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Nuevo material puede revolucionar la industria, y no es el grafeno
En octubre de este año se cumplirán diez desde que Andre Geim y Konstantin Novoselov subiesen al repositorio arXiv un artículo que les valdría el premio Nobel en 2010. Se trataba de la primera vez que se obtenía un material de dos dimensiones (2D) con unas propiedades electrónicas muy particulares, el grafeno. Desde entonces se ha convertido en el material de moda del que se esperan múltiples aplicaciones futuras.
Esta moda de los materiales 2D ha provocado que se estudien todo tipo de compuestos a la espera de que alguno dé la sorpresa y tenga alguna peculiaridad en su comportamiento que, entre otras cosas, tenga la capacidad de hacer millonario a su descubridor. Así, por ejemplo, a principios de este año se presentaba en sociedad el borofeno. La revista de ingeniería Spectrum calculaba en junio de 2013 que habría del orden de 100 compuestos con verdaderas posibilidades de conseguirse en 2D.
Y ahí estriba precisamente el problema de los materiales 2D, que son 2D, es decir, que obtenerlos es complejo y manejarlos puede serlo aún más. Lo ideal sería entonces tener un material 3D que se comporte como uno 2D evitando de esta manera estas costosas complicaciones. Y esto es precisamente lo que ha obtenido por primera vez un equipo de investigadores encabezado por Sefaattin Tongay, de la Universidad de California en Berkeley y la Academia China de Ciencias, un material 3D con las propiedades de un material 2D llamado disulfuro de renio (ReS2). Han publicado sus resultados en Nature Communications.
El ReS2 pertenece a una clase de materiales llamados dicalcogenuros de metales de transición (DMT). Con este nombre se agrupan compuestos de fórmula MX2, en los que M es un metal de transición y X un elemento del grupo 16 de la tabla periódica, es decir, oxígeno, azufre, selenio o teluro. Una de las características más interesantes de los DMT-2D es que tienen bandas prohibidas directas, lo que les permite absorber y emitir luz eficientemente y les hace candidatos muy prometedores para ser parte de la próxima generación de materiales usados en optoelectrónica y en células fotovoltaicas.
Sin embargo, estas propiedades tan atractivas de los DMT sólo aparecen en el caso de que estén en forma de monocapa; cuando están en 3D se produce un acoplamiento entre las capas que hace que la banda prohibida sea indirecta, lo que reduce drásticamente sus propiedades ópticas y electrónicas.
Las aplicaciones de un nuevo material 3D que se comporta como una monocapa de 2D es muy probable que comiencen a crecer tan rápidamente como los materiales 2D lo han hecho en la última década. Será muy interesante ver el impacto que tendrá en el futuro de los materiales 2D, incluido el grafeno.
Fuente: néxt
2010 Nobel, Física: Andre Geim y Konstantin Novoselov por el descubrimiento del grafeno
Los dos científicos de la Universidad de Manchester que descubrieron el grafeno, Andre Geim y Konstantin Novoselov han obtenido el Premio Nobel de Física de 2010 por iniciar uno de los campos de investigación más candentes de la actualidad. Los análisis bibliométricos de Thomson Reuters han acertado este año con un pleno. Mi entrada está basada en el anuncio oficial del Premio Nobel (Prize Announcement). He visto en directo (online) el anuncio, que ha incluido una entrevista a Geim muy emotiva (se le oía muy emocionado por el premio aunque se sabía firme ganador algún día). [PS: Más información en inglés en Advanced Information y Popular Information].
El grafeno es una película de un átomo de grosor de átomos de carbono colocados en una red atómica perfecta. Esta forma del grafeno tiene unas propiedades excepcionales que se originan en las sutilezas de la física cuántica. El grafeno (igual que el diamente) es un material muy duro, aunque solo tenga un átomo de grosor, es buen conductor de la electricidad (mejor que el cobre), del calor (el mejor conductor del calor conocido), es casi transparente (ver la foto adjunta), pero tan denso que ni siquiera un átomo de helio (el átomo más pequeño de un gas) puede atravesar sus agujeros (entre los átomos de carbono).
Geim y Novoselov extrajeron el grafeno de un trozo de grafito (el mismo que se encuentra en cualquier lápiz ordinario). Utilizaron una especie de cinta adhesiva que les permitió extraer del grafito una lámina de un solo átomo de carbono. Muchos científicos creían entonces que era imposible que una lámina de un solo átomo de grosor cualquier material era imposible de fabricar porque era inestable. Geim y Novoselov lograron lo inesperado y con ello se convirtieron en firmes candidatos al Premio Nobel que ahora han obtenido.
El grafeno ha permitido a los físicos estudiar las propiedades de los materiales en solo dos dimensiones. Muchas de estas propiedades se deben a fenómenos de la física cuántica sin análogo en el mundo de los materiales en tres dimensiones. Las aplicaciones del grafeno están aumentando cada día, entre ellas, la creación de nuevos materiales y la fabricación de productos electrónicos innovadores (como transistores de grafeno) que podrían reemplazar al silicio y el germanio en muchas aplicaciones. Como es prácticamente transparente y un buen conductor, el grafeno es adecuado para la producción de pantallas táctiles transparentes, pantallas para televisores y monitores, e incluso las células solares. Mezclado con plásticos el grafeno los convierte en conductores de la electricidad, haciéndolos más resistentes al calor y más resistente mecánicamente, lo que ha permitido desarrollar nuevos materiales delgados superfuertes, con buenas propiedades elásticas y muy ligeros, con posibles aplicaciones en satélites, aviones y automóviles.
Konstantin Novoselov, de 36 años, es ciudadano británico y ruso, aunque nació en Rusia. Andre Geim, de 51 años, es ciudadano holandés, aunque también nació en Rusia. Novoselov trabajó por primera vez con como estudiante de doctorado de Geim en los Países Bajos. Posteriormente le siguió al Reino Unido. Ambos estudiaron su carrera de física en Rusia. Ahora son profesores de la Universidad de Manchester.
Más sobre el grafeno en este blog:
“El grafeno, la panacea de la nanoelectrónica,” 27 Marzo 2009;
“Tan fácil como tocar y pegar o cómo depositar capas monoatómicas de grafeno sobre silicio y óxido de silicio utilizando cobre,” 7 Mayo 2009;
“Desenrollando nanotubos de carbono multicapa en nanoláminas de grafeno (o cuando una imagen vale más que mil palabras),” 16 Abril 2009;
“La meteórica carrera de Tomás Palacios y el transistor de grafeno ultrarrápido,” 4 Mayo 2009;
“Nanotransistores con canal de nanotubos para los ordenadores del futuro,” 29 Mayo 2008;
“Nanotransistores ultrarrápidos basados en grafeno,” 16 Septiembre 2010;
“Quién será capaz de fabricar el grafeno semiconductor,” 28 Marzo 2010;
“El joven científico español Tomás Palacios entrevistado en la revista Science,” 26 Marzo 2010;
“Grafeno ultraplano sobre un substrato de mica,” 19 Noviembre 2009;
“Observado el efecto Hall cuántico fraccionario en grafeno,” 16 Noviembre 2009.
Fuente: Francis (th)E mule Science’s News
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