El efecto acordeón hace que el grafeno sea estirable
Nueva propiedad del grafeno revelada por una medición ultralimpia sin aire Medio ambiente
El grafeno es un "material milagroso": mecánicamente muy resistente y eléctricamente muy conductor, ideal para aplicaciones afines. Mediante un método único en el mundo, físicos de la Universidad de Viena dirigidos por Jani Kotakoski han conseguido por primera vez que el grafeno sea drásticamente más estirable, ondulándolo como un acordeón. Esto allana el camino para nuevas aplicaciones en las que se requiere cierta elasticidad (por ejemplo, la electrónica para llevar puesta). En colaboración con la Universidad Politécnica de Viena, se ha desvelado el mecanismo exacto de este fenómeno y se ha publicado en la revista Physical Review Letters.
Las primeras pruebas experimentales del grafeno en 2004 establecieron una clase de materiales completamente nueva, los llamados sólidos bidimensionales (2D). Su nombre se debe a que sólo tienen una capa de átomos de grosor, lo que da lugar a propiedades materiales exóticas que podrían beneficiar a diversos ámbitos de aplicación. El grafeno, por ejemplo, destaca por su enorme conductividad eléctrica, pero también es muy rígido. Esta extrema rigidez es el resultado de la disposición en forma de panal de los átomos del material. Intuitivamente, la eliminación de algunos átomos del material junto con sus enlaces debería provocar una reducción de la rigidez. Sin embargo, los estudios científicos han informado tanto de una ligera reducción como de un aumento significativo.
Estas contradicciones se han aclarado ahora gracias a nuevas mediciones realizadas por investigadores del grupo dirigido por Jani Kotakoski en la Universidad de Viena. Los experimentos se llevaron a cabo con dispositivos de última generación que compartían el mismo entorno ultralimpio sin aire. Esto permite transportar muestras entre los distintos dispositivos sin exponerlas nunca al aire ambiente. "Este sistema único que hemos desarrollado en la Universidad de Viena nos permite examinar materiales 2D sin interferencias", explica Jani Kotakoski. Wael Joudi, primer autor del estudio, añade: "Por primera vez se ha realizado este tipo de experimento con el grafeno totalmente aislado del aire ambiente y de las partículas extrañas que contiene. Sin esta separación, estas partículas se depositarían rápidamente en la superficie, afectando al procedimiento del experimento y a las mediciones."
De hecho, la atención prestada a la limpieza meticulosa de la superficie del material condujo al descubrimiento del llamado efecto acordeón en relación con la rigidez del grafeno: ya la eliminación de dos átomos vecinos provoca un abombamiento perceptible del material inicialmente plano. Varios abultamientos juntos dan lugar a una ondulación del material: "Se lo puede imaginar como un acordeón. Al tirar de él, el material ondulado se aplana, lo que requiere mucha menos fuerza que estirar el material plano y, por tanto, se vuelve más estirable", explica Wael Joudi. Las simulaciones realizadas por los físicos teóricos Rika Saskia Windisch y Florian Libisch, de la Universidad Tecnológica de Viena, confirman tanto la formación de ondas como la capacidad de estiramiento resultante.
Los experimentos también demostraron que las partículas extrañas en la superficie del material no sólo suprimen este efecto, sino que conducen al resultado contrario. En concreto, su influencia hace que el material parezca más rígido, lo que también explica las contradicciones del pasado. "Esto demuestra la importancia del entorno de medición cuando se trata de materiales 2D. Los resultados abren una vía para regular la rigidez del grafeno y allanar así el camino a posibles aplicaciones", concluye Wael Joudi.
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