Un material compuesto creado en la Universidad de Rice es casi impermeable al gas y puede conducir a un almacenamiento eficiente de gas natural comprimido para vehículos. Una película de polímero de 65 micrómetros de ancho, fotografiado de canto con un microscopio electrónico, contiene una pequeña cantidad de nanocintas de grafeno mejoradas que presentan a las moléculas de gas un "camino tortuoso" para escapar. Crédito:Changsheng Xiang / Rice University
Un descubrimiento en la Universidad de Rice tiene como objetivo hacer que los vehículos que funcionan con gas natural comprimido sean más prácticos. También podría prolongar la vida útil de la cerveza y los refrescos embotellados.
El laboratorio de Rice del químico James Tour ha mejorado un material polimérico para hacerlo mucho más impermeable al gas presurizado y mucho más ligero que el metal de los tanques que ahora se utilizan para contener el gas.
La combinación podría ser una bendición para una industria automotriz bajo presión para comercializar automóviles de consumo que usan gas natural más barato. También podría encontrar un mercado en el envasado de alimentos y bebidas.
Tour y sus colegas en Rice y en Hungría, Eslovenia e India informaron sus resultados esta semana en la edición en línea de la revista American Chemistry Society. ACS Nano .
Al agregar modificado, nanocintas de grafeno (GNR) de un solo átomo de espesor a poliuretano termoplástico (TPU), el laboratorio de Rice lo hizo 1, 000 veces más difícil para las moléculas de gas escapar, Tour dijo. Eso se debe a la dispersión uniforme de las cintas a través del material. Debido a que las moléculas de gas no pueden penetrar los GNR, se enfrentan a un "camino tortuoso" hacia la libertad, él dijo.
Los investigadores reconocieron que un sólido, La lámina bidimensional de grafeno podría ser la barrera perfecta para el gas, pero la producción de grafeno en cantidades tan grandes aún no es práctica, Tour dijo.
Una sección transversal de primer plano de un polímero mejorado con nanocintas de grafeno muestra las cintas como puntos blancos dispersos a través del material. donde bloquean eficazmente el paso de las moléculas de gas. El material creado en Rice University podría ser útil para almacenar gas comprimido en un encendedor, recipiente más resistente y para envasado de alimentos. Crédito:Changsheng Xiang / Rice University
Pero las nanocintas de grafeno ya están ahí. La revolucionaria técnica de "descompresión" de Tour para convertir nanotubos de carbono de paredes múltiples en GNR, revelado por primera vez en Nature en 2009, ha sido licenciado para producción industrial. "Estos se producen a granel, lo que también debería hacer que los contenedores sean más baratos, " él dijo.
Los investigadores dirigidos por el estudiante graduado de Rice, Changsheng Xiang, produjeron películas delgadas del material compuesto mediante GNR de fundición en solución tratadas con hexadecano y TPU. un copolímero de bloque de poliuretano que combina materiales duros y blandos. La pequeña cantidad de GNR tratados no representó más del 0,5 por ciento del peso del compuesto. Pero las cintas superpuestas de 200 a 300 nanómetros de ancho se dispersaron tan bien que fueron casi tan efectivas como el grafeno de hoja grande para contener moléculas de gas. La geometría de los GNR los hace mucho mejores que las hojas de grafeno para procesarlos en compuestos, Tour dijo.
Probaron películas de GNR / TPU poniendo nitrógeno presurizado en un lado y vacío en el otro lado. Para películas sin GNR, la presión cayó a cero en aproximadamente 100 segundos cuando el nitrógeno se escapó a la cámara de vacío. Con GNR al 0,5 por ciento, la presión no se movió más de 1, 000 segundos, y bajó solo un poco durante más de 18 horas.
Las pruebas de tensión y deformación también encontraron que la proporción de 0,5 por ciento era óptima para mejorar la resistencia del polímero.
"La idea es aumentar la tenacidad del tanque y hacerlo impermeable al gas, ", Dijo Tour." Esto se vuelve cada vez más importante a medida que los fabricantes de automóviles piensan en alimentar los automóviles con gas natural. Los tanques de metal que pueden manejar gas natural a presión suelen ser mucho más pesados de lo que les gustaría a los fabricantes de automóviles ".
Una imagen de microscopio electrónico muestra nanocintas de grafeno incrustadas en un copolímero de bloque. El material compuesto creado en la Universidad de Rice se muestra prometedor para contener gas natural comprimido y para envasar alimentos. Crédito:Tour Group / Rice University
Dijo que el material podría ayudar a resolver problemas de larga data en el envasado de alimentos, también.
"Recuerdas cuando eras un niño, ¿Conseguirías un globo y se marchitaría al día siguiente? Eso es porque las moléculas de gas atraviesan el caucho o el plástico, ", Dijo Tour." Los científicos tardaron años en descubrir cómo hacer una botella de plástico para refrescos. Una vez, no se podía conseguir una bebida carbonatada en otra cosa que no fuera una botella de vidrio, hasta que descubrieron cómo modificar el plástico para contener las burbujas de dióxido de carbono. E incluso ahora El refresco embotellado se desinfla después de un período de meses.
"La cerveza tiene un problema mayor y, en algunas formas, es el problema inverso, ", dijo." Las moléculas de oxígeno entran a través del plástico y hacen que la cerveza se eche a perder ". Las botellas que son efectivamente impermeables podrían dar lugar a una infusión que se mantenga fresca en el estante durante mucho más tiempo, Tour dijo.
