25.05.2022 - University of Colorado

Se crea por primera vez el "material milagroso de la próxima generación", largamente hipotizado

Los científicos han sintetizado con éxito el grafeno, sobre el que se ha teorizado durante décadas pero que nunca se ha logrado producir.

Durante más de una década, los científicos han intentado sintetizar una nueva forma de carbono llamada grafeno con un éxito limitado. Sin embargo, este esfuerzo ha llegado a su fin gracias a una nueva investigación de la Universidad de Colorado Boulder.

El grafeno lleva mucho tiempo interesando a los científicos por sus similitudes con el "material milagroso", el grafeno, otra forma de carbono muy valorada por la industria cuya investigación fue incluso galardonada con el Premio Nobel de Física en 2010. Sin embargo, a pesar de décadas de trabajo y teorización, hasta ahora sólo se habían creado unos pocos fragmentos.

Esta investigación, anunciada la semana pasada en Nature Synthesis, viene a colmar una antigua laguna en la ciencia de los materiales de carbono, abriendo potencialmente nuevas posibilidades para la investigación de la electrónica, la óptica y los materiales semiconductores.

"Todo el público, todo el campo, está realmente entusiasmado de que este problema de larga data, o este material imaginario, por fin se haga realidad", dijo Yiming Hu, autor principal del artículo y doctorado en química en 2022.

Hace tiempo que los científicos se interesan por la construcción de alótropos de carbono nuevos o novedosos, o formas de carbono, debido a la utilidad del carbono para la industria, así como a su versatilidad.

Existen diferentes formas de construir alótropos del carbono, dependiendo de cómo se utilicen las hibridaciones sp2, sp3 y sp del carbono (o las diferentes formas en que los átomos de carbono pueden unirse a otros elementos), y sus correspondientes enlaces. Los alótropos del carbono más conocidos son el grafito (utilizado en herramientas como lápices y pilas) y los diamantes, que se crean a partir de carbono sp2 y carbono sp3, respectivamente.

Con los métodos de la química tradicional, los científicos han creado con éxito varios alótropos a lo largo de los años, como el fullereno (cuyo descubrimiento ganó el Premio Nobel de Química en 1996) y el grafeno.

Sin embargo, estos métodos no permiten sintetizar los distintos tipos de carbono juntos en una cantidad tan grande como la que se requiere para el grafeno, lo que ha hecho que el material teórico -que se especula que tiene propiedades únicas de conducción de electrones, mecánicas y ópticas- siga siendo eso: una teoría.

Pero también fue esa necesidad de lo no tradicional lo que llevó a los expertos a ponerse en contacto con el grupo del laboratorio de Wei Zhang.

Zhang, profesor de química de la Universidad de California en Boulder, estudia la química reversible, es decir, la que permite que los enlaces se autocorrijan, lo que permite la creación de nuevas estructuras ordenadas, o entramados, como los polímeros sintéticos similares al ADN.

Tras recibir la propuesta, Zhang y su grupo de laboratorio decidieron intentarlo.

La creación de grafeno es una "cuestión muy antigua, pero como las herramientas sintéticas eran limitadas, el interés disminuyó", comentó Hu, que fue estudiante de doctorado en el grupo de laboratorio de Zhang. "Volvimos a sacar el problema y utilizamos una nueva herramienta para resolver un viejo problema que es realmente importante".

Utilizando un proceso llamado metátesis de alquinos -que es una reacción orgánica que implica la redistribución, o corte y reformación, de los enlaces químicos de los alquinos (un tipo de hidrocarburo con al menos un enlace covalente triple carbono-carbono)-, así como la termodinámica y el control cinético, el grupo pudo crear con éxito lo que nunca se había creado antes: Un material que podía rivalizar con la conductividad del grafeno pero con control.

"Hay una diferencia bastante grande (entre el grafeno y el grafeno) pero en el buen sentido", dijo Zhang. "Este podría ser el material maravilloso de la próxima generación. Por eso la gente está muy emocionada".

Aunque el material se ha creado con éxito, el equipo aún quiere estudiar sus detalles particulares, incluida la forma de crear el material a gran escala y cómo se puede manipular.

"Estamos intentando explorar este novedoso material desde múltiples dimensiones, tanto experimental como teóricamente, desde el nivel atómico hasta los dispositivos reales", dijo Zhang sobre los próximos pasos.

Estos esfuerzos, a su vez, deberían ayudar a averiguar cómo pueden utilizarse las propiedades ópticas y de conducción de electrones del material para aplicaciones industriales como las baterías de iones de litio.

"Esperamos que en el futuro podamos reducir los costes y simplificar el procedimiento de reacción, y entonces, con suerte, la gente podrá beneficiarse realmente de nuestra investigación", dijo Hu.

Para Zhang, esto nunca podría haberse logrado sin el apoyo de un equipo interdisciplinario, y añadió: "Sin el apoyo del departamento de física, sin el apoyo de algunos colegas, este trabajo probablemente no podría hacerse".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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