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Los investigadores crean grafeno de alta calidad con un sistema de pulverización supersónico sorprendentemente simple

Al utilizar una boquilla supersónica que se encuentra más comúnmente en el sector comercial de los motores a reacción y cohetes, los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han ideado una forma muy simple y económica de producir láminas de grafeno de alta calidad y sin defectos en una gama sustratos (materiales). Otros métodos para producir grandes cantidades de grafeno sin defectos hasta ahora han sido muy elusivos y, para los propósitos que nos interesan (reemplazar el silicio en microelectrónica), cualquier cosa que no esté libre de defectos simplemente no servirá.

El método, desarrollado por la Universidad de Illinois en asociación con algunos investigadores en Corea del Sur, es dolorosamente simple, lo que suele ser una muy buena señal cuando se trata de escalar un proceso a niveles industriales. Básicamente, los investigadores toman una suspensión de grafeno disponible comercialmente (un fluido con escamas de grafeno de baja calidad dispersas) y luego usan una pistola de pulverización supersónica para depositar el grafeno en un sustrato. Al parecer, no se requiere ningún tratamiento adicional.

Deposición supersónica de grafeno

Deposición supersónica de grafeno

Por lo general, este proceso solo llevaría a que el sustrato se cubriera de manera desigual en la suspensión, con agregaciones aleatorias de escamas de grafeno que carecen de las increíbles propiedades que hemos llegado a conocer y amar. Pero, por supuesto, al ser grafeno, algo mágico parece suceder cuando se rocía a velocidades supersónicas: cuando el grafeno golpea el sustrato, hay suficiente energía cinética que se esparce perfectamente en una fina capa de grafeno prístino de un solo átomo de espesor. . «Imagina algo como Silly Putty golpeando una pared: se estira y se extiende sin problemas», dice Alexander Yarin, codirector de la investigación. “Eso es lo que creemos que sucede con estos copos de grafeno. Golpean con una enorme energía cinética y se estiran en todas direcciones. Estamos aprovechando la plasticidad del grafeno, en realidad se está reestructurando «.

La salsa secreta, si la hay (realmente es un enfoque deprimentemente simple) es el uso de una boquilla de Laval. La boquilla de Laval tiene forma de reloj de arena estirado, con un pellizco en el medio que obliga a los fluidos a acelerar a velocidades supersónicas y luego dar forma al escape. La boquilla se usa generalmente en motores a reacción y cohetes, para acelerar los gases presurizados y generar más empuje. En este caso, solo se trata de acelerar la suspensión de grafeno para que salga con suficiente energía cinética para activar el efecto Silly Putty. [DOI: 10.1002/adfm.201400732 – “Self-Healing Reduced Graphene Oxide Films by Supersonic Kinetic Spraying”]

Grafeno

Así es como se ve el grafeno perfecto: una monocapa de átomos de carbono

Debido a que esto realmente es solo una pulverización supersónica, y debido a que no se requiere posprocesamiento, los investigadores dicen que el método se puede usar para recubrir muchos materiales y formas diferentes con grafeno de alta calidad. No tengo conocimiento de que la pulverización se utilice en los procesos actuales de fabricación de chips, pero no creo que sea difícil incluirla (es mucho más simple que las técnicas actuales de deposición de vapor químico). [Read: Graphene aerogel is seven times lighter than air, can balance on a blade of grass.]

En el futuro, los habitantes de Chicago y los coreanos quieren ampliar este método, con la esperanza de fomentar el desarrollo de aplicaciones de grafeno a escala industrial. En los últimos meses, hemos visto algunos métodos de producción de grafeno de alta calidad que funcionan a pequeña escala y podrían potencialmente funcionar a escala industrial, pero ahora es el momento de que un laboratorio de investigación ponga su dinero en su boca. es y de hecho prueba alguna producción a escala industrial. Con la cantidad de investigación que se está realizando sobre el grafeno, no me sorprendería que eso ocurriera este año.