Grafeno con propiedades únicas y perspectivas de aplicación

  • Estructura estable, de alta resistencia.
  • Conductividad eléctrica y termal excelente.
  • Presenta buena solubilidad en soluciones no polares.
Graphene structure after magnification
Descripción

El término Grafeno Se deriva del grafito y el sufijo de denominación de alquenos (eno), lo que indica una red a escala atómica que la única capa atómica de carbono se extendió sin fin. Es decir, una sola capa de lámina de grafito, que es un material de carbono bidimensional y es una unidad básica de varios alótropos de carbono como grafeno, carbón, nanotubos de carbono, fullerenos, etc. Además, también es un término general para el grafeno de una sola capa, el grafeno de doble capa y el grafeno de pocas capas. De hecho, una sola capa o unas pocas capas de átomos de carbono (capa de grafeno) se puede llamar grafeno. El grafeno es actualmente el material más delgado producido artificialmente en el mundo, con un grosor de un solo átomo de carbono de solo 0.335 nm.

El grafeno perfecto tiene una estructura de cristal bidimensional ideal compuesta de celosías hexagonales. Cada átomo de carbono está conectado a otros tres átomos de carbono a través de un fuerte enlace covalente σ, formando un fuerte enlace C-C. Además, cada átomo de carbono contribuye con un no-binding» Ð electrón, y estos л electrones forman un л orbital perpendicular al plano. Estos electrones л pueden moverse libremente en el cristal, dotando al grafeno de una excelente resistencia mecánica y conductividad. Por lo tanto, el grafeno es un nanomaterial de carbono bidimensional que consiste en átomos de carbono en una red de panal hexagonal con orbitales híbridos sp2.

Los materiales de grafeno se refieren a materiales de carbono bidimensionales relacionados con el grafeno con no más de 10 capas de átomos de carbono, incluyendo grafeno de una sola capa, grafeno de doble capa, grafeno de pocas capas, grafeno, óxido de grafeno de una sola capa, óxido de grafeno reducido de una sola capa, y grafeno funcionalizado.

El grafeno y los materiales relacionados con el grafeno se usan ampliamente en materiales de electrodos de baterías, dispositivos semiconductores, pantallas transparentes, sensores, condensadores, transistores, etc. Dadas las excelentes propiedades de los materiales de grafeno y sus posibles aplicaciones, se han logrado una serie de avances significativos en una amplia gama de disciplinas, incluidas la química, la ciencia de los materiales, la física, la biología, la ciencia ambiental y la energía.

Propiedades
  • Estructura estable
    Tiene una estructura cristalina estable con una longitud de enlace C-C de 0.142 nm.
  • Propiedades mecánicas
    Es uno de los materiales más fuertes conocidos y tiene buena dureza. Tiene un módulo de Young teórico de 1,0 TPa y una resistencia a la tracción intrínseca de 130 GPa.
  • Efecto electrónico
    Tiene una movilidad del portador de aproximadamente 15.000 cm2/(V·s) a temperatura ambiente, que es docenas de veces más alta que la de los materiales de silicio semiconductores convencionales.
  • Conductividad térmica
    Teóricamente libre de defectos puro grafeno de una sola capa tiene una conductividad térmica de hasta 5300 W/mK. Cuando se utiliza como portador, tiene una conductividad térmica de hasta 600 W/mK.
  • Propiedades ópticas
    Tiene una absorción de aproximadamente 2,3% a través de una amplia gama de longitudes de onda, y parece casi transparente.
  • Solubilidad
    Exhibe buena solubilidad en soluciones no polares, y tiene propiedades superhidrofóbicas y superoleofílicas.
  • Punto de fusión
    Su punto de fusión se estimó en alrededor de 4125 K en un estudio de 2015, aunque otras investigaciones sugieren que puede estar más cerca de 5000 K.
  • Propiedades químicas
    Químicamente, es similar al grafito y puede adsorber y desorber varios átomos y moléculas.
  • Biocompatibilidad
    La implantación de iones carboxilato puede hacer que la superficie del material de grafeno posea grupos funcionales activos, mejorando así significativamente la actividad de respuesta celular y biológica del material.
  • Reacción de adición
    El doble enlace en el grafeno se puede usar para unir los grupos requeridos a través de la reacción de adición.