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El grafeno recuerda su forma original, revela un estudio

El hallazgo tendría importantes implicaciones para la nanotecnología y la programación de materiales que funcionen como máquinas


Científicos de China y Australia han descubierto que el grafeno posee memoria de forma, es decir recuerda su forma original. Para ello basta con aplicar una combinación de campo eléctrico y fuerza mecánica. El hallazgo tendría importantes implicaciones para la nanotecnología y la programación de materiales que funcionen como máquinas. Por Ana Alonso.


Ana Alonso
Investigadora y Doctora en Físicas por la Universidad Complutense de Madrid Saber más del autor



El grafeno es un material que consta estrictamente de una capa de carbono, es decir, forma una superficie de 2 dimensiones ya que sólo posee un átomo de espesor. Esta capa tiene una estructura hexagonal similar al grafito. Su hallazgo en 2004 les valió un premio Nobel a Novoselov y Geim en 2010.
 
Este nuevo material tiene propiedades que le hacen sumamente interesante, como por ejemplo su extremada dureza, que se combina con una gran flexibilidad y elasticidad. También es muy ligero, muy buen conductor (tanto de electricidad como de calor) y es capaz de generar electricidad a partir de la luz que recibe.

Otras características interesantes son su capacidad de autorrepararse y la posibilidad de cambiar su comportamiento dopándolo con impurezas, entre otras muchas cosas. El conjunto de estas propiedades no se da en ningún otro material, por lo que mejoraría cualquiera de los existentes.
 
Gran parte del comportamiento del grafeno se debe al tipo de enlaces que se producen entre sus atómos y los orbitales moleculares que los átomos forman entre ellos (son las regiones que describen el comportamiento de ondas de los electrones en las moléculas).
 
Con todo esto, resulta muy interesante el estudio de este material de cara al futuro desarrollo tecnológico, ya que tiene gran utilidad para ordenadores, teléfonos móviles, cámaras de fotos, equipos de música, coches, aviones o para la medicina. También tiene una buena perspectiva en nanotecnología (diseño de materia a nivel de átomos), pero todavía queda mucho camino por recorrer.

Materiales con memoria de forma
 
Por otro lado, existen materiales que poseen lo que se denomina “memoria de forma”, esta propiedad se basa en la posibilidad de recuperar su forma después de una deformación del material por un estímulo externo, es decir, el material “recuerda” su forma original.  Para que se produzca dicho efecto, el material necesita un estímulo físico externo (que suele ser térmico)
 
Este fenómeno se debe a una transición de fase (forma de pasar de una región con el mismo comportamiento a otra diferente) reversible denominada efecto de memoria de forma.
 
Estos materiales tienen también una importante aplicación médica y tecnológica en sistemas parecidos a los enumerados anteriormente, y además proporcionan la posibilidad de que puedan programarse y utilizar así el material como una máquina, siguiendo una secuencia predeterminada.

Recientemente, existe un gran interés en utilizar estos materiales también para nanotecnologías, pero no había podido reducirse su tamaño a esas escalas, ya que dichas propiedades desaparecen a un cierto tamaño.
 
El grafeno vuelve a abrirnos posibilidades
 
Una vez más, el grafeno parece resolver nuestros problemas, pues un equipo de investigadores de China y Australia acaba de descubrir un efecto de memoria de forma en una capa de grafeno. 

Al realizar un análisis en profundidad, han visto que el origen estructural de este efecto reside en la interacción química entre los electrones de valencia del oxígeno y los orbitales del carbono.
 
El estímulo externo necesario para que exista una transición de fase reversible que permita deformar este material y que recupere su forma es la aplicación de una combinación de campo eléctrico y fuerza mecánica.

De hecho, han encontrado, no sólo una, sino dos transiciones de fase, lo que permite no sólo el recuerdo de un cambio de forma, sino de dos. Esto permite programar el material en formas transitorias diferentes.
 
El efecto de memoria hallado, no sólo es de escala nanométrica, sino que además posee unas propiedades superiores del mismo efecto, ya que  los límites de deformación del material también son mayores que en materiales previos. También supera las limitaciones que tenían los estímulos utilizados anteriormente, puramente térmicos, como la actuación a sólo a pequeñas frecuencias.
 
Esta investigación abre así la puerta a una nueva propiedad del grafeno que le confiere memoria de forma a nanoescala, gracias a la actuación de un campo eléctrico y fuerza mecánica.

Referencia bibliográfica:

Zhenyue Chang, Junkai Deng, Ganaka G. Chandrakumara, Wenyi Yan and Jefferson Zhe Liu, Two-dimensional shape memory graphene oxideNature Communications  (2016). DOI:10.1038/ncomms11972.
 


Miércoles, 6 de Julio 2016
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