grafeno sintetizado mediante depósito químico de vapor y sus...
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Grafeno sintetizado mediante depósito químico de vapor y sus perspectivas en investigación
Laura N. Serkovic Loli
Instituto de Físsic UNAM, Mesxico
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¿Dónde he estado y qué he hecho?
1999-2003: Bachillerato en Física – Universidad
Católica del Perú
2009: Licenciatura en Física – Universidad
Católica del Perú
2005-2010: Doctorado en Física – Centro
Atomico Bariloche, Argen.na
2010-2011: Post-doc – Ins.tut Jean Lamour,
Nancy-Francia
2012-2013: Post-doc – Centro de Física de
Materiales, UPV, San Sebas.án, España
2013-2014: Post-doc – SPEC & SPCSI CEA,
Saclay-Francia
2014-2015: Post-doc – ICF, UNAM, Cuernavaca
Parte de lo que he hecho...
C60
sobre Ag (111)
EP-PTCDi sobre Ag (111)
Poder de frenado de @uoruros: Estructura Al2Cu (001)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00
2
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14
Exptl. LiF Exptl. AlF3
Puska AlF3 Puska LiF NRA AlF3 NRA LiF SRIM AlF3 SRIM LiF
-dE
/dx
(eV
(إ/
<v> (u.a.)
288 286 2840.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
534 532 530 404 402 400
Inte
nsid
ad
(u
.arb
.)
E. ligadura (eV)
h = 385 eVC 1s
Multicapa
@450 ºC
@270 ºC
@T.A.
h= 600 eV
E. ligadura (eV)
O 1s
h = 450 eV
E. ligadura (eV)
N 1s
Introducción
Grafeno
Andre Geim y Konstan.n Novoselov ganaron el premio
Nobel en el 2010: "por los innovadores experimentos
relacionados al material bidimensional grafeno."
El Nobel y el anti Nobel
Ig Nobel
Propiedades
• Es buen conductor eléctrico y térmico.
• Es muy ligero.
• Es extremadamente duro: 100 veces más
resistente que una hipoté.ca lámina de acero
del mismo espesor.
• Es muy @exible y elás.co.
• Es transparente.
Lo que hace al grafeno tan interesante es su
hibridisación sp2 y su espesor de 3.45 angstroms.
Espesor 1 átomo de espesor
Distancia entre átomos de carbono
0.142 nm
Densidad de estados Semimetal de gap cero.Electrones sin masa → fotones.
Conductividad eléctrica 200000 cm2/Vs
Tensión de ruptura 130 Giga Pascals
Peso 0.77 mg/m2
Elasticidad Constante elástica: 1-5 N/m; Módulo de Young: 0.51 TPa
Absorción de luz 2.7% de luz blanca
Propiedades
Publicaciones y patentes
hEp://feel.postech.ac.kr/
hEp://www.nanografen.com.tr/
Almacenamiento de energía
Baterías: pueden almacenar mucha energía pero toma mucho tiempo cargarlas.
Condensadores: pueden cargarse rápidamente pero no pueden almacenar demasiada energía.
Baterías de iones de litio con grafeno como ánodo pueden incrementar el almacenamiento, durar más y cargarse más rápido. Usos: en vehículos eléctricos.
Supercondensadores con grafeno aumentarían la capacidad de almacenamiento de energía y se cargarían muy rápido. Usos: aplicaciones de baja energía como los smartphones y computadoras portátiles.
Materiales composites
Dado que el grafeno es un material fuerte, rígido y muy ligero, se puede usar como un composite en la industria aeroespacial. Se pretende reemplazar el acero con una mezcla de grafeno con plástico.
Se puede cubrir la superficie de un avión con grafeno que prevendría, debido a su conductividad eléctrica, daños eléctricos debido a impacto por relámpagos.
También se podría determinar el
estrés de las alas de un avión.
Celdas fotovoltaicas
El grafeno tiene niveles muy bajos de absorción de luz blanca: 2.7%. Además tiene una alta movilidad electrónica, esta combinación de propiedades puede hacerlo una alternativa económica para el silicio o el ITO en celdas fotovoltaicas
Ultrafiltración
El grafeno permite pasar moléculas de agua, sin embargo no permite pasar otros líquidos y moléculas.
Usos: sistemas de filtración de agua, sistemas de dessalinización, biocombustibles.
Ingeniería biológica
En colaboración con grupos de biología y biotecnología, se indaga la biocompatibilidad del grafeno.
Su gran área superficial, alta conductividad eléctrica, delgadez y fuerza lo hacen un candidato prometedor en sensores bioeléctricos, para monitorear niveles de glucosa, niveles de hemogoblina y colesterol.
Diseñando una molécula tóxica con grafeno se puede usar como antibiótico o en tratamientos anticancerígenos. También se pretende usar en regeneración de tejido o en prótesis ortopédicas.
Optoelectrónica
El grafeno promete en ámbitos como pantallas táctiles, LCDs y OLEDs ya que transmite el 97% de luz y su conductividad eléctrica excede los 1e6 Ωm.
El grafeno no sólo tiene propiedades comparables al ITO sino que además su tensión de ruptura es muy alta y es flexible.
Dispositivos electrónicosMEMS y NEMS
El problema con grafeno es que el de alta calidad es un gran conductor pero no tiene un gap de energía, es decir, no se puede apagar.
Por lo tanto, para usar grafeno en losdispositvos nano-electrónicos del futuro, tenemos que tener un gap de energía, lo cual se logra con dopantes, defectos, entre otros, y ésto reduce la movilidad electrónica del grafeno.
Método de depósito químico de vapor
Método CVD
Receta para grafeno por CVD
Para producir grafeno mediante CVD,
necesitamos :
Horno con tubo de quarzo que caliente hasta los
1100°C, con la técnica de enfriado rápido.
Bomba mecánica para bajar la presión a los
10mTorr.
Un sustrato – lámina delgada de Cu.
Gas precursor – CH4.
Gas dilutor – H2.
Dos procesos : continuo y pulsado.
1) El proceso continuo consiste en abrir el fujo de CH4 durante
un tiempo determinado hasta finalizar el proceso de
crecimiento : islas multicapas de grafeno.
2) El proceso pulsado permite la entrada de CH4 durante un
tiempo corto seguido por un tiempo largo de flujo de H2 solo.
Esto limita la segregación de carbono en la lámina de Cu y
exclude las islas multicapas de grafeno.
Proceso connuo (t=30’)
Proceso pulsado (N=120)
STM, XPS, UPS, LEED
Imágenes de STM y espectro XPS
Proceso de transferencia
Proceso connuo (t=10’)
Proceso pulsado (N=120)-20
-15
-10
-5
0
5
Y (
µm
)
-20 -10 0 10 20
X (µm)
1 µm
Pico D mostrando las arrugas del grafeno
Barras de Hall90x30 um
100x100 um
Antenas de Terahertz
0,5 x 0,5 μmF.D.P, L.N.S.L. et al. “Photon-assisted shot noise in
graphene for THz photo-detec.on”, en preparación (2015).
Proyectos en curso
Inverse Spin Hall Effect
En el caso del ISHE una polarización de espín
dependiente del espacio produce una corriente de
espín que induce una corriente eléctrica.
Colaboración con Juan Carlos Rojas Sánchez, IJL, Nancy
y Albert Fert, Thales Paris.
Inverse Spin Hall Effect
15 nm FM
t nm Pt
L1
L2
V
Gr in between FM and NM (=Pt,Pd,Au,Cu,…) layer
Substrate Si-SiO2
Gr
1. Si/SiO2/Fe/Al
2. Si/SiO2/Pt/Fe/Al
3. Si/SiO2/Pt/Gr/Fe/Al
4. Si/SiO2/Pt/SCO/Fe/Al
5. Si/SiO2/Pt/Gr/SCO/Fe/Al
6. Si/SiO2/Au/Py/Al
7. Si/SiO2/Au/Gr/Py/Al
8. Si/SiO2/Au/SCO/Py/Al
9. Si/SiO2/Au/Gr/SCO/Py/Al
1500 2000 2500 3000 3500150
200
250
300
350
400
Inte
nsi
ty (
arb
. units
)Raman Shift (1/cm)
Graphene monolayer and some multilayers
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Inte
nsi
ty (
arb
. units
)
Raman Shift (1/cm)
Graphene monolayer
SiO2/Si substrate
grafeno
sin grafeno
CCADET – Roberto
Sato y Claudia Bau.sta
Graphene Enhanced Raman Spectroscopy (GERS)
0 1000 2000 3000150
200
250
300
350
400
450
500Rhodamine 90 on SiO
2/Si
Inte
nsi
ty (
arb
. units
)
Raman Shift (1/cm)
0 1000 2000 3000150
200
250
300
350
400
450
500
Inte
nsi
ty (
arb
. units
)
Raman Shift (1/cm)
Rhodamine 90 on graphene/SiO2/Si
Rodamina 60/grafeno
Rh60/sin grafeno
Transferencia de calor a la nanoescala
La ley de Stefan-Boltzmann no se cumple a la micro
nanoescala.
La transferencia de calor puede ser órdenes de magnitud
mayor a lo predicho por Stefan-Boltzmann debido a
efectos del campo cercano.
José Maria Silveira Neto
Ley de Moore
Grafeno como sustrato de moléculas orgánicas
C60
sobre
Ag (111)
EP-PTCDI sobre Ag (111)
288 286 2840.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
534 532 530 404 402 400
Inte
nsid
ad
(u
.arb
.)
E. ligadura (eV)
h = 385 eVC 1s
Multicapa
@450 ºC
@270 ºC
@T.A.
h= 600 eV
E. ligadura (eV)
O 1s
h = 450 eV
E. ligadura (eV)
N 1s
Grupo Experimental de Grafeno
Grupo Experimental
de Grafeno
hEps://alianzapaciVco.net/
hEp://www.pceim.unam.mx/
hEp://posgrado.Vsica.unam.mx/
¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
Graphenemex es una empresa mexicana especializada en la síntesis de grafeno y la
generación de nanotecnología con alto valor agregado para el mercado: desarrollando
aplicaciones con grafeno innovadoras y con alto potencial; así como elaborando la
variedad de grafeno especíVca para cada aplicación.
Cuenta con un Centro de Innovación y Desarrollo de Materiales Grafénicos con tres
laboratorios en los que se ha instalado la tecnología más avanzada.
La síntesis de grafeno se ob.ene mediante la exfoliación líquida de graVto y el proceso
CVD (Chemical Vapour Deposi.on).
La estrategia de Graphenemex busca promover el desarrollo de aplicaciones
nanotecnológicas y el uso del grafeno y sus derivados en América La.na, colaborando
en la formación de cienXVcos especializados y sirviendo como puente entre la
inves.gación, las empresas y el mercado.
Contacto:
Antonio Miramontes