La kriptonita de este superman de los materiales toma la forma de un anillo de siete átomos, que inevitablemente tienen lugar en las uniones de los límites de grano del grafeno, donde se interrumpe el grupo regular de unidades hexagonales. En dichos puntos, bajo tensión, el grafeno policristalino tiene la mitad de fuerza que las muestras cristalinas del material. Esto podría ser importante para la ciencia de materiales que usa grafeno en aplicaciones donde su fuerza intrínseca es un factor clave, como materiales compuestos y electrónica flexible o maleable.Las láminas de grafeno creadas en laboratorio, habitualmente mediante deposiciones químicas de vapor casi nunca son grupos perfectos de hexágonos. Los dominios de grafeno que empiezan a crecer en un sustrato no necesariamente están alineados los unos con los otros, y cuando estas islas se fusionan, parecen edredones, con patrones van en todas las direcciones. Estas líneas en las hojas policristalinas se denominan límites de grano, y los átomos en estos límites son forzados ocasionalmente a cambiar la manera en que se enlazan por las inquebrantables reglas de la topología. El más común de los defectos en la formación de grafeno estudiado por el grupo de investigación son los anillos adyacentes de cinco y siete átomos que son un poco más débiles que los hexágonos de su alrededor. El equipo calculó que para el caso particular de los anillos de siete átomos en uniones de tres islas son los puntos más débiles, donde es más probable que se formen fisuras. Estos son los puntos finales de los límites de grano entre las islas y son puntos conflictivos.
Determinaron mediante simulaciones de dinámica molecular y el viejo buen análisis matemático que en una colcha de grafeno, los limites de grano actúan como palancas que amplifican la tensión, mediante una dislocación en cadena, y también lo concentran en el defecto, donde los tres dominios coinciden o donde un límite de grano entre dos dominios termina. Básicamente, cuanto más larga es la palanca, mayor es la amplificación en el punto más débil. La fuerza se concentra allí, y es donde comienza a romperse.Los investigadores indicaron que conceptualmente, los cálculos muestran lo que los metalúrgicos reconoce como el efecto Hall-Petch, una medida de la fuerza de los materiales cristalinos con limites de grano similares. Para el grafeno, se denomina pseudo Hall-Petch, ya que el efecto es muy similar aunque el mecanismo es muy diferente. Cualquier defecto hace algo en el material, pero este descubrimiento es importante porque no se puede evitar el efecto en grafeno policristalino. Es irónico, ya que los policristales son a menudo tomados en consideración cuando son necesarios dominios más grandes. Este descubrimiento muestra que cuantos mayores sean, más débiles se vuelven.
Via Universidad de Rice
Bastante interesante, sólo decir que, básicamente, lo que muestra este estudio es algo ya conocido desde hace tiempo en ciencia de materiales, cualquier defecto en la estructura de un material actúa como concentrador de tensiones, estos serán los puntos en los que previsiblemente se produzcan las fisuras y el fallo del material como bien señala el artículo.
ResponderEliminarAl final todo se reducirá a intentar afinar los métodos de fabricación para intentar minimizar estas zonas de irregularidad. Con los metales los métodos de fabricación ya se encuentran en estados muy perfeccionados (con esto no quiero decir que no nos quede nada que mejorar en el mundo de los maeriales metálicos ni muxo menos), por poner un ejemplo típico, los álabes de turbina fabricados en titanio son monocristalinos, es decir no existe intercara de granos porque sólo hay un grano en la estructura, cuestión de tiempo que se consiga lo mismo en el grafeno y similares, por lo menos eso espero porque hay muchas esperanzas puestas en este material.
Un saludo.