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2-D Materials

Grafeno perforado que funciona como transistor

Un material semiconductor obtenido mediante síntesis química con gran potencial en propiedades a la carta

by Bethany Halford
April 12, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 16

 

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Unos pocos pasos bastan para que el DP-DBBA se transforme en grafeno nanoporoso.

Es posible que, a excepción del queso, la mayoría de materiales pierdan su valor si tienen más agujeros. Pero el grafeno, ese increíble alótropo del carbono, pasa de material semimetálico a ser un semiconductor con gran utilidad en un amplio rango de aplicaciones cuando se llena de perforaciones. Actualmente, los científicos han conseguido hacer agujeros nanométricos en posiciones controladas mediante síntesis química, e incorporar este material a un transistor funcional (Science 2018, DOI: DOI: 10.1126/science.aar2009).

Un equipo liderado por César Moreno y Aitor Mugarza, del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), y Diego Peña, de la Universidad de Santiago de Compostela, crearon el grafeno perforado a partir de difenil-10,10'-dibromo-9.9'-biantraceno (DP-DBBA). Los investigadores comienzan por sublimar DP-DBBA un sustrato de oro a vacío ultra alto, donde polimeriza en torno a 200 °C. Al seguir calentando hasta 400 °C, el polímero se cicla y deshidrogena, formando nanolazos de grafeno con bordes dentados.

Inicialmente, los investigadores planeaban obtener estos lazos como producto final. "Pero la serendipia tuvo una contribución significativa," dice Peña. Al calentar la superficie de oro sólo un poco más, hasta 450 °C, propició la fusión de los nanolazos en grafeno nanoporoso, explica.

No es la primera vez que se prepara grafeno nanoporoso. Los científicos habían utilizado una estrategia "top-down", haciendo los agujeros sobre el grafeno mediante láser. Sin embargo, los agujeros hechos de esta manera tienden a ser demasiado grandes, no tienen la precisión deseada y no resultan en un material semiconductor. Otras clases de grafeno nanoporoso obtenido mediante síntesis química con estrategia "bottom-up" aún no habían resultado funcionales para su aplicación en dispositivos.

"En general, la fabricación de dispositivos electrónicos a partir de grafeno nanométrico, es un auténtico reto," comenta Alexander Sinitskii, un químico de la Universidad de Nebraska, en Lincoln, que estudia los nanolazos de grafeno. "Aunque este nuevo material puede trasladarse eficientemente a los dispositivos: Tres de cada cuatro transistores fabricados con grafeno nanoporoso funcionan, lo cual es bastante impresionante," añade. "Creo que este estudio inspirará a otros a investigar las propiedades electrónicas de estas nanoestructuras interconectadas."

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Roman Fasel, que trabaja con nanolazos de grafeno y grafeno nanoporoso en los Laboratorios Federales Suizos para la Ciencia de Materiales y la Tecnología, resalta que un aspecto importante de la estrategia empleada para obtener el nuevo grafeno poroso es que los poros pueden crearse a la carta utilizando diferentes monómeros. "Por tanto, podría llegar a obtenerse poros de diámetro controlado con grupos funcionales específicos es las cavidades, lo que resultaría en sensores moleculares o filtros altamente selectivos," dice.

Mugarza comenta que el grupo está explorando esto a fondo. También contemplan utilizar el material en otras aplicaciones, como optoelectrónica, purificación de agua, secuenciación de DNA y filtros y sensores de gas. "En este momento buscamos grupos interesados en probar nuestro grafeno nanoporoso en sus líneas de investigación," añade.


Traducción al español producida por Irene Maluenda Borderas de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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