Instituto de Tecnología de California: Graphene Boosts Flexible and Wearable Electronics.200 veces más fuerte que el acero, el grafeno ha sido aclamado como un súper material del futuro desde su descubrimiento en 2004. El material de carbono ultrafino es un conductor eléctrico y térmico increíblemente fuerte, lo que lo convierte en un ingrediente perfecto para mejorar los chips semiconductores que se encuentran en muchos dispositivos eléctricos. dispositivos.Pero si bien la investigación basada en el grafeno se ha acelerado, el nanomaterial ha encontrado obstáculos: en particular, los fabricantes no han podido crear grandes cantidades industrialmente relevantes del material.Una nueva investigación del laboratorio de Nai-Chang Yeh, profesor de física de Thomas W. Hogan, está revitalizando la moda del grafeno.En dos nuevos estudios, los investigadores demuestran que el grafeno puede mejorar en gran medida los circuitos eléctricos necesarios para dispositivos electrónicos portátiles y flexibles, como parches de salud inteligentes, teléfonos inteligentes flexibles, cascos, pantallas plegables grandes y más.En un estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, los investigadores cultivaron grafeno directamente en delgadas líneas bidimensionales de cobre comúnmente utilizadas en electrónica.Los resultados mostraron que el grafeno no solo mejoró las propiedades conductoras de las líneas, sino que también protegió las estructuras a base de cobre del desgaste habitual.Por ejemplo, demostraron que las estructuras de cobre recubiertas de grafeno podían plegarse 200 000 veces sin dañarse, en comparación con las estructuras de cobre originales, que comenzaban a agrietarse después de 20 000 pliegues.Los resultados demuestran que el grafeno puede ayudar a crear productos electrónicos flexibles con una vida útil más larga.El segundo estudio, publicado en ACS Applied Nano Materials, demostró que el oro recubierto con grafeno podría resistir mejor el sudor del cuerpo de una persona y, por lo tanto, sería mejor para fabricar biosensores implantables.El oro es un ingrediente común utilizado en el desarrollo de biosensores implantables, o dispositivos de nanoescala de parches inteligentes para monitorear diversas condiciones de salud.El grafeno reduce la velocidad a la que se corroe el oro.Los dos estudios, además de un tercer estudio en ACS Applied Materials & Interfaces que muestra que el grafeno puede proteger los circuitos eléctricos producidos a través de impresoras de inyección de tinta, utilizaron el método único del grupo Yeh para cultivar grafeno.En 2015, Yeh y sus colegas, incluido el científico investigador principal David Boyd, anunciaron que habían descubierto una forma mejor, más rentable y respetuosa con el medio ambiente de cultivar grafeno en materiales.Llamado deposición de vapor químico mejorado con plasma, el método se puede utilizar para hacer crecer láminas de grafeno de alta calidad, de solo un átomo de espesor, a temperatura ambiente en unos 15 minutos.Esto contrasta con otros métodos que requieren temperaturas mucho más altas, productos químicos agresivos y tardan varias horas en completarse."Los dispositivos electrónicos flexibles y portátiles pueden estar hechos de materiales blandos como polímeros que no pueden soportar altas temperaturas", dice Chen-Hsuan (Steve) Lu (MS '20), estudiante graduado de Caltech y autor principal de los tres estudios."Nuestro método nos permite cultivar grafeno directamente sobre los sustratos a baja temperatura, evitando cualquier daño a los materiales sensibles".Yeh agrega que su método de crecimiento de grafeno, que se puede ampliar para las necesidades industriales, es compatible con una serie de otras aplicaciones además de la electrónica flexible y portátil.«Nuestro método es muy compatible con todo tipo de sustratos, desde metales diminutos con nanoestructura hasta materiales semiconductores e incluso plásticos.Debido a que no requerimos altas temperaturas, este método se puede usar en diferentes sustratos para muchas aplicaciones”, dice.El método del grupo para hacer crecer láminas de grafeno se lleva a cabo en su laboratorio subterráneo.Se utiliza un rayo de plasma, que brilla de color rosa, para activar un gas de moléculas de hidrógeno y metano y descomponerlas en fragmentos más pequeños.La muestra, como una línea de cobre bidimensional, se sumerge en el plasma y el carbono del gas se deposita en la superficie en láminas delgadas de un átomo de espesor.La superficie final con el grafeno parecerá más brillante.Se utiliza un rayo de plasma, que brilla de color rosa, para activar un gas de moléculas de hidrógeno y metano y descomponerlas en fragmentos más pequeños.La muestra que se va a recubrir, como una línea de cobre bidimensional, se sumerge en el plasma y el carbono del gas se deposita en la superficie en forma de láminas delgadas de grafeno."Debido a que la muestra se sumerge en el plasma sin necesidad de calentamiento activo hasta unos 1.000 grados centígrados mediante un horno caliente, que es el caso con otros métodos, el crecimiento a temperaturas mucho más bajas se vuelve factible", dice Lu.Para el estudio que probó la capacidad del grafeno para mejorar la flexibilidad de la electrónica, el equipo se asoció con los Laboratorios de Investigación Química y de Materiales de la organización taiwanesa llamada Instituto de Investigación de Tecnología Industrial (ITRI).El equipo de Caltech creó estructuras de cobre recubiertas de grafeno que imitan lo que se usaría en la electrónica flexible y luego hizo que sus socios en ITRI las doblaran;la empresa cuenta con el equipo necesario para plegar repetidamente las estructuras cientos de miles de veces."Intenté y no pude pararme allí y doblar los materiales durante tanto tiempo", bromea Lu.'El ITRI ha jugado un papel importante en unir la investigación de laboratorio con las producciones industriales en Taiwán durante décadas.El ejemplo más conocido entre muchas empresas derivadas de ITRI es Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), actualmente la fundición de semiconductores más grande y líder del mundo', dice Yeh, quien recientemente viajó a Taiwán para visitar a sus colaboradores en ITRI (ambos Yeh y Lu son originarios de Taiwán).En este mismo estudio, los investigadores también demostraron que el grafeno podría mejorar la estabilidad química y la conductividad eléctrica de las estructuras de cobre, además de su flexibilidad estructural."Pusimos solo dos capas atómicas de grafeno encima de estas delgadas líneas de cobre y vimos que permanecían maravillosamente sin cambios después de varios meses", dice Yeh.El segundo estudio probó si el grafeno podría proteger la durabilidad de las estructuras de oro utilizadas en biosensores implantables.Los investigadores cultivaron grafeno en oro y luego expusieron el material a soluciones salinas que imitan el sudor.Los resultados mostraron que la estructura recubierta de grafeno permaneció intacta en condiciones equivalentes a aproximadamente un mes a la temperatura normal del cuerpo humano, mucho más de lo que es posible con el oro solo."No era consciente del potencial completo del grafeno cuando comencé a trabajar con él", dice Lu.“Pero luego me di cuenta de cómo se puede usar junto con otros materiales para tantas aplicaciones.Mi compañero de cuarto [coautor Kuang Ming (Allen) Shang] y yo estábamos tomando un té boba cuando nos dimos cuenta de que podíamos probar si el grafeno podría proteger el oro de los efectos corrosivos del sudor.(Lu dice que su bebida taiwanesa favorita, el té de boba, lo ayuda a inspirarse con nuevas ideas).¿Qué sigue para el grafeno?Si bien el grafeno ha tardado más tiempo en llegar a la electrónica de lo previsto, su futuro parece prometedor.Además del uso del grafeno en dispositivos electrónicos portátiles y flexibles, Yeh está examinando el potencial del grafeno en todo, desde la investigación energética y las comunicaciones ópticas hasta las baterías ecológicas y más.El grafeno también es clave, dice, para el creciente campo de la nanoelectrónica, cuyo objetivo es crear versiones más pequeñas de la electrónica ampliamente utilizada en la actualidad.El grafeno se puede usar en combinación con el silicio para reducir los dispositivos a tamaños cada vez más pequeños.“El grafeno, cuando se combina con otros materiales, puede hacer que nuestras nanotecnologías sean más pequeñas y rápidas.Conduce a una menor disipación de calor y consumo de energía.En nuestro laboratorio, usamos grafeno para muchas cosas.Es emocionante', dice.(C) 2022 Electronic News Publishing, fuente ENP Newswire