El documento describe las propiedades y aplicaciones potenciales del grafeno, un material bidimensional compuesto de una capa de átomos de carbono. Explica cómo se produce el grafeno a través de métodos como la exfoliación de grafito y la deposición de vapor químico, y cómo se caracterizan sus propiedades mediante espectroscopía y microscopía. Finalmente, discute posibles aplicaciones del grafeno en electrónica de alta frecuencia, sensores y almacenamiento de energía, y la importancia de continuar investigando su fabricación

1. El Grafeno
Leomar Acosta Ballesteros
Maestría en Ciencias Física // Seminario II
Universidad Tecnológica de Panama
Sede de Veraguas
Asesor: Dra. Elida I. de Obaldia

2. Objetivo
Desarrollar una aplicación del grafeno, en el área de la electrónica o
en el área de los sensores biológicos.
Producir el grafeno en gran escala.
Caracterizar las propiedades del grafeno.

3. AANNTTEECCEEDDEENNTTEESS

4. Richard Feynman
Durante la reunión de la Sociedad Americana de Física división de la Costa Oeste, en 1959, Feynman ofreció primera una visión de la tecnología totalmente nueva, imaginando
enciclopedias escritas en la cabeza de un pin, con información que el hombre cuidadosamente ha acumulado todos los libros del mundo… escritos… en un cubo de material unas dos centésima de una pulgada de ancho.”
Richard Feynman. Premio Nobel por la Física en
1965
• Un motor de 1 /64” (1960)
• Escribir la página de un libro en 1/25,000. (1985).

5. PPrreemmiioo NNoobbeell ddeell 22001100

6. ¿QQUUÉÉ EESS??

7. ¿Qué es el Grafeno?
Es un material que surge cuando pequeñísimas partículas de carbono
se agrupan de forma muy densas, en láminas de dos dimensiones
muy finas (tienen el tamaño de un átomo), y en celdas hexagonales.

8. Propiedades

9. Algunas comparaciones
Mobilidad de electrones
• Silicio ≤1400 cm^2 V-1s-1
• Grafeno = 2,50 x 10^5 m^2 V-1s-1
Conductividad térmica
• Plata 406 W m K^-1
• Grafeno > 3 000 W m K^-1
Módulo de Young y (Fortaleza interna)
• Latón: 0,11 TPa
• Vidrio: 0,07 TPa
• Grafeno: 1 Tpa ( 130 GBPa)

10. ¿CCÓÓMMOO SSEE FFAABBRRIICCAA??

11. Fase líquida y exfoliación térmica de gráfito
Consiste en la exposición de un material a un solvente con
una tension superficial, que favorece el incrementos en el
área total de los cristales de graffito. El solvente puede ser
acuoso o no. Luego se aplica Sonicación, el grafito se divide
en plaquetas y tratamientos prolongados producen
fracciones significantes de escamas nonocapas.
Industrialmente, se utiliza el procedimiento térmico para
alcanzar la exfoliación.
El grafeno resultante no es de una sola capa, conserva
mucha de las propiedades del grafeno de una sola capa.

12. Deposición de vapor químico (Chemical
Vapour Deposition-CVD)
Es un proceso químico utilizado para producir
productos de alta pureza y de alto rendimiento
de materiales sólidos.
En un proceso CVD estándar el sustrato (oblea)
se expone a uno o más precursores volátiles,
que reaccionan o se descomponen en la
superficie del sustrato para producir el
depósito deseado.
Se utiliza para producir grafeno en hojas y
películas de cobre. Esta técnica se utiliza
actualmente para las pantallas táctiles.
First graphene touchscreen (20 June 2010)
http://www.rsc.org/chemistryworld/news/2010/e/20061001.asp

13. Síntesis en SiC (Silicon Carbide)
Las capas de grafito pueden crecer en superficie de silicio o carbon en
las caras de un oblea de SiC, por subliminar los atomos de Si, dejando
el graffito en la superficie.
El grafeno producido de esta manera, es de alta calidad.
El aspectos negativo, es el costo del SiC y la temperature donde se
realiza (1 000 grados centígrados).

14. DDiiaaggrraammaa ddee ccóómmoo oobbtteenneerr ggrraaffeennoo??

15. Propiedades del Grafeno optenido de
diferentes maneras

16. EEll mmééttooddoo cciinnttaa aaddhheessiivvaa

17. Cómo se caracteriza?
Espectroscopia de Energía Dispersiva (EDS) (Boston University).
Difracción de Rayos X (Boston University).
Microscopía electrónica de transmisión (TEM) (STRIP).
Espectroscopía Rama (UTP-Lab. Pierre et Marie Curie).
Simulación por computadora.

18. CARACTERIZACIÓN DEL ÓXIDO DE GRAFENO
I. N. (1), Rodríguez González, V.(2); Martínez Orozco, R. D. (2)
de Química / Universidad Autónoma de Querétaro
de Materiales Avanzados, Instituto Potosino de Investigación, Ciencia y Tecnología.
uaq.mx/investigacion/difusion/veranos/memorias-
20Verano%20Ciencia%20Region%20Centro/UAQ%20Pena%20Benitez.pdf

19. CARACTERIZACIÓN DEL ÓXIDO DE GRAFENO
Benítez, I. N. (1), Rodríguez González, V.(2); Martínez Orozco, R. D. (2)
de Química / Universidad Autónoma de Querétaro
de Materiales Avanzados, Instituto Potosino de Investigación, Ciencia y Tecnología.
uaq.mx/investigacion/difusion/veranos/memorias-
20Verano%20Ciencia%20Region%20Centro/UAQ%20Pena%20Benitez.pdf

20. CARACTERIZACIÓN DEL ÓXIDO DE GRAFENO
I. N. (1), Rodríguez González, V.(2); Martínez Orozco, R. D. (2)
de Química / Universidad Autónoma de Querétaro
de Materiales Avanzados, Instituto Potosino de Investigación, Ciencia y Tecnología.
uaq.mx/investigacion/difusion/veranos/memorias-
20Verano%20Ciencia%20Region%20Centro/UAQ%20Pena%20Benitez.pdf

21. ¿QQUUÉÉ SSEE EESSPPEERRAA??

22. La ruta a seguir (qué se espera?)
roadmap for graphene
Novoselov,V. I. Fal′ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab & K. Kim
490, 192–200 (11 October 2012) doi:10.1038/nature11458
05 April 2012 Accepted 13 July 2012 Published online 10 October 2012
www.nature.com/nature/journal/v490/n7419/full/nature11458.html

23. Transistores de Alta frecuencia
Los actuales transistors de compuestos de sílicio
materiales III – V), tiene una frecuencia de corte
fT = 850 GHz y máxima frecuencia de oscilación
fmax = 1,2 THz.
El grafeno tiene una frecuencia de corte de 300
GHz (y posiblemente alcance 1 THz) en un canal
de longitude de 100 nm.
Sub-100 nm Channel Length Graphene Transistors
Lei Liao †, Jingwei Bai ‡, Rui Cheng ‡, Yung-Chen Lin ‡, Shan Jiang †, Yongquan Qu †, Yu Huang ‡§, and Xiangfeng Duantml.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl101724k

24. Posibles Líneas de investigación
Electrónica Plástica con nanomateriales compuestos
Reforzamiento estructural con nanomateriales compuestos
Gestión térmica: utilización de nanotubos en refrigeración de satélites
Sensores químicos
Sensores Biológicos
Almacenamiento de hidrógeno
Almacenamiento electroquímico de energía (supercondensadores,
baterías, pilas de combustible)

25. Palabras Finales
El grafeno es un material bi-dimensional que consiste de tan solo una
capa monoatómica. Tiene excelentes características, lo que le augura un
futuro promisorio.
Hay dificultades para crear componentes electrónicos basados en grafeno
que tengan un funcionamiento reproducible a temperaturas y presión
ambiental. Existe la oportunidad de investigación tanto en la fabricación
como el de caracterización de las propiedades del grafeno.
Países como panamá, se pueden beneficiar de esta investigación, ya que el
grafeno es un tema actual y de avanzada. También, el desarrollo de la
infraestructura para el estudio y caracterización del grafeno, permite
desarrollos colaterales en otras ciencias.

26. Referencias
The rise of graphene (A. K. Geim1 & K. S. Novoselov, 2007).
Propiedades y aplicaciones del grafeno (Rodríguez, C. 2012).
Síntesis y Caracterización de Grafeno (Cid H. E., 2012).
Síntesis y caracterización del Óxido de Grafeno (Benítez, P., 2012).
roadmap for graphene (Novaselov, K. S. 2012).
Mechanical Strain of Chemically Functionalized Chemical Vapor Deposition Grown Graphene (Bissett, Mark 2013).
Electronic States of Defect Sites of Graphene Model Compounds: A DFT and Direct Molecular Orbital-Molecular
Dynamics Study (Tachikawa, Hiroto. 2009).
Cancer nanotechnology: The impact of passive and active targeting in the era of modern cancer biology
Bertrand, Nicolas. 2013).
Effect of Sheet Morphology on the Scalability of Graphene-Based Ultracapacitors (Luo, Jiayan.2013).
Toward the Synthesis of Wafer-Scale Single-Crystal Graphene on Copper Foils (Yan, Zheng. 2012).