En la Universidad de Alicante existen varios grupos de investigación estudiando distintos aspectos relacionados con el grafeno, ya sea acerca de sus propiedades o de sus aplicaciones. Además, estas investigaciones tienen enfoques muy diferentes y persiguen objetivos más teóricos o más aplicados, por lo que tanto la metodología empleada en cada uno de ellos como los resultados que obtienen, son muy distintos.
Uno de los estudios teóricos que se llevan a cabo en la UA, por ejemplo, se realizan en el Departamento de Física Aplicada, donde se trabaja con simulaciones de Dinámica Molecular para estudiar el comportamiento del grafeno en ciertas condiciones. Sería el caso de Jesús Martínez Asencio, quien está estudiando la influencia que pueden tener ciertos defectos en una red hexagonal perfecta de grafeno sobre la resistencia mecánica del material.
Su trabajo trata de complementar un estudio experimental realizado por un grupo de investigación en Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid. En este estudio el grupo analizó el comportamiento de una capa de grafeno (circular y fijada por los bordes, una suspended graphene sheet) después de someterla a un bombardeo con átomos de Argón de baja energía, un ataque que provoca pequeños defectos en la estructura regular del grafeno.
A continuación, mediante AFM realizaron una indentación en la lámina de grafeno para comprobar la resistencia mecánica del material tras el cambio en la estructura. Los resultados mostraron que, sorprendentemente, la resistencia mejoraba cuando existía un pequeño número de defectos en el grafeno, obteniendo hasta un 60% de aumento en el módulo de Young del grafeno cuando el contenido final de defectos en la muestra era de un 0.2%.
Las simulaciones de Dinámica Molecular se rigen por un comportamiento clásico de la materia (no cuántico, sin orbitales electrónicos, cargas, etc.), basado en las Leyes de la Dinámica de Newton. En ella se considera cada átomo como una pequeña masa en el espacio, como “una bola”, de la cual se conoce la posición exacta en la estructura al principio de la simulación. Para que funcionen estas simulaciones es necesario introducir en el programa ciertos valores iniciales como las posiciones de cada átomo, el número totalde ellos (en el caso de Jesús Martínez algo más de medio millón, “solamente”), el tamaño de la caja de simulación (65 nm de radio) y otros aspectos relacionados con la termodinámica del sistema. También es preciso aportar la función de energía potencial, algo clave para que la simulación aporte buenos resultados. En estas complejas funciones de potencial están parametrizadas las estructuras Carbono-Carbono, Carbono-Argón e incluso Argón-Argón y por tanto permiten calcular las fuerzas de interacción entre átomos.
Simulación por Dinámica Molecular. Topografía de la lámina de grafeno antes de irradiar con Ar y después de la indentación
El programa de simulación irá calculando el potencial de interacción de cada partícula en cada instante de la simulación. Con él se podrán determinar las fuerzas de interacción entre átomos y se conocerá así la evolución de la velocidad y posición de cada partícula en cada instante. Hasta el momento, mediante estas simulaciones de Dinámica Molecular se han obtenido los mismos resultados que en el estudio experimental, lo que demuestra la potente capacidad de predicción de estás técnicas teóricas de simulación.
En contraste, la investigación aplicada sobre el grafeno que se desarrolla en la UA no precisa de complicadas funciones y programas de simulación, sino de un completo laboratorio en el que experimentar y unos Servicios Técnicos de apoyo para poder analizar los resultados. Es el caso de la investigación que se lleva a cabo en el Departamento de Ingeniería Química, en el Grupo de Investigación Residuos, Energía, Medio Ambiente y Nanotecnología (REMAN), en el que participa algún miembro del equipo de Applynano.
De la investigación desarrollada en este grupo de Nanomateriales compuestos y Grafeno hemos hablado ya alguna vez en este blog. Por ejemplo, en relación a la línea de investigación sobre desarrollo y caracterización de nanocomposites poliméricos con grafeno, publicamos unos resultados acerca de la influencia que tienen las nanocargas sobre las propiedades de los polímeros e incluso mostramos unos videos explicando cómo se fabricaban en el laboratorio los paneles de fibra continua para llevar a cabo estos estudios.
Por otro lado, también se están investigando las posibilidades del grafeno para mejorar el rendimiento de los supercondensadores. En este último campo se han obtenido resultados muy prometedores que han conducido a la redacción de una patente que, cuando se publique definitivamente, ya explicaremos aquí sus extraordinarias ventajas. Unas mejoras que ayudarán a desarrollar enormemente esta tecnología y en la que el grafeno de Applynano tendrá una presencia destacada.
