El equipo de investigación dirigido por el Dr. Marcelo Mariscal (perteneciente al Departamento de Química Teórica y Computacional de la FCQ y al INFIQC) identificó un mecanismo de crecimiento de grafeno sobre metales. El estudio, realizado en colaboración con la Universidad de Trieste en Italia y el Consejo Nacional Italiano de Investigación (CNR), fue recientemente publicado en la prestigiosa Revista Science.

Esta investigación abre nuevas estrategias para mejorar la producción industrial de este material, caracterizado por propiedades excepcionales. Los investigadores identificaron el mecanismo de crecimiento de grafeno en la superficie de un metal comúnmente usado en la industria (níquel) abriendo nuevas posibilidades en las tecnologías de producción de este novedoso material.

El grafeno es un material muy delgado, compuesto de una sola capa de átomos de carbono, y a la vez muy flexible (como el plástico) y con una resistencia mecánica cien veces superior al acero. Por esto, se lo considera perfecto para múltiples usos en campos industriales y tecnológicos. Sin embargo, la dificultad de producción hace que su uso sea extremadamente costoso.

 

Simulación por computadora del crecimiento de láminas de grafeno (Cr: Germán Soldano).

 

 

"Sabemos que siempre hay átomos ‘sueltos’ presentes sobre las superficies metálicas, donde pueden moverse libremente y participar en muchos de los procesos que tienen lugar sobre la superficie", explican los investigadores. "En nuestro estudio hemos demostrado que, en una superficie metálica de níquel, los átomos de metal 'sueltos' actúan como catalizadores, lo que facilita la formación de grafeno", aseguró el Dr. Mariscal.

El equipo italiano, liderado por la Dra. Cristina Africh (CNR), pudo registrar este proceso en tiempo real, revelando el comportamiento de los átomos individuales en la superficie, mediante un módulo de escaneo de alta velocidad en un sofisticado microscopio desarrollado en colaboración con Elettra-Sincrotrone (Italia).

La Dra. Africh explica el proceso concreto: “Con un microscopio de efecto túnel filmamos lo que sucede en el borde de la lámina de grafeno durante su crecimiento, a una temperatura de aproximadamente 450 grados Celsius, recolectando hasta 60 imágenes por segundo, una velocidad de cuadro mucho más alta que las utilizadas en cinematografía o televisión y percibidas por el ojo humano”. A partir de estos registros, se pudo descubrir cómo crece el grafeno, con un mecanismo muy similar al funcionamiento de una máquina de tejer cuando teje un hilo para formar una pieza de tela: los átomos de níquel individuales juegan, a nivel microscópico, la misma función que la aguja de la máquina, añadiendo nuevos puntos al borde de la tela en una secuencia ordenada.

Simulaciones por computadora realizadas en el Centro de Computación de Alto Desempeño de la UNC (CCAD) echaron finalmente luz a todos los detalles de los resultados experimentales y explicaron claramente el papel desempeñado por los átomos individuales de níquel que, al unirse temporalmente a los bordes del grafeno, permiten la inclusión de nuevos átomos de carbono.

Además de su relevante valor científico, este resultado es de considerable interés industrial, ya que uno de los métodos más ampliamente utilizados en la actualidad para la producción industrial de grafeno hace uso de un sustrato de níquel para cultivar capas de grafeno. Entender los detalles del mecanismo de crecimiento, hasta ahora desconocido, es fundamental para definir una estrategia para el desarrollo de nuevos y más eficientes procesos de producción de grafeno a nivel industrial.

“El estudio fue posible gracias a la financiación de CONICET, a través de un programa de cooperación bilateral (CONICET/CNR) y del Ministerio de Asuntos Exteriores de Italia durante el período que va desde el 2014 hasta el 2017”, remarcó Mariscal.

 

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El equipo de investigación está conformado por: Dres. Germán Soldano y Marcelo Mariscal. Departamento de Química Teórica y Computacional, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba. INFIQC - CONICET (Argentina). En Italia: Dra. Cristina Africh (IOM-CNR) y Dres. Giovanni Comelli y Maria Peressi (Universidad de Trieste).

 

Redacción periodística, corrección de estilo y edición digital: Lic. Carolina Guevara (Oficina de Comunicación Institucional).

Fuente de datos: Dr. Marcelo Mariscal (FCQ-UNC).

Autoriza publicación:  Dr. Marcelo Mariscal (FCQ-UNC).