Nuevo método de fabricación de dispositivos basados en grafeno

De cara a conseguir la explotación tecnológica del grafeno, un problema importante a superar es la fabricación de dispositivos basados en él. La manipulación directa de una lámina de un átomo de espesor (método top-down) es costosa y complicada, e invariablemente resulta en su contaminación con defectos e impurezas, que a su vez ocasionan un deterioro de las propiedades que hacen a este material tan interesante. Lo ideal sería poder evitar cualquier tipo de manipulación, sintetizando directamente una lámina de grafeno allí donde sea necesario, integrada directamente en el dispositivo del que va a formar parte (método bottom-up). Muchas de las aplicaciones del grafeno se basan en dispositivos que constan de una lámina depositada sobre un óxido dieléctrico. Típicamente, dispositivos como éstos se han fabricado mediante la síntesis de una monocapa de grafeno sobre la superficie de un catalizador (normalmente un metal de transición) por descomposición química de un gas de etileno, seguida por la manipulación de la lámina resultante para separarla del catalizador y depositarla sobre el óxido deseado, siguiendo el método top-down. Recientemente, un equipo multidisciplinar integrado por científicos de varios países (Italia, Dinamarca, Gran Bretaña y España) ha propuesto en la revista Nature Communications un método de fabricación directa , bottom-up, de dispositivos de este tipo, y que produce dispositivos de alta calidad. El procedimiento es además sencillo y de bajo coste, lo cual hace que sea particularmente interesante de cara a su explotación a gran escala.

El primer paso del método consiste en obtener una capa de grafeno por descomposición de etileno sobre un metal, en este caso una aleación de niquel y aluminio. Una vez obtenida la monocapa, el sistema resultante es expuesto a un flujo de oxígeno, lo que resulta en la oxidación selectiva de la aleación metálica, o más concretamente del aluminio, formando una capa de óxido de aluminio entre el metal y la lámina de grafeno, que aísla a ésta del primero. El equipo investigador, liderado por el Prof. Alessandro Baraldi, de la Universidad de Trieste (Italia), ha demostrado tanto la viabilidad del procedimiento como la calidad de los dispositivos obtenidos, caracterizando sus propiedades mediante una serie de técnicas experimentales y teóricas. Cabe esperar, pues, que dicho trabajo tenga una alta repercusión entre los muchos grupos de investigación que actualmente trabajan con este material buscando sacar partido a las múltiples posibilidades tecnológicas que ofrece.

Omiciuolo et al., Bottom-up approach for the low-cost synthesis of graphene-alumina nano sheet interfaces using bimetallic alloys, Nature Communications, 5, 5062 (2014).

Nuevo método de fabricación de dispositivos de grafeno: La superficie (111) de la aleación Ni3Al (a) actua como catalizador, descomponiendo C2H4 para generar una monocapa de grafeno, ilustrada en rojo en (b). La oxidación posterior da lugar a la formación de una capa de Al2O3 entre catalizador y grafeno (c). Nature Communications, 5, 5062 (2014). Eduardo Hernández, ICMM-CSIC.

Nuevo método de fabricación de dispositivos de grafeno: La superficie (111) de la aleación Ni3Al (a) actua como catalizador, descomponiendo C2H4 para generar una monocapa de grafeno, ilustrada en rojo en (b). La oxidación posterior da lugar a la formación de una capa de Al2O3 entre catalizador y grafeno (c). Nature Communications, 5, 5062 (2014). Eduardo Hernández, ICMM-CSIC.

Este trabajo ha aparecido en las Noticias del CSIC.

Eduardo Hernández (ICMM-CSIC)