Los científicos de la Universidad de Rice han convertido la madera en un conductor eléctrico al convertir su superficie en grafeno.

El químico de Rice James Tour y sus colegas usaron un láser para ennegrecer un patrón de película delgada en un bloque de pino. El patrón es grafeno inducido por láser (LIG), una forma del material de carbono delgado como un átomo descubierto en Rice en 2014.

"Es una unión de lo arcaico con el nanomaterial más nuevo en una única estructura compuesta, "Dijo Tour.

El descubrimiento se detalla este mes en Materiales avanzados .

Las iteraciones anteriores de LIG se realizaron calentando la superficie de una hoja de poliimida, un plástico económico, con un láser. En lugar de una hoja plana de átomos de carbono hexagonales, LIG es una espuma de láminas de grafeno con un borde adherido a la superficie subyacente y bordes químicamente activos expuestos al aire.

No cualquier poliimida produciría LIG, y algunas maderas se prefieren sobre otras, Tour dijo. El equipo de investigación dirigido por los estudiantes graduados de Rice, Ruquan Ye y Yieu Chyan, probó abedul y roble, pero descubrió que la estructura de lignocelulosa reticulada del pino lo hacía mejor para la producción de grafeno de alta calidad que las maderas con un menor contenido de lignina. La lignina es el polímero orgánico complejo que forma paredes celulares rígidas en la madera.

Dijo que convertir la madera en grafeno abre nuevas vías para la síntesis de LIG a partir de materiales que no son de poliimida. "Para algunas aplicaciones, como la impresión de grafeno tridimensional, la poliimida puede no ser un sustrato ideal, ", dijo." Además, la madera es abundante y renovable ".

Al igual que con la poliimida, el proceso se lleva a cabo con un láser industrial estándar a temperatura y presión ambiente y en una atmósfera inerte de argón o hidrógeno. Sin oxigeno el calor del láser no quema el pino, sino que transforma la superficie en escamas arrugadas de espuma de grafeno adheridas a la superficie de la madera. Cambiar la potencia del láser también cambió la composición química y la estabilidad térmica del LIG resultante. Al 70 por ciento de potencia, el láser produjo la más alta calidad de lo que denominaron "P-LIG, "donde la P significa" pino ".

El laboratorio llevó su descubrimiento un paso más allá al convertir P-LIG en electrodos para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno y supercondensadores para el almacenamiento de energía. Para el primero, depositaron capas de cobalto y fósforo o níquel y hierro sobre P-LIG para hacer un par de electrocatalizadores con áreas de gran superficie que demostraron ser duraderos y efectivos.

El depósito de polianilina en P-LIG lo convirtió en un supercondensador de almacenamiento de energía que tenía métricas de rendimiento utilizables, Tour dijo.

"Hay más aplicaciones para explorar, "Vosotros dijiste". Por ejemplo, podríamos usar P-LIG en la integración de la energía solar para la fotosíntesis. Creemos que este descubrimiento inspirará a los científicos a pensar en cómo podemos transformar los recursos naturales que nos rodean en materiales que funcionen mejor ".

Tour vio un beneficio ambiental más inmediato de la electrónica biodegradable.

"El grafeno es una capa delgada de un mineral natural, grafito, así que lo enviaríamos de regreso al suelo de donde vino junto con la plataforma de madera en lugar de a un vertedero lleno de partes electrónicas ".