El GrafenoLeomar Acosta Ballesteros

Maestría en Ciencias Física

Universidad Tecnológica de Panama

Sede de Veraguas

ANTECEDENTES

Richard Feynman

Richard Feynman. Premio Nobel por la Física en 1965

Durante la reunión de la Sociedad Americana de Física de la división de la Costa Oeste, en 1959, Feynman ofreció por vez primera una visión de la tecnología totalmente nueva, imaginando enciclopedias escritas en la cabeza de un pin, con “toda la información que el hombre cuidadosamente ha acumulado en todos los libros del mundo… escritos… en un cubo de material de unas dos centésima de una pulgada de ancho.”

• Un motor de 1 /64” (1960)• Escribir la página de un libro en 1/25,000. (1985).

Premio Nobel del 2010

¿QUÉ ES?

Qué es el grafeno?

• Es un material que surge cuando pequeñísimas partículas de carbonose agrupan de forma muy densas, en láminas de dos dimensionesmuy finas (tienen el tamaño de un átomo), y en celdas hexagonales.

Propiedades

Algunas comparaciones

• Mobilidad de electrones• Silicio ≤1400 cm^2 V-1s-1

• Grafeno = 2,50 x 10^5 m^2 V-1s-1

• Conductividad térmica• Plata 406 W m K^-1

• Grafeno > 3 000 W m K^-1

• Módulo de Young y (Fortaleza interna)• Latón: 0,11 TPa

• Vidrio: 0,07 TPa

• Grafeno: 1 Tpa ( 130 GBPa)

¿CÓMO SE FABRICA?

Fase líquida y exfoliación térmica de gráfito

• Consiste en la exposición de un material a un solvente conuna tension superficial que favorece el incrementos en elárea total de los cristales de graffito. El solvente puede seracuoso o no. Luego se aplica Sonicación, el grafito se divideen plaquetas y tratamientos prolongados producenfracciones significantes de escamas nonocapas.

• Industrialmente, se utiliza el procedimiento térmico para alcanzar la exfoliación.

• El grafeno resultante no es de una sola capa, conservamucha de las propiedades del grafeno de una sola capa.

Deposición de vapor químico (Chemical Vapour Deposition-CVD)• Es un proceso químico utilizado para producir

productos de alta pureza y de alto rendimiento de materiales sólidos.

• En un proceso CVD estándar el sustrato (oblea) se expone a uno o más precursores volátiles, que reaccionan o se descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado.

• Se utiliza para producir grafeno en hojas y películas de cobre. Esta técnica se utiliza actualmente para las pantallas táctiles.

First graphene touchscreen (20 June 2010) http://www.rsc.org/chemistryworld/news/2010/june/20061001.asp

Síntesis en SiC (Silicon Carbide)

• Las capas de grafito pueden crecer en superficie de silicio o carbon en las caras de un oblea de SiC, por subliminar los atomos de Si, dejandoel graffito en la superficie.

• El grafeno producido de esta manera, es de alta calidad.

• El aspectos negativo, es el costo del SiC y la temperature donde se realiza (1 000 grados centígrados).

Diagrama de cómo obtener grafeno?

Propiedades del Grafeno optenido de diferentes maneras

El método cinta adhesiva

¿QUÉ SE ESPERA?

La ruta a seguir (qué se espera?)

A roadmap for grapheneK. S. Novoselov,V. I. Fal′ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab & K. KimNature 490, 192–200 (11 October 2012) doi:10.1038/nature11458Received 05 April 2012 Accepted 13 July 2012 Published online 10 October 2012http://www.nature.com/nature/journal/v490/n7419/full/nature11458.html

Transistores de Alta frecuencia

• Los actuales transistors de compuestos de sílicio(materiales III – V), tiene una frecuencia de cortefT = 850 GHz y máxima frecuencia de oscilaciónfmax = 1,2 THz.

• El grafeno tiene una frecuencia de corte de 300 GHz (y posiblemente alcance 1 THz) en un canal de longitude de 100 nm.

Sub-100 nm Channel Length Graphene TransistorsLei Liao †, Jingwei Bai ‡, Rui Cheng ‡, Yung-Chen Lin ‡, Shan Jiang †, Yongquan Qu †, Yu Huang ‡§, and Xiangfeng Duantml.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl101724k

Palabras Finales

• El grafeno es un material bi-dimensional que consiste de tan solo una capa monoatómica. Tiene excelentes características, lo que le augura un futuro promisorio.

• Hay dificultades para crear componentes electrónicos basados en grafenoque tengan un funcionamiento reproducible a temperaturas y presión ambiental. Existe la oportunidad de investigación tanto en la fabricación como el de caracterización de las propiedades del grafeno.

• Países como panamá, se pueden beneficiar de esta investigación, ya que el grafeno es un tema actual y de avanzada. También, el desarrollo de la infraestructura para el estudio y caracterización del grafeno, permite desarrollos colaterales en otras ciencias.