Sensores increíblemente diminutos a base de grafeno blanco
Según la investigación, publicada en Nature, crearon estos sensores suspendiendo una hoja bidimensional de nitruro de boro hexagonal (h-BN), o ‘grafeno blanco’ sobre pequeños orificios en un sustrato de silicio. Esta innovación podría conducir a sensores extremadamente pequeños de gas y presión para la electrónica futura.
Investigadores de las universidades de TU Delft y Cambridge han encontrado una manera de crear y limpiar pequeños sensores mecánicos de una manera escalable, a base del denominado ‘grafeno blanco’.
Según la investigación, publicada en Nature, crearon estos sensores suspendiendo una hoja bidimensional de nitruro de boro hexagonal (h-BN), o ‘grafeno blanco’ sobre pequeños orificios en un sustrato de silicio. Esta innovación podría conducir a sensores extremadamente pequeños de gas y presión para la electrónica futura.
El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es un material interesante, con una estructura de celosía de panal similar a la del grafito. Pero mientras que el grafito conduce la electricidad, el h-BN actúa como aislante. Esta propiedad hace que h-BN sea popular como un lubricante de alta gama, especialmente en aplicaciones industriales donde la conductividad eléctrica es indeseable. Dado que el h-BN tiene la ventaja añadida de ser químicamente y térmicamente más estable que el grafito, también se utiliza en ambientes severos como el espacio, por ejemplo, en aplicaciones ultravioletas profundas.
Mientras que las capas del grafeno de material bidimensional se pueden exfoliar con grafito con cinta adhesiva, la creación de capas individuales de h-BN es mucho más difícil. La razón de esto es que las capas que componen h-BN se ‘pegan’ unas a otras -y a otros materiales- mucho más fuertemente que las capas de grafeno. Por lo tanto, no muchos investigadores han sido capaces de estudiar las propiedades de h-BN como un material en 2-D hasta ahora.
«Sólo hay dos o tres instituciones en el mundo que pueden producir capas únicas y bidimensionales de grafito blanco, y la Universidad de Cambridge es una de ellas», dijo el autor principal Santiago J. Cartamil-Bueno. «Este proyecto es un éxito gracias a nuestra efectiva colaboración con ellos».
Usando una técnica llamada deposición química de vapor, los investigadores de la Universidad de Cambridge crearon una lámina de h-BN de un átomo de grosor, o «grafeno blanco», sobre un trozo de papel de hierro, y luego lo enviaron a TU Delft en Holanda. A través de una serie de pasos, los investigadores de Delft transfirieron la hoja de grafeno blanco transparente sobre un sustrato de silicio que contenía minúsculas cavidades circulares, creando así «tambores» microscópicos. Estos tambores funcionan como resonadores mecánicos y pueden utilizarse como sensores infinitesimales de gas o presión, por ejemplo en teléfonos móviles.
Aunque la creación de los tambores de h-BN fue un reto importante en sí mismo, este proyecto planteó otro desafío aún mayor. Como resultado de los pasos necesarios para transferir la hoja monoatómica sobre el sustrato de silicio, los tambores estaban contaminados con una serie de polímeros.
Contaminaciones comunes como ésta son indeseables ya que cambian las propiedades de los sensores. El resultado es que todos los sensores pueden comportarse de forma ligeramente diferente. «Con el fin de superar a los sensores normales en el mercado, sin embargo, es importante que todos los sensores 2-D se comporten exactamente de la misma manera», explica Cartamil-Bueno.
Los investigadores de Delft encontraron una solución: Usando gas ozono, lograron limpiar los tambores. El gas agresivo eliminó todos los polímeros orgánicos. Sin embargo, las huellas de PMMA, un polímero con componentes inorgánicos, se dejaron atrás en los resonadores.
«Afortunadamente, este problema se puede solucionar usando solamente substratos orgánicos mientras que transfiere la hoja del grafito blanco sobre las cavidades,» dice Cartamil-Bueno. Así, los investigadores de Delft han proporcionado la prueba del principio para la fabricación de sensores increíblemente pequeños para la electrónica futura.
Investigadores de las universidades de TU Delft y Cambridge han encontrado una manera de crear y limpiar pequeños sensores mecánicos de una manera escalable, a base del denominado ‘grafeno blanco’.
Según la investigación, publicada en Nature, crearon estos sensores suspendiendo una hoja bidimensional de nitruro de boro hexagonal (h-BN), o ‘grafeno blanco’ sobre pequeños orificios en un sustrato de silicio. Esta innovación podría conducir a sensores extremadamente pequeños de gas y presión para la electrónica futura.
El nitruro de boro hexagonal (h-BN) es un material interesante, con una estructura de celosía de panal similar a la del grafito. Pero mientras que el grafito conduce la electricidad, el h-BN actúa como aislante. Esta propiedad hace que h-BN sea popular como un lubricante de alta gama, especialmente en aplicaciones industriales donde la conductividad eléctrica es indeseable. Dado que el h-BN tiene la ventaja añadida de ser químicamente y térmicamente más estable que el grafito, también se utiliza en ambientes severos como el espacio, por ejemplo, en aplicaciones ultravioletas profundas.
Mientras que las capas del grafeno de material bidimensional se pueden exfoliar con grafito con cinta adhesiva, la creación de capas individuales de h-BN es mucho más difícil. La razón de esto es que las capas que componen h-BN se ‘pegan’ unas a otras -y a otros materiales- mucho más fuertemente que las capas de grafeno. Por lo tanto, no muchos investigadores han sido capaces de estudiar las propiedades de h-BN como un material en 2-D hasta ahora.
«Sólo hay dos o tres instituciones en el mundo que pueden producir capas únicas y bidimensionales de grafito blanco, y la Universidad de Cambridge es una de ellas», dijo el autor principal Santiago J. Cartamil-Bueno. «Este proyecto es un éxito gracias a nuestra efectiva colaboración con ellos».
Usando una técnica llamada deposición química de vapor, los investigadores de la Universidad de Cambridge crearon una lámina de h-BN de un átomo de grosor, o «grafeno blanco», sobre un trozo de papel de hierro, y luego lo enviaron a TU Delft en Holanda. A través de una serie de pasos, los investigadores de Delft transfirieron la hoja de grafeno blanco transparente sobre un sustrato de silicio que contenía minúsculas cavidades circulares, creando así «tambores» microscópicos. Estos tambores funcionan como resonadores mecánicos y pueden utilizarse como sensores infinitesimales de gas o presión, por ejemplo en teléfonos móviles.
Aunque la creación de los tambores de h-BN fue un reto importante en sí mismo, este proyecto planteó otro desafío aún mayor.
Como resultado de los pasos necesarios para transferir la hoja monoatómica sobre el sustrato de silicio, los tambores estaban contaminados con una serie de polímeros. Contaminaciones comunes como ésta son indeseables ya que cambian las propiedades de los sensores. El resultado es que todos los sensores pueden comportarse de forma ligeramente diferente. «Con el fin de superar a los sensores normales en el mercado, sin embargo, es importante que todos los sensores 2-D se comporten exactamente de la misma manera», explica Cartamil-Bueno.
Los investigadores de Delft encontraron una solución: Usando gas ozono, lograron limpiar los tambores. El gas agresivo eliminó todos los polímeros orgánicos. Sin embargo, las huellas de PMMA, un polímero con componentes inorgánicos, se dejaron atrás en los resonadores. «Afortunadamente, este problema se puede solucionar usando solamente substratos orgánicos mientras que transfiere la hoja del grafito blanco sobre las cavidades,» dice Cartamil-Bueno. Así, los investigadores de Delft han proporcionado la prueba del principio para la fabricación de sensores increíblemente pequeños para la electrónica futura.
ep