El grafeno es un material notablemente fuerte dado que solo tiene un átomo de carbono de espesor. Pero encontrar formas de hacer algo con él, que también sea asequible, siempre ha sido un desafío.

Los científicos llevan mucho tiempo entusiasmados con el potencial del grafeno para revolucionar las tecnologías. e incluso considerarlo una tecnología en sí misma. El grafeno es el conductor de electricidad y calor más conocido. También es la superficie más delgada y representa el material maravilloso de próxima generación para aplicaciones diarias en electrónica.

El Premio Nobel de Física de 2010 fue otorgado a Konstantin Novoselov y Andre Geim por su trabajo pionero sobre las propiedades electrónicas del grafeno.

Siguió mucho entusiasmo en el mundo de la ciencia con conceptos para revolucionar las pantallas y los circuitos electrónicos. Estas dos áreas forman la base de muchas tecnologías, por lo que el impacto del grafeno fue extenso.

Cómo hacer grafeno

Para tales aplicaciones, el grafeno tuvo que producirse industrialmente como grandes películas delgadas sobre un material de soporte. Esto puso de relieve dos vías a las que se podría dirigir el grafeno:como componente electrónico; o como la tecnología principal.

Pero estas direcciones eran bastante estrechas, ya que solo se centraron en posibles hazañas comerciales que involucren a las industrias de la electrónica.

La demanda exagerada de la comercialización del grafeno superó rápidamente los desafíos superpuestos relacionados con el procesamiento de nanomateriales. Como tal, a pesar de toda la emoción, el grafeno aún no ha encontrado un uso generalizado porque es químicamente difícil de procesar.

Deja que la química encuentre un uso

En 2009 desarrollé la primera técnica para producir grafeno químicamente en cantidades a escala industrial.

Estaba claro que la química tenía un papel clave que desempeñar en el uso futuro del material. Ahora podríamos crear cantidades de gramos y kilogramos de las hojas de grafeno átomo por átomo mediante reacciones químicas.

Mi trabajo ha dado lugar a muchos intentos de investigadores de todo el mundo para encontrar técnicas más viables para producir grafeno. Cada intento de llegar a ser inventivo, peculiar, o más innovador que el estado de la técnica.

Encontramos una vía en la que ya no se necesitaban aparatos costosos y el polvo de grafeno podía transportarse con una vida útil prolongada. Este es ahora un objetivo común entre los investigadores.

Este desarrollo superó a un inquilino clave que se pasó por alto durante la era de la física:el grafeno es esencialmente un material que es completamente superficial. La interfaz en una superficie es donde ocurren cosas interesantes y donde operan los químicos.

Para hacer algo útil con una superficie, necesitas mucho, y ahora teníamos mucho grafeno. Las opciones para obtener mucho grafeno son sencillas. Empiece por extraer grafito del suelo de los depósitos naturales, o lo hace químicamente en el laboratorio.

El grafeno producido químicamente ofrece una cantidad relativamente grande de superficie para realizar reacciones químicas emocionantes. Esto es equivalente a tener un bonito campo de fútbol liso para mover una pelota de fútbol.

Cosas no pegajosas este grafeno

Pero cambiar la estructura química del grafeno conservando sus excelentes propiedades físicas es increíblemente difícil. Esto se debe a una paradoja que permite la existencia misma del grafeno:la notable estabilidad de la superficie del grafeno.

Las moléculas como los metales y los gases necesarios para el almacenamiento de energía simplemente no se adhieren al grafeno. Imagínese si todo lo que colocó en su mesa simplemente se cayera, la mesa no sería de mucha utilidad.

Los intentos de cambiar la naturaleza química del grafeno se centraron en unir una pequeña cantidad de moléculas. Esto ha limitado la utilización de grafeno en nanotecnologías, como la próxima generación de baterías, Las películas de energía solar y las pilas de combustible implican reacciones químicas más complejas.

Las aplicaciones que verían el grafeno utilizado en estas tecnologías requerirían moléculas con una química versátil pegadas al grafeno.

Consiga boro a bordo

Junto con mis compañeros, Hemos creado un nuevo material híbrido de grafeno uniendo directamente grupos de boro a la superficie del grafeno.

El truco consistía en utilizar la red conjugada estable en grafeno para atrapar un grupo de boro altamente reactivo. La colocación de este tipo de productos químicos desbloquea propiedades materiales completamente nuevas e interesantes, como una funcionalidad mejorada y una capacidad de respuesta organizada jerárquicamente.

Por ejemplo, el material ahora puede usarse pronto para interactuar con moléculas biológicas, cosechar la luz del sol para su uso en células solares, y metales de anclaje para un almacenamiento eficiente de hidrógeno.

El trabajo proporcionará una idea de cómo los materiales de grafeno conservan su función después de un procesamiento a gran escala. Ahora podemos realizar reacciones químicas exactas en el grafeno que, en última instancia, se traducirán en tecnologías basadas en grafeno más fiables y asequibles.

Hemos superado los límites de la nanoescala y hemos comenzado a encontrar nuevas formas de crear materiales desde cero con propiedades fascinantes que se pueden comercializar.

Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).