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Grafeno más grande y elástico
Investigadores coreanos han encontrado una manera de hacer grandes películas de grafeno que sean fuertes y elásticas y que tengan las mejores propiedades eléctricas hasta el momento. Estas láminas de carbono de un átomo de espesor son un material prometedor para fabricar transistores y electrodos transparentes y flexibles para pantallas planas. El grafeno también podría conducir a pantallas de diodos emisores de luz orgánicos (OLED) plegables y células solares orgánicas. Sin embargo, no ha sido fácil encontrar la manera de fabricar láminas de grafeno grandes y de alta calidad.
Grande y flexible: una película de grafeno transparente, de dos centímetros de cada lado, se estira y flexiona cuando se transfiere a un sello de goma. El sello se puede utilizar para depositar la película sobre cualquier sustrato.
Investigadores de la Universidad de Sungkyunkwan y el Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung, en Suwon, Corea, han creado películas de grafeno de centímetros de ancho que son transparentes en un 80 por ciento y pueden doblarse y estirarse sin romperse ni perder sus propiedades eléctricas. Otros han hecho grandes películas de grafeno utilizando técnicas más simples, pero las nuevas películas son 30 veces más conductoras. Además, es fácil transferir las nuevas películas a diferentes sustratos. Hemos demostrado que el grafeno es uno de los mejores materiales para la electrónica transparente extensible, dice Byung Hee Hong , quien dirigió el trabajo, que se publica en Naturaleza .
El grafeno es un excelente conductor y transporta electrones diez veces más rápido que el silicio. Podría reemplazar los electrodos frágiles de óxido de indio y estaño (ITO) que se utilizan actualmente en pantallas, células solares orgánicas y pantallas táctiles. Los transistores de grafeno también podrían reemplazar a los transistores de película delgada de silicio, que no son transparentes y son difíciles de fabricar en plástico.
La forma más fácil de hacer pequeñas escamas de grafeno de alta calidad es despegar las capas de grafeno del grafito (que es, esencialmente, solo una pila de hojas de grafeno). El año pasado, un grupo dirigido por un profesor de ingeniería y ciencia de los materiales de la Universidad de Rutgers Manish Chhowalla ideó un método para hacer piezas a escala de centímetros para aplicaciones prácticas. Los investigadores disolvieron óxido de grafito en agua, creando una suspensión de láminas individuales de óxido de grafeno, que depositaron sobre un sustrato flexible.
Los investigadores coreanos utilizan un método llamado deposición química de vapor. Primero, depositan una capa de níquel de 300 nanómetros de espesor sobre un sustrato de silicio. A continuación, calientan este sustrato a 1.000 Cº en presencia de metano y luego lo enfrían rápidamente a temperatura ambiente. Esto deja películas de grafeno que contienen de seis a diez capas de grafeno encima del níquel. Al modelar la capa de níquel, los investigadores pueden crear películas de grafeno modeladas.
Otros, como el profesor de ingeniería eléctrica del MIT Jing Kong , estamos trabajando en enfoques similares para hacer grandes piezas de grafeno. Pero los investigadores coreanos han llevado el trabajo un paso más allá, transfiriendo las películas a sustratos flexibles manteniendo una alta calidad. La transferencia se realiza de dos formas. Una es grabar el níquel en una solución para que la película de grafeno flote en su superficie, lista para ser depositada sobre cualquier sustrato. Un truco más sencillo es utilizar un sello de goma para transferir la película.
Profesor de física de la Universidad de Columbia Philip Kim , quien es coautor del nuevo artículo, dice que la deposición de vapor químico es una de las formas más baratas de producir grafeno de calidad a gran escala y debería ser compatible con las tecnologías de fabricación de semiconductores existentes. En este momento, los investigadores pueden hacer piezas de cuatro pulgadas, pero Hong dice que podrían escalar fácilmente el proceso.
Las nuevas películas de grafeno tienen menos defectos que las fabricadas en el pasado, dice Hong, por lo que son unas 30 veces más conductoras y tienen una movilidad unas 20 veces mayor que las hojas de grafeno anteriores. La conductividad es suficiente para algunas aplicaciones de nivel de entrada en pequeñas pantallas LCD y pantallas táctiles, dice Para contactar a Yang , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad de California, Los Ángeles. Sin embargo, agrega, la conductividad aún debería ser 10 veces mejor para reemplazar ITO en células solares orgánicas y OLED.
Se están considerando muchos otros materiales para la electrónica transparente y flexible. Los nanotubos de carbono podrían ser un duro competidor. Por ejemplo, los investigadores están avanzando en la creación de transistores de nanotubos flexibles y Unidym , con sede en Menlo Park, CA, pronto comenzará a vender películas plásticas recubiertas de nanotubos, que podrían usarse en lugar de recubrimientos ITO en pantallas.
Otros han fabricado transistores transparentes y flexibles utilizando recubrimientos de óxido de indio o nanocables de óxido de zinc y óxido de indio. Mientras tanto, investigadores de la Universidad de Michigan han fabricado electrodos transparentes utilizando una rejilla de alambres de metal muy delgados.
La ventaja del grafeno podría ser su fuerza excepcional y su alta movilidad (se prevé que sea el doble que la de los nanotubos). Tao He, investigador de grafeno de la Universidad de Rice, dice que los valores de conductividad y movilidad de las nuevas películas son impresionantes. No vi ningún [otro trabajo] similar o comparable a este, dice, y agrega que el nuevo trabajo podría hacer posible la fabricación a gran escala y de bajo costo de electrónica de grafeno flexible.