Arrugue un trozo de papel y probablemente esté destinado a la basura, pero una nueva investigación muestra que arrugar repetidamente las láminas del nanomaterial grafeno en realidad puede mejorar algunas de sus propiedades. En algunos casos, cuanto más arrugado mejor.

La investigación realizada por ingenieros de la Universidad de Brown muestra que el grafeno, arrugado y arrugado en un proceso de varios pasos, se vuelve significativamente mejor repelente al agua, una propiedad que podría ser útil para hacer superficies autolimpiables. El grafeno arrugado también tiene propiedades electroquímicas mejoradas, lo que podría hacerlo más útil como electrodos en baterías y pilas de combustible.

Los resultados se publican en la revista Materiales avanzados .

Generaciones de arrugas

Esta nueva investigación se basa en trabajos anteriores realizados por Robert Hurt e Ian Wong, de la Escuela de Ingeniería de Brown. El equipo había demostrado previamente que al introducir arrugas en el grafeno, podrían producir sustratos para cultivar células que fueran más similares a los entornos complejos en los que las células crecen en el cuerpo. Para este último trabajo, los investigadores dirigidos por Po-Yen Chen, un becario postdoctoral de Hibbit, Quería construir arquitecturas más complejas incorporando tanto arrugas como arrugas. "Quería ver si había una forma de crear estructuras generacionales superiores, "Dijo Chen.

Para hacer eso, los investigadores depositaron capas de óxido de grafeno sobre películas retráctiles, membranas de polímero que se encogen cuando se calientan (los niños pueden conocerlas como Shrinky Dinks). A medida que las películas se encogen, el grafeno en la parte superior está comprimido, haciendo que se arrugue y se arrugue. Para ver qué tipo de estructuras podrían crear, los investigadores comprimieron las mismas hojas de grafeno varias veces. Después del primer psiquiatra, la película se disolvió, y el grafeno se colocó en una nueva película para volver a encogerlo.

Los investigadores experimentaron con diferentes configuraciones en las sucesivas generaciones de encogimiento. Por ejemplo, a veces sujetaban los extremos opuestos de las películas, lo que hizo que se encogieran solo a lo largo de un eje. Las películas sujetadas produjeron láminas de grafeno con básicamente arrugas paralelas a lo largo de su superficie. Las películas sueltas se contrajeron en dos dimensiones, tanto a lo largo como a lo ancho, creando una superficie de grafeno arrugada en formas aleatorias.

El equipo experimentó con esos diferentes modos de encogimiento durante tres generaciones sucesivas. Por ejemplo, podrían encoger la misma hoja de grafeno en una película sujeta, luego una película sin sujetar, luego sujetó de nuevo; o sin sujetar, sujetado desabrochado. También rotaron el grafeno en diferentes configuraciones entre encogimientos, a veces colocando la hoja perpendicular a su orientación original.

El equipo descubrió que el enfoque multigeneracional podría comprimir sustancialmente las hojas de grafeno, haciéndolos tan pequeños como una cuadragésima parte de su tamaño original. También demostraron que las generaciones sucesivas pueden crear patrones interesantes a lo largo de la superficie:arrugas y arrugas que se superponen entre sí, por ejemplo.

"A medida que profundiza en las generaciones, tiende a obtener estructuras de longitud de onda más grandes con el original, estructura de longitud de onda más pequeña de generaciones anteriores incorporada en ellos, "dijo Robert Hurt, profesor de ingeniería en Brown y uno de los autores correspondientes del artículo.

Una hoja que se encogió sujeta con abrazaderas, desabrochado y luego sujetado se veía diferente de los que estaban sueltos, sujetado desabrochado por ejemplo.

"La secuencia importa, "dijo Wong, también un autor correspondiente en el artículo. "No es como una multiplicación donde 2 por 3 es lo mismo que 3 por 2. El material tiene una 'memoria' y obtenemos resultados diferentes cuando nos arrugamos o arrugamos en un orden diferente".

Los investigadores generaron una especie de taxonomía de estructuras nacidas de diferentes configuraciones de contracción. Luego probaron varias de esas estructuras para ver cómo alteraban las propiedades de las láminas de grafeno.

Propiedades mejoradas

Demostraron que una superficie de grafeno muy arrugada se vuelve superhidrófoba, capaz de resistir la humedad. Cuando el agua toca una superficie hidrofóbica, se forma y rueda. Cuando el ángulo de contacto de esas perlas de agua con una superficie subyacente excede los 160 grados, lo que significa que muy poca superficie de la gota de agua toca el material, se dice que el material es superhidrófobo. Los investigadores demostraron que podían producir grafeno superhidrofóbico con tres encogimientos sin sujetar.

El equipo también demostró que el arrugado podría mejorar los comportamientos electroquímicos del grafeno. que podría ser útil en el almacenamiento y la generación de energía de próxima generación. La investigación mostró que el grafeno arrugado utilizado como electrodo de batería tenía un aumento de hasta un 400 por ciento en la densidad de corriente electroquímica sobre las láminas de grafeno planas. Ese aumento en la densidad de corriente podría generar baterías mucho más eficientes.

"No necesitas un material nuevo para hacerlo, "Dijo Chen." Solo necesitas arrugar el grafeno ".

Además de las baterías y los revestimientos resistentes al agua, El grafeno comprimido de esta manera también podría ser útil en dispositivos electrónicos extensibles:un sensor portátil, por ejemplo.

El grupo planea continuar experimentando con diferentes formas de generar estructuras en grafeno y otros nanomateriales.

"Hay muchos nanomateriales bidimensionales nuevos que tienen propiedades interesantes, no solo grafeno, "Dijo Wong." Por lo tanto, otros materiales o combinaciones de materiales también pueden organizarse en estructuras interesantes con funcionalidades inesperadas ".