Los investigadores del laboratorio de Jonathan Claussen en la Universidad Estatal de Iowa (a quienes les gusta llamarse nanoingenieros) han estado buscando formas de usar el grafeno y sus increíbles propiedades en sus sensores y otras tecnologías.

El grafeno es un material maravilloso:el panal de carbono tiene solo un átomo de espesor. Es excelente para conducir electricidad y calor; es fuerte y estable. Pero los investigadores han luchado por ir más allá de las pequeñas muestras de laboratorio para estudiar las propiedades de sus materiales a piezas más grandes para aplicaciones del mundo real.

Proyectos recientes que usaban impresoras de inyección de tinta para imprimir circuitos y electrodos de grafeno multicapa hicieron que los ingenieros pensaran en usarlo para Electrónica portátil y de bajo costo. Por ejemplo, "¿Podríamos hacer grafeno a escalas lo suficientemente grandes para los sensores de glucosa?" preguntó Suprem Das, un asociado de investigación postdoctoral del estado de Iowa en ingeniería mecánica y un asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU.

Pero hubo problemas con la tecnología existente. Una vez impresa, el grafeno tuvo que tratarse para mejorar la conductividad eléctrica y el rendimiento del dispositivo. Eso generalmente significaba altas temperaturas o productos químicos; ambos podían degradar las superficies de impresión flexibles o desechables, como las películas de plástico o incluso el papel.

Das y Claussen tuvieron la idea de usar láseres para tratar el grafeno. Claussen, un profesor asistente de ingeniería mecánica del estado de Iowa y un asociado del laboratorio Ames, trabajó con Gary Cheng, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Purdue, para desarrollar y probar la idea.

Y funcionó:descubrieron que el tratamiento de impresoras de inyección de tinta, Los circuitos y electrodos eléctricos de grafeno multicapa con un proceso de láser pulsado mejoran la conductividad eléctrica sin dañar el papel. polímeros u otras superficies de impresión frágiles.

"Esto crea una forma de comercializar y ampliar la fabricación de grafeno, "Dijo Claussen.

Los hallazgos aparecen en la portada de la revista. Nanoescala Número 35. Claussen y Cheng son los autores principales y Das es el primer autor. Los coautores adicionales del estado de Iowa son Allison Cargill, John Hondred y Shaowei Ding, estudiantes graduados en ingeniería mecánica. Otros coautores de Purdue son Qiong Nian y Mojib Saei, estudiantes de posgrado en ingeniería industrial.

Dos importantes subvenciones están apoyando el proyecto y la investigación relacionada:una subvención de tres años del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura, Departamento de Agricultura de EE. UU., con el número de concesión 11901762 y una subvención de tres años del Roy J. Carver Charitable Trust. La Facultad de Ingeniería de Iowa State y el departamento de ingeniería mecánica también están apoyando la investigación.

La Iowa State Research Foundation Inc. ha solicitado una patente sobre la tecnología.

"El gran avance de este proyecto es transformar el grafeno impreso por inyección de tinta en un material conductor capaz de utilizarse en nuevas aplicaciones, "Dijo Claussen.

Esas aplicaciones podrían incluir sensores con aplicaciones biológicas, sistemas de almacenamiento de energía, componentes conductores eléctricos e incluso electrónica basada en papel.

Para hacer todo eso posible los ingenieros desarrollaron tecnología láser controlada por computadora que irradia selectivamente óxido de grafeno impreso con inyección de tinta. El tratamiento elimina los aglutinantes de tinta y reduce el óxido de grafeno a grafeno, uniendo físicamente millones de diminutos copos de grafeno. El proceso hace que la conductividad eléctrica sea mil veces mejor.

"El láser funciona con un pulso rápido de fotones de alta energía que no destruyen el grafeno ni el sustrato, Dijo Das. Se calientan localmente. Bombardean localmente. Procesan localmente ".

Eso localizado El procesamiento láser también cambia la forma y estructura del grafeno impreso de una superficie plana a una con relieve, Nanoestructuras 3-D. Los ingenieros dicen que las estructuras tridimensionales son como pequeños pétalos que se elevan desde la superficie. La estructura rugosa y estriada aumenta la reactividad electroquímica del grafeno, haciéndolo útil para sensores químicos y biológicos.

Todo de eso, según el equipo de nanoingenieros de Claussen, podría trasladar el grafeno a aplicaciones comerciales.

"Este trabajo allana el camino no solo para la electrónica basada en papel con circuitos de grafeno, "escribieron los investigadores en su artículo, "Permite la creación de electrodos electroquímicos basados ​​en grafeno desechables y de bajo costo para innumerables aplicaciones, incluidos sensores, biosensores, pilas de combustible y dispositivos (médicos) ".