El grafeno, un material maravilla bidimensional compuesto de una sola capa de átomos de carbono unidos en un patrón hexagonal de alambre de gallina, ha atraído un gran interés por su capacidad fenomenal para conducir electricidad. Ahora, los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han usado varillaen forma de bacterias, alineadas con precisión en un campo eléctrico, luego encogidas al vacío debajo de una lámina de grafeno, para introducir ondas a nanoescala en el material, haciendo que conduzca los electrones de manera diferente en direcciones perpendiculares.
El material resultante, una especie de nano-pana de grafeno, puede aplicarse a un chip de silicio y puede aumentar el potencial casi ilimitado del grafeno en electrónica y nanotecnología. El hallazgo se informa en la revista ACS Nano .
"La corriente a través de las arrugas de grafeno es menor que la corriente a lo largo de ellas", dice Vikas Berry, profesor asociado y jefe interino de ingeniería química en UIC, quien dirigió la investigación.
La clave para la formación de estas arrugas, dijo, es la extrema flexibilidad del grafeno a escala nanométrica, que permite la formación de nanotubos de carbono.
"La arruga abre una 'V' en la nube de electrones alrededor de cada átomo de carbono", dijo Berry, creando un momento dipolar, que puede abrir una brecha de banda electrónica que el grafeno plano no tiene.
Otros investigadores han creado arrugas en el grafeno al estirar la hoja y dejar que se rompa. Pero esas arrugas no están confinadas en microescala y no pueden dirigirse hacia una ubicación en un microdispositivo, dijo Berry.
Él y sus colegas idearon una forma única de introducir ondas de grafeno circunscritas, guiadas y regulares utilizando la bacteria del bacilo, utilizando el propio grafeno como una válvula de retención para alterar el volumen de las células.
Los investigadores colocaron la bacteria en un campo eléctrico, haciendo que se alinearan como cadenas de perritos calientes en filas repetidas. Luego aplicaron una hoja de grafeno sobre la parte superior.
"Bajo vacío, el grafeno se levanta y deja salir el agua", dijo Berry. Pero bajo presión, el grafeno se sienta nuevamente sobre el sustrato y evita que el agua vuelva a entrar en la bacteria, dijo.
"Es una válvula nanoscópica que activa el flujo de fluido unidireccional en un microorganismo", dijo Berry. "Futuristamente, esta operación de válvula podría aplicarse a dispositivos microfluídicos donde queremos flujo en una dirección pero no en la otra".
Después de que las bacterias se hayan reducido al vacío, el grafeno se reconstituye, pero con arrugas. Después del tratamiento térmico, las ondas permanentes resultantes sobre las bacterias se alinean longitudinalmente, con una altura de 7 a 10 nanómetros y una longitud de onda de aproximadamente 32Nuevo Méjico.
Las arrugas se observaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, que debe realizarse bajo alto vacío, y mediante microscopía de fuerza atómica a presión atmosférica.
"La longitud de onda [ondulación] es proporcional al grosor del material, y el grafeno es el material más delgado del mundo", dijo Berry. "Prevemos que con el grafeno se podrían producir las arrugas de longitud de onda más pequeñas del mundo, aproximadamente2 nanómetros "
El siguiente objetivo, dijo, será crear procesos para refinar aún más las ondas y variar su amplitud, longitud de onda y longitud longitudinal.
Para medir el efecto de la orientación de las ondas en el transporte del transportista, el estudiante graduado Shikai Deng, autor principal del artículo, fabricó un dispositivo con forma de plus con bacterias alineadas paralelas a un par de electrodos y perpendiculares a otro par.descubrieron que la barrera de conducción del grafeno ondulado era mayor en la dirección transversal que en la dirección longitudinal.
La introducción de ondas orientadas al grafeno representa un material completamente nuevo, dijo Berry.
"Junto con los nanotubos de carbono, el grafeno y el fullereno, este es un nuevo alótropo de carbono: un nanotubo de medio carbono vinculado al grafeno", dijo. "La estructura es diferente y las propiedades electrónicas fundamentales son nuevas".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation y la UIC.
Además de Berry y Deng, coautores de la ACS Nano estudio son Sanjay Behura del departamento de ingeniería química de la UIC; Enlai Gao, Yanlei Wang y Zhiping Xu de la Universidad de Tsinghua en Beijing; Soumyo Sen y Petr Král del departamento de química de la UIC; y TS Sreeprasad de la Universidad de Clemson.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Original escrito por Bill Burton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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