Nanointegracion: obtención controlada de nanoestructuras de óxido de grafeno reducido interconectadas en áreas macroscópicamente extendidas mediante la técnica de Langmuir Blodgett

Abstract

El objetivo del presente trabajo es obtener películas delgadas de óxido de grafeno (GO) empleando la técnica de Langmuir-Blodgett (L-B) y posteriormente producir la reducción de la película, analizando distintos métodos, para obtener óxido de grafeno reducido (rGO). Con el objetivo de caracterizar als muestras de GO y rGO, las mismas fueron estudiadas por microscopía de fuerza atómica (AFM), micro-Raman y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) con resolución espacial nanométrica. Se realizaron además medidas de conductividad tanto a escala macro como nanométrica utilizando una estación de prueba y un nanomanipulador acoplado a un equipo de microscopía electrónica de barrido (SEM). Finalmente se correlacionaron el estado químico, la estructura y los defectos presentes en las películas delgadas de rGO con sus propiedades de transporte.El GO fue sintetizado mediante el método de Hummers [1], y se depositó sobre Si(100) empleando la técnica de L-B. El aspecto de los depósitos fue analizado mediante SEM. El espesor de las láminas de GO y rGO se estudió mediante AFM encontrándose para una lámina de rGO un espesor de 1,3±0,1nm, que corresponde al valor esperado para una única lámina de óxido de grafeno. Del análisis de los espectros Raman se puede apreciar una disminución de la banda D asociada a sitios defectuosos de la red [2] mientras que los resultados de XPS realizados in-situ durante un tratamiento térmico en ultra alto vacío permitieron cuantificar la reducción del material e identificar las especies químicas presentes en cada muestra. De acuerdo a las medidas de conductividad, las películas delgadas poseen un comportamiento semiconductor hasta que son reducidas a temperaturas en UHV, alcanzando entonces un carácter óhmico con una elevada conductividad del orden de 105 S/m, la mayor reportada hasta el momento en la literatura [3,4] para compuestos del tipo del rGO.El conjunto de datos experimentales demuestra por una parte la posibilidad de realizar depósitos controlados de GO por L-B y por otro lado, a partir de los resultados de caracterizaciones estructurales y espectroscópicas obtenidos, la eficiencia del proceso de reducción térmico para producir rGO conductor con baja densidad de defectos y una alta relación C/O. Este método de producción tiene gran potencial debido a que abre la posibilidad de sintetizar de forma controlada desde monocapas hasta multicapas de materiales del tipo de los grafenos con propiedades de transporte controladas tanto como aislante o como conductor.