Los investigadores en el 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 grosor. 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 sus propiedades materiales a piezas más grandes de verdad-aplicaciones mundiales.
Los proyectos recientes que utilizaron impresoras de inyección de tinta para imprimir circuitos y electrodos de grafeno multicapa tenían a los ingenieros pensando en usarlo para dispositivos electrónicos flexibles, portátiles y de bajo costo. Por ejemplo, "¿Podríamos hacer grafeno a escalas lo suficientemente grandes como para sensores de glucosa?"preguntó Suprem Das, asociado de investigación postdoctoral del estado de Iowa en ingeniería mecánica y asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU.
Pero hubo problemas con la tecnología existente. Una vez impreso, el grafeno tuvo que ser tratado para mejorar la conductividad eléctrica y el rendimiento del dispositivo. Eso generalmente significaba altas temperaturas o productos químicos; ambos podían degradar superficies de impresión flexibles o desechables, como películas de plástico oincluso papel
A Das y Claussen se les ocurrió la idea de usar láseres para tratar el grafeno. Claussen, profesor asistente de ingeniería mecánica del estado de Iowa y asociado del Laboratorio Ames, trabajó con Gary Cheng, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Industrial de la Universidad de Purdue,para desarrollar y probar la idea.
Y funcionó: descubrieron que el tratamiento de electrodos y circuitos eléctricos de grafeno multicapa con inyección de tinta con un proceso de láser pulsado mejora la conductividad eléctrica sin dañar el papel, los 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 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. Los coautores adicionales de Purdue son Qiong Nian yMojib Saei, estudiantes graduados en ingeniería industrial.
Dos subvenciones importantes apoyan el proyecto y la investigación relacionada: una subvención de tres años del Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura, Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, con el número de concesión 11901762 y una subvención de tres años del Roy J. Carver Charitable TrustEl Colegio de Ingeniería del Estado de Iowa y el departamento de ingeniería mecánica también están apoyando la investigación.
Iowa State Research Foundation Inc. ha solicitado una patente sobre la tecnología.
"El avance de este proyecto está transformando el grafeno impreso por inyección de tinta en un material conductor capaz de ser utilizado en nuevas aplicaciones", dijo Claussen.
Esas aplicaciones podrían incluir sensores con aplicaciones biológicas, sistemas de almacenamiento de energía, componentes conductores de electricidad e incluso productos electrónicos basados en papel.
Para hacer todo lo posible, los ingenieros desarrollaron tecnología láser controlada por computadora que irradia selectivamente óxido de grafeno impreso con chorro de tinta. El tratamiento elimina los aglutinantes de tinta y reduce el óxido de grafeno a grafeno, uniendo físicamente millones de pequeñas escamas de grafeno. El proceso hace queconductividad eléctrica más de 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".
Ese procesamiento láser localizado también cambia la forma y la estructura del grafeno impreso de una superficie plana a una con nanoestructuras elevadas en 3D. Los ingenieros dicen que las estructuras en 3-D son como pequeños pétalos que se elevan desde la superficie.y la estructura estriada aumenta la reactividad electroquímica del grafeno, lo que lo hace útil para sensores químicos y biológicos.
Todo 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 de bajo costo y desechables basados en grafeno para innumerables aplicaciones, incluidos sensores, biosensores, pilas de combustible y dispositivos médicos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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