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(Foco Nanowerk) El grafeno, una capa única de átomos de carbono dispuestos en una red bidimensional en forma de panal, ha fascinado a los investigadores desde su descubrimiento debido a sus extraordinarias propiedades. Sin embargo, el camino para aprovechar todo el potencial del grafeno se ha visto obstaculizado por los desafíos asociados con la producción de películas de grafeno grandes y de alta calidad de una manera rentable y escalable.
Durante la última década, la deposición química de vapor (CVD) se ha convertido en el método principal para cultivar películas continuas de grafeno de alta calidad. A pesar de avances notables, como la síntesis de películas de grafeno monocristalino de un pie de largo y la fabricación de obleas de grafeno monocristalino de 4 pulgadas en solo 10 minutos, el proceso CVD aún enfrenta limitaciones en eficiencia y uniformidad debido a las complejas condiciones de síntesis requeridas. El cultivo de películas de grafeno uniformes y de gran superficie sigue siendo un gran desafío, especialmente cuando se trata de satisfacer las demandas de la producción a escala industrial.
En un avance reciente, un equipo de investigadores del Laboratorio Clave de CAS para los Efectos Biomédicos de Nanomateriales y Nanoseguridad en el Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología en Beijing, China, ha desarrollado un método novedoso para cultivar grafeno que supera muchas de las limitaciones asociadas con Técnicas tradicionales de CVD. Su método de enfriamiento por inducción de escaneo electromagnético (SEMI) permite la síntesis ultrarrápida de vidrio de grafeno uniforme a gran escala al aire libre sin la necesidad de una cámara de vacío o un catalizador.
La investigación fue publicada en Materiales funcionales avanzados (“Crecimiento altamente eficiente de vidrio de grafeno uniforme de gran tamaño en el aire mediante escaneo del método de borrado por inducción electromagnética”).
El método SEMI utiliza un instrumento de inducción electromagnética para calentar rápidamente una placa de grafito en estrecho contacto con un sustrato de vidrio recubierto con una fina capa de polidopamina (PDA). A medida que la bobina de inducción se mueve a través del sustrato, el vidrio se calienta instantáneamente y se forma una película continua de grafeno en la superficie a lo largo del recorrido de la bobina. Este enfoque permite el crecimiento de películas de grafeno sin las limitaciones de tamaño impuestas por una cámara de vacío, lo que lo hace significativamente más escalable que el CVD.
Utilizando el método SEMI, los investigadores fabricaron un vidrio de grafeno de 400 mm × 400 mm en sólo 2 minutos, una mejora significativa con respecto a las técnicas de CVD. El vidrio de grafeno resultante mostró una excelente uniformidad, adhesión de la película y cobertura completa con una resistencia superficial de menos de 500 Ω².-1, muy inferior al del grafeno producido mediante otros métodos. Además, el vidrio de grafeno demostró una excelente estabilidad térmica y mantuvo un rendimiento estable a temperaturas de hasta 1000 °C, superando la estabilidad de otros materiales conductores transparentes como el óxido de indio y estaño (ITO) y las películas de platino.
El método SEMI ofrece varias ventajas clave sobre CVD, incluida la capacidad de cultivar grafeno a altas temperaturas al aire libre, un enfoque de escaneo que garantiza un calentamiento y enfriamiento uniformes y compatibilidad con el procesamiento rollo a rollo para sustratos flexibles. Al eliminar una cámara de vacío y un catalizador, el método SEMI reduce significativamente el tiempo y los costos de producción y, al mismo tiempo, permite cultivar grafeno en sustratos de prácticamente cualquier tamaño.
Las aplicaciones potenciales del vidrio de grafeno son diversas e incluyen industrias como la electrónica, el almacenamiento de energía, la aeroespacial y la medicina. En electrónica, el vidrio de grafeno podría revolucionar la fabricación de pantallas táctiles, displays flexibles y células solares, ofreciendo una transparencia, conductividad y durabilidad superiores a los materiales actuales. En el sector energético, el vidrio de grafeno podría permitir el desarrollo de baterías y supercondensadores más eficientes y ligeros. Para aplicaciones aeroespaciales y automotrices, el vidrio de grafeno podría conducir a la producción de componentes más fuertes, livianos y térmicamente estables. En medicina, el vidrio de grafeno podría utilizarse para desarrollar biosensores avanzados, sistemas de administración de fármacos e incluso órganos artificiales.
A medida que continúa la investigación sobre el método SEMI, se espera que una mayor optimización y ampliación del proceso conduzca a avances aún mayores en la producción de películas de grafeno. La demostración exitosa de esta técnica en diversos sustratos de vidrio, incluidas texturas de cuarzo, vitrocerámica y fibra de vidrio, destaca su versatilidad y potencial de integración en los procesos de fabricación existentes.
Sin embargo, sigue siendo un desafío explotar plenamente el potencial del método SEMI. Se necesitan más investigaciones para optimizar los parámetros del proceso, como la composición de la capa de PDA, la temperatura y la velocidad de la bobina de inducción, para lograr la mejor calidad y uniformidad posibles del grafeno. Además, si bien el método SEMI es altamente escalable, aún se necesita más trabajo para desarrollar la infraestructura y las cadenas de suministro necesarias para la producción a gran escala.
A pesar de estos desafíos, el desarrollo del método de enfriamiento SEMI representa un avance significativo en la producción de películas de grafeno de alta calidad y de gran superficie para aplicaciones industriales. Al permitir el crecimiento ultrarrápido de vidrio de grafeno uniforme al aire libre, este innovador Este enfoque supera las limitaciones de los métodos tradicionales de CVD y allana el camino hacia una producción rentable y a gran escala de dispositivos basados en grafeno.
En los próximos años, a medida que los investigadores continúen perfeccionando y optimizando esta técnica innovadora, podemos esperar una nueva era de tecnologías basadas en grafeno que aprovechen las propiedades excepcionales de este material para crear aplicaciones transformadoras en una amplia gama de industrias. El método SEMI nos acerca un paso más a aprovechar todo el potencial del grafeno.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
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