Un grupo de investigación en el Centro de Materiales de Carbono Multidimensional, dentro del Instituto de Ciencias Básicas SII, ha publicado en ciencia sobre un nuevo método para convertir láminas de metal policristalino de bajo costo en cristales individuales con propiedades superiores. Se espera que estos materiales encuentren muchos usos en la ciencia y la tecnología.
La estructura de la mayoría de los materiales metálicos puede considerarse como un mosaico de diferentes cristales diminutos, que presentan algunos defectos en los bordes entre cada parche. Estos defectos, conocidos como límites de grano GB, empeoran las propiedades eléctricas y, a veces, mecánicas demetal. Los metales monocristales, en cambio, no tienen GB y muestran una mayor conductividad eléctrica y otras cualidades mejoradas que pueden desempeñar un papel importante en múltiples campos, como la electrónica, la plasmónica y la catálisis, entre otros. Las láminas de metal monocristalino han atraído una gran atencióntambién porque ciertos metales monocristalinos, como el cobre, el níquel y el cobalto, son adecuados para el crecimiento de grafeno, nitruro de boro y diamantes sin defectos encima de ellos.
Los cristales individuales normalmente se fabrican comenzando con una 'semilla de cristal'. Los enfoques convencionales, como los métodos de Czochralski o Bridgman, u otros basados en la deposición de películas metálicas delgadas en sustratos inorgánicos de cristal único, logran cristales individuales pequeños con altos costos de procesamiento.
Para desbloquear todo el potencial de tales estructuras metálicas, el equipo del SII dirigido por Rodney Ruoff en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan UNIST, junto con JIN Sunghwan y SHIN Hyung-Joon, inventaron el "recocido sin contacto" Técnica CFA. CFA consiste en calentar las láminas de metal policristalino a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión de cada metal. Este nuevo método no necesita semillas o plantillas de cristal individuales, que limitan el tamaño máximo de cristal, y se probó con cinco tipos diferentes deláminas de metal: cobre, níquel, cobalto, platino y paladio. El resultado fue un "crecimiento de grano colosal", que alcanzó hasta 32 centímetros cuadrados para el cobre.
Los detalles del experimento variaron según el metal utilizado. En el caso del cobre, se utilizaron soportes de cuarzo y una varilla para colgar la lámina metálica, como la ropa suspendida en los tendederos. Luego, la lámina se calentó en un tubo.horno en forma de aproximadamente 1050 grados Celsius 1323 grados Kelvin, una temperatura cercana al punto de fusión del cobre 1358 K durante varias horas en una atmósfera con hidrógeno y argón, y luego se enfrió.
Los científicos también lograron cristales individuales a partir de láminas de níquel y cobalto, cada una de aproximadamente 11 cm2. Los tamaños alcanzados están limitados por el tamaño del horno, por lo que uno podría esperar la producción de láminas más grandes con métodos de procesamiento 'industriales'.
Para el platino, se utilizó calentamiento resistivo debido a su temperatura de fusión más alta 2041 K. La corriente se pasó a través de una lámina de platino unida a dos electrodos opuestos, luego se movió un electrodo y se ajustó para mantener la lámina plana durante la expansión y contracción.El equipo de investigación espera que este truco funcione para otras láminas, porque también funcionó para el paladio.
Estas láminas de metal monocristalinas grandes son útiles en varias aplicaciones. Por ejemplo, pueden servir para cultivar grafeno encima de ellas: el grupo obtuvo grafeno monocapa monocristalino de muy alta calidad en lámina de cobre monocristalina y grafeno multicapa en una solalámina de aleación de cobre y níquel de cristal.
La nueva lámina de cobre de cristal único mostró propiedades eléctricas mejoradas. Los colaboradores, YOO Won Jong y MOON Inyong en la Universidad de Sungkyunkwan, midieron un aumento del 7% en la conductividad eléctrica a temperatura ambiente de la lámina de cobre de cristal único, en comparación con el policristalino disponible comercialmente.frustrar.
"Ahora que hemos explorado estos cinco metales e inventado un método escalable directo para hacer cristales individuales tan grandes, existe la emocionante pregunta de si otros tipos de películas de metal policristalino, como el hierro, también se pueden convertir en cristales individuales".nótese el primer autor del estudio, JIN Sunghwan, y su supervisor Ruoff. Ruoff concluye con entusiasmo "Ahora que estas láminas de metal de cristal único y barato están disponibles, ¡será tremendamente emocionante ver cómo las usan las comunidades científicas y de ingeniería!"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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