Grafeno superfino convertido en ultraresistente mediante forjado óptico
El grafeno endurecido abre vías para nuevas aplicaciones
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 forjado óptico puede hacer que el grafeno sea ultrafino, aumentando su rigidez en varios órdenes de magnitud. La investigación se publicó en npj 2D Materials and Applications en mayo de 2021.
Arriba - Imágenes de microscopía de fuerza atómica de la piel del tambor de grafeno suspendido antes y después del forjado óptico. Abajo - Presentación analógica de cómo un material puede volverse más rígido cuando se ondula.
University of Jyväskylä/Pekka Koskinen, Vesa-Matti Hiltunen
El grafeno es un material de carbono atómicamente delgado y cargado de excelentes propiedades, como una gran movilidad de portadores de carga, una magnífica conductividad térmica y una gran transparencia óptica. Su impermeabilidad y su resistencia a la tracción, 200 veces superior a la del acero, lo hacen idóneo para aplicaciones nanomecánicas. Por desgracia, su excepcional delgadez hace que cualquier estructura tridimensional sea notoriamente inestable y difícil de fabricar.
Estas dificultades pueden desaparecer ahora, ya que un grupo de investigación del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä ha demostrado cómo hacer que el grafeno sea ultrafuerte mediante un tratamiento láser específicamente desarrollado. Esta rigidez abre nuevos campos de aplicación para este maravilloso material.
El mismo grupo ya había preparado anteriormente estructuras tridimensionales de grafeno mediante un método de modelado con láser de femtosegundo pulsado llamado forja óptica. La irradiación láser provoca defectos en la red de grafeno, lo que a su vez expande la red, dando lugar a estructuras tridimensionales estables. En este caso, el grupo utilizó la forja óptica para modificar una membrana de grafeno monocapa suspendida como la piel de un 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, lo que supone un nuevo récord mundial.
"Al principio, ni siquiera comprendíamos nuestros resultados. Nos llevó tiempo digerir lo que la forja óptica había hecho realmente por el grafeno. Sin embargo, poco a poco fuimos comprendiendo toda la gravedad de las implicaciones", afirma el Dr. Andreas Johansson, que dirigió el trabajo de caracterización de las propiedades del grafeno forjado ópticamente.
El grafeno endurecido abre vías para nuevas aplicaciones
El análisis reveló que el aumento de la rigidez a la flexión se indujo durante el forjado óptico mediante la creación de ondulaciones en la capa de grafeno. Como parte del estudio, se realizó una modelización de la elasticidad de la lámina delgada de las membranas de grafeno corrugado, lo que demostró que la rigidez se produce tanto en la micro como en la nanoescala, a nivel de los defectos inducidos en la red de grafeno.
"El mecanismo general está claro, pero hay que seguir investigando para desentrañar todos los detalles atomísticos de la formación de los defectos", afirma el profesor Pekka Koskinen, que ha realizado la modelización.
El grafeno endurecido abre nuevas vías de aplicación, como la fabricación de estructuras microelectromecánicas 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, resistente e impermeable, una de las posibilidades es utilizar el forjado óptico de láminas de grafeno para fabricar estructuras de jaula a escala micrométrica para el transporte intravenoso de fármacos.
"El método de forjado óptico es especialmente potente porque permite escribir directamente rasgos de grafeno rígido con precisión en los lugares que se desee", afirma el profesor Mika Pettersson, que supervisa el desarrollo de la nueva técnica, y prosigue: "Nuestro siguiente paso será dar rienda suelta a nuestra imaginación, jugar con el forjado óptico y ver qué dispositivos de grafeno podemos fabricar."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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