El grafeno, el material de maravilla ultrafino con un solo átomo de carbono de grosor, promete aplicaciones tan impresionantes como recubrimientos resistentes al desgaste y sin fricción. Pero los primeros fabricantes deben ser capaces de producir grandes láminas de grafeno con precisióncondiciones controladas. Dirk van Baarle estudió cómo crece el grafeno a escala atómica y qué determina la fricción con otros materiales. Defensa de doctorado 29 de noviembre.
Calidad predecible
Un recubrimiento de maquinaria casi perfectamente libre de fricción y resistente al desgaste podría generar enormes ahorros en combustible y mantenimiento. En el mundo de la nanotecnología, tales recubrimientos probablemente incluso tendrán aplicaciones que actualmente no podemos predecir. En su doctoradoinvestigación Dirk van Baarle estudió a un candidato para tales recubrimientos: el grafeno. Van Baarle: "Es todo un desafío producir grafeno de una calidad predecible".
El grafeno solo es súper fuerte si la malla de alambre de los átomos de carbono que componen el material tiene una forma perfectamente regular. Pero con los métodos de producción actuales, una lámina de grafeno en la práctica casi siempre se compone de un mosaico de piezas pequeñas quehan sido injertados unos sobre otros. Van Baarle pudo observar casi por átomo de carbono vivo cómo las islas de grafeno crecen unas hacia otras y cómo este proceso está influenciado por la temperatura y el sustrato. Este es el primer paso hacia un método de producción para hacer más grande,impecables láminas de grafeno.
patrón de alambre de pollo
El grafeno ocurre espontáneamente cuando una superficie muy limpia de iridio entra en contacto con etileno C2H4, un hidrocarburo a una temperatura de alrededor de 700 grados centígrados. Las moléculas de gas se desintegran en la superficie caliente, dejando atrás los átomos de carbono, que se forman espontáneamenteUna red de hexágonos vinculados, en un patrón de alambre de pollo.
Para su investigación, Van Baarle usó una pieza única de equipo en el Laboratorio Huygens-Kamerlingh Onnes, el VT-STM Microscopio de túnel de barrido de temperatura variable. Este aparato comprende una aguja minúscula con un punto que tiene solo unos pocos átomos de espesor.Se puede usar para escanear sistemáticamente una superficie con un grado de precisión tan alto lo que de hecho está haciendo es medir el flujo de electricidad entre el lápiz y la superficie que incluso los átomos individuales se pueden distinguir. Lo que hace que el instrumento Leiden sea únicoes que puede hacerlo incluso a temperaturas altas y variables.
Un hallazgo notable es que los procesos atómicos ocurren no solo en la capa creciente de grafeno. En la práctica, la superficie del iridio no coincide perfectamente con las capas atómicas en el sustrato. El iridio forma pasos amplios en la superficie, donde el grafenocrece sobre él. Pero estos pasos pueden continuar creciendo debajo del grafeno o pueden retirarse como resultado de que los átomos de iridio en el sustrato se realineen. Este proceso también debe controlarse estrechamente para permitir que se formen láminas de grafeno perfectas.
puntos de contacto
En la parte teórica de su investigación, Van Baarle desarrolló un modelo de cómo se produce la fricción a nivel atómico. Cuando dos superficies se deslizan una sobre la otra, los puntos de contacto reales tienen solo nanómetros de tamaño, solo unos pocos átomos. La fricción esen su máximo cuando la rigidez de las nano-protuberancias es más o menos promedio: no demasiado suave, pero tampoco demasiado rígida.
Van Baarle: 'Uno de mis colegas está actualmente recubriendo un objeto con nano-agujas usando una técnica de litografía una técnica que también se usa para chips de computadora. Estas agujas varían en rigidez, dependiendo de la dirección en la que se doblan.Esto significa que la fricción de la superficie es diferente en diferentes direcciones. 'Esto puede ser útil, por ejemplo, para un recubrimiento en un eje giratorio, para evitar que se mueva lateralmente.
"Internamente ya estamos usando recubrimientos de grafeno en nuestro equipo para reducir la fricción sin usar lubricantes", explica Van Baarle. "Ya ha dado como resultado una patente y una puesta en marcha, nanocapas aplicadas. No es de extrañar que nuestro profesor, Joost Frenken,ya ha ganado un premio de valorización '
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Leiden . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :