Mezclar un poco de hielo seco y un proceso industrial simple y económico produce nanohojas de grafeno de alta calidad, investigadores de Corea del Sur y el informe de la Universidad Case Western Reserve.

Grafeno que está hecho de grafito, lo mismo que "plomo" en los lápices, ha sido aclamado como el material sintético más importante en un siglo. Las hojas conducen la electricidad mejor que el cobre, calor mejor que cualquier material conocido, son más duros que los diamantes pero se estiran.

Los científicos de todo el mundo especulan que el grafeno revolucionará la informática, electrónica y medicina, pero la incapacidad de producir láminas en masa ha bloqueado su uso generalizado.

Una descripción de la nueva investigación se publicará la semana del 26 de marzo en la edición temprana en línea de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Jong-Beom Baek, profesor y director de la Escuela Interdisciplinaria de Energía Verde / Materiales y Dispositivos Avanzados, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan, Ulsan, Corea del Sur, lideró el esfuerzo.

"Hemos desarrollado un forma más fácil de producir en masa mejores láminas de grafeno que la actual, método ampliamente utilizado de oxidación ácida, que requiere la tediosa aplicación de productos químicos tóxicos, "dijo Liming Dai, profesor de ciencia e ingeniería macromolecular en Case Western Reserve y coautor del artículo.

Así es cómo:

Los investigadores colocaron grafito y dióxido de carbono congelado en un molinillo de bolas, que es un bote lleno de bolas de acero inoxidable. El bote se giró durante dos días y la fuerza mecánica produjo escamas de grafito con bordes esencialmente abiertos a la interacción química por el ácido carboxílico formado durante la molienda.

Los bordes carboxilados hacen que el grafito sea soluble en una clase de solventes llamados solventes próticos, que incluyen agua y metanol, y otra clase llamada disolventes apróticos polares, que incluye dimetilsulfóxido.

Una vez dispersado en un solvente, los copos se separan en láminas de grafeno de cinco capas o menos.

Para probar si el material funcionaría en la formación directa de objetos moldeados para aplicaciones electrónicas, las muestras se comprimieron en gránulos. En una comparación, estos gránulos eran 688 veces mejores para conducir la electricidad que los gránulos producidos por la oxidación ácida del grafito.

Después de calentar los gránulos a 900 grados Celsius durante dos horas, los bordes de las láminas derivadas del molino de bolas se descarboxilaron, es decir, los bordes de las nanohojas se vincularon con fuertes enlaces de hidrógeno a las hojas vecinas, permaneciendo cohesivo. La pastilla de oxidación ácida comprimida se rompió durante el calentamiento.

Para formar películas de nanoplacas de grafeno de gran superficie, se vertió una solución de disolvente y las nanohojas de grafeno carboxilado en los bordes sobre obleas de silicio de 3,5 centímetros por 5 centímetros, y calentado a 900 grados Celsius. De nuevo, el calor descarboxilaba los bordes, que luego se unió con los bordes de las piezas vecinas. Los investigadores dicen que este proceso está limitado solo por el tamaño de la oblea. La conductividad eléctrica de las películas de gran superficie resultantes, incluso con una alta transmitancia óptica, todavía era mucho más alto que el de sus contrapartes de la oxidación ácida.

Al usar amoníaco o trióxido de azufre como sustitutos del hielo seco y al usar diferentes disolventes, "puedes personalizar los bordes para diferentes aplicaciones, ", Dijo Baek." Puedes personalizar la electrónica, supercondensadores, catalizadores libres de metales para reemplazar el platino en las pilas de combustible. Puede personalizar los bordes para ensamblar en estructuras bidimensionales y tridimensionales ".