Avance tecnológico para fabricar grafeno a escala industrial

El grafeno tiene potenciales usos industriales como pantallas electrónicas flexibles, computación de alta velocidad, palas de turbinas eólicas más fuertes y células solares más eficientes, por nombrar sólo algunos en fase de desarrollo.

Expertos han encontrado una nueva ruta para fabricar grafeno que podría convertirlo en el material del siglo XXI, aumentando su creación a escala industrial. El grafeno, una sola capa fuertemente unida de átomos de carbono con una gran resistencia y la capacidad de conducir calor y electricidad mejor que cualquier otro material conocido, tiene potenciales usos industriales como pantallas electrónicas flexibles, computación de alta velocidad, palas de turbinas eólicas más fuertes y células solares más eficientes, por nombrar sólo algunos en fase de desarrollo.

En la década transcurrida desde que los premios Nobel Konstantin Novoselov y Andre Geim demostraron las notables propiedades electrónicas y mecánicas del grafeno, los investigadores han estado trabajando duro para desarrollar métodos de producción de muestras prístinas del material en una escala con potencial industrial. Ahora, un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Pensylvania (Penn State), en Estados Unidos, ha descubierto una ruta para fabricar grafeno de una sola capa, que se ha pasado por alto durante más de 150 años.

«Hay un montón de materiales en capas similares al grafeno con propiedades interesantes, pero hasta ahora no sabíamos cómo sacar químicamente los sólidos de forma separada para hacer hojas sueltas sin dañar las capas», afirma Thomas E. Mallouk, profesor de Química, Física y Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad Estatal de Pensilvania.

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En un artículo publicado en la edición digital de este martes de ‘Nature Chemistry’, Mallouk y sus colegas de Penn State y el Centro de Investigación para Nanocarbonos Exóticos en la Universidad de Shinshu, en Japón, describen un método llamado intercalación, en el que se insertan moléculas huésped o iones entre las capas de grafito de carbono para tirar de las hojas sueltas aparte.

La intercalación de grafito se logró en 1841, pero siempre con un oxidante fuerte o un agente reductor que dañó las propiedades deseables del material. Uno de los métodos más utilizados para intercalar grafito por oxidación fue desarrollado en 1999 por Nina Kovtyukhova, investigadora asociada en el laboratorio de Mallouk.

Mientras estudiaba otros materiales en capas, Mallouk pidió a Kovtyukhova que usara su método, que requiere un fuerte agente oxidante y una mezcla de ácidos, para desplegar capas individuales de nitruro de boro sólido, un compuesto con una estructura similar al grafito. Para su sorpresa, pudo obener todas las capas para extenderlas. En experimentos de control posteriores, Kovtyukhova trató de dejar fuera diversos agentes y se encontró que el agente oxidante no era necesario para que se produzca la reacción.

Mallouk le sugirió que hiciera un experimento similar sin el agente oxidante en el grafito, pero consciente de la amplia literatura que dice que no se requiere el agente oxidante, Kovtyukhova se resistió. «Yo seguía pidiéndole que lo intentara y ella seguía diciendo que no –relata Mallouk–. Finalmente, hicimos una apuesta,y para que fuera más interesante le di probabilidades. Si la reacción no funcionaba, yo le pagaría 100 dólares, y si lo conseguía hacer, me tendría que pagar diez dólares. Tengo el billete de diez dólares en mi pared con un bonito post-it de Nina sobre mi intuición química».

Mallouk cree que los resultados de esta nueva comprensión de intercalación en el nitruro de boro y el grafeno podrían aplicarse a muchos otros materiales en capas de interés para los investigadores del Centro de Penn State para Materiales Laminares y Bidimensionales que están trabajando en lo que se conoce como ‘materiales más allá del grafeno’. «El siguiente paso para Mallouk y sus colegas será encontrar la manera de acelerar la reacción con el fin de aumentar la escala de producción.

 

EP – INNOVAticias

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