Materiales Bidimensionales que no conocías

El grafeno es un material que ha causado gran revuelo gracias a sus impresionantes características. Cuando vemos su estructura hubo una serie de preguntas que me surgieron. ¿Qué pasa si imitábamos su estructura pero con otros átomos? o ¿Existen otros materiales de solo 2 dimensiones? En un post hablaba sobre los alótropos del fosforo descubrí que existía un caso similar al grafeno, el fosforeno, por lo que decidí investigar si existen otros casos similares y resultó ser que sí.

Qué son

Resulta que en la ciencia de materiales existen numerosos casos de materiales bidimensionales, estos son sólidos que están formados solo por una capa de átomos. Estos pueden estar formados por un solo elemento y para nombrarlos se utiliza el sufijo -eno. Ej del grafito deriva el grafeno. O en caso de que este formado por 2 o mas elementos se usa el sufijo -ano o -ido.

Se cree que hay cientos de estos materiales 2D pero es una rama muy reciente y solo se han logrado sintetizar algunos mientras que otros solo se han podido estudiar por predicciones computacionales, aparte claro de los que no habremos descubiertos todavía.

Cuáles existen

Grafeno: Es sin duda el más famoso de todos los materiales que vamos a hablar en este post. Se trata de un alótropo de carbono, formado por una sola capa de grafito. Este material tiene la conductividad térmica y eléctrica más alta conocida, lo que ha provocado especulaciones de sus usos en el campo tecnológico.

Grafino: Aun así no es el único material de este estilo que puede formar el carbono. El grafeno tiene un hermano más desconocido llamado grafino. Este tiene una red estructural un tanto más compleja. Se trata de bencenos pero que en vez de cada átomo estar unido a otro de hidrógeno, estos están unidos y conectados con otros ‘’bencenos’’ por 2 átomos de carbono con un triple enlace (acetileno). Tal como se muestra en la figura.

Hasta la fecha se han obtenido variaciones que tratan de imitar su estructura pero todavía no se ha podido sintetizar. Aun así estudios computacionales le atribuyen propiedades que podrían rivalizar con las del grafeno.

Borofeno: En este caso se trata de una capa de boro. En concreto 36 átomos de boro dejando un hueco hexagonal en el centro, pero puede extenderse utilizando estos como bloques

A diferencia del grafeno que es semimetálico este es completamente metálico, por lo que podría ser incluso mejor material para baterías debido a sus altas capacidades específicas, conductividad electrónica y propiedades de transporte de iones.

Otros compuestos con una red estructural semejante a la del grafeno son el siliceno, antimoneno, germaneno, estateno (este es formado por una capa de estaño pero es muy reactivo) e incluso se puede obtener con el plomo, obteniendo así el plumbeno.

Todos se obtienen de manera similar, en condiciones de mucho vacío y elevadas temperaturas se deposita una capa de esos átomos sobre un sustrato, normalmente un metal.

Fosforeno: El material que me dio la idea para esta entrada, se obtiene del fosforo negro, un alótropo del fosforo que se obtiene al someter el fosforo blanco a presiones de más de 12.000 atm. Este presenta una estructura similar a la del grafito y de igual forma se puede laminar para obtener el fosforeno.

Su estructura es similar a la del grafeno, pero posee propiedades diferentes. Principalmente se debe a una brecha de banda distinta de cero mientras muestra una alta movilidad de electrones. Debido a esto se piensa que puede ser mejor semiconductor que el grafeno.

Si quieres saber más de las formas del fosforo mira esto

Bismuteno: Formado por átomos de bismuto, sigue una estructura similar a la del grafeno pero teniendo una capa prohibida mucho mas larga, 800mV siendo la más grande de los presentes en materiales 2D. De igual manera su conductividad térmica es sumamente baja.

Como dije al principio no solo se podían obtener estos materiales de un solo elemento sino que en aleaciones también se podían obtener. Algunos ejemplos son

• Grafano (carbono e hidrógeno)

• Un alótropo del nitruro de boro

• Monoláminas de titanato (titanio y oxígeno)

• Germanano (germanio e hidrógeno)

Un tema que me ha parecido interesante y del que todavía queda mucho por estudiar. No descarto dedicarle próximos post a estos compuestos