Esta semana, un grupo internacional de científicos informa un avance en el esfuerzo por caracterizar las propiedades del grafeno de manera no invasiva mientras adquiere información sobre su respuesta a la tensión estructural.
Utilizando la espectroscopía Raman y el análisis estadístico, el grupo logró tomar mediciones a nanoescala de la cepa presente en cada píxel en la superficie del material. Los investigadores también obtuvieron una vista de alta resolución de las propiedades químicas de la superficie del grafeno.
Los resultados, dice Slava V. Rotkin, profesor de física y también de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Lehigh, podrían permitir a los científicos monitorear los niveles de tensión de forma rápida y precisa a medida que se fabrica el grafeno. Esto a su vez podría ayudar a prevenir elformación de defectos causados por la tensión.
"Los científicos ya sabían que la espectroscopía Raman podría obtener información implícitamente útil sobre la cepa en el grafeno", dice Rotkin. "Mostramos explícitamente que puede mapear la cepa y recopilar información sobre sus efectos".
"Además, mediante el análisis estadístico, demostramos que es posible aprender más sobre la distribución de la deformación dentro de cada píxel, la rapidez con la que cambian los niveles de deformación y el efecto de este cambio en las propiedades electrónicas y elásticas del grafeno"
El grupo informó sus resultados en Comunicaciones de la naturaleza en un artículo titulado "Espectroscopía Raman como sonda de variaciones de tensión a escala nanométrica en grafeno"
Además de Rotkin, el artículo fue escrito por investigadores de la Universidad RWTH / Aachen y el Centro de Investigación Jülich en Alemania; la Université Paris en Francia; la Universidade Federal Fluminense en Brasil; y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón.
El grafeno es el material más delgado conocido por la ciencia, y uno de los más fuertes también. Una lámina de carbono de 1 átomo de espesor, el grafeno fue el primer material bidimensional que se descubrió. Por peso, es de 150 a 200 veces más fuerteque el acero. También es flexible, denso, prácticamente transparente y un excelente conductor de calor y electricidad.
En 2010, Andre Geim y Konstantin Novoselov ganaron el Premio Nobel de Física por sus innovadores experimentos con grafeno. Utilizando cinta adhesiva ordinaria, los dos físicos británicos lograron pelar capas de grafeno a partir de grafito; no es una tarea fácil teniendo en cuenta que 1 milímetro deEl grafito consta de 3 millones de capas de grafeno.
En la década más o menos desde que Geim y Novoselov comenzaron a publicar los resultados de su investigación sobre el grafeno, el material se ha abierto camino en varias aplicaciones, desde raquetas de tenis hasta pantallas táctiles de teléfonos inteligentes. El mercado de grafeno de 2013 en los EE. UU., Segúna un artículo de 2014 en Naturaleza , se estimó en $ 12 millones.
Varios obstáculos impiden una mayor comercialización del grafeno. Uno de ellos es la presencia de defectos que imponen tensión en la estructura reticular del grafeno y afectan negativamente sus propiedades electrónicas y ópticas. Relacionado con esto está la dificultad de producir grafeno de alta calidad a bajocosto y en grandes cantidades.
"El grafeno es estable y flexible y puede expandirse sin romperse", dice Rotkin, quien pasó el otoño de 2013 trabajando en la RWTH / Universidad de Aachen. "Pero tiene arrugas o burbujas en su superficie, que le dan a la superficieuna sensación montañosa e interfiere con posibles aplicaciones "
Una capa de grafeno se forma típicamente sobre un sustrato de dióxido de silicio mediante un proceso llamado deposición química de vapor. El material puede filtrarse por la contaminación que ocurre durante el proceso o porque el grafeno y el sustrato tienen diferentes coeficientes de expansión térmica y, por lo tanto, se enfríany reducir a diferentes velocidades.
Para determinar las propiedades del grafeno, el grupo utilizó la espectroscopía Raman, una técnica poderosa que recolecta la luz dispersada de la superficie de un material. El grupo también aplicó un campo magnético para obtener información adicional sobre el grafeno. El campo magnético controla el comportamiento delelectrones en el grafeno, lo que permite ver más claramente los efectos de la espectroscopía Raman, dice Rotkin.
"La señal Raman representa la 'huella digital' de las propiedades del grafeno", dijo Rotkin. "Estamos tratando de entender la influencia del campo magnético en la señal Raman. Variamos el campo magnético y notamos que cada línea Raman enel grafeno cambió en respuesta a estas variaciones "
La resolución espacial típica del "mapa Raman" de grafeno es de aproximadamente 500 nanómetros nm, o el ancho del punto láser, informó el grupo Comunicaciones de la naturaleza . Esta resolución permite medir las variaciones de tensión en una escala micrométrica y determinar la cantidad promedio de tensión impuesta al grafeno.
Sin embargo, al realizar un análisis estadístico de la señal Raman, el grupo informó que pudo medir la tensión en cada píxel y mapear la tensión, y las variaciones en la tensión, un píxel a la vez.
Por lo tanto, el grupo informó que fue capaz de "distinguir entre las variaciones de tensión en una escala micrométrica, que puede extraerse de mapas Raman resueltos espacialmente, y las variaciones de tensión a escala nanométrica, que están en escalas de longitud de tamaño sub-spot yno se puede observar directamente mediante imágenes Raman, pero se consideran fuentes importantes de dispersión para el transporte electrónico ".
El grupo produjo sus muestras de grafeno utilizando deposición química de vapor CVD en la RWTH / Universidad de Aquisgrán.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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