Ya sea que lo llames efervescente, gaseoso, o espumoso, el agua carbonatada está regresando como bebida. Aparte de saciar la sed, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han descubierto un nuevo uso para estos brebajes "burbujeantes" que tendrán un gran impacto en el fabricante de los más delgados del mundo, más plano y uno de los materiales más útiles:el grafeno.

A medida que crece la popularidad del grafeno como material "maravilloso" avanzado, la velocidad y la calidad a la que se pueda fabricar serán primordiales. Con eso en mente, el grupo de investigación de SungWoo Nam, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois, ha desarrollado un método más limpio y respetuoso con el medio ambiente para aislar el grafeno utilizando dióxido de carbono (CO2) en forma de ácido carbónico como solución electrolítica. Los hallazgos se publican en el más reciente Revista de Química de Materiales C .

Nam, un experto en el área de materiales 2D, está especialmente interesado en el grafeno para su uso en sensores o dispositivos flexibles, por ejemplo, un parche usable que, cuando se coloca directamente sobre la piel, es tan delgado y transparente, no se nota. Nam actualmente tiene proyectos con la industria para hacer sensores de grafeno portátiles.

El grafeno se sintetiza mediante la deposición química de vapor sobre un sustrato metálico, típicamente lámina de cobre. Un aspecto particularmente complicado de producir grafeno es cómo separar este material atómicamente delgado de su sustrato de metal nativo para integrarlo en dispositivos útiles. Por lo general, esto implica disolver el metal de alta pureza o deslaminarlo del sustrato, lo que requiere el uso de productos químicos agresivos que dejan residuos rebeldes. El grafeno ultrafino también debe recubrirse con una capa de soporte de polímero como policarbonato o PMMA (metacrilato de polimetilo), que requiere el uso de disolventes a menudo tóxicos y cancerígenos.

"En nuestro caso, estamos usando un polímero derivado de biomasa, etilcelulosa, para el revestimiento, "dijo Michael Cai Wang, Estudiante de doctorado de Nam e investigador principal del proyecto. "Un polímero común y económico que se utiliza a menudo como aditivo alimentario, la etilcelulosa se solvata solo en etanol. Esto no solo hace que nuestro proceso de transferencia de grafeno sea más respetuoso con el medio ambiente, ahora también es compatible con una variedad de materiales biológicos poliméricos y blandos, como los plásticos e hidrogeles comunes, que de otro modo no tolerarían los disolventes agresivos ".

"Después de transferir el grafeno, el ácido carbónico simplemente se evapora como dióxido de carbono y agua, que no requiere más aclarado, "Nam señaló." Por lo tanto, estamos ahorrando agua y tiempo al eliminar la necesidad convencional del proceso de enjuague repetitivo y tedioso. Al usar electrolitos como NaOH o NaCl, por ejemplo, el sodio tiende a permanecer en el grafeno, lo cual es muy difícil de eliminar por completo ".

"Al eliminar el grafeno de la lámina de cobre con ácido carbónico, también podemos reutilizar el sustrato de crecimiento varias veces en lugar de gastarlo, obteniendo ahorros significativos en materiales y costos ", dijo Wang.

"Creo que científicamente lo que estamos aportando a la comunidad es realmente motivar a la gente a pensar en una forma más limpia de hacer grafeno". ", Dijo Nam." Estamos tratando de mejorar los protocolos bien establecidos para que la industria pueda adoptar fácilmente nuestras técnicas. Debido a que muchos dispositivos están contaminados por estos productos químicos usados ​​anteriormente, inevitablemente afecta la propiedad del grafeno ".

"El grafeno está empezando a madurar desde el laboratorio y hacia aplicaciones comerciales, ", Dijo Wang." Una vez que comience la fabricación a gran escala, La salud de los trabajadores también es una consideración importante, otro beneficio de nuestro proceso más ecológico ".

Además de hacer nuestra taza favorita de descafeinado o copa de champagne, El grupo también espera que la comunidad científica pueda tomar esto como inspiración para encontrar formas novedosas de utilizar el CO2, que de otro modo sería molesto, para aplicaciones prácticas. Ellos prevén extender el ciclo de vida útil del carbono en el ecosistema industrial mientras desvían y mitigan su emisión a la atmósfera. Si bien la acidificación de los océanos es una consecuencia indeseable de la concentración cada vez mayor de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, el equipo de investigación tomó esto como una inspiración para aprovechar este mismo mecanismo para fabricar de manera sostenible este nuevo material "maravilloso".

Nam también cree que este método puede tener un impacto no solo en la producción de grafeno, pero también proporcionan una técnica ecológica y asequible para usar en el procesamiento de grabado y delaminación de otros materiales.

"Si está interesado en fabricar el mejor transistor del mundo, tienes que tener lo mas limpio, material más puro que puedes sintetizar y transferir, ", concluyó." Aquí brindamos esa oportunidad a la comunidad. Además, mucha gente también está tratando de medir las propiedades intrínsecas de otros materiales. Nuestro enfoque les ayudará a lograrlo ".