Investigadores coreanos hallaron un modo de fabricar películas de grafeno que son fuertes y flexibles y tienen las mejores propiedades eléctricas hasta la fecha. Estas láminas de carbono con el grosor de un átomo son un material prometedor para confeccionar electrodos transparentes y flexibles, y transistores para visualizadores de pantalla plana. El grafeno también puede derivar en visualizadores plegables OLED y en células solares orgánicas. Sin embargo, no fue fácil encontrar un modo de crear láminas grandes de grafeno de alta calidad.

Los investigadores de la Universidad Sungkyunkwan y el Instituto Avanzado de Tecnología Samsung en Suwon, Corea, han creado películas de grafeno de unos centímetros de ancho que tienen un 80 por ciento de transparencia y que pueden doblarse y estirarse sin romperse ni perder sus propiedades eléctricas. Otros crearon películas grandes de grafeno utilizando técnicas más simples pero las películas nuevas son 30 veces más conductoras. Además es fácil aplicar las películas nuevas a superficies diferentes. “Hemos demostrado que el grafeno es uno de los mejores materiales para armar componentes electrónicos transparentes y que se puedan expandir”, dice Byung Hee Hong, que dirigió el estudio que está publicado en Nature.

El grafeno es un conductor excelente, y transporta electrones diez veces más rápido que el silicio. Podría reemplazar los electrodos quebradizos de óxido de indio y estaño (ITO) que se usan actualmente en visualizadores, células solares orgánicas, y pantallas táctiles. Los transistores de grafeno también podrían reemplazar a los transistores de silicio que tienen el grosor de una película, que no son transparentes y que son difíciles de fabricar en plástico.

La forma más fácil de obtener laminillas pequeñas de grafeno de alta calidad es ir quitando las capas de grafeno que están en el grafito (que esencialmente es un conjunto de capas de grafeno). El año pasado, un grupo dirigido por el profesor de ciencias de los materiales e ingeniería de la Universidad Rutgers, Manis Chhowalla, elaboró un método para obtener piezas a escala de centímetros para aplicaciones prácticas. Los investigadores disolvieron óxido de grafito en agua, creando una suspensión de láminas de óxido de grafeno individuales, que depositaron sobre un material flexible.

Los investigadores coreanos utilizaron un método llamado deposición química de vapor. Primero depositan una capa de níquel de 300 nanómetros de espesor sobre una superficie de silicio. Luego calientan esta superficie a 1.000° C en presencia de metano, y luego lo enfrian hasta que llegue a temperatura ambiente. Esto resulta en películas de grafeno que contienen de seis a diez capas de grafeno sobre el níquel. Al modelar la capa de níquel, los investigadores pueden crear películas de grafeno modeladas.

Otros, como el profesor de ingeniería eléctrica del MIT Jing Kong, están trabajando con métodos similares para obtener piezas de grafeno grandes. Pero los investigadores coreanos han dado un gran paso al transferir las películas a superficies flexibles manteniendo la alta calidad. La transferencia se realiza de una de dos maneras. Una es perforar el níquel para quitarlo mediante una solución para que la película de grafeno flote en la superficie, lista para depositarse sobre cualquier material. Una estratagema más simple, es utilizar un sello de goma para transferir la película.

Philip Kim, un profesor de física de la Universidad de Columbia y coautor del estudio nuevo, dice que la deposición química de vapor es una de las maneras más baratas de obtener grafeno de calidad a gran escala y debe ser compatible con las tecnologías existentes de fabricación de semiconductores. En este momento, los investigadores pueden fabricar piezas de 10 centímetros, pero Hong dice que podrían aumentar el proceso a mayor escala fácilmente.

Hong dice que las películas nuevas de grafeno son menos defectuosas que las que hicieron en el pasado, y esa es la razón por la cual son alrededor de 30 veces más conductoras y tienen alrededor de 20 veces más movilidad que las láminas de grafeno anteriores. “La conductividad es suficiente para algunas aplicaciones de nivel básico en visualizadores LCD pequeños y visualizadores de pantalla táctil”, comenta Yang Yang, un profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, Los Angeles. Agrega, sin embargo, que la conductividad tendría que mejorar 10 veces a fin de reemplazar el ITO en células solares y en los OLED.

Se está considerando el uso de muchos otras materiales para hacer componentes electrónicos transparentes y flexibles. Los nanotubos de carbono podrían ser una competencia difícil. Por ejemplo, los investigadores están logrando progresos al crear transistores de nanotubos flexibles, y Unidym, ubicada en Menlo Park, CA, pronto empezará a vender películas plásticas recubiertas de nanotubos, que podrían usarse en vez de pinturas de ITO en los visualizadores.

Otros han creado transistores transparentes y flexibles utilizando pinturas de óxido de indio, o nanocables de óxido de cinc y óxido de indio. Mientras tanto, los investigadores de la Universidad de Michigan crearon electrodos transparentes utilizando una red de cables de metal muy delgados.

La ventaja del grafeno podría ser su fuerza excepcional y su alta movilidad (se prevé que será el doble de la de los nanotubos). Tao He, un investigador del grafeno de la Rice University, dice que los valores de movilidad y conductividad de las películas nuevas son impresionantes. “Nunca he visto otro trabajo similar o comparable con este”, dice, agregando que el trabajo nuevo posibilitaría la fabricación de componentes electrónicos de grafeno flexible a gran escala y a bajo costo.