Se crea por primera vez el «material milagroso de próxima generación» sospechado durante mucho tiempo

Se crea por primera vez el «material milagroso de próxima generación» sospechado durante mucho tiempo


21 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Durante más de una década, los científicos han intentado sintetizar una nueva forma de carbono llamada grafeno, con un éxito limitado. Sin embargo, gracias a una nueva investigación de la Universidad de Colorado Boulder, esa búsqueda ahora ha llegado a su fin.

Graphyne ha sido durante mucho tiempo de interés para los científicos debido a sus similitudes con el grafeno ‘material maravilloso’ – otra forma de carbono muy apreciada por la industria cuya investigación incluso ganó el Premio Nobel de Física 2010. Pero a pesar de décadas de trabajo y teorización, solo se han creado unos pocos fragmentos.

Esta investigación, anunciada en síntesis natural («Síntesis de γ-grafeno usando química covalente dinámica»), llena un vacío de larga data en la ciencia de materiales de carbono y abre oportunidades potencialmente nuevas para la investigación de materiales semiconductores, electrónicos y ópticos. Grafino La estructura cristalina de una capa de grafito. (Imagen: Yiming Hu)

«Toda la audiencia, todo el campo está realmente emocionado de que este problema de larga data o material imaginario finalmente se esté realizando», dijo Yiming Hu, autor principal del artículo y estudiante graduado en química en 2022.

Los científicos han estado interesados ​​durante mucho tiempo en construir alótropos de carbono nuevos o novedosos, o formas de carbono, debido a la utilidad del carbono tanto industrialmente como por su versatilidad.

Hay varias formas en que se pueden construir alótropos de carbono, dependiendo de cómo sp2, sp3 y sp hibridan carbono (o las diferentes formas en que los átomos de carbono pueden unirse a otros elementos) y se usan sus enlaces correspondientes. Los alótropos de carbono más conocidos son el grafito (utilizado en herramientas como lápices y baterías) y el diamante, que están hechos de carbono sp2 y carbono sp3, respectivamente.

Usando métodos químicos tradicionales, los científicos han preparado con éxito varios alótropos a lo largo de los años, incluido el fullereno (cuyo descubrimiento ganó el Premio Nobel de Química en 1996) y el grafeno.

Sin embargo, estos métodos no permiten que los diferentes tipos de carbono se sinteticen juntos en ningún tipo de gran capacidad, como se requiere para el grafeno, que ha dejado atrás el material teorizado, que se especula que tiene un único conductor de electrones, mecánico y óptico. propiedades tiene – para quedar eso: una teoría.

Pero también fue esta necesidad de lo no tradicional lo que llevó a los profesionales a recurrir al grupo de laboratorio de Wei Zhang.

Zhang, profesor de química en CU Boulder, estudia química reversible, es decir, química que permite que los enlaces se corrijan solos, lo que permite la creación de nuevas estructuras ordenadas, o redes, como B. polímeros sintéticos similares al ADN.

Después de ser contactado, Zhang y su grupo de laboratorio decidieron intentarlo.

Hacer grafeno es una «pregunta muy antigua, de larga data, pero dado que las herramientas sintéticas eran limitadas, el interés disminuyó», comentó Hu, un estudiante graduado en el grupo de laboratorio de Zhang. «Retiramos el problema y usamos una nueva herramienta para resolver un viejo problema que realmente importa».

Usando un proceso llamado metátesis de alquinos, una reacción orgánica que implica la redistribución o escisión y reformación de enlaces químicos de alquinos (un tipo de hidrocarburo con al menos un enlace carbono-carbono covalente triple), junto con la termodinámica y el control cinético, el grupo logró crear algo que nunca antes se había creado: un material que pudiera rivalizar con la conductividad del grafeno, pero con control.

«Hay una diferencia bastante grande (entre gráficos y gráficos), pero en el buen sentido», dijo Zhang. “Este podría ser el material milagroso de próxima generación. Así que la gente está muy emocionada”.

Aunque el material se creó con éxito, el equipo todavía quiere investigar los detalles específicos del mismo, incluido cómo se puede crear el material a gran escala y cómo se puede manipular.

«Realmente estamos tratando de explorar este material novedoso desde múltiples dimensiones, tanto experimental como teóricamente, desde el nivel atómico hasta los dispositivos reales», dijo Zhang sobre los próximos pasos.

Estos esfuerzos deberían, a su vez, ayudar a descubrir cómo se pueden explotar las propiedades ópticas y conductoras de electrones del material para aplicaciones industriales como las baterías de iones de litio.

«Esperamos que en el futuro podamos reducir el costo y simplificar el procedimiento de reacción, y luego, con suerte, las personas realmente pueden beneficiarse de nuestra investigación», dijo Hu.

Para Zhang, esto nunca hubiera sido posible sin el apoyo de un equipo interdisciplinario y agregó: «Sin el apoyo del departamento de física, sin el apoyo de los colegas, este trabajo probablemente no hubiera sido posible».



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