Las láminas de grafeno mantienen una elevadísima resistencia incluso con defectos

Después de haberse publicado en el último número de la revista Science un trabajo en el que se analiza el efecto de los defectos sobre la resistencia de las láminas de grafeno, estos días podemos leer cómo los medios se hacen eco de la noticia.

En las láminas de grafeno los átomos de carbono se disponen ordenadamente ocupando los vértices de una red bidimensional de hexágonos. Es difícil técnicamente producir una lámina de grafeno de grandes dimensiones y que sea monocristalina, es decir, que la red ordenada de hexágonos se extienda perfectamente a toda la lámina. A cambio, lo esperable es que se produzcan láminas policristalinas, esto es, con diferentes dominios en cuyas fronteras se produce un cambio de orientación en la red de átomos.

Láminas de grafeno y nanotubos ideales obtenidos enrollando una lámina de grafeno, haciendo coincidir el extremo A del vector OA (n,m) con su origen O, de manera que OA sea la circunferencia directriz del cilindro: (a) AO (9,0) Estructura en zig-zag; (b) AO (5,5) estructura en armchair; (c) AO (10,5) estructura quiral.

Para nuestros lectores más jovenes, queremos aclarar que muchos de los materiales que habitualmente utilizamos tienen una estructura ordenada a nivel atómico. Se habla así de materiales cristalinos (en realidad, policristalinos, por contener granos cristalinos). Por ejemplo, el aluminio con el que se construyen muchas de nuestras ventanas, el acero utilizado en las estructuras de nuestros edificios o el cobre de los cables eléctricos son materiales policristalinos. Se llaman granos a las regiones dentro de las cuales no varía la orientación del ordenamiento cristalino. Las fronteras entre granos cristalinos se llaman bordes de grano. El vidrio de nuestras ventanas es un material transparente y, aunque confusamente en castellano solemos emplear la palabra cristal para referirnos a ese material, el vidrio no es un material cristalino, ya que a nivel atómico el material presenta un desorden característico de los materiales no cristalinos o amorfos.

Pues bien, el trabajo sobre láminas de grafeno del que hablamos ha sido llevado a cabo por un equipo formado por investigadores de universidades y centros de investigación en EE.UU y en Korea. En sus ensayos han utilizado microscopía de fuerzas atómicas para estudiar las propiedades mecánicas del material. Sus resultados muestran que la presencia de bordes de grano no modifica la rigidez del material y apenas reduce la resistencia.

Recordemos aquí que la resistencia de las láminas de grafeno es la más alta que se ha medido hasta ahora para cualquier material. La tensión de rotura es del orden de 100 GPa (que equivale a unos 33 N/m para la lámina). A modo de comparación, el acero que habitualmente se utiliza en las estructuras de nuestros edificios tiene una resistencia significativamente del orden de 0.5 GPa.

Los resultados del trabajo mencionado son una buena noticia de cara a las futuras aplicaciones de láminas de grafeno, por ejemplo en dispositivos electrónicos. De hecho una de las universidades participantes forma parte del grupo Samsung.

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Y cuando podamos “decirles” a los átomos de carbono que se conviertan en grafeno……

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