Investigadores en Japón han desarrollado una técnica novedosa pero simple, denominado "conjunto capa por capa impulsado por difusión, "para construir grafeno en estructuras tridimensionales (3D) porosas para aplicaciones en dispositivos como baterías y supercondensadores. Su estudio fue publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El grafeno es esencialmente una hoja ultrafina de carbono y posee propiedades interesantes como una alta estabilidad mecánica y una notable conductividad eléctrica. Se ha promocionado como el material de próxima generación que posiblemente puede revolucionar la tecnología y los sectores energéticos existentes tal como los conocemos.

Sin embargo, la delgada estructura del grafeno también actúa como un obstáculo importante para usos prácticos. Al juntar estas pequeñas láminas en estructuras más grandes, las hojas se apilan fácilmente entre sí, resultando en una pérdida significativa de propiedades únicas del material. Si bien se han propuesto varias estrategias para abordar este problema delicado, a menudo son costosos, pérdida de tiempo, y difícil de ampliar.

Para superar este desafío, Los investigadores del Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Células (iCeMS) de la Universidad de Kyoto tomaron prestado un principio de la química de polímeros y lo desarrollaron en una técnica para ensamblar grafeno en arquitecturas 3D porosas y evitar el apilamiento entre las hojas. Al poner óxido de grafeno (una forma oxidada de grafeno) en contacto con un polímero de carga opuesta, los dos componentes podrían formar una capa compuesta estable, un proceso también conocido como "complejación interfacial".

"Curiosamente, el polímero podría difundirse continuamente a través de la interfaz e inducir reacciones adicionales, lo que permitió que el compuesto a base de grafeno se convirtiera en estructuras gruesas de varias capas. Por eso, Llamamos a este proceso 'ensamblaje capa por capa impulsado por difusión', "explicó Jianli Zou, un co-investigador en el proyecto.

Los productos resultantes muestran una estructura porosa similar a una espuma, ideal para maximizar los beneficios del grafeno, con la porosidad ajustable de ultraligero a muy denso a través de simples cambios en las condiciones experimentales. Es más, el proceso es fácilmente escalable para crear películas de gran superficie que serán de gran utilidad como electrodos y membranas para la generación o almacenamiento de energía.

"Si bien solo hemos demostrado la construcción de estructuras basadas en grafeno en este estudio, Creemos firmemente que la nueva técnica podrá servir como método general para el ensamblaje de una gama mucho más amplia de nanomateriales. "concluyó Franklin Kim, el investigador principal del estudio.