Grafeno, una forma bidimensional de carbono cristalino, ya sea una sola capa de átomos de carbono que forman una red de panal (hexagonal) o varias capas acopladas de esta estructura de panal. La palabra grafeno, cuando se usa sin especificar la forma (p. Ej., Grafeno bicapa, grafeno multicapa), generalmente se refiere al grafeno de una sola capa. El grafeno es una forma original de todas las estructuras grafíticas de carbono: grafito, que es un cristal tridimensional que consiste en capas de grafeno relativamente débilmente acopladas; nanotubos, que pueden representarse como rollos de grafeno; y buckyballs, moléculas esféricas hechas de grafeno con algunos anillos hexagonales reemplazados por anillos pentagonales.
Primeros estudios de grafeno
El estudio teórico del grafeno fue iniciado en 1947 por el físico Philip R. Wallace como un primer paso para comprender la estructura electrónica del grafito. El término grafeno fue introducido por los químicos Hanns-Peter Boehm, Ralph Setton y Eberhard Stumpp en 1986 como una combinación de la palabra grafito, que se refiere al carbono en su forma cristalina ordenada, y el sufijo -ene, que se refiere a los hidrocarburos aromáticos policíclicos en los que los átomos de carbono forman estructuras de anillo hexagonales o de seis lados.
En 2004, los físicos de la Universidad de Manchester Konstantin Novoselov y Andre Geim y sus colegas aislaron el grafeno de una sola capa utilizando un método extremadamente simple de exfoliación a partir de grafito. Su "método de cinta adhesiva" utilizaba cinta adhesiva para eliminar las capas superiores de una muestra de grafito y luego aplicar las capas a un material de sustrato. Cuando se retiró la cinta, quedó algo de grafeno sobre el sustrato en forma de una sola capa. De hecho, la derivación de grafeno no es una tarea difícil en sí misma; Cada vez que alguien dibuja con un lápiz sobre papel, el trazo del lápiz contiene una pequeña fracción de grafeno de una capa y multicapa. El logro del grupo Manchester no fue solo aislar los copos de grafeno sino también estudiar sus propiedades físicas. En particular, demostraron que los electrones en el grafeno tienen una movilidad muy alta, lo que significa que el grafeno podría usarse en aplicaciones electrónicas. En 2010, Geim y Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física por su trabajo.
En estos primeros experimentos, el sustrato para el grafeno era silicio cubierto naturalmente por una delgada capa transparente de dióxido de silicio. Resultó que el grafeno de una sola capa creaba un contraste óptico con el dióxido de silicio que era lo suficientemente fuerte como para hacer que el grafeno fuera visible bajo un microscopio óptico estándar. Esta visibilidad tiene dos causas. Primero, los electrones en el grafeno interactúan muy fuertemente con los fotones en las frecuencias de luz visible, absorbiendo aproximadamente el 2.3 por ciento de la intensidad de la luz por capa atómica. En segundo lugar, el contraste óptico se ve fuertemente mejorado por los fenómenos de interferencia en la capa de dióxido de silicio; Estos son los mismos fenómenos que crean los colores del arco iris en películas delgadas como la película de jabón o el aceite en agua.
