Patterning of graphene: Exploring emulsions and Langmuir-Blodgett Methods

• Autores: Alicia Naranjo Chacón
• Directores de la Tesis: Emilio Pérez Álvarez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 233
• Títulos paralelos:
  • Modificación selectiva de grafeno: Explorando el uso de emulsiones y monocapas de Langmuir-Blodgett
• Tribunal Calificador de la Tesis: Steven de Feyter (presid.), Amadeo L. Vázquez de Parga (secret.), María Antonia Herrero Chamorro (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Orgánica por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Emulsiones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Uno de los mayores retos de la ciencia de materiales 2D es conseguir una funcionalización química precisa de los nanomateriales y, en particular, del grafeno. La información detallada sobre este material extraordinario y su modificación química ha sido expuesta en el Capítulo 1. La capacidad de modificar selectivamente su superficie permitiría ajustar sus propiedades y mejorar su versatilidad y potencial en diversos campos. Estas transformaciones suelen sufrir de falta de control, debido a la uniformidad química de los átomos del plano basal del grafeno. El método de nanopatterning se basa en la funcionalización selectiva de algunas zonas del material 2D, dejando el resto intactas. Así, surge como un enfoque atractivo que garantiza una mayor precisión, miniaturización e interacciones químicas selectivas. Sin embargo, estos métodos suelen requerir de condiciones duras, estrategias complejas, alta rentabilidad, reacciones de larga duración y, en última instancia, dificultades para su ampliación.

    Explorar estrategias más novedosas, sencillas y flexibles para el modelado de nanomateriales es un desafío desde un punto de vista científico y relevante si uno desea abordar la tecnología con materiales 2D modelados. Las emulsiones son un sistema bifásico en el que dos líquidos inmiscibles (típicamente agua y aceite) se dispersan entre sí, formando micelas. En esta tesis, las emulsiones se muestran como una alternativa simple, prometedora y eficaz que permite el patterning selectivo del grafeno. La compatibilidad de incluir sales de diazonio dentro del sistema, conocidas por su excelente reactividad con el grafeno en medios acuosos, ha demostrado ser una metodología exitosa para el patterning de este material. Además, debido a su versatilidad se exhiben como un candidato extraordinario para extender esta metodología de patterning a otros nanomateriales. Los resultados de este proyecto se han descrito en profundidad en el Capítulo 2.

    La química del diazonio se ha utilizado en muchas áreas diferentes en reacciones en disolución, como la funcionalización de superficies (mencionada anteriormente), la bioconjugación y la catálisis, entre otras. La posibilidad de pasar de reacciones bulk en disolución a medios reactivos en una interfase aire-agua abre nuevas vías para la química del diazonio. Uno de estos enfoques puede traducirse en la formación de superficies modificadas de monocapas mediante la metodología Langmuir-Blodgett. Esta técnica se basa en el autoensamblaje de moléculas anfifílicas y permite controlar con precisión a nivel molecular el grosor de dicha monocapa. Además, la combinación de las monocapas de Langmuir-Blodgett y la química de diazonio podría terminar en la transferencia de las superficies modificadas de monocapas a un sustrato de grafeno. Los resultados de este proyecto se han descrito en profundidad en el Capítulo 3.

    Paralelamente al grafeno, muchos otros análogos del carbono (como los nanotubos de carbono) y materiales 2D emergentes (como MoS2 y FePS3) han captado la atención de la comunidad científica en diversos campos. Su modificación química permite ajustar las propiedades de estos materiales, haciéndolos apropiados para aplicaciones desde extraordinarios dispositivos magnéticos y electrónicos hasta fines biomédicos. Esta tesis ha estado involucrada en muchos otros proyectos (relacionados con estos materiales), gracias a la oportunidad de trabajar con muchos grupos de investigación diferentes. Los resultados se han reflejado en publicaciones de investigación, como se expone en el Apéndice.