se ha enfrentado a algunas barreras, como los altos costos y el control de calidad.
El equipo de DTU cree que las imágenes de grafeno en terahercios allanan el camino hacia la industrialización y actúan como una forma de ‘control de calidad’, aunque las barreras que enfrentan su implementación no se han resuelto solo con el nuevo método.
El método se describió a principios de este año en el artículo ‘Imágenes de grafeno en terahercios allanan el camino hacia la industrialización’, publicado por Buque insignia de grafeno.
