(Phys.org) —Los investigadores de la Universidad de Purdue están desarrollando un método para producir en masa un nuevo tipo de nanomaterial para sensores y baterías avanzados, con miras a la fabricación en el Medio Oeste.

Los resultados de la investigación indican que el material se muestra prometedor como sensor para detectar glucosa en la saliva o las lágrimas y para "supercondensadores" que podrían hacer posible una carga rápida. Baterías de alto rendimiento.

Sin embargo, Para que el material se comercialice, los investigadores deben encontrar la manera de producirlo en masa a bajo costo.

"Una cosa es decir que tienes un nuevo material maravilloso, pero ¿puede probar que se puede hacer a escala comercial? ", dijo Arvind Raman, Robert V. Adams Profesor de Ingeniería Mecánica. "En muchos casos, encontramos que es necesario realizar una investigación fundamental para la ampliación. Desea poder producir grandes cantidades del material a 50 centavos de dólar por metro cuadrado".

Ahora, un equipo de investigadores de Purdue intentará hacer precisamente eso. El proyecto, financiado con una subvención de $ 1.5 millones de la National Science Foundation, se centra en crear un método de nanofabricación que sea "escalable, "o capaz de producirse en masa a bajo coste.

La tecnología subyacente fue desarrollada por un grupo de investigación dirigido por Timothy Fisher, el profesor James G. Dwyer de Ingeniería Mecánica. Consiste en nanoestructuras verticales que se asemejan a pequeños pétalos de rosa hechos de un material llamado grafeno, que es una película de carbono de un solo átomo de espesor.

"Con estos nanopétalos de grafeno hemos obtenido un rendimiento excepcional en una amplia gama de dispositivos a escala de laboratorio, "Dijo Fisher.

Los investigadores esperan aumentar la velocidad de producción de superficies recubiertas de nano pétalos a 10 metros cuadrados por hora, lo que representa un aumento espectacular sobre la tasa de producción a escala de laboratorio.

Raman tiene experiencia en la fabricación de rollo a rollo, un pilar de muchas operaciones industriales, incluida la producción de papel y chapa. Modela la mecánica del proceso de creación de materiales flexibles en láminas a alta velocidad y bajo tensión.

"Un factor clave serán los socios de la industria, ", dijo." Hay muchas industrias que tienen operaciones de rollo a rollo. Por lo tanto, centrarse en el roll-to-roll como plataforma para la producción de nanomateriales es muy estratégico para el Medio Oeste ".

También tiene experiencia en medición de precisión utilizando un microscopio de fuerza atómica.

"Hay que poder medir el material mientras se fabrica, y esto es un desafío debido a la escala nanométrica de los pétalos, " él dijo.

Los nanopétalos de grafeno también se han mostrado prometedores como material de "interfaz térmica" para evitar que los chips de computadora se sobrecalienten.

"Una gran cantidad de nuevos conceptos de dispositivos y materiales basados ​​en nanopétalos de grafeno están surgiendo en aplicaciones tan diversas como compuestos de fibra de carbono y nuevos materiales de interfaz térmica, ", Dijo Raman." El interés comercial es extremadamente alto para este nanomaterial de carbono reciente. "

Otros investigadores clave del proyecto son Alina Alexeenko, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica; Alexander Wei, profesor del Departamento de Química; Ernesto E. Marinero, profesor de práctica de ingeniería en las escuelas de Ingeniería Química e Ingeniería de Materiales; y Euiwon Bae, profesor investigador de ingeniería mecánica.

Los nanopétalos se crean al vacío al exponer una tela de fibra de carbono a plasma de alta energía que contiene iones de hidrógeno y otros ingredientes. un proceso conocido como deposición química de vapor mejorada con plasma. Alexeenko dirigirá los trabajos para modelar el reactor de plasma y optimizar sus condiciones para una conversión rápida y respetuosa con el medio ambiente de las materias primas. como el metano y el hidrógeno, en nanopétalos de carbono.

Wei funcionalizará los pétalos con nanopartículas metálicas y enzimas que reconocen la glucosa u otras moléculas diana para la biodetección. Marinero se centrará en la fiabilidad de los dispositivos fabricados con nanomaterial, y Bae trabajará para asegurar el tamaño adecuado de los pétalos analizando los patrones de dispersión de la luz desde la superficie del material.

La mayor parte de la investigación se basará en el Centro de Nanotecnología Birck en Discovery Park de Purdue.

"La producción a gran escala es un desafío clave al que se enfrenta la nanotecnología, "dijo Ali Shakouri, Mary Jo y Robert L. Kirk, directora del Centro de Nanotecnología Birck y profesora de ingeniería eléctrica e informática. "Este proyecto de NSF es parte de una iniciativa de nanofabricación más amplia en el Centro de Nanotecnología Birck, donde nos centramos en la producción rollo a rollo de películas delgadas inteligentes para aplicaciones en farmacia y envasado de alimentos".

Wei dijo, "El proyecto representa la vanguardia de un movimiento mucho más grande en Purdue para sinergizar la experiencia de investigación central en ciencia e ingeniería de una manera que brinde a los estudiantes graduados oportunidades para superar los desafíos de convertir los descubrimientos de investigación emocionantes en productos que se pueden comercializar".

Las tecnologías desarrolladas en el proyecto podrían comercializarse mediante la colaboración con una empresa emergente local, Folium Nanotechnologies LLC, cofundada por Fisher y Marinero, así como Roche Diagnostics y el Battery Innovation Center. El centro se lanzó este año para aprovechar los activos del sector público y privado de Indiana en tecnologías avanzadas de baterías para facilitar la investigación y el desarrollo. creación rápida de prototipos y fabricación por contrato para la industria, Clientes académicos y militares.

"Se organizará una serie de talleres regionales sobre nanofabricación de rollo a rollo para que sirva como catalizador de la innovación en el Medio Oeste al reunir a los pequeños interesados, empresas medianas y grandes junto con fabricantes de equipos originales e investigadores universitarios, "Dijo Raman.

La nueva tecnología podría ser de especial interés para los fabricantes de baterías de Indiana.

Los investigadores también pondrán a disposición herramientas de simulación avanzadas para procesos de rollo a rollo basados ​​en vacío. Las herramientas estarán a disposición de las empresas a través de la ciberinfraestructura del HUB de fabricación y nanoHUB, un sitio web interactivo que pone a disposición simulaciones científicas, seminarios, cursos interactivos y otros materiales especializados relacionados con la nanotecnología.

"Educaremos a la fuerza laboral de EE. UU. A través de una innovadora clase en línea sobre nanofabricación que se ofrece como parte de la iniciativa nanoHUB U, "Dijo Raman.

La investigación tiene potencial para un amplio impacto.

"Muchos de los resultados de esta investigación no solo son aplicables a la tecnología de nanopétalos de grafeno, sino a una amplia variedad de nanomateriales fabricados en procesos de nanofabricación de rollo a rollo a baja presión y a temperatura ambiente, " él dijo.