Los científicos llevan a cabo estudios del material como primera fase para crear nanosensores que detecten gases tóxicos
31 de enero de 2022
Investigadores de la Universidad de Puerto Rico (UPR) en Humacao desarrollaron una “llave de paso eléctrica” utilizando grafeno (material diminuto de una sola capa fina de átomos de carbono) para crear nanosensores que puedan detectar gases tóxicos e inflamables que afectan el medioambiente y los hogares en la isla.
Kelotchi S. Figueroa y Nicholas J. Pinto resaltaron la importancia de las alianzas para adelantar la investigación. (Suministrada)
El grupo, liderado por el doctor Nicholas J. Pinto, utilizó nanotecnología y análisis teóricos para estudiar el proceso de la transportación de corriente eléctrica en grafeno a un nivel fundamental y como parte de la primera fase para crear nanosensores, según dos estudios publicados en las revistas American Institute of Physics (AIP) Advances y Journal of Applied Physics.
Pinto explicó que la transportación de corriente eléctrica sobre el nanomaterial de grafeno se evaluó utilizando una compuerta ferroeléctrica o “llave de paso eléctrica” para controlar la dirección de las cargas y, a la misma vez, analizar cómo la temperatura puede afectar los nanodispositivos.
“Uno de los resultados interesantes de los estudios fue que, a medida que aumentábamos la temperatura, veíamos cambios en las cargas eléctricas y conductividad que corren sobre el nanodispositivo de grafeno. Fue extremadamente interesante ver este efecto, ya que en estudios previos esto no había sido observado”, dijo el catedrático del Departamento de Física y Electrónica de la UPR en Humacao.
“También, estudiamos las propiedades del grafeno, ya que esto nos permite comprender más su potencial como nanomaterial y desarrollar sensores eficientes, y de bajo consumo energético”, agregó.
Por otro lado, Kelotchi S. Figueroa, autor principal de los dos estudios, destacó que el grafeno “es un nanomaterial de dos dimensiones (2-D) extremadamente flexible y mejor superconductor que otros metales, como el cobre y el oro”.
“Logramos cambiar las propiedades eléctricas en grafeno utilizando un voltaje externo sin cambiar los enlaces químicos del nanomaterial. Además, utilizamos una ‘llave de paso’ que nos permitió guiar el flujo de electricidad a través de la capa de grafeno en la dirección que deseábamos”, dijo Figueroa, estudiante subgraduado del Departamento de Física y Electrónica en la UPR en Humacao.
“Uno de los beneficios es que, en la misma capa de grafeno, puedes integrar múltiples tipos de nanodispositivos. Entonces, lo próximo es preparar un regulador de voltaje para controlar los parámetros en distintos nanosensores”, añadió Pinto.
Los estudios, en colaboración con la Universidad de Pensilvania, fueron subvencionados por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF, en inglés) bajo el programa Alianzas para la Investigación y Educación en Materiales (PREM, en inglés) de la UPR en Humacao y Cayey.
El “supermaterial”
En todo el mundo, la comunidad científica ha catalogado el grafeno como el “supermaterial” del futuro por su versatilidad, flexibilidad, estabilidad y sus propiedades eléctricas, conductivas y térmicas.
El grafeno consiste en una sola capa de átomos de carbono con un patrón hexagonal, muy parecido a un panal de abejas, y es un millón de veces más fino que un cabello humano, pero tan fuerte como el acero.
En 2004, los científicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov de la Universidad de Manchester, descubrieron el nanomaterial y fueron galardonados con el Nobel de Física, en 2010.
Alianza Científica
Desde 2004, los investigadores del programa PREM de la UPR en Humacao han colaborado con el Centro de Investigación en Ciencia de Materiales e Ingeniería (MRSEC, en inglés) de la Universidad de Pensilvania, con la meta de avanzar la innovación de dispositivos mediante la investigación y educación inclusiva. Cada verano, estudiantes e investigadores viajan a Filadelfia, donde está localizado el MRSEC, para desarrollar nuevos nanodispositivos e intercambiar ideas científicas.
Para Figueroa, quien se gradúa en mayo 2022, esta alianza entre los campus de Humacao y Cayey y la Universidad de Pensilvania le permitió descubrir su pasión por las ciencias de materiales.
“El programa PREM me ha dado las herramientas para desarrollarme como científico y poder contribuir a la sociedad. También, me ha preparado para mi próximo paso, que es continuar estudios doctorales”, resaltó el estudiante.
“Es importante poder brindarles las herramientas a mis estudiantes para que logren completar sus experiencias de investigación y puedan independizarse para sus futuras carreras en ciencia”, compartió Pinto.
Además de Figueroa y Pinto, son coautores de los estudios Natalya A. Zimbovskaya, de la UPR en Humacao, así como Chengyu Wen, Srinivas V. Mandyam, Meng-Qiang Zhao, Paul Masih Das, Zhaoli Gao, Marija Drndic y Alan T. Charlie Johnson, de la Universidad de Pensilvania.
El autor tiene un doctorado en Biología Celular y Molecular, y es profesor y director de programas de la Universidad de Puerto Rico en Humacao.
