Un equipo de investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional, dentro del Instituto de Ciencias Básicas SII ha medido y controlado la temperatura de las burbujas de grafeno individuales con un solo rayo láser por primera vez. El estudio ahora está disponible desde Cartas de revisión física .
La naturaleza altamente elástica y flexible del grafeno permite la creación de burbujas grandes estables, de manera más o menos controlada. Se sabe que la tensión y la curvatura introducidas por las burbujas ajustan las propiedades electrónicas, químicas y mecánicas de este materialEn general, las burbujas de grafeno son más reactivas que el grafeno plano, por lo que pueden ser más propensas a ser decoradas con grupos químicos. Las burbujas pueden servir como pequeños reactores cerrados, y su superficie curva podría proporcionar un efecto de lente. Comprender cómo varía la temperatura dentro de las burbujases un factor importante para varias aplicaciones.
"Si crees que las reacciones químicas podrían llevarse a cabo dentro de la burbuja o en la superficie de cada burbuja de grafeno, cambiar la distribución de temperatura en una burbuja influirá significativamente en las reacciones que tienen lugar", dice Yuan Huang, el primer autor delestudiar.
En este estudio, se forman burbujas en la interfaz entre una lámina de grafeno y un sustrato de sílice SiO2 / Si en el que se encuentra. La superficie de SiO2 atrae algunas moléculas que se evaporan cuando se calientan, creando burbujas.
Como también predijeron los teóricos del equipo, Xiao Wang y Feng Ding, la temperatura oscila con la altura de la burbuja. Aunque cada burbuja tiene solo varios micrómetros de ancho y aproximadamente un micrómetro de altura, los científicos pudieron detectar una variación en la temperatura, no solo entre el centro y los bordes, sino también a diferentes alturas de la burbuja.
Cuando una burbuja de grafeno se ilumina con un rayo láser, los rayos incidentes y reflejados se superponen formando una onda óptica en la superficie. El aumento de la potencia del láser tiene el efecto de calentar selectivamente regiones específicas de la burbuja, que corresponden a la interferencia máxima dela onda óptica estacionaria. Los científicos del SII detectaron cambios locales en la temperatura dentro de cada burbuja utilizando la espectroscopía Raman, una técnica estándar para medir las características y la morfología del grafeno.
"Las ondas estacionarias cerca de las superficies se han ignorado durante mucho tiempo y rara vez se han observado de manera directa. Los resultados son sorprendentes. El rayo láser puede calentar eficientemente el grafeno, y podemos determinar la conductividad térmica en las burbujas de grafeno a partir desu distribución de temperatura ", explica Wolfgang Bacsa, uno de los miembros del equipo, y científico visitante del CEMES-CNRS y la Universidad de Toulouse en Francia.
"Estos resultados confirman la alta conductividad térmica del grafeno medido previamente, demuestran la excelente adhesión alrededor del perímetro de la burbuja de grafeno y proporcionan nuevas perspectivas sobre cómo calentar las burbujas de grafeno en ubicaciones específicas", concluye Rod Ruoff, coautor y director deel Centro de Materiales de Carbono Multidimensional. "Cuanto más sepamos acerca de las propiedades físicas de las burbujas de grafeno, más podremos utilizarlas de diferentes maneras".
Por ejemplo, una aplicación intrigante podría ser la creación de láminas de grafeno con agujeros circulares, como un patrón de "lunares". Como el sobrecalentamiento de las burbujas hace que exploten, los poros decorados con grupos químicos específicos podrían funcionar como filtros selectivos molecularesLas propiedades únicas del grafeno nunca dejan de sorprender.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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