Nanomateriales basados en Carbono Estudio de caso: Grafeno
Páginas: 20 (4963 palabras)
Publicado: 24 de febrero de 2014
Introducción a Nanomateriales
Acosta Carla
Nanomateriales basados en Carbono
Estudio de caso: Grafeno
1- El grafeno es una estructura nanométrica, bidimensional de átomos de carbono fuertemente
cohesionados en una superficie uniforme, ligeramente plana, con ondulaciones, de un átomo de
espesor, con una apariencia semejante a un panal de abejas por su configuración atómica
hexagonal.
Deesta configuración o arreglo peculiar se desprenden propiedades electrónicas, mecánicas y
químicas excepcionales del grafeno. Tomando un fragmento de la figura anterior, mostramos
algunas relaciones importantes que se presentan entre sus átomos de carbono.
Formas alotrópicas del carbono. En sentido
horario desde la parte inferior izquierda
tenemos 1- fullereno OD, 2- nanotubo 1D3- grafeno 2Dy 4- grafito 3D.
En (a), ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ son vectores unitarios en el espacio real, y en (b), ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ son vectores de la red
reciproca. En las coordenadas X y Y de la figura, los vectores unitarios del espacio real ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ de la
configuración hexagonal están expresadas como
⃗⃗⃗⃗
Donde
|⃗⃗⃗⃗ |
|⃗⃗⃗⃗ |
(
√
) ⃗⃗⃗⃗
(
√
)
es la constante de configuración del grafeno.Análogamente los vectores unitarios ⃗⃗⃗
⃗⃗⃗
√
⃗⃗⃗⃗ de la red reciproca están dados por
) ⃗⃗⃗⃗
(
)
√
√
Correspondiente a una constante de configuración de
en el espacio reciproco. Los tres puntos
(
√
de alta simetría Γ, K y M forman un triangulo que se utiliza para calcular las relaciones de
dispersión de energía.
Introducción a Nanomateriales
Acosta Carla
Fig.2 a)celda unitaria y b) zona de Brillouin del
grafeno: ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗
son vectores unitarios y
vectores de red reciproca, respectivamente. Las
relaciones de dispersión de energía son
obtenidas a lo largo del perímetro del triangulo
punteado conectado a los puntos de alta simetría
Γ, K y M.
Por lo tanto podemos decir que el grafeno es el nombre dado a una monocapa plana de átomos
de carbonoapretada en una de dos dimensiones (2D) de red de nido de abeja, y es un bloque de
construcción básico para los materiales de grafito de todas las demás dimensionalidades. Puede
ser envuelto en 0D fullerenos, enrollado en nanotubos 1D o apilada en 3D grafito.
Obviamente, un solo plano atómico es un cristal 2D, mientras que 100 capas deben ser
consideradas como una delgada película de un material3D. Pero cuántas capas son necesarias
antes de que la estructura se considere como 3D? Para el caso del grafeno, la situación ha sido
razonablemente clara recientemente. Se ha demostrado que la estructura electrónica evoluciona
rápidamente con el número de capas, se aproxima al límite 3D de grafito en 10 capas.
Obtención de grafito
En ausencia de laminas de grafeno de calidad, grupos másexperimentales en este momento está
usando muestras obtenidas por corte micromecánico de grafito a granel, la misma técnica que
permitió el aislamiento de grafeno por primera vez. Después de un ajuste fino, la técnica ahora
ofrece una alta calidad de cristalitos de grafeno de hasta 100 micras de tamaño, que es suficiente
para la mayoría de los propósitos de investigación.
Superficialmente, latécnica no se ve más sofisticada que la elaboración con un trozo de grafito o
su repetida exfoliación con cinta adhesiva hasta encontrar las capas má delgadas. Un enfoque
similar fue juzgado por otros grupos (anterior y algo más tarde, pero de forma independiente),
pero sólo se encontraron hojuelas de grafito 20 a 100 capas de grosor. El problema es que los
cristales de grafeno a la izquierdaen un sustrato son extremadamente raros y están escondidos
en un "pajar" de miles de capas (grafito) de espesor. Así que, incluso si uno estuviera
deliberadamente buscando grafeno mediante las técnicas modernas para el estudio de materiales
de grosor atómico, sería imposible encontrar esas varias micras de tamaño de cristalitos- dispersos
en, típicamente, un área de 1-cm2. Por ejemplo, con...
Acosta Carla
Nanomateriales basados en Carbono
Estudio de caso: Grafeno
1- El grafeno es una estructura nanométrica, bidimensional de átomos de carbono fuertemente
cohesionados en una superficie uniforme, ligeramente plana, con ondulaciones, de un átomo de
espesor, con una apariencia semejante a un panal de abejas por su configuración atómica
hexagonal.
Deesta configuración o arreglo peculiar se desprenden propiedades electrónicas, mecánicas y
químicas excepcionales del grafeno. Tomando un fragmento de la figura anterior, mostramos
algunas relaciones importantes que se presentan entre sus átomos de carbono.
Formas alotrópicas del carbono. En sentido
horario desde la parte inferior izquierda
tenemos 1- fullereno OD, 2- nanotubo 1D3- grafeno 2Dy 4- grafito 3D.
En (a), ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ son vectores unitarios en el espacio real, y en (b), ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ son vectores de la red
reciproca. En las coordenadas X y Y de la figura, los vectores unitarios del espacio real ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ de la
configuración hexagonal están expresadas como
⃗⃗⃗⃗
Donde
|⃗⃗⃗⃗ |
|⃗⃗⃗⃗ |
(
√
) ⃗⃗⃗⃗
(
√
)
es la constante de configuración del grafeno.Análogamente los vectores unitarios ⃗⃗⃗
⃗⃗⃗
√
⃗⃗⃗⃗ de la red reciproca están dados por
) ⃗⃗⃗⃗
(
)
√
√
Correspondiente a una constante de configuración de
en el espacio reciproco. Los tres puntos
(
√
de alta simetría Γ, K y M forman un triangulo que se utiliza para calcular las relaciones de
dispersión de energía.
Introducción a Nanomateriales
Acosta Carla
Fig.2 a)celda unitaria y b) zona de Brillouin del
grafeno: ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗
son vectores unitarios y
vectores de red reciproca, respectivamente. Las
relaciones de dispersión de energía son
obtenidas a lo largo del perímetro del triangulo
punteado conectado a los puntos de alta simetría
Γ, K y M.
Por lo tanto podemos decir que el grafeno es el nombre dado a una monocapa plana de átomos
de carbonoapretada en una de dos dimensiones (2D) de red de nido de abeja, y es un bloque de
construcción básico para los materiales de grafito de todas las demás dimensionalidades. Puede
ser envuelto en 0D fullerenos, enrollado en nanotubos 1D o apilada en 3D grafito.
Obviamente, un solo plano atómico es un cristal 2D, mientras que 100 capas deben ser
consideradas como una delgada película de un material3D. Pero cuántas capas son necesarias
antes de que la estructura se considere como 3D? Para el caso del grafeno, la situación ha sido
razonablemente clara recientemente. Se ha demostrado que la estructura electrónica evoluciona
rápidamente con el número de capas, se aproxima al límite 3D de grafito en 10 capas.
Obtención de grafito
En ausencia de laminas de grafeno de calidad, grupos másexperimentales en este momento está
usando muestras obtenidas por corte micromecánico de grafito a granel, la misma técnica que
permitió el aislamiento de grafeno por primera vez. Después de un ajuste fino, la técnica ahora
ofrece una alta calidad de cristalitos de grafeno de hasta 100 micras de tamaño, que es suficiente
para la mayoría de los propósitos de investigación.
Superficialmente, latécnica no se ve más sofisticada que la elaboración con un trozo de grafito o
su repetida exfoliación con cinta adhesiva hasta encontrar las capas má delgadas. Un enfoque
similar fue juzgado por otros grupos (anterior y algo más tarde, pero de forma independiente),
pero sólo se encontraron hojuelas de grafito 20 a 100 capas de grosor. El problema es que los
cristales de grafeno a la izquierdaen un sustrato son extremadamente raros y están escondidos
en un "pajar" de miles de capas (grafito) de espesor. Así que, incluso si uno estuviera
deliberadamente buscando grafeno mediante las técnicas modernas para el estudio de materiales
de grosor atómico, sería imposible encontrar esas varias micras de tamaño de cristalitos- dispersos
en, típicamente, un área de 1-cm2. Por ejemplo, con...
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