Investigadores de TU Delft en Holanda, en colaboración con un equipo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), han encontrado una manera de crear y limpiar pequeños sensores mecánicos de una manera escalable.
Crédito: Universidad Tecnológica de Delft
Crearon estos sensores suspendiendo una hoja bidimensional de nitruro de boro hexagonal (h-BN), o "Grafeno blanco" sobre pequeños orificios en un sustrato de silicio.
Esta innovación podría conducir a sensores de gas y presión extremadamente pequeños para la electrónica futura.
El nitruro hexagonal del boro (h-BN) es un material interesante con una estructura de enrejado de panal similar a el del grafito. Pero mientras que el grafito conduce la electricidad, el h-BN actúa como aislante.
Esta propiedad hace que el h-BN sea popular como un lubricante de alta gama, especialmente en aplicaciones industriales donde la conductividad eléctrica es indeseable.
Puesto que el h-BN tiene la ventaja agregada de ser químicamente y termalmente más estable que el grafito, también se utiliza en ambientes ásperos tales como espacio, por ejemplo, en usos ultravioletas profundos.
Mientras que las capas del grafeno material bidimensional pueden ser exfoliadas de grafito con cinta adhesiva, la creación de capas individuales de h-BN es mucho más difícil.
La razón de esto es que las capas que componen el h-BN 'se pegan' entre sí — y otros materiales — mucho más fuertemente que las capas de grafeno informa Nature.
Así, no muchos investigadores han sido capaces de estudiar las propiedades de h-BN como un material de 2D hasta ahora. "Sólo hay dos o tres instituciones en el mundo que pueden producir capas únicas, bidimensionales de grafito blanco, y la Universidad de Cambridge es una de ellas", dijo el autor principal Santiago J. Cartamil-Bueno.
"Este proyecto es un éxito gracias a nuestra colaboración eficaz con ellos."
Utilizando una técnica denominada deposición de vapor químico, investigadores de la Universidad de Cambridge crecieron una hoja de un átomo de espesor de h-BN, o "Grafeno blanco", sobre un trozo de papel de hierro.
Luego lo enviaron por correo a TU Delft en Holanda. Allí, a través de una serie de pasos, los investigadores de Delft transfirieron la hoja de Grafeno blanco transparente sobre un sustrato de silicio que contenía pequeñas cavidades circulares.
Al hacerlo, crearon "tambores" microscópicos. Estos tambores funcionan como resonadores mecánicos y podrían ser utilizados como sensores de gas o presión infinitesimales, por ejemplo en teléfonos móviles.
Si bien la creación de los tambores h-BN fue un reto importante en sí mismo, este proyecto planteaba otro desafío aún mayor.
Como resultado de los pasos necesarios para transferir la lámina monoatómica sobre el sustrato de silicio, los tambores se contaminaron con un número de polímeros. Las contaminaciones comunes tales como esta son indeseables puesto que cambian las características de los sensores.
El resultado es que todos los sensores pueden comportarse ligeramente de manera diferente. "Con el fin de superar los sensores normales en el mercado, sin embargo, es importante que todos los sensores 2D se comporten exactamente de la misma manera", explica Cartamil-Bueno.
Los investigadores de Delft encontraron una solución: usando gas de ozono, lograron limpiar los tambores.
El gas agresivo eliminó todos los polímeros orgánicos. Sin embargo, las huellas de PMMA, un polímero con componentes inorgánicos, se dejaron atrás en los resonadores.
"Afortunadamente, este problema puede resolverse sólo usando sustratos orgánicos mientras transfiere la hoja de grafito blanco sobre las cavidades", dice Cartamil-Bueno.
Así, los investigadores de Delft han proporcionado una prueba de principio para la fabricación de sensores increíblemente pequeños para la electrónica del futuro.