La exfoliación de monocapas, una vía de acceso a nuevas soluciones industriales

El profesor Coleman demostró primero cómo se pueden crear nanomateriales de este modo obteniendo monocapas de grafeno, monocapas de carbono de un átomo de grosor con propiedades electrónicas únicas. Mostró que, si se somete grafito masivo a energía sónica mientras está en suspensión en un líquido, se «exfolian» monocapas de carbono del grafito. Así se obtiene una dispersión líquida de copos de monocapas de grafeno. En 2010 recibió una subvención de inicio (Starting Grant) del Consejo Europeo de Investigación (CEI) para ampliar su investigación galardonada y demostrar su potencial más amplio. En realidad, se necesitaría el peso de un elefante en equilibrio sobre un lápiz para atravesar una lámina de grafeno del grosor del film plástico para envolver.

El equipo del profesor Coleman trabaja ahora en aplicar esta tecnología a muchos otros materiales importantes para la industria, por ejemplo exfoliando monocapas de sulfuro de tantalio (conductor metálico), nitruro de boro (aislante) y disulfuro de molibdeno (MoS2, semiconductor). Estas constituyen las piezas de construcción de aplicaciones nanoelectrónicas, pero lo más significativo es que todo ello se lleva a cabo en fase líquida. Así pues, dejando que las monocapas suspendidas se asienten sobre una superficie y formen una capa continua, el equipo obtiene capas apiladas conductoras, aislantes y semiconductoras, con grosor controlado y propiedades eléctricas y ópticas bien definidas, con las cuales se pueden obtener de forma masiva multitud de dispositivos, por ejemplo semiconductores y detectores.

Las posibilidades de esta investigación no se limitan a la electrónica. Las monocapas de disulfuro de molibdeno son veinte veces más resistentes que el acero, así que se pueden usar para reforzar otros materiales, como los plásticos, que también se procesan en solventes líquidos. El equipo del profesor Coleman ha demostrado precisamente esto mediante el depósito simultáneo de una pequeña cantidad de MoS2 sobre un plástico polimérico de uso diario, con lo cual duplicó con creces su resistencia.

Los plásticos son ubicuos en aplicaciones estructurales, por ejemplo en componentes para automóviles. Así pues, al duplicar la resistencia se requiere la mitad de material, lo cual, en primer lugar, reduce la cantidad de petróleo necesario para obtener plásticos y, en segundo lugar, reduce el peso y, con ello, las emisiones de los automóviles. Por este motivo la investigación del profesor Coleman se describe como una «tecnología de acceso»: si se consiguen demostrar aplicaciones industriales, entonces las posibilidades de implantación son enormes.

Como anticipo de su charla en el evento TEDx, el profesor Coleman declara: «Tengo muchas ganas de compartir los últimos avances en ciencia de materiales con el público asistente al evento TEDx. El descubrimiento del grafeno ha abierto la puerta a innumerables aplicaciones posibles en el mundo real y creo que, en TEDx, la gente apreciará que la posibilidad de crear monocapas bidimensionales de distintos materiales es tan fascinante como la veo yo».

El profesor Coleman pronunciará una conferencia en la que analizará estos desarrollos durante la sesión de TEDx Brussels del CEI, que dará comienzo a las 14:15.