Los científicos de la Universidad de Rice han estratificado grafeno inducido por láser y han construido un prototipo que da forma a los bloques tridimensionales resultantes en formas sofisticadas. La espuma ofrece nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y aplicaciones de sensores electrónicos flexibles. Crédito:Tour Group / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado una forma sencilla de producir conductores, objetos tridimensionales hechos de espuma de grafeno.
Los sólidos blandos se ven y se sienten como un juguete para niños, pero ofrecen nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y aplicaciones de sensores electrónicos flexibles. según el químico de Rice James Tour.
La técnica detallada en Materiales avanzados es una extensión del trabajo pionero del laboratorio Tour que produjo el primer grafeno inducido por láser (LIG) en 2014 mediante el calentamiento de láminas de plástico de poliimida de bajo costo con un láser.
El láser quema la mitad del plástico y convierte la parte superior en escamas interconectadas de carbono 2-D que permanecen adheridas a la mitad inferior. LIG se puede hacer en patrones de macroescala a temperatura ambiente.
El laboratorio extendió su técnica para crear LIG en madera e incluso alimentos, pero los objetos tridimensionales de grafeno puro eran menos prácticos hasta ahora, Tour dijo.
"Ahora hemos construido un prototipo de máquina que nos permite convertir espuma de grafeno en objetos 3-D a través de capas sucesivas automatizadas y exposición láser, ", Dijo Tour." Esto realmente lleva el grafeno a la tercera dimensión sin hornos o la necesidad de catalizadores metálicos, y nuestro proceso se escala fácilmente ".
Los científicos de la Universidad de Rice están fabricando espuma de grafeno 3-D inducida por láser (LIG) a través de un proceso automatizado que comienza convirtiendo la capa superior de una hoja de poliimida (PI) en grafeno (arriba), apilar otra capa en la parte superior (centro) con etilenglicol (EG) como aglutinante y luego quemar el PI de la capa superior en grafeno también (abajo). El proceso se repite según sea necesario para construir un bloque tridimensional al que se le pueda dar forma. Crédito:Tour Group / Rice University
El nuevo método se basa en la fabricación de objetos laminados, en el que se ensamblan capas de un material y luego se cortan para darles forma. En este caso, la capa inferior de LIG permanece adherida a su base de poliimida. Una segunda capa se recubre con etilenglicol y se coloca boca abajo sobre la primera, como un sándwich de gelatina. Su parte superior de poliimida luego se quema en grafeno; el proceso se repite hasta que se completa el bloque.
El aglutinante de etilenglicol se evapora en una placa caliente, y cualquier poliimida restante se puede eliminar en un horno. Que deja un prístino bloque de carbono esponjoso, dijo Duy Xuan Luong, estudiante de posgrado de Rice y coautor principal del artículo. El laboratorio de Rice apiló hasta cinco capas de espuma y luego usó un sistema de láser de fibra hecho a medida en una impresora 3D modificada para moler el bloque en formas complejas.
El laboratorio ensambló capacitores de iones de litio de prueba de concepto que usaban LIG 3-D como ánodos y cátodos. La capacidad gravimétrica del ánodo de 354 miliamperios hora por gramo se acercó al límite teórico del grafito, mientras que la capacidad del cátodo excedió la capacidad promedio de otros materiales de carbono. Las celdas de prueba completas retuvieron aproximadamente el 70 por ciento de su capacidad después de 970 ciclos de carga y descarga.
El estudiante graduado de la Universidad de Rice, Duy Xuan Luong, suspende un bloque tridimensional de grafeno inducido por láser sobre dos sauces. El laboratorio utiliza un láser industrial para transformar plástico de poliimida de bajo costo en espuma de grafeno a temperatura ambiente. y luego une las hojas para producir peso ligero, grafeno 3-D conductor. Crédito:Universidad de Rice
"Este es un rendimiento excelente en estos condensadores de iones de litio de nueva generación, que capturan las mejores propiedades de las baterías de iones de litio y los híbridos de condensadores, "Dijo Tour.
Luego, los investigadores infundieron un bloque de 3-D LIG con polidimetilsiloxano líquido a través de sus poros de 20 a 30 nanómetros. Esto creó un aún flexible, material conductor sin cambiar la forma de la espuma original. De este material, hicieron un sensor flexible que registraba con precisión el pulso de la muñeca de un voluntario y dijeron que una mayor calibración del dispositivo les permitiría extraer la presión arterial de la forma de onda del pulso.
