El grafeno es un material ultrafino que se caracteriza por su módulo de flexión ultrapequeño, superfino. Ahora, los investigadores del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä han demostrado cómo una técnica experimental llamada forja óptica puede hacer que el grafeno sea ultrarrígido, aumentando su rigidez en varios órdenes de magnitud.. La investigación fue publicada en materiales y aplicaciones npj 2D en mayo de 2021.
El grafeno es un material de carbono atómicamente delgado cargado con excelentes propiedades, como gran movilidad del portador de carga, excelente conductividad térmica y alta transparencia óptica. Su impermeabilidad y resistencia a la tracción, que es 200 veces mayor que la del acero, lo hacen adecuado para aplicaciones nanomecánicas. Desafortunadamente, su excepcional fragilidad hace que cualquier estructura tridimensional sea notoriamente inestable y difícil de fabricar.
Es posible que estas dificultades hayan terminado, ya que un grupo de investigación del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä ha demostrado cómo hacer que el grafeno sea ultra rígido mediante un tratamiento con láser desarrollado específicamente. Esta rigidez abre áreas de aplicación completamente nuevas para este maravilloso material.
El mismo grupo ha preparado previamente estructuras de grafeno tridimensionales utilizando un método de modelado láser de femtosegundos pulsado llamado forja óptica. La irradiación láser causa defectos en la red de grafeno, que a su vez expande la red y produce estructuras tridimensionales estables. Aquí elEl grupo utilizó forja óptica para modificar una membrana de grafeno monocapa suspendida como una piel de tambor y midió sus propiedades mecánicas mediante nanoindentación.
Las mediciones revelaron que la rigidez a la flexión del grafeno aumentó hasta cinco órdenes de magnitud en comparación con el grafeno prístino, que es un nuevo récord mundial.
"Al principio, ni siquiera comprendimos nuestros resultados. Nos llevó tiempo digerir lo que la forja óptica había hecho en realidad para el grafeno. Sin embargo, gradualmente, la gravedad total de las implicaciones comenzó a darse cuenta de nosotros", dice el Dr. Andreas Johansson.quien dirigió el trabajo sobre la caracterización de las propiedades del grafeno ópticamente forjado.
El grafeno reforzado abre caminos para aplicaciones novedosas
El análisis reveló que el aumento en la rigidez a la flexión fue inducido durante el forjado óptico por corrugaciones de ingeniería de deformación en la capa de grafeno. Como parte del estudio, se realizó un modelado de elasticidad de lámina delgada de las membranas de grafeno corrugadas, lo que demuestra que el endurecimiento ocurre entanto en la micro y nanoescala, al nivel de los defectos inducidos en la red de grafeno.
"El mecanismo general es claro, pero desentrañar todos los detalles atomísticos de la creación de defectos aún necesita más investigación", dice el profesor Pekka Koskinen, quien realizó el modelado.
El grafeno endurecido abre vías para aplicaciones novedosas, como la fabricación de estructuras de andamios microelectromecánicos o la manipulación de la frecuencia de resonancia mecánica de los resonadores de membrana de grafeno hasta el régimen de GHz. Dado que el grafeno es ligero, fuerte e impermeable, un potencial es el uso de forja óptica enescamas de grafeno para hacer estructuras de jaulas a escala micrométrica para el transporte de fármacos por vía intravenosa.
"El método de forja óptica es particularmente poderoso porque permite la escritura directa de características de grafeno rígido precisamente en los lugares donde las desea", dice el profesor Mika Pettersson, quien supervisa el desarrollo de la nueva técnica, y continúa: "Nuestro próximo pasoserá estirar nuestra imaginación, jugar con la forja óptica y ver qué dispositivos de grafeno podemos hacer ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Jyväskylä - Jyväskylän yliopisto . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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