materiales monocapa

 

  • Como resultado, se están explorando nanomateriales 2D para su uso en sistemas de administración de fármacos, donde pueden adsorber grandes cantidades de moléculas de fármacos
    y mejorar el control de la cinética de liberación del medicamento en el organismo del paciente.91 Además, sus excepcionales relaciones de área superficial/volumen y sus valores de módulo típicamente altos los hacen útiles para mejorar las
    propiedades mecánicas de los nanocompuestos biomédicos y los hidrogeles de nanocompuestos, incluso a bajas concentraciones.

  • Pese al rápido desarrollo de los nanomateriales 2D, la biocompatibilidad de estos materiales debe evaluarse cuidadosamente para que puedan servir para aplicaciones biomédicas.92
    Como estos materiales son tan nuevos, incluso los más conocidos, como el grafeno, están poco estudiados en lo que se refiere a sus interacciones fisiológicas con los tejidos vivos.

  • Estas películas de platino crecen epitaxialmente sobre grafeno,52 lo que impone una tensión de compresión que modifica la química de la superficie del platino, al mismo tiempo
    que permite la transferencia de carga a través del grafeno.53 Capas de un solo átomo de paladio con un espesor de hasta 2,6 Å,51 y rodio con un espesor inferior a 4 Å54 también se han sintetizado y caracterizado con microscopía de fuerza atómica
    y microscopía electrónica de transmisión.

  • Las nanopartículas 2D, como los materiales 2D a base de carbono, las arcillas de silicatos, los dicalcogenuros de metales de transición (TMD por sus siglas en inglés) y los
    óxidos de metales de transición (TMO por sus siglas en inglés), brindan una funcionalidad física, química y biológica mejorada debido a sus formas uniformes, altas proporciones superficie/volumen y carga superficial.

  • Los métodos de exfoliación incluyen sonicación, exfoliación mecánica, hidrotermal, electroquímica, asistida por láser y asistida por microondas.5 Materiales constituidos por
    un solo elemento químico C: grafeno y grafino[editar] (la letra C no es por un orden A, B, C, sino el símbolo del elemento químico constitutivo, en este caso el carbono) Grafeno[editar] El grafeno (graphene en inglés) es un alótropo cristalino
    del carbono en forma de una lámina casi transparente (a la luz visible) de un átomo de espesor.

  • Sin embargo, el fosforeno tiene propiedades electrónicas sustancialmente diferentes; en particular, posee una banda prohibida distinta de cero a la vez que muestra una alta
    movilidad de electrones.32 Esta propiedad lo convierte potencialmente en un mejor semiconductor que el grafeno.33 La síntesis de fosforeno consiste principalmente en métodos de escisión micromecánica o exfoliación en fase líquida.

  • De momento este fenómeno se ha probado a través de una combinación de diferentes técnicas de medición para el siliceno,27 para el cual la aleación es difícil de probar con
    una sola técnica y, por lo tanto, no se esperaba desde hace mucho tiempo.

  • Se ha descubierto que las estructuras únicas que se encuentran en los materiales 2D dan como resultado un comportamiento auxético (sometidos a presión, se expanden, en vez
    del comportamiento habitual de un material macroscópico, que se comprime) en el fosforeno79 y el grafeno80 y una relación de Poisson de 0 en el borofeno de red triangular.81 Las mediciones del módulo de cizalladura del grafeno se extrajeron
    midiendo un cambio en la frecuencia de resonancia en un experimento de oscilador de doble paleta, así como con simulaciones MD.

  • Aplicaciones biológicas[editar] La investigación sobre nanomateriales 2D aún está en sus inicios, con la mayoría de la investigación centrada en determinar las características
    de cada material, y escasos trabajos dedicados a sus aplicaciones biomédicas.86 Sin embargo, los rápidos avances recientes en nanomateriales 2D han planteado importantes preguntas sobre sus interacciones con los restos biológicos.

  • Por ejemplo, el llamado “ángulo mágico” entre dos capas de grafeno es 1,05 grados.70 Caracterización Se utilizan técnicas de microscopía —como microscopía electrónica de transmisión,
    difracción de electrones 3D,74 microscopía de sonda de barrido,75 microscopio de túnel de barrido,71 y microscopía de fuerza atómica— para caracterizar el grosor y el tamaño de los materiales 2D.

  • Una lámina de grafeno es cientos de veces más resistente que una lámina del mismo peso de la mayoría de los aceros.6 Tiene la conductividad térmica y eléctrica más alta conocida,
    mostrando densidades de corriente un millón de veces mayores que las del cobre.7 Se produjo por primera vez en 2004.8 Andre Geim y Konstantín Novosiólov ganaron el Premio Nobel de Física 2010 «por experimentos innovadores sobre el material
    bidimensional grafeno».

  • Los experimentos de nanoindentación generalmente se ejecutan con el material 2D en forma de tira lineal sujeta por ambos extremos, a la que se le aplica la indentación (incisión)
    mediante una cuña.

  • La exfoliación de bismuteno a partir de un bloque tridimensional de bismuto se ha conseguido en varios casos, con trabajos recientes que proponen la implementación del bismuteno
    en la detección electroquímica.

  • En el caso de capas muy delgadas de materiales 2D, la tensión de flexión generalmente no se tiene en cuenta en las mediciones de indentación, pero en muestras multicapa la
    tensión de flexión se vuelve relevante.

  • La lámina se forma espontáneamente en solución, lo que permite aplicar películas delgadas mediante rotación.

  • Aplicaciones La principal expectativa entre los investigadores es que, dadas sus excepcionales propiedades, los materiales 2D reemplazarán a los semiconductores convencionales
    para alumbrar una nueva generación de productos electrónicos.

  • Por lo tanto, las aplicaciones a temperatura ambiente del efecto Hall de espín cuántico están al alcance de la mano.

  • La caracterización mecánica mediante experimentación directa con el material es posible en materiales 2D que sobrevivan al experimento y que puedan depositarse en sustratos
    adecuados o existir de forma independiente.

  • Las propiedades eléctricas y las propiedades estructurales, como la composición y los defectos, se caracterizan mediante espectroscopia Raman, difracción de rayos X, y espectroscopia
    de fotoelectrones de rayos X.76 Caracterización mecánica[editar] La caracterización mecánica de materiales 2D es difícil debido a la reactividad ambiental y las limitaciones del sustrato presentes en muchos de ellos.

  • Muchos materiales 2D también poseen una deformación fuera del plano, lo que complica aún más medir sus propiedades.77 La prueba de nanoindentación se usa comúnmente para medir
    experimentalmente el módulo elástico, la dureza y la resistencia a la fractura de materiales 2D.

  • Por ejemplo, los nanomateriales 2D son los materiales más delgados que se conocen, lo que significa que también poseen las áreas superficiales específicas más altas de todos
    los materiales conocidos.

  • Estas diversas propiedades hacen que los nanomateriales 2D sean adecuados para una amplia gama de aplicaciones como administración de fármacos, toma de imágenes, ingeniería
    de tejidos o biosensores.90 Sin embargo, su nanoestructura de escaso grosor les confiere algunas características comunes.

  • Está compuesto por una sola capa de átomos de estaño dispuestos de manera similar al grafeno.28 Su estructura combada conduce a una alta reactividad frente a los contaminantes
    atmosféricos comunes, como los óxidos de nitrógeno (NOx), el dióxido de carbono y el monóxido de carbono, y es capaz de atraparlos y disociarlos (por ejemplo en nitrógeno y oxígeno) a baja temperatura.29 Una determinación de la estructura
    del estaneno usando difracción de electrones de baja energía ha mostrado un estaneno ultraplano en una superficie de cobre(111).30 Pb: plumbeno[editar] El plumbeno es un alótropo bidimensional del plomo, con una estructura de panal hexagonal
    similar a la del grafeno.31 P: fosforeno[editar] Estructura de fosforeno: (a) vista inclinada, (b) vista lateral, (c) vista superior.

  • Este polímero tiene un límite elástico 2 veces mayor que el del acero y resiste 6 veces más la fuerza de deformación que el vidrio a prueba de balas.

  • Compuestos • Grafano (graphane en inglés), (CH) n Dos capas apiladas alternativamente de nitruro de boro hexagonal • Nanolámina de nitruro de boro • Nanolámina de titanato
    • Borocarbonitruros • MXenos (monocapas de carburos o nitruros metálicos) • Monocapas de dicalcogenuro de metales de transición • Sílice 2D • Bromuro de niobio y cloruro de niobio (Nb 3[X] 8) • Germanano El germanano es un cristal monocapa
    de germanio con un hidrógeno unido en la dirección z (vertical, si consideramos que la superficie sobre la que se encuentran los átomos de germanio es horizontal) a cada átomo de Ge.62 La estructura del germanano es similar a la del grafano.63
    El germanio en bruto no adopta esta estructura.

  • y sumergido en agua.37 También se puede producir por exfoliación en fase líquida.38 Sus propiedades lo convierten también en un buen candidato para aplicaciones biomédicas
    y energéticas.39 En un estudio realizado en 2018,40 se sometieron electrodos serigrafiados (SPE) modificados con antimoneno a una prueba de carga/descarga galvanostática utilizando un enfoque de dos electrodos para caracterizar sus propiedades
    supercapacitivas.

  • Los materiales 2D generalmente se pueden clasificar como alótropos 2D de varios elementos o como compuestos (de 2 o más elementos químicos unidos por un enlace covalente).

  • La girotrónica (twistronics en inglés, de twist, torcer) es el estudio de cómo el ángulo entre capas de materiales bidimensionales puede cambiar sus propiedades eléctricas.

  • Sin embargo, la fuerza de ruptura del material depende fuertemente del tamaño de la punta, debido a la concentración de tensión en el vértice de la punta.78 Usando estas técnicas,
    se halló que el módulo de elasticidad y el límite elástico del grafeno eran 342 N/m y 55 N/m, respectivamente.78 Las mediciones del coeficiente de Poisson en materiales 2D son generalmente sencillas.

  • El primero tiene un rendimiento bajo, mientras que el segundo produce nanoláminas independientes en el solvente, pero no en el soporte sólido que sería necesario para su utilización.

  • El cuadro derecho, casi todo negro, es un patrón de difracción de electrones que confirma la estructura hexagonal.

  • Durante el depósito de la monocapa, la aleación actúa como base y andamio, por lo que le allana el camino.27 Orgánicos El Ni3(HITP)2 es un conductor eléctrico organometálico
    (lleva níquel), cristalino, con un área de superficie alta y cuya estructura puede ser adaptada en cierta medida a los usos que se le quieran dar.

  • Los materiales de una sola capa que son compuestos de 2 o más elementos tienen sufijos -ano o -uro.

  • La tensión de fractura de la lámina 2D es la que se mide cuando la muestra se rompe.

  • Otro método es que el material 2D se encuentre en forma de membrana circular sujeta alrededor de la circunferencia, y la incisión se practique mediante una punta redondeada
    en el centro de la membrana.

  • El mismo estudio también describe la producción in situ de nanocompuestos de óxido de antimoneno/PEDOT:PSS como plataformas electrocatalíticas para la determinación de compuestos
    nitroaromáticos.

  • Sin embargo, la banda prohibida llega a 800 mV (milivoltios) debido al gran acoplamiento espín-órbita de los átomos de Bi y su interacción con el sustrato.

  • Los enfoques de abajo hacia arriba, como la deposición química de vapor (CVD), de momento no funcionan con el fósforo debido a su alta reactividad.

  • La tensión aplicada a la película en el proceso de sujeción puede denominarse tensión residual.

  • A partir de estos valores medidos directamente, existen modelos que permiten estimar la tenacidad a la fractura, el exponente de endurecimiento por trabajo, la tensión residual
    y el límite elástico.

  • Dependiendo del contenido de los grupos acetileno, el grafeno puede considerarse una hibridación mixta, spn, donde, en comparación con el grafeno (sp 2 puro) y el diamante
    (sp 3 puro).

  • La resistencia a la fractura de los materiales 2D en Modo I (KIC) se ha medido directamente estirando las capas previamente agrietadas y siguiendo la propagación de las grietas
    en tiempo real.84 Las simulaciones MD, así como las simulaciones de mecánica molecular, también se han utilizado para calcular la resistencia a la fractura en el Modo I.

  • Los valores del módulo elástico y de la tensión residual se pueden extraer determinando las porciones lineal y cúbica de la curva experimental de fuerza-desplazamiento (fuerza
    aplicada a la punta redondeada-desplazamiento de esta punta al penetrar en la superficie del material).

  • Se ha predicho que podrían elaborarse cientos de materiales monocapa estables.23 La estructura atómica y las propiedades básicas calculadas de muchos materiales monocapa potencialmente
    sintetizables se pueden encontrar en bases de datos.4 Los materiales 2D se pueden producir utilizando principalmente enfoques top-down y bottom-up: en el primero se exfolian láminas monoatómicas (2D) de un bloque de material (3D).

  • Sin embargo, el grafdiino (graphdiyne en inglés, grafeno con grupos diacetileno) se sintetizó sobre sustratos de cobre.14 Recientemente, se ha afirmado que es un competidor
    del grafeno debido al potencial de los conos de Dirac dependientes de la dirección.

  • Aleación superficial combinada A menudo los materiales monocapa, específicamente los alótropos de un solo elemento químico, se unen al sustrato a través de aleaciones superficiales,
    que se forman de manera natural (no buscada por los investigadores).

  • Además, su delgadez les permite responder rápidamente a señales externas como la luz, lo que los hace útiles en terapias ópticas de todo tipo, incluidas aplicaciones de imagen,
    terapia fototérmica (PTT por sus siglas en inglés) y terapia fotodinámica (PDT por sus siglas en inglés).

  • Además, las complejidades del tamaño y la forma variables de las partículas, las impurezas de la fabricación y las interacciones proteicas e inmunitarias han dado como resultado
    un mosaico de conocimientos sobre la biocompatibilidad de estos materiales.

  • En materiales anisotrópicos, como el fosforeno, se encontró que la propagación de grietas ocurre preferentemente a lo largo de ciertas direcciones.85 Se halló que la mayoría
    de los materiales 2D sufrían una fractura frágil.

  • En ciencia de materiales, el término materiales monocapa (single-layer), materiales de una sola capa, materiales de una única capa o materiales 2D se refiere a sólidos cristalinos
    constituidos por una sola capa de átomos.

  • En consecuencia, también pueden esperarse que se den estas aleaciones superficiales debajo de otros materiales bidimensionales.

  • Por lo tanto, actualmente el método más eficaz para la fabricación de películas delgadas de fosforeno sobre superficies grandes consiste en técnicas de ensamblaje en húmedo
    como Langmuir-Blodgett, que implica el ensamblaje seguido de la deposición de nanoláminas sobre soportes sólidos.34 Sb: antimoneno[editar] El antimoneno es un alótropo bidimensional del antimonio, con sus átomos dispuestos en una red de panal
    combado.

 

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Photo credit: https://www.flickr.com/photos/kacey/2183357362/’]