El grafeno inducido por láser es una adición altamente conductora a un pedazo de pan. Un laboratorio de la Universidad de Rice está utilizando un láser industrial para escribir patrones de grafeno en objetos cotidianos, incluyendo comida, tela, cartón y madera. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice que introdujeron el grafeno inducido por láser (LIG) han mejorado su técnica para producir lo que podría convertirse en una nueva clase de productos electrónicos comestibles.
El laboratorio de Rice del químico James Tour, que una vez convirtió las galletas Girl Scout en grafeno, está investigando formas de escribir patrones de grafeno en alimentos y otros materiales para incrustar rápidamente etiquetas y sensores de identificación conductivos en los productos.
"Esto no es tinta, ", Dijo Tour." Esto es tomar el material en sí y convertirlo en grafeno ".
El proceso es una extensión del argumento del laboratorio Tour de que cualquier cosa con el contenido de carbono adecuado puede convertirse en grafeno. En años recientes, el laboratorio ha desarrollado y ampliado su método para fabricar espuma de grafeno mediante el uso de un láser comercial para transformar la capa superior de una película de polímero de bajo costo.
La espuma consiste en microscópicos, escamas reticuladas de grafeno, la forma bidimensional del carbono. LIG se puede escribir en materiales de destino en patrones y usarse como un supercondensador, un electrocatalizador para pilas de combustible, antenas de identificación por radiofrecuencia (RFID) y sensores biológicos, entre otras aplicaciones potenciales.
El nuevo trabajo publicado en la revista American Chemical Society ACS Nano demostró que el grafeno inducido por láser se puede convertir en papel, cartulina, tela, carbón y ciertos alimentos, incluso tostadas.
"Muy a menudo, no vemos la ventaja de algo hasta que lo ponemos a disposición, ", Dijo Tour." Quizás toda la comida tenga una pequeña etiqueta RFID que le brinde información sobre dónde ha estado, cuánto tiempo ha estado almacenado, su país y ciudad de origen y el camino que tomó para llegar a su mesa ".
Dijo que las etiquetas LIG también podrían ser sensores que detectan E. coli u otros microorganismos en los alimentos. "Podrían encenderse y darte una señal de que no quieres comer esto, ", Dijo Tour." Todo eso no se puede colocar en una etiqueta separada en la comida, sino en la comida en sí ".
Múltiples pases de láser con un rayo desenfocado permitieron a los investigadores escribir patrones LIG en tela, papel, patatas, cáscaras de coco y corcho, así como tostadas. (El pan se tuesta primero para "carbonizar" la superficie). El proceso ocurre en el aire a temperatura ambiente.
"En algunos casos, el láser múltiple crea una reacción de dos pasos, "Tour dijo." Primero, el láser convierte fototérmicamente la superficie objetivo en carbono amorfo. Luego, en pasadas posteriores del láser, la absorción selectiva de luz infrarroja convierte el carbono amorfo en LIG. Descubrimos que la longitud de onda es claramente importante ".
Un laboratorio de la Universidad de Rice utiliza un láser para quemar grafeno en forma de búho de arroz en un trozo de tela pretratado con retardante de fuego que convierte la superficie en carbono amorfo. La técnica creada en Rice permite crear grafeno inducido por láser conductor en muchas superficies. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los investigadores recurrieron al láser múltiple y al desenfoque cuando descubrieron que simplemente aumentar la potencia del láser no producía un mejor grafeno en un coco u otros materiales orgánicos. Pero ajustar el proceso les permitió hacer un micro supercondensador en forma de "R" de arroz en su piel de coco de doble láser.
Desenfocar el láser aceleró el proceso para muchos materiales ya que el rayo más amplio permitió que cada punto en un objetivo se disparara muchas veces en un solo escaneo de trama. Eso también permitió un control preciso sobre el producto, Tour dijo. El desenfoque les permitió convertir polieterimida previamente inadecuada en LIG.
"También descubrimos que podíamos tomar pan, papel o tela y agregarles retardante de fuego para promover la formación de carbono amorfo, "dijo el estudiante graduado de Rice, Yieu Chyan, coautor principal del artículo. "Ahora podemos tomar todos estos materiales y convertirlos directamente en aire sin requerir una caja de atmósfera controlada o métodos más complicados".
Yieu Chyan, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, izquierda, y el profesor James Tour. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
El elemento común de todos los materiales seleccionados parece ser la lignina, Tour dijo. Un estudio anterior se basó en la lignina, un polímero orgánico complejo que forma paredes celulares rígidas, como precursor de carbono para quemar LIG en madera secada al horno. Corcho, las cáscaras de coco y las pieles de patata tienen un contenido de lignina aún mayor, lo que facilitó la conversión a grafeno.
Tour dijo flexible, La electrónica portátil puede ser un mercado temprano para la técnica. "Esto tiene aplicaciones para poner trazas conductoras en la ropa, ya sea que desee calentar la ropa o agregar un sensor o patrón conductor, " él dijo.
