• es
  • en

MATERPLAT

Plataforma Tecnológica Española de Materiales Avanzados y Nanomateriales

  • MATERPLAT
    • ¿Qué es MATERPLAT?
    • Estructura
    • Miembros
    • Consejo Gestor
    • Únete
    • Colaboraciones
  • Grupos de Innovación
    • Transporte
    • Salud
    • Energía
    • Materias Primas
    • Ciudades Inteligentes
  • Herramientas
    • Mapa de Capacidades
    • Open Innovation
    • Ofertas de empleo
    • Oportunidades de colaboración
  • GRAFIP
    • Productos y Tecnologías con grafeno
    • Graphene Days
  • Actualidad
    • Noticias
    • Eventos
  • Premios TFM
    • Premios MATERPLAT – 2020
    • Premios MATERPLAT – 2019
    • Premios MATERPLAT – 2018
  • Biblioteca
    • Newsletters
  • Contacto
Estás aquí: Inicio / Productos / Procedimiento de obtención de un grafeno funcionalizado covalentemente con una molécula orgánica

5 junio, 2017

Procedimiento de obtención de un grafeno funcionalizado covalentemente con una molécula orgánica

Datos de contacto

Entidad: CSIC (Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid ICMM-CSIC)
Persona responsable: José Ángel Martín Gago (gago@icmm.csic.es), Rebeca Aceituno Bueno (bueno.rbk@icmm.csic.es)
Email: gago@icmm.csic.es
Web de la entidad: http://www.icmm.csic.es
Razón social: Sor Juana Inés de la Cruz, 3, (Cantoblanco) 28049 Madrid
Teléfono de contacto: +34 913 34 90 00 (ext. 308)

Descripción del producto/tecnología que integra grafeno

Naturaleza: Producto/Tecnología con grafeno en desarrollo
Nombre del producto/tecnologia: Procedimiento de obtención de un grafeno funcionalizado covalentemente con una molécula orgánica
Descripción:

Procedimiento para funcionalizar covalentemente la superficie de grafeno con una molécula orgánica. La incorporación de moléculas orgánicas en la superficie del grafeno permite modular de manera eficaz y controlada las propiedades electrónicas y ópticas del grafeno. El procedimiento comprende una primera etapa de formación de defectos / vacantes en la red cristalina de grafeno que se lleva a cabo mediante el bombardeo suave de iones de gas noble bajo unas condiciones de ultra alto vacío, y una siguiente etapa de exposición de dicha superficie de grafeno con una molécula orgánica.

En la primera etapa del procedimiento se crea una densidad de defectos / vacantes monoatómicas en la red cristalina del grafeno y, en una siguiente etapa del procedimiento, moléculas orgánicas que contienen al menos un grupo amino, como es por ejemplo el p-aminofenol, se adsorben sobre la superficie de dicho grafeno, quedando ligadas sólo aquellas moléculas que penetran en los defectos de la red cristalina de grafeno. Concretamente las moléculas orgánicas se anclan de forma covalente a la superficie del grafeno mediante la incorporación del N del grupo amino a las vacantes / defectos de la red cristalina del grafeno. Tras dicha funcionalización se mantienen intactas las propiedades conductoras del grafeno cristalino de partida.

El grafeno utilizado se hace crecer sobre un sustrato no metálico para no apantallar las propiedades de transporte del grafeno, preferiblemente el sustrato no metálico se selecciona de entre SiC, hBN, MoS2, TiO2 y SiO2. También el grafeno se ha podido crecer sobre un sustrato metálico y se ha transferido luego a un sustrato no metálico.

Tipo de grafeno utilizado: Monocapa (Síntesis CVD), Monocapa (Síntesis sobre SiC)
Valor añadido respecto a otros productos/tecnologías:

El grafeno covalentemente funcionalizado con una molécula orgánica que contiene al menos un grupo amino tiene su aplicación en el sector de la industria electrónica, particularmente en la industria dedicada a la fabricación de sensores y dispositivos electrónicos.

El hecho de que se mantengan inalteradas las propiedades conductoras del grafeno tras el tratamiento es de especial relevancia, puesto que la alta movilidad de portadores a temperatura ambiente es de especial interés para su uso como transistores. Por otro lado, los efectos de campo y los efectos Hall cuánticos del grafeno funcionalizado covalentemente de la presente invención son importantes porque los portadores recorren largas distancias sin colisionar con los átomos, de manera que dicho grafeno puede utilizarse como parte de un dispositivo espintrónico. La ventaja adicional es que las condiciones de funcionalización no son agresivas y, por tanto, son compatibles con la funcionalización directa en el dispositivo. Por último, la buena conductividad y la estabilidad del grafeno funcionalizado covalentemente de la invención es crítica para aplicaciones como electrodos para supercondensadores, y otros dispositivos dirigidos al almacenamiento de energía. La incorporación de moléculas orgánicas en la superficie del grafeno permite modular de manera eficaz y controlada las propiedades electrónicas y ópticas del grafeno.

Problema que se quiere resolver:

En los últimos años, el grafeno ha surgido como una revolución tecnológica por presentar, entre otras, espectaculares propiedades de conducción y transporte de electrones. Entre las múltiples propiedades que lo caracterizan destaca su inercia química, que le confiere al grafeno una gran estabilidad y evita que moléculas contaminantes se peguen a su superficie. Sin embargo, que el grafeno presente gran inercia química hace que la funcionalización de su superficie sea una tarea de elevada dificultad. Es especialmente importante llegar a ser capaces de funcionalizar la superficie del grafeno con determinadas moléculas, bien para poder manipular las propiedades electrónicas del grafeno o bien para usar dichas moléculas ligadas a su superficie como conectores para acoplar otras moléculas con una misión definida, puesto que dicha funcionalización de la superficie del grafeno ampliaría su uso en diversos campos.


Indicadores

Resultados de mejoras en indicadores cuantitativos:

El sistema de grafeno sobre SiC se ha preparado por deposición química en fase vapor sobre un sustrato de SiC y se encuentra en el interior de una cámara con una presión menor que 1·10-9 mbar.

Primero se limpia la superficie del sistema formado por grafeno sobre SiC degasificando la superficie de dicha muestra por medio de un tratamiento térmico a 300 °C durante 15 min. Durante la desgasificación preliminar, la presión dentro de la cámara de vacío sube considerablemente indicando que se han desorbido contaminantes que se encontraban adsorbidos sobre la superficie.

La figura 1 muestra las imágenes obtenidas con un microscopio de efecto túnel (en inglés “scanning tunneling microscope” o STM) a dos tamaños diferentes (2 y 10 nm) correspondientes a la superficie de sistema después del degasificado previo de la superficie. Dichas imágenes de STM nos indican que la superficie está limpia, concluyendo que la desorción de contaminantes ha sido realizada correctamente.

Considerando que el sistema 1 se corresponde con el preparado al realizar un bombardeo con iones Ar utilizando 1·10-7 mbar y exponiendo la superficie a un flujo de p-aminofenol a 10L, y el sistema 2 se corresponde con un sistema cuya superficie ha sido expuesta a un flujo de p-aminofenol no activado previamente mediante bombardeo con iones Ar, en la figura 2a muestra el espectro XPS para la superficie del grafeno del sistema 1, donde se observa la presencia de nitrógeno (N), mientras que la figura 2b muestra el espectro XPS correspondiente del sistema 2. Este espectro demuestra que, al intentar funcionalizar la superficie del grafeno del sistema 2, es decir, sin haber realizado el bombardeo con iones Ar, el p-aminofenol no se ancla a la superficie de dicho grafeno.

En la figura 3 se puede observar la forma peculiar de las vacantes/defectos presentando una apariencia de irradiación en 3 ejes, típica de estos defectos.

Además, desde un punto de vista fundamental, la estructura de banda electrónica de la muestra no parece estar alterada (al menos ligeramente modificada) después de la funcionalización p-AP. Mediante mediciones de fotoemisión resueltas por ángulo (ARPES) de la estructura de la banda de valencia alrededor del punto K de la zona de Brillouin de grafeno, se observan las bandas π típicas de la dispersión lineal de una capa de grafeno. El nivel de Fermi está situado por encima del punto de Dirac (punto de cruce de las bandas π), lo que significa que la muestra está n-dopada. Se observa un espacio de aproximadamente 250 meV entre el fondo de la banda de conducción (300 meV) y el punto de partida de la banda de valencia. Ya se ha reportado un comportamiento similar para este tipo de muestras prístinas.

Imágenes o diagramas:

Figura 1: Imágenes de la superficie del sistema formado por un grafeno y un sustrato no metálico después del degasificado obtenidas con un microscopio de efecto túnel (STM) a dos tamaños diferentes (ver escala de 2 nm (a) y 10 nm (b)).

Figura 2: Espectro XPS del sistema 1 (a) y del sistema 2 (b).

Figura 3: Imágenes STM de los defectos/vacantes producidas en el sistema tras el bombardeo con iones Ar.

Referencias:
  • Proyecto: programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la UE en virtud del acuerdo de subvención nº 696656 (GrapheneCore1-GrapheneCore1-Tecnologías disruptivas basadas en el grafeno).
  • Patente: Solicitud número P201630971. Fecha de recepción: 15 de julio de 2016. País: España. Titular de la Entidad: CSIC, Título: «Procedimiento de obtención de un grafeno funcionalizado covalentemente con una molécula orgánica”
  • Inventores: R. Bueno, J. I. Martínez, R. Luccas, M. F. López, F. Mompeán, M. García-Hernández y J. A. Martín-Gago
  • Publicación: R.A. Bueno et al.,  Funcionalización orgánica covalente altamente selectiva de grafeno epitaxial. Nature Communications (aceptado).

Mercado

Retos de la sociedad a los que se puede aplicar el producto/tecnología: Materias Primas
Potenciales sectores de aplicación: Campos como la ingeniería de materiales semiconductores, materiales magnéticos con interés en espintrónica y en la industria de dieléctricos, y la ingeniería de materiales como los nanobio-composites con interés en la variación de sus propiedades ópticas-plasmónicas. Particularmente, una funcionalización de la superficie del grafeno manteniendo intactas sus propiedades de conducción y transporte de electrones, aumentaría las perspectivas tecnológicas del grafeno, especialmente en aplicaciones en el campo de la electrónica. Se espera que la funcionalización del grafeno sea un paso importante en el desarrollo de materiales basados en grafeno con propiedades electrónicas hechas a medida.
Grado de desarrollo (TRL) del producto o tecnología: TRL 4: Tecnología validada en laboratorio
Grado de Protección: Patente solicitada
Potencial período para llevar el producto/tecnología a TRL 9: Medio (3-5 años)

Article by

Redes Sociales

  • LinkedIn
  • RSS
  • Twitter
  • YouTube

Financia


PTR-2018-001116

  • Política de privacidad

© Fundación IMDEA Materiales 2016

Usamos cookies en nuestro sitio web para brindarle la experiencia más relevante recordando sus preferencias y visitas repetidas. Al hacer clic en "Aceptar", acepta el uso de TODAS las cookies. Sin embargo, puede visitar la Configuración de cookies para proporcionar un consentimiento controlado.
Configuración de CookiesACEPTAR
Privacidad y Política de Cookies

Descripción general de la privacidad

Este sitio web utiliza cookies para mejorar su experiencia mientras navega por el sitio web. Las cookies que se clasifican como necesarias se almacenan en su navegador, ya que son esenciales para el funcionamiento de las funcionalidades básicas del sitio web. También utilizamos cookies de terceros que nos ayudan a analizar y comprender cómo utiliza este sitio web. Estas cookies se almacenarán en su navegador solo con su consentimiento. También tiene la opción de optar por no recibir estas cookies. Pero la exclusión voluntaria de algunas de estas cookies puede afectar su experiencia de navegación.
Necesarias

Las cookies necesarias son absolutamente esenciales para que el sitio web funcione correctamente. Esta categoría solo incluye cookies que garantizan funcionalidades básicas y características de seguridad del sitio web. Estas cookies no almacenan ninguna información personal.

No Necesarias

Las cookies que pueden no ser particularmente necesarias para el funcionamiento del sitio web y que se utilizan específicamente para recopilar datos personales del usuario a través de análisis, anuncios y otros contenidos integrados se denominan cookies no necesarias. Es obligatorio obtener el consentimiento del usuario antes de ejecutar estas cookies en su sitio web.

Publicitarias

Las cookies publicitarias se utilizan para proporcionar a los visitantes anuncios y campañas de marketing relevantes. Estas cookies rastrean a los visitantes en los sitios web y recopilan información para proporcionar anuncios personalizados.

Rendimiento

Las cookies de rendimiento se utilizan para comprender y analizar los índices de rendimiento clave del sitio web, lo que ayuda a brindar una mejor experiencia de usuario a los visitantes.

Analíticas

Las cookies analíticas se utilizan para comprender cómo los visitantes interactúan con el sitio web. Estas cookies ayudan a proporcionar información sobre métricas, el número de visitantes, la tasa de rebote, la fuente de tráfico, etc.

Preferencias

Las cookies de preferencia se utilizan para almacenar las preferencias del usuario para proporcionar contenido personalizado y conveniente para los usuarios, como el idioma del sitio web o la ubicación del visitante.

Sin categorizar

Las cookies no definidas son aquellas que se están analizando y aún no se han clasificado en una categoría.

Non Necessary

Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.

Guardar y aceptar