Producción a gran escala de grafeno gracias a una técnica de detonación patentada por físicos

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Un equipo de físicos de la Universidad Estatal de Kansas, en Estados Unidos, ha descubierto una forma de producir grafeno en masa con tres ingredientes: gas de hidrocarburos, oxígeno y una bujía.

Su método es simple: llenan una cámara con acetileno o gas etileno y oxígeno. Utilizan una bujía de automóvil para crear una detonación contenida. Recogen el grafeno que se forma después. [El grafeno es ese material milagroso que nos ha llevado a descubrir desde los materiales más fuertes, hasta nuevos estados de la materia, hasta formas de potabilizar el agua u ordenadores miles de veces más rápidos].

Chris Sorensen, profesor distinguido Cortelyou-Rust de física de la universidad, es el inventor principal de la patente recientemente concedida: “proceso para la producción de alto rendimiento del grafeno vía detonación del material carbónico“. El resto de investigadores de la Universidad Estatal de Kansas involucrados son Arjun Nepal, investigador postdoctoral e instructor de física, y Gajendra Prasad Singh, ex científico visitante.

(Imagen ampliable) El equipo detrás de la producción de grafeno. Desde la izquierda, los investigadores de la Universidad Estatal de Kansas Justin Wright, estudante doctoral en física en Camp Hill, Pennsylvania; Chris Sorensen, distinguido profesor Cortelyou-Rust en física; y Arjun Nepal, investigador postdoctoral y docente de física, con un recipiente con grafeno. Imagen: Universidad Estatal de Kansas

“Hemos descubierto un proceso viable para producir grafeno”, dijo Sorensen. “Nuestro proceso tiene muchas propiedades positivas, desde la viabilidad económica, la posibilidad de producción a gran escala y la falta de productos químicos desagradables. La que podría ser la mejor propiedad de todas es que la energía necesaria para hacer un gramo de grafeno a través de nuestro proceso es mucho menor que la requerida por otros procesos ya que lo único que necesita es una sola chispa”.

El grafeno es una lámina de átomos de carbono hexagonalmente coordinados, que lo convierte en el material más fino del mundo. Desde que fuera aislado en 2004, los científicos han hallado en el grafeno valiosas propiedades físicas y electrónicas con muchas aplicaciones posibles, como pueden ser baterías recargables más eficientes o una mejor electrónica.

Para el equipo de investigación de Sorensen, el fortuito camino que les llevó a crear grafeno comenzó cuando se encontraban desarrollando y patentando geles de aerosol a base de hollín de carbono. Crearon los geles rellenando una cámara de aluminio de 17 litros con gas acetileno y oxígeno. Usando una bujía, crearon una detonación en la cámara. El hollín de la detonación formó geles de aerosol que parecían “pastel de ángel” negro, dijo Sorensen [el pastel de ángel es un tipo de bizcocho originario de Norteamérica popularizado a finales del siglo XIX].

Pero después de un análisis más profundo, los investigadores hallaron que el gel de aerosol era bastante más que un pastel de ángel: era grafeno.

“Creamos grafeno por serendipia”, dijo Sorensen. “No planeábamos producir grafeno, planeábamos hacer gel de aerosol y tuvimos suerte”.

Pero a diferencia de otros métodos de creación de grafeno, el método de Sorensen es simple, eficiente, de bajo coste y adaptable para la industria.

(Imagen ampliable) Recipiente con 13 gramos de gel aerosol de baja densidad de grafeno creado por el método de detonación por hidrocarburo patentado por el equipo de físicos de la Universidad Estatal de Kansas. Imagen: Universidad Estatal de Kansas

Otros métodos de crear grafeno implican “cocinar” el mineral de grafito con productos químicos (como el ácido sulfúrico, el nitrato de sodio, el permanganato de potasio o la hidracina) durante mucho tiempo a temperaturas precisas. Otros métodos adicionales implican el calentamiento de hidrocarburos a 1.000 grados Celsius en presencia de catalizadores.

Tales métodos son intensivos en energía (e incluso peligrosos) y tienen bajo rendimiento, mientras que el método descrito por Sorensen y su equipo hace cantidades más grandes con energía mínima y ningún producto químico peligroso.

“El verdadero encanto de nuestro experimento es que podemos producir grafeno en cantidades de gramos en lugar de miligramos”, dijo Nepal.

Ahora el equipo de investigación (incluyendo a Justin Wright, estudiante de doctorado en física en Camp Hill, Pennsylvania, Estados Unidos) está trabajando para mejorar la calidad del grafeno y adaptar el proceso de laboratorio a niveles industriales. Están mejorando algunos de los equipos para hacer más fácil la extracción del grafeno de la cámara meros segundos tras la detonación (en lugar de minutos). El acceso más rápido al grafeno podría mejorar la calidad del material, dijo Sorensen.

La patente fue concedida a la Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Kansas, una empresa sin ánimo de lucro responsable de la gestión de actividades de transferencia de tecnología en la universidad.

Artículo original publicado por la Universidad Estatal de Kansas. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-01-26T12:40:54+00:00