Son el componente básico del grafito:láminas ultrafinas de carbono, solo un átomo de espesor, cuyo descubrimiento fue elogiado en 2010 con el Premio Nobel de Física.

El material aparentemente simple es el grafeno, y muchos investigadores creen que tiene un gran potencial para muchas aplicaciones, desde dispositivos electrónicos hasta materiales compuestos de alto rendimiento.

El grafeno es extremadamente fuerte, un excelente conductor, y sin ninguna estructura interna, ofrece una gran cantidad de superficie, muy parecida a una hoja de papel.

Cuando se trata de producir y utilizar grafeno a gran escala, sin embargo, los investigadores se han encontrado con un problema importante:la tendencia del material a agregarse. Como papel las hojas de grafeno se apilan fácilmente en pilas, reduciendo así en gran medida su superficie y haciéndolos no procesables.

Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva forma de grafeno que no se acumula. El nuevo material, inspirado en un bote de basura lleno de papeles arrugados, se fabrica arrugando las hojas de grafeno en bolas.

Un artículo que describe los hallazgos, "Partículas resistentes a la compresión y la agregación de láminas blandas arrugadas, "fue publicado el 13 de octubre en la revista ACS Nano .

Los materiales a base de grafeno se agregan muy fácilmente debido a la fuerte interacción entre las hojas, llamada "atracción de Van der Waals". Por lo tanto, pasos comunes en el procesamiento de materiales, como calefacción, lavado con solvente, compresión, y mezclar con otros materiales, puede afectar en gran medida la forma en que se apilan las hojas. Cuando las hojas parecidas al papel se unen (imagina una baraja de cartas), su superficie se pierde; con solo una fracción de su superficie original disponible, el material se vuelve menos eficaz. Las láminas de grafeno apiladas también se vuelven rígidas y pierden su procesabilidad.

Algunos científicos han tratado de mantener físicamente separadas las hojas insertando "espaciadores" sin carbono entre ellas, pero eso cambia la composición química del material. Cuando el grafeno se arruga en bolas, sin embargo, su superficie permanece disponible y el material permanece puro.

"Si imagina un bote de basura lleno de papel arrugado, realmente entiendes la idea, "dice Jiaxing Huang, Morris E. Fine, profesor junior de materiales y fabricación, el investigador principal del estudio. "Las bolas pueden apilarse en una estructura compacta. Puedes arrugarlas tan fuerte como quieras, pero su superficie no se eliminará, a diferencia del apilamiento cara a cara ".

"Las bolas de papel arrugadas suelen expresar una emoción de frustración, una experiencia bastante común en la investigación, "Huang dice, "Sin embargo, aquí, 'frustración' describe de manera bastante apropiada por qué estas partículas son resistentes a la agregación, porque su superficie irregular frustra o evita el empaquetamiento compacto cara a cara sin importar cómo las procese ".

Para hacer bolas de grafeno arrugadas, Huang y su equipo crearon gotas de agua suspendidas libremente que contienen láminas a base de grafeno, luego usó un gas portador para soplar las gotas de aerosol a través de un horno. A medida que el agua se evaporó rápidamente, las láminas delgadas se comprimieron por fuerza capilar en partículas casi esféricas.

Las partículas de grafeno arrugadas resultantes tienen las mismas propiedades eléctricas que las láminas planas, pero son más útiles para aplicaciones que requieren grandes cantidades del material. Las crestas formadas en el proceso de arrugado hacen que las partículas tengan una propiedad de endurecimiento por deformación; cuanto más los comprimes, cuanto más fuertes se vuelven. Por lo tanto, las bolas de grafeno arrugadas son notablemente estables frente a la deformación mecánica, Dijo Huang.

"Esperamos que esto sirva como una nueva plataforma de grafeno para investigar la aplicación en el almacenamiento y la conversión de energía". "Dijo Huang.