25.05.2021 - Philipps-Universität Marburg

Una nueva forma de carbono

No es grafeno: investigadores de Alemania y Finlandia descubren un nuevo tipo de material de carbono atómicamente fino

El carbono existe en varias formas. Además del diamante y el grafito, hay formas recientemente descubiertas con propiedades sorprendentes. Por ejemplo, el grafeno, con un grosor de una sola capa atómica, es el material más fino conocido, y sus inusuales propiedades lo convierten en un candidato muy interesante para aplicaciones como la electrónica del futuro y la ingeniería de alta tecnología. En el grafeno, cada átomo de carbono está unido a tres vecinos, formando hexágonos dispuestos en una red de panal. Los estudios teóricos han demostrado que los átomos de carbono también pueden organizarse en otros patrones de red plana, sin dejar de unirse a tres vecinos, pero ninguna de estas redes previstas se había hecho realidad hasta ahora.

Investigadores de la Universidad de Marburgo (Alemania) y de la Universidad de Aalto (Finlandia) han descubierto ahora una nueva red de carbono, atómicamente fina como el grafeno, pero formada por cuadrados, hexágonos y octógonos que forman una red ordenada. Confirmaron la estructura única de la red mediante un microscopio de sonda de barrido de alta resolución y descubrieron que sus propiedades electrónicas son muy diferentes a las del grafeno.

A diferencia del grafeno y otras formas de carbono, la nueva red de bifenileno -como se denomina el nuevo material- tiene propiedades metálicas. Las franjas estrechas de la red, de sólo 21 átomos de ancho, ya se comportan como un metal, mientras que el grafeno es un semiconductor a este tamaño. "Estas franjas podrían utilizarse como hilos conductores en futuros dispositivos electrónicos basados en el carbono", afirma el profesor Michael Gottfried, de la Universidad de Marburgo, que dirige el equipo que ha desarrollado la idea. El autor principal del estudio, Qitang Fan, de Marburgo, prosigue: "Esta novedosa red de carbono también podría servir como material anódico superior en las baterías de iones de litio, con una mayor capacidad de almacenamiento de litio en comparación con la de los materiales actuales basados en el grafeno."

El equipo de la Universidad de Aalto ayudó a obtener imágenes del material y a descifrar sus propiedades. El grupo del profesor Peter Liljeroth realizó la microscopía de alta resolución que mostró la estructura del material, mientras que los investigadores dirigidos por el profesor Adam Foster utilizaron simulaciones y análisis informáticos para comprender las apasionantes propiedades eléctricas del material.

El nuevo material se fabrica ensamblando moléculas que contienen carbono sobre una superficie de oro extremadamente lisa. Estas moléculas forman primero cadenas, que consisten en hexágonos enlazados, y una reacción posterior conecta estas cadenas entre sí para formar los cuadrados y octógonos. Una característica importante de las cadenas es que son quirales, lo que significa que existen en dos tipos de espejo, como las manos izquierda y derecha. Sólo las cadenas del mismo tipo se agregan en la superficie del oro, formando conjuntos bien ordenados, antes de conectarse. Esto es fundamental para la formación del nuevo material de carbono, porque la reacción entre dos tipos diferentes de cadenas sólo da lugar al grafeno. "La nueva idea consiste en utilizar precursores moleculares modificados para producir bifenileno en lugar de grafeno", explica Linghao Yan, que realizó los experimentos de microscopía de alta resolución en la Universidad de Aalto.

Por ahora, los equipos trabajan para producir láminas más grandes del material, de modo que se pueda seguir explorando su potencial de aplicación. Sin embargo, "confiamos en que este nuevo método de síntesis conduzca al descubrimiento de otras redes de carbono novedosas", afirma el profesor Liljeroth.

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