El ICMM mejora su técnica para fabricar dispositivos electrónicos baratos con materiales de dos dimensiones

Image

Los materiales finísimos, de apenas dos dimensiones, son la clave de la electrónica actual y, por ende, la del futuro. Sin embargo, conseguirlos suele ser una tarea cara o de bajo rendimiento. Ahora, un trabajo internacional liderado por un equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) ha mejorado una técnica propia de exfoliación mecánica para crear y escalar la producción de esta clase de materiales de una forma barata, escalable y con mayor rendimiento que tecnologías similares.

Las claves del trabajo acaban de publicarse en la revista Nano Materials Science. Se trata de una importante evolución de un trabajo anterior por el que este equipo creó un sistema de rodillos para llevar a cabo una exfoliación mecánica del material. Para entender la trascendencia de esto, Andrés Castellanos Gómez, investigador del CSIC en el ICMM-CSIC y líder del trabajo, explica cómo normalmente los materiales de dos dimensiones (conocidos como materiales de van der Waals, como el grafito) se consiguen mediante técnicas de impresión (baratas pero con un rendimiento muy bajo) o de deposición/evaporación química (mejor rendimiento, pero muy caras).  Entre ambas técnicas se situaría la exfoliación mecánica, que se suele servir de una cinta adhesiva sobre el material que se quiere exfoliar para, al tirar de ella, obtener las capas de dos dimensiones.

La técnica del ICMM es una mejora sustancial de esta exfoliación mecánica manual convencional. “Buscamos rellenar el hueco entre las dos técnicas, con películas de material más baratas que las impresas pero con rendimiento similar al de las que se consigue por evaporación química”, explica Castellanos-Gómez. En el 2023, su técnica consistía en un sistema de rodillos con cilindros que giraban enfrentados: los rodillos se recubren de cinta adhesiva y sobre ellos se pone el material a exfoliar.  De este modo, cuando se hacían girar ambos cilindros, estos se tocaban, replicando a mayor escala el proceso de adherir y despegar que se realiza en la exfoliación mecánica manual. “Al final del proceso, la cinta adhesiva queda completamente cubierta de grafeno, disulfuro de molibdeno o cualquier otro material en capas (en dos dimensiones)”, explicaba entonces Carmen Munuera, también investigadora del ICMM-CSIC e integrante del equipo de trabajo.

Ahora, a ese sistema se le ha incorporado un movimiento de deslizamiento horizontal de los rodillos, lo que ha permitido que las películas de esas nanohojas sean uniformes y que su Tamayo sea mayor. “Logramos películas a escala de oblea, es decir, de unos cinco centímetros de diámetro: un tamaño con el que se trabaja en la industria”, explica el equipo. La consecuencia de la mejora se ha comprobado al revisar las propiedades electrónicas del material: “Esta técnica escalable permite la fabricación de películas de alta calidad aptas para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas”, celebra Castellanos-Gómez.

Para comprobar que el proceso funciona, el equipo ha fabricado fototransistores de un semiconductor llamado Diseleniuro de wolframio (WSe2), y han logrado parámetros de rendimiento “comparables a los mejores dispositivos reportados basados en material exfoliado electroquímicamente”. “El método de transferencia en seco empleado garantiza una contaminación mínima y preserva las propiedades intrínsecas del material”, continúa Munuera, que destaca que este trabajo “resalta el potencial de la exfoliación mecánica de alto rendimiento como una ruta rentable y confiable para la producción a gran escala de dispositivos basados en materiales 2D”.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España, a través del programa de excelencia científica Severo Ochoa y otros proyectos nacionales, así como del European Research Council.

Referencia Bibliográfica:
Yigit Sozen* Thomas Pucher, Bhagyanath Paliyottil Kesavan, Nuria Jiménez-Arévalo, Julia Hernandez-Ruiz, Zdenek Sofer, Carmen Munuera, Juan J. Riquelme, Andres Castellanos-Gomez *. Wafer-scale films of two-dimensional materials via roll-to-roll mechanical exfoliation. Nano Materials Science. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2026.03.018