Una imagen de microscopio electrónico de transmisión del nanomaterial grafeno hecha con una nueva técnica de investigadores de Rensselaer. El nuevo, El método a temperatura ambiente necesita poco procesamiento y allana el camino para una producción en masa rentable de grafeno. Crédito:Rensselaer / Kar
Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un método nuevo y sencillo para producir grandes cantidades del prometedor nanomaterial grafeno. La nueva técnica funciona a temperatura ambiente, necesita poco procesamiento, y allana el camino para la producción en masa rentable de grafeno.
Una hoja de carbono de un átomo de espesor dispuesta en una estructura de panal, el grafeno tiene propiedades mecánicas y eléctricas únicas y se considera un heredero potencial del cobre y el silicio como el bloque de construcción fundamental de la nanoelectrónica. Desde el descubrimiento del grafeno en 2004, los investigadores han estado buscando un método sencillo para producirlo en grandes cantidades.
Un equipo de investigadores interdisciplinarios, dirigido por Swastik Kar, profesor asistente de investigación en el Departamento de Física, Física Aplicada, y Astronomía en Rensselaer, ha llevado a la ciencia un paso más hacia la realización de este importante objetivo. Sumergiendo el grafito en una mezcla de ácido orgánico diluido, alcohol, y agua, y luego exponerlo al sonido ultrasónico, el equipo descubrió que el ácido funciona como una "cuña molecular" que separa las hojas de grafeno del grafito original. El proceso da como resultado la creación de grandes cantidades de grafeno de alta calidad disperso en agua. Luego, Kar y su equipo usaron el grafeno para construir sensores químicos y ultracondensadores.
"Hay otras técnicas conocidas para fabricar grafeno, pero nuestro proceso es ventajoso para la producción en masa ya que es de bajo costo, realizado a temperatura ambiente, desprovisto de productos químicos agresivos, y, por lo tanto, es amigable con una serie de tecnologías donde existen limitaciones de temperatura y ambientales, "Kar dijo." El proceso no necesita cámaras de ambiente controlado, que realza su simplicidad sin comprometer su escalabilidad. Esta simplicidad nos permitió demostrar directamente aplicaciones de alto rendimiento relacionadas con la detección ambiental y el almacenamiento de energía. que se han convertido en temas de importancia mundial ".
Resultados del estudio, titulado "Dispersiones acuosas estables de grafeno funcionalizado no covalentemente de grafito y sus aplicaciones multifuncionales de alto rendimiento, "se publicaron en línea el jueves, 17 de junio 2010, por la revista Nano letras . El estudio, disponible en http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl903557p, también será la historia de portada de la edición impresa de noviembre de Nano letras .
El grafeno eludió a los científicos durante años, pero finalmente se fabricó en el laboratorio en 2004 con la ayuda de un material de oficina común:cinta adhesiva transparente. Grafito, el material común utilizado en la mayoría de los lápices, está formado por innumerables capas de grafeno. Al principio, los investigadores simplemente utilizaron la suave adherencia de la cinta para extraer capas de grafeno de un trozo de grafito.
Hoy dia, La fabricación de grafeno es mucho más sofisticada. El método más utilizado, sin embargo, que implica oxidar el grafito y reducir el óxido en una etapa posterior del proceso, da como resultado una degradación de las atractivas propiedades conductoras del grafeno, Dijo Kar. Su equipo tomó una ruta diferente.
Grafeno como se ve en las representaciones anteriores, es una hoja de carbono de un átomo de espesor dispuesta en una estructura de panal. Tiene propiedades mecánicas y eléctricas únicas y se considera un heredero potencial del cobre y el silicio como los componentes fundamentales de la nanoelectrónica. pero es difícil de producir a granel. Un equipo de investigadores de Rensselaer ha llevado la ciencia un paso más hacia la realización de este importante objetivo de una simple, forma eficiente de producir grafeno en masa. Crédito:Rensselaer / Kar
Los investigadores disolvieron ácido 1-pirenocarboxílico (PCA) en una solución de agua y metanol, y luego se introdujo polvo de grafito a granel. La parte pireno del PCA es principalmente hidrofóbica, y se adhiere a la superficie del grafito también hidrófobo. La mezcla se expone a un sonido ultrasónico, que vibra y agita el grafito. A medida que los enlaces moleculares que mantienen unidas las hojas de grafeno en el grafito comienzan a debilitarse debido a la agitación, el PCA también explota estos enlaces debilitados y se abre camino entre las capas de grafeno que componen el grafito. Por último, este ataque coordinado da como resultado que capas de grafeno se desprendan del grafito y caigan en el agua. El PCA también ayuda a garantizar que el grafeno no se aglomere y permanezca uniformemente disperso en el agua. El agua es benigna y es un vehículo ideal a través del cual el grafeno puede introducirse en nuevas aplicaciones y áreas de investigación, Dijo Kar.
"Creemos que nuestro método también será útil para aplicaciones de grafeno que requieran un medio acuoso, como experimentos biomoleculares con células vivas, o investigaciones que involucren interacciones de glucosa o proteínas con grafeno, " él dijo.
Usando membranas ultrafinas fabricadas con grafeno, El equipo de investigación desarrolló sensores químicos que pueden identificar fácilmente el etanol dentro de una mezcla de diferentes gases y vapores. Tal sensor podría posiblemente utilizarse como detector de fugas industrial o como analizador de alcohol en el aliento. Los investigadores también utilizaron el grafeno para construir un dispositivo de almacenamiento de energía ultradelgado. El condensador de doble capa demostró una alta capacitancia específica, poder, y densidad de energía, y tuvo un desempeño muy superior al de dispositivos similares fabricados en el pasado con grafeno. Ambos dispositivos son muy prometedores para futuras mejoras de rendimiento, Dijo Kar.
