14.02.2020 - Rice University

El grafeno se forma bajo el ojo del microscopio

Los científicos reducen el grafeno inducido por láser para la electrónica flexible

No necesitas un gran láser para hacer grafeno inducido por láser (LIG). Los científicos de la Universidad de Rice, la Universidad de Tennessee, Knoxville (UT Knoxville) y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) están utilizando un rayo visible muy pequeño para quemar la forma espumosa del carbono en patrones microscópicos.

Los laboratorios del químico de Rice James Tour, que descubrió el método original para convertir un polímero común en grafeno en 2014, y el científico de materiales de Tennessee/ORNL, Philip Rack, revelaron que ahora pueden observar cómo se forma el material conductor al hacer pequeños rastros de LIG en un microscopio electrónico de barrido (SEM).

El proceso alterado, detallado en la Sociedad Química Americana de Materiales Aplicados e Interfaces ACS, crea LIG con características más de un 60% más pequeñas que la versión macro y casi 10 veces más pequeñas que las típicamente logradas con el anterior láser infrarrojo.

Los láseres de baja potencia también hacen que el proceso sea menos costoso, dijo Tour. Eso podría llevar a una producción comercial más amplia de electrónica flexible y sensores.

"Una clave para las aplicaciones electrónicas es hacer estructuras más pequeñas para que se pueda tener una mayor densidad, o más dispositivos por unidad de área", dijo Tour. "Este método nos permite hacer estructuras que son 10 veces más densas que las que hacíamos antes."

Para probar el concepto, el laboratorio fabricó sensores de humedad flexibles que son invisibles a simple vista y fabricados directamente en poliimida, un polímero comercial. Los dispositivos fueron capaces de sentir la respiración humana con un tiempo de respuesta de 250 milisegundos.

"Esto es mucho más rápido que la tasa de muestreo de la mayoría de los sensores de humedad comerciales y permite el monitoreo de los rápidos cambios de humedad local que pueden ser causados por la respiración", dijo el autor principal del artículo, el investigador postdoctoral de Rice Michael Stanford.

Los láseres más pequeños bombean luz a una longitud de onda de 405 nanómetros, en la parte azul-violeta del espectro. Estos son menos poderosos que los láseres industriales que el Tour Group y otros alrededor del mundo están usando para quemar grafeno en plástico, papel, madera e incluso comida.

El láser montado en el SEM quema sólo las cinco micras superiores del polímero, escribiendo características de grafeno tan pequeñas como 12 micras. (Un cabello humano, en comparación, tiene de 30 a 100 micrones de ancho.)

Trabajando directamente con la ORNL, Stanford pudo capitalizar el equipo avanzado del laboratorio nacional. "Eso es lo que hizo posible este esfuerzo conjunto", dijo Tour.

"Hice muchas de mis investigaciones de doctorado en el ORNL, así que estaba al tanto de las excelentes instalaciones y científicos y de cómo podían ayudarnos con nuestro proyecto", dijo Stanford. "Los rasgos LIG que estábamos creando eran tan pequeños que habrían sido casi imposibles de encontrar si hubiésemos láserado los patrones y luego los hubiésemos buscado en el microscopio".

Tour, cuyo grupo introdujo recientemente el grafeno flash para convertir instantáneamente la basura y los residuos de comida en el material valioso, dijo que el nuevo proceso LIG ofrece un nuevo camino hacia la escritura de circuitos electrónicos en sustratos flexibles como la ropa.

"Mientras que el proceso de flash producirá toneladas de grafeno, el proceso LIG permitirá que el grafeno sea sintetizado directamente para aplicaciones electrónicas precisas en superficies", dijo Tour.

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