Informe sobre el grafeno y la capacidad que tiene de repara pequeñas fracturas en su red así como los métodos para realizarlo y aplicaciones de esta propiedad.

1. EL GRAFENO Y
SU CAPACIDAD DE
AUTOREPARACIÓN

2. ÍNDICE
 1. Presentación del grafeno
 2.Capacidad de auto regeneración del grafeno
 2.1 regeneración del grafeno debida a fracturas
 2.2 regeneración del grafeno por tratamientos de calor
 2.3 regeneración del grafeno mediante un haz de
electrones
 3. conclusiones generales
 4. bibliografía

4. El Grafeno: características generales
 El grafeno es un material conocido desde hace mucho,
pero sus propiedades no pudieron ser estudiadas por
ser un material inestable
 En 2010 Andre Geim y Konstantin Novoselov
descubren como obtenerlo fácilmente frotando una
mina de un lápiz en celo. Esto les permite ganar el
premio novel

5. Características moleculares
 El grafeno es una alotropía del carbono con una estructura
en hexágonos, estos hexágonos se forman por enlaces
covalentes entre los átomos de carbono formando el
teselado hexagonal

6. Características moleculares
 La estructura del grafeno es bidimensional y una anomalía en la
geometría de la estructura como la formación de estructuras
pentagonales o heptagonales provocaría que la lámina de grafeno se
flexionara
 El grafeno no es más que una capa aislada del grafito como puede ser el
de los lápices y estas láminas tienen el tamaño de un átomo de espesor.

7. Propiedades mecánicas
 Muy flexible y elástico
 Gran capacidad de
deformación
 Muy duro
 Posee gran ligereza
 Excelente conductor de
electricidad y calor
 Soporta radiaciones
ionizantes
Propiedades en fase de
investigación
 Capacidad de auto
enfriamiento
 Genera electricidad
cuando es alcanzado por
la luz
 Capacidad de auto
regeneración para
fracturas en su micro
estructura

8. Aplicaciones
 El grafeno esta en fase de desarrollo, por tanto las
siguientes aplicaciones serán aplicadas en el futuro
 Componentes eléctricos:
Transistores muy eficientes, componentes electricos de alta
conductividad, baterías de alta capacidad, células solares o sensores
 Piezas aeronáutica
 Propiedades antibacterianas
 Purificación del agua

9. Áreas de Investigación
 El principal objetivo de las investigaciones es conseguir que
las cualidades del grafeno sean duraderas y fiables para las
aplicaciones que se han visto antes, ya que el tratamiento
para el grafeno se encuentra en una fase de desarrollo muy
temprana
 El grafeno ha sido elegido por la comisión europea como un
posible proyecto para ser financiado por la unión europea
en el campo de la tecnología y la informática

11.  El objetivo del artículo es averiguar si ocurre el
fenómeno de auto reparación y de ser así, averiguar
como se produce
 El experimento se realizará mediante simulación por
ordenador usando el programa Moleculars Dynamic
 La muestra que se introdujo al simulador fue de una
lámina de grafeno de 5 x 5 nanómetros y de 3,4
Armstrong de espesor
 Los tiempos se medirán en picosegundos

12.  El procedimiento para realizar el ensayo consiste en
aplicar una carga inicial y mantenerla para que la
estructura entre en un estado de equilibrio molecular,
una vez pasado ese tiempo, se aplica una carga que
incrementa su valor hasta alcanzar la tensión ultima
del material, cuando se llega a ese punto, las cargas son
retiradas y la lámina se deja en reposo durante 150 ps,
durante ese tiempo se produce el fenómeno de
autoreaparación.
 Para averiguar las tensiones de fractura se realizó una
simulación paralela que dio como resultado que para la
lámina de grafeno anteriormente descrita, las
tensiones últimas son de 89 GPa para el modo
longitudinal y 105 GPa para el modo transversal.

13.  Se realizaron tres modelos de ensayo distintos:
 carga aplicada longitudinalmente
 carga aplicada transversalmente
 carga longitudinal con presencia de una vacante en la
estructura

14. carga aplicada longitudinalmente
1. La longitud de los enlaces aumenta desde 1,43 Armstrong a 1,6 en el
instante después de dejarlo en reposo
2. el 50% de los enlaces reducen su longitud hasta 1,35 Armstrong.
3. Los siguientes instantes muestran como los enlaces comprimidos o
estirados vuelve a su longitud nominal: 1,43 Armstrong
4. Los ángulos entre enlaces en el instante inicial poseen mas de 120º y
estos van disminuyendo de ángulo hasta alcanzar de nuevo los 120

15. Carga aplicada transversalmente
 El proceso es similar al caso longitudinal salvo que en
el primer momento los enlaces disminuyen el tamaño
nominal debido a que intervienen fuerzas de
compresión

16. carga transversal con una vacante
 La configuración de los enlaces cambia de una igual
manera que para el caso transversal
 Tras finalizar la autoreparación, sigue habiendo un
átomo vacante
 El proceso es más lento

17. Efecto Stone-Wales
 En muchos ensayos se observó que el resultado final era una estructura
con dos pentágonos y dos heptágonos, este es el efecto stone walles
 En estas muestras el valor del límite elástico disminuyó un 16%

18. Conclusiones del artículo
 La reparación en la red ocurre
 Someter a una red repetidamente a fracturarse
producirá un desgaste en sus propiedades
 La auto reparación ocurría independientemente de la
longitud de la fractura, pero la distancia de la fractura
tenía que ser menor que 0.5 nanómetros, de ser mayor
la autoreparación no ocurriría

20.  El objetivo del autor es averiguar como afecta el calor a la
autoreparación
 El ensayo se realizará por simulación por ordenador usando
el programa Moleculars Dynamic
 Una lámina de grafeno será atravesada por una molécula de
C60 para crear la fractura en la red

21.  Se observó que el proceso de reparación se produce en
dos fases
1. En primer lugar, la curvatura local alrededor del daño
se crea a partir de la nucleación de defectos.
2. En segundo lugar, la superficie curvada se transforma
en una superficie más lisa a través de la reconstrucción
de defectos, que gradualmente reduce el daño hasta la
recuperación total.

22.  Ejemplo de la autoreparación para un valor de
temperatura de 3000 K

23.  Proceso de auto reparación para 3000 K

24.  Para averiguar como la temperatura afecta al mecanismo de
reparación, se realizó el mismo ensayo para temperaturas
desde 250 K hasta 2500 K. Se obtuvo la siguiente gráfica

25.  El proceso a bajas temperaturas no es tan efectivo
como a altas temperaturas.
 Esto puede ser la consecuencia de que a baja
temperatura el proceso de allanamiento de la
superficie no se produce por nucleación de defectos,
sino por reconexión de enlaces sueltos. En el caso de
altas temperaturas el mecanismo se produce por
medio de reconstrucción por defectos

26.  Comparación de la regeneración para 250 K y 2500 K

27. conclusiones
 Se hizo ensayos para una fractura mayor usando una
molécula de diamante, la reconstrucción no ocurrió ni
para valores de 4000 K
 El proceso de regeneración consiste primero en la
creación de una curvatura por nucleación de defectos y
luego reconstrucción de defectos que allana la
superficie
 El proceso de regeneración es un método viable para
reparar la red

29.  El autor plantea usar un haz de electrones ya que este
al transmitir energía puede favorecer el proceso se
reconstrucción
 El experimento se realizará con el programa
Moleculars Dynamics.
 El ensayo consiste en un haz
cilíndrico de electrones que
actuará como fuente térmica local
 El ensayo se realizará para valores
de energía del haz entre 0 y
3 kcal/mol

30.  Para valores del rayo de energía menores a 0.5 kcal/mol no hay
reparación
 A partir de 0.5 kcal/mol el haz tiene suficiente energía para
reparar la red. Una vez finalizado el proceso de reparado los
átomos que provienen del haz rebotan en la red

31.  Para valores de 1 kcal/mol se observó que se producían
el mismo número de pentágonos y heptágonos en la
red.

32.  Usando valores de 1.5 kcal/mol se observó que las
estructuras heptagonales predominaban a las
pentagonales, esto provoca que se forme un relieve en
la superficie de la red

33.  Para 2 kcal/mol obtuvo como resultado que el efecto
de relieve no era tan pronunciado
 El ensayo con 2.5 kcal/mol dio como resultado una red
hexagonal, esto se debe a que el haz añadía electrones
hasta que la red estaba reparada, pero como la energía
era bastante alta, destruía las redes defectuosas por no
tener enlaces tan resistentes.
 Finalmente con valores de
3 kcal/mol la
regeneración no ocurría

34. Conclusiones del autor
 El autor concluye en que el método de reparación
mediante haz de electrones es bastante fiable para
valores intermedios de energía ya que el haz puede
proveer de electrones a la red para favorecer la
regeneración sin llegar a destruirla.
 La reparación por haz de electrones no puede usarse
repetidas veces ya que modifica la red provocando la
disminución de algunas de sus propiedades

36.  Se ha demostrado que el grafeno es capaz de reparase
para pequeñas fracturas en su estructura atómica
 Los diferentes ensayos han demostrado que esta
habilidad de auto regeneración puede verse favorecida
mediante altas temperaturas o usando un haz de
electrones
 El grafeno experimenta cambios ocasionales en la red
que modifican drásticamente sus propiedades. Por
tanto la capacidad de autoreparación tiene cierto
desgaste
 Investigaciones enfocadas a mejorar este proceso
podrían dar lugar a un material con propiedades
únicas

38. Información sobre el grafeno
http://cmc1bgpns.blogspot.com.es/2013/05/powerpoint-sobre-el-grafeno.html
http://es.slideshare.net/OscarFontesIII/grafeno-10316924?qid=b45e8933-2c25-4171-be33-
8af79c8bcbaa&v=&b=&from_search=1
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/illpres.html
Artículos science direct
2.1 Regeneración Del Grafeno Debido a Fracturas Graphene heals the cracks
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092702561500350X
2.2 la auto regeneración del carbono por tratamiento con calor
A possible self-healing mechanism in damaged graphene by heat treatment
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927025612006453
2. Graphene healing mechanisms: A theoretical investigation
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622315304784
2.3 regeneración de fracturas del grafeno por medio de un haz de electrones
Graphene healing mechanisms: A theoretical investigation
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622315304784
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