A pesar de ser una nica capa atmica, el grafeno es uno de los ms fuertes

materiales, ms fuerte que el acero (Lee et al., 2008); es decir, que tiene una fuerte capacidad

para sobrevivir falla bajo gran carga aplicada. Por otra parte, el grafeno es un muy

fl exible y el material impermeable a los gases (Manojo et al, 2008) por lo que es

adecuado para una variedad de aplicaciones, incluyendo ciencias de la vida. Es por ello

obvio para considerar grafeno como un material con buenas propiedades mecnicas

para aplicaciones en nano micro sistemas electromecnicos (NEMS / MEMS).

Tales aplicaciones pueden variar de deteccin de accionamiento o aplicaciones

en biotecnologa (Wu et al., 2009, Alwarappan et al., 2009). Mediante la combinacin de

propiedades electrnicas y mecnicas de grafeno, los dispositivos con mayor

funcionalidad puede ser fabricado. Los tomos en una sola hoja de grafeno atmica de capa estn dispuestas en una

estructura de nido de abeja y se unen en una confi guracin sp 2 con un carbono

longitud de enlace de carbono de aproximadamente 1,42 . Hojas sueltas de grafeno capa pueden ser

apilados juntos para formar mltiples capas de grafeno con la distancia entre capas

de 3,35 (Delhaes, 2001). Los estudios con microscopio electrnico de barrido

mostr que las ondas de grafeno. Todava es discutible si estas ondas son

intrnseca o extrnseca (Fasolino et al., 2007, Ishigami et al., 2007). Ellos podrian

ser causadas por impurezas o por el sustrato subyacente. A pesar de esto,

grafeno parece conservar sus atributos mecnicos notables en comparacin

con otros materiales. Nos veremos en las secciones posteriores cmo stos

atributos se pueden explorar para desarrollar sistemas nanomecnicos mejoradas. Captulo 14 est organizado de la siguiente manera: en el 14,2, trazamos una comparacin entre

dos materias pendientes, grafeno y silicio; en 14.3, detallamos grafeno 's

parmetros mecnicos, incluyendo el mdulo de Young y el coeficiente de Poisson;

metodologas y problemas de fabricacin se abordan en 14.4; en 14,5, nos

342 El grafeno

explorar nanoestructuras resonantes grafeno; en el 14,6, presentamos ejemplos

de dispositivos de deteccin de nanomecnicos hechos con grafeno; y, en 14,7, nos

discutir las futuras tendencias de nanodispositivos grafeno.

14.2 El grafeno frente silicio

Es instructivo comparar el grafeno con una de las materias pendientes

para MEMS y NEMS, es decir, de silicio monocristalino. Silicio ha dominado

La tecnologa MEMS para las dos ltimas dcadas, lo que permite esta tecnologa para

generar un mercado de miles de millones de dlares (Yole, http://www.yole.fr/

Reports.aspse). Teniendo en cuenta el notable potencial del grafeno, es

previsto que este material tiene el potencial de contribuir a MEMS y

Tecnologas NEMS e incluso competir con el silicio en el mismo nivel. En

Tabla 14.1, se muestra una comparacin entre los dos materiales, en trminos de

algunos de sus parmetros de material. Se nota, por ejemplo, que el grafeno

tiene un mdulo de Young ms alto que el silicio, lo que permite la fabricacin de alta frecuencia

resonadores de grafeno. Por ejemplo, una hecha de nanobeam

grafeno multicapa tiene una frecuencia de resonancia aproximadamente tres veces ms grandes

que la de un haz de silicio que tiene las mismas dimensiones, de acuerdo con

los valores listados en la Tabla 14.1.

La conductividad trmica notablemente superior y una alta carga de corriente

capacidad permite el uso de grafeno como interconexiones en chips electrnicos,

potencialmente reemplazar el cobre. Los altos valores de la movilidad grafeno ofrece

un buen material para su uso como un canal de metal xido semiconductor fi ELD

transistores de efecto (MOSFETs). Silicio Thin-cuerpo se ha convertido en uno de los

materiales promisorios para NEMS, y para el desarrollo de la novela siliconbased

dispositivos de alta velocidad, as como ofreciendo una integracin de alta densidad.

Dispositivos hechos de fina de silicio sobre aislante (SOI) utilizan el enfoque hbrido

es decir, una combinacin de estructuras mviles y MOSFETs en el mismo

plataforma (Abele et al. 2005, Buks y Roukes 2001, Garca-Ramrez et al.

2010, Tsuchiya et al. 2005). En principio, este enfoque hbrido puede ser ed simplifi

an ms en el grafeno, porque la estructura mvil es grafeno s mismo,

que puede ser cerrada electrnicamente y, por lo tanto, que se utiliza como un sensor sin

la necesidad de un transistor de lado. El grafeno se produce principalmente mediante los tres

siguientes mtodos: exfoliacin mecnica de grafito (Novoselov et al.,

2004, 2005); crecimiento epitaxial en SiC (Emtsev et al., 2009, de Heer et al.,

2007); y la deposicin qumica de vapor (CVD) en lmina metlica (Cu, Fe

y otros metales de transicin) (Kim et al., 2009, Li et al., 2009a, b, Obraztsov

et al., 2007). Capas delgadas de grafito pueden cultivar epitaxialmente en 4HSiC

sustrato por la descomposicin trmica de cualquiera de Si-C o superficie terminada

especies. La principal ventaja de grafeno epitaxial de carburo de silicio es el

posibilidad de gran superficie patrones usando microelectrnica estndar

procesos; para la integracin ejemplo, gran rea de la electrnica en la oblea

Nanoelectromechanics grafeno (NEMS) 343

escala es posible (Hass et al., 2006). Exfoliacin de hojas de grafeno se mantiene

el nico mtodo que produce alta calidad copos de grafeno, obtenida por

escisin de micromecnica de grafito a granel. El grafeno puede benefi ciarse de la

tecnologas maduras IC desarrollados para el silicio, aunque la de abajo hacia arriba

enfoque tambin es una ruta viable hacia MEMS grafeno / NEMS.

14.3 grafeno atributos mecnicos

Desde el descubrimiento de grafeno, se han realizado varios experimentos

para medir el mdulo de Young, la fuerza y la relacin de Poisson del grafeno

hojas atmicas. En esta seccin, se discuten los mtodos experimentales utilizados para

medir estos parmetros.

14.3.1 mdulo de Young

En materiales lineales (ley obedecer Hook 's), el mdulo de Young E es defi nida

como la relacin de la tensin de traccin a la deformacin por traccin y, en un isotrpica

material elstico, esto se da por:

= E [14,1]

donde es la deformacin uniaxial. Experimentalmente, el mdulo de Young es

determinada por las pruebas de resistencia a la traccin experimentos: se aplica una carga a la

espcimen en una direccin y el desplazamiento resultante se mide; la

Mdulo de Young est dada por la pendiente de la parcela de carga-desplazamiento. En

silicio MEMS y NEMS, ya que estamos tratando con tamaos desde unas pocas decenas de

micrmetros a unas pocas decenas de nanmetros, en general, varios en-chip

configuraciones de prueba de traccin experimental fueron desarrollados (Sato et al., 1998, Tsuchiya

et al., 2005). Microscopa de fuerza atmica (AFM) tambin se utiliza ampliamente como una

Parmetros del material Tabla 14.1 silicio y grafeno

Joven

mdulo

(TPA)

Electrn

movilidad

(Cm 2

V - 1

s - 1)

Trmico

conductividad

(W m - 1

K - 1)

Relacin de Poisson

El grafeno ~ 1 (Lee et al.,

2008)

> 15000

(Novoselov

et al., 2005)

~5000 (Balandin

et al., 2008)

~0.165 (Lee et al,

2008)

Silicio ~0.13 (Dual

et al., 1997)