Tales materiales tienen un espesor diminuto —menos de un nanómetro con frecuencia—. Por eso se los puede usarlos para crear heteroestructuras formadas por capas que se usan en los equipos electrónicos actuales: desde los transistores y sensores hasta los paneles solares y diodos emisores de luz. Los empleados de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) están investigando las tecnologías de creación y las propiedades de nanomateriales bidimensionales.
La capa fina es la más importante
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El material bidimensional más conocido es grafeno. En 2010, el Premio Nobel de Física se otorgó por su descubrimiento. El grafeno posee una alta conductividad térmica y eléctrica y una elevada resistencia a la tracción. Al mismo tiempo, forma pliegues y resulta inestable como una película aislada.
El grafeno posee la conductividad más similar a la de los metales, lo que hace difícil su uso para crear elementos de esquemas lógicos. Por eso, para el uso en equipos electrónicos y la creación de sensores, están investigándose otros materiales bidimensionales: calcogenuros de metales de transición. Son semiconductores y se distinguen por tipos de conducción.
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Los científicos estudian también estructuras bidimensionales más complicadas como MXene, que poseen varias propiedades únicas para materiales cerámicos, una conductividad alta y la capacidad de deformación plástica.
Científicos aprenden a manipular los equipos electrónicos del futuro https://t.co/dv5Y0tEe6Y
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La ciencia muestra interés hacia las propiedades de cada nuevo material bidimensional que podría usarse en equipos técnicos.
Sedimentación, molienda o floculación
Los investigadores desarrollan hoy varios métodos para obtener los materiales bidimensionales. El método de sedimentación química de la fase gaseosa permite crear películas de buena calidad de muchos materiales bidimensionales (aunque es demasiado costoso). Los métodos de exfoliación química de materiales formadas por capas permiten obtener dispersiones y escamas cuyo espesor es de varias capas de átomos.
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Existen métodos de molienda de alta energía en molinos planetarios y métodos combinados en que se obtienen fases intermedias y posteriormente el material se divide en escamas muy finas por acción química. El método de cavitación ultrasónica de alta intensidad hace posible obtener estructuras bidimensionales del estado masivo.
A pesar de que actualmente las películas de la mejor calidad se obtienen mediante la sedimentación química de la fase gaseosa, en sus primeros trabajos Andre Geim y Konstantín Novosiolov realizaron mediciones en el grafeno obtenido con el uso de la cinta adhesiva en escamas de superficie muy pequeña. Hoy las dispersiones de escamas superfinas que se puede usar ya se venden.
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Los métodos de obtención de otros materiales están ensayando en laboratorios todavía, mientras, en cuanto los científicos encuentren la dirección más prometedora de su implantación, la tecnología se desarrollará rápidamente.
Materiales bidimensionales en Rusia
Los empleados del Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Altas Temperaturas de la NUST MISIS desarrollan calcogenuros de metales de transición para paneles solares, diodos emisores de luz y sensores. Investigan también el óxido de grafeno como un recubrimiento que puede elevar la resistencia a la corrosión de varios tipos de acero y los métodos de obtención de las estructuras como MXene que representan carburos de titanio y vanadio formados por capas que ya mostraron resultados interesantes.
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Según el científico, es un ejemplo de una interacción eficaz: los expertos en la ciencia de los materiales sintetizan e investigan las propiedades de los nuevos materiales más apropiados para el uso en paneles solares, los expertos en semiconductores crean estos equipos y estudian sus parámetros de funcionamiento.
"Además, estamos cooperando en el ámbito de obtención e investigación de las propiedades de composites con el Centro de Composites de la NUST MISIS, el grupo encabezado por Andréi Stepashkin. Pronuncié discursos sobre nuestro trabajo con los composites y nanoestructuras de nitruro de boro ante nuestros colegas extranjeros, por ejemplo en España, en la conferencia Ismanam", señala Dmitri Murátov.
Cooperación internacional
La NUST MISIS desarrolla hoy una cooperación en el ámbito de síntesis de materiales bidimensionales e investigación de sus propiedades con la Universidad de Nebraska-Lincoln (EEUU). Esta cooperación comenzó después de que en la NUST MISIS se anunciaron concursos dirigidos al desarrollo de la infraestructura, en el marco del programa federal 'Proyecto 5-100', que preveían invitar a un científico eminente para dirigir un equipo científico y llevar a cabo investigaciones sobre un tema prometedor.
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Los científicos presentaron los resultados de trabajo con el óxido de molibdeno (MoO2) en la revista científica Nanotechnology. Se obtuvo un material bidimensional mediante la sedimentación química de la fase gaseosa que posteriormente se estudió de manera integral con el uso de métodos de análisis. Por ejemplo, en la revista científica ACS Nano se publicó hace poco un artículo sobre el sulfuro de titanio.
"Se consiguieron ya unos resultados muy buenos en el ámbito de conductividad del material obtenido y la posibilidad de obtener capas muy finas que posean alta conductividad de MoO2 (en este caso, cristales) y sean estables en el aire en varios sustratos. Usaremos los resultados obtenidos en las investigaciones siguientes", declara Dmitri Murátov.
