Una nueva investigación revela por qué el grafeno llamado “supermaterial” no ha transformado aun la electrónica como se había prometido duplicando su rendimiento y finalmente aprovechando su extraordinario potencial.

El grafeno es el material más fuerte jamás probado. También es flexible, transparente y conduce el calor y la electricidad 10 veces mejor que el cobre.

Después de que la investigación sobre el grafeno ganó el Premio Nobel de Física en 2010, fue considerada como un material transformador para la electrónica flexible, chips de computadora y paneles solares más potentes, filtros de agua y sensores biológicos. Pero el rendimiento ha sido mixto y la adopción de la industria lenta.

Ahora, un estudio publicado en Nature Communications identifica la contaminación por silicio como la causa raíz de resultados decepcionantes y detalla cómo producir grafeno puro de mayor rendimiento.

El equipo de la Universidad RMIT, liderado por la Dra. Dorna Esrafilzadeh y el Dr. Rouhollah Ali Jalili, inspeccionó muestras de grafeno disponibles comercialmente, átomo a átomo, con un microscopio electrónico de barrido de vanguardia.

“Encontramos altos niveles de contaminación por silicio en el grafeno disponible comercialmente, con impactos masivos en el rendimiento del material”, dijo Esrafilzadeh.

Las pruebas mostraron que el silicio presente en el grafito natural, la materia prima utilizada para hacer el grafeno, no se eliminaba completamente cuando se procesaba.

“Creemos que esta contaminación está en el corazón de muchos informes aparentemente inconsistentes sobre las propiedades del grafeno y tal vez de muchos otros materiales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados”, dijo Esrafilzadeh.

“El grafeno fue considerado como transformador, pero hasta ahora no ha tenido un impacto comercial significativo, al igual que algunos nanomateriales 2-D similares. Ahora sabemos por qué no ha funcionado como se había prometido, y qué se necesita hacer para aprovechar su potencial completo.”

Las pruebas no solo identificaron estas impurezas, sino que también demostraron la gran influencia que tienen en el rendimiento, y el material contaminado funcionó hasta un 50% peor cuando se probó como electrodos.

“Este nivel de inconsistencia puede haber obstaculizado el surgimiento de importantes aplicaciones de la industria para sistemas basados ​​en grafeno. Pero también impide el desarrollo de marcos regulatorios que rijan la implementación de tales nanomateriales en capas, que están destinados a convertirse en la columna vertebral de los dispositivos de próxima generación”.

La propiedad bidimensional de la lámina de grafeno, que solo tiene un átomo de espesor, la hace ideal para el almacenamiento de electricidad y las nuevas tecnologías de sensores que dependen de un área de superficie alta .

Este estudio revela cómo esa propiedad 2-D también es el talón de Aquiles del grafeno, al hacerlo tan vulnerable a la contaminación de la superficie, y subraya la importancia del grafito de alta pureza para la producción de grafeno más puro.

Usando grafeno puro, los investigadores demostraron cómo el material se desempeñó extraordinariamente bien cuando se usó para construir un supercapacitador, una especie de súper batería.

Cuando se probó, la capacidad del dispositivo para mantener la carga eléctrica era enorme. De hecho, fue la capacidad más grande registrada hasta ahora para el grafeno y a la vista de la capacidad teórica prevista del material.

En colaboración con el Centro de Materiales Avanzados y Química Industrial de RMIT, el equipo utilizó grafeno puro para construir un sensor de humedad versátil con la sensibilidad más alta y el límite de detección más bajo que se haya informado.

Estos hallazgos constituyen un hito vital para la comprensión completa de los materiales bidimensionales delgados y su integración exitosa en dispositivos comerciales de alto rendimiento.

“Esperamos que esta investigación ayude a desbloquear el potencial emocionante de estos materiales”.

Más información: Rouhollah Jalili et al, Silicon como un contaminante ubicuo en los derivados del grafeno con un impacto significativo en el rendimiento del dispositivo, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038 / s41467-018-07396-3

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