Las nanoestructuras de grafeno con bordes en zigzag muestran una gran promesa tecnológica gracias a sus excelentes propiedades electrónicas y magnéticas. Desafortunadamente, los bordes altamente reactivos de estas llamadas nanocintas de grafeno (GNR) se degradan rápidamente cuando se exponen al aire, lo que limita sus aplicaciones prácticas. Un equipo de España y la República Checa ahora han ideado dos nuevas estrategias para protegerlos. Estas estrategias también podrían extenderse a otros tipos de nanoestructuras basadas en carbono tecnológicamente importantes.
Los GNRS son especiales porque el comportamiento de sus electrones se puede ajustar de metal a semiconductor simplemente ajustando la longitud o el ancho de las cintas, modificando la estructura de sus bordes o dopándolos con átomos que no sean de carbono. Los materiales también se pueden hacer magnéticos utilizando estas técnicas. La versatilidad de los GNR los convierte en componentes básicos prometedores para numerosas aplicaciones, incluidas las tecnologías cuánticas.
El problema es que las propiedades excepcionales de los GNR se basan en la presencia de segmentos en forma de zigzag a lo largo de sus bordes, y estos segmentos (a diferencia de los bordes en forma de sillón) son inestables en el aire. Esto significa que los GNR deben mantenerse en el vacío, lo que dificulta su empleo en aplicaciones del mundo real.
sp3 la configuración aumenta la estabilidad del aire
En el nuevo trabajo, tres grupos de investigación, liderados por Dimas G de Oteyza de las Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) en El EntregoEspaña Diego Peña Desde CiQUS, Universidad de Santiago de Compostela; y pavel jelinek en el Instituto de Física, Academia Checa de Ciencias – estudió tiras estrechas de nanocintas de grafeno con una gran densidad de bordes en forma de zigzag. Descubrieron que cuando se hidrogenan, los átomos de carbono en las nanoestructuras se rehibridan en un sp3 configuración, lo que aumenta su estabilidad en el aire. Las estructuras se pueden volver a convertir a su estado original simplemente calentándolas. Alternativamente, los investigadores descubrieron que podían estabilizar las nanoestructuras funcionalizándolas con grupos laterales de cetonas. Esta forma oxidada del material también es estable a una variedad de otros productos químicos y se puede volver a convertir a la forma prístina mediante hidrogenación y recocido en condiciones de vacío. En ambos casos, los GNR protegidos conservan las propiedades electrónicas de las nanoestructuras prístinas.
“Nuestras estrategias de protección nos permiten sacar estas moléculas del ambiente de vacío inerte sin degradarlas”, dice Oteyza. Mundo de la física. "Estas técnicas pueden extrapolarse a diferentes GNR y nanoestructuras basadas en carbono, así como a diferentes grupos funcionales, lo que permite que estos materiales de carbono con bordes en zigzag se utilicen en aplicaciones escalables del mundo real".
Los nanotubos de carbono aplastados forman nanocintas suaves
Sin embargo, antes de que esto sea posible, Oteyza y sus colegas reconocen que hay desafíos que superar. “Por un lado, los pasos de 'desprotección' todavía requieren condiciones de vacío”, explica Peña. "Esto significa que si bien podemos colocar nuestras moléculas de interés en las estructuras de dispositivos adecuadas para aplicaciones escalables, los dispositivos aún deben funcionar en el vacío".
Por lo tanto, se requerirá un paso adicional, a saber, proteger la estructura de todo el dispositivo basado en GNR de una manera que no afecte la química de la molécula. “Este es uno de los principales desafíos que debemos abordar”, dice Jelinek.
El estudio se publica en Naturaleza Química.
