Ya sea que lo llame efervescente, efervescente o con gas, el agua carbonatada está regresando como bebida. Además de calmar la sed, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han descubierto un nuevo uso para estos brebajes "burbujeantes" quetendrá un gran impacto en el fabricante de los materiales más delgados, planos y útiles del mundo: el grafeno.
A medida que la popularidad del grafeno crece como un material avanzado de "maravilla", la velocidad y la calidad a la que puede fabricarse serán primordiales. Con eso en mente, el grupo de investigación de SungWoo Nam, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois,ha desarrollado un método más limpio y ecológico para aislar el grafeno con dióxido de carbono CO 2 en forma de ácido carbónico como solución electrolítica.Los hallazgos se publican en el más reciente Revista de Química de Materiales C .
Nam, un experto en el área de materiales 2D, está especialmente interesado en el grafeno para su uso en sensores o dispositivos flexibles; por ejemplo, un parche portátil que, cuando se coloca directamente sobre la piel, es tan delgado y transparente, no esNo se nota. Nam actualmente tiene proyectos con la industria para fabricar sensores de grafeno portátiles.
El grafeno se sintetiza mediante el uso de deposición química de vapor sobre un sustrato de metal, típicamente lámina de cobre. Un aspecto particularmente complicado de producir grafeno es cómo separar este material atómicamente delgado de su sustrato de metal nativo para la integración en dispositivos útiles. Esto generalmente implica disolveraleje el metal de alta pureza o lo delamine del sustrato, lo que requiere el uso de productos químicos agresivos que dejan residuos difíciles. El grafeno ultrafino también debe recubrirse con una capa de soporte de polímero como policarbonato o PMMA metacrilato de polimetilmetilo, que requiere el uso de solventes a menudo tóxicos y cancerígenos.
"En nuestro caso, estamos usando un polímero derivado de la masa biológica, etilcelulosa, para el recubrimiento", dijo Michael Cai Wang, estudiante de doctorado e investigador principal del proyecto de Nam. "Un polímero común y económico que se usa a menudo como unComo aditivo alimentario, la etilcelulosa está solvatada en solo etanol. Esto no solo hace que nuestro proceso de transferencia de grafeno sea más ecológico, sino que ahora también es compatible con una variedad de materiales biológicos poliméricos y blandos como plásticos e hidrogeles comunes que de otro modo no tolerarían solventes fuertes."
"Después de transferir el grafeno, el ácido carbónico simplemente se evapora en forma de dióxido de carbono y agua, lo que no requiere más enjuague", señaló Nam. "Estamos ahorrando agua y tiempo al eliminar la necesidad convencional deel proceso de enjuague repetitivo y tedioso. Al usar electrolitos como NaOH o NaCl, por ejemplo, el sodio tiende a permanecer en el grafeno, lo cual es muy difícil de eliminar por completo ".
"Al delaminar el grafeno de la lámina de cobre con ácido carbónico, también podemos reutilizar el sustrato de crecimiento varias veces en lugar de gastarlo, obteniendo importantes ahorros de material y costos", dijo Wang.
"Creo que científicamente lo que estamos aportando a la comunidad es realmente motivar a las personas a pensar en una forma más limpia de producir grafeno", dijo Nam. "Estamos tratando de mejorar los protocolos bien establecidos para que la industria pueda adoptar fácilmentenuestras técnicas. Debido a que muchos de los dispositivos están contaminados por estos químicos previamente utilizados, inevitablemente afecta la propiedad del grafeno ".
"El grafeno recién comienza a madurar en el laboratorio y en aplicaciones comerciales", dijo Wang. "Una vez que comience la fabricación a gran escala, la salud de los trabajadores también es una consideración importante, otro beneficio de nuestro proceso más ecológico".
Además de preparar nuestra taza favorita de descafeinado o copa de champán, el grupo también espera que la comunidad científica pueda tomar esto como inspiración para encontrar formas novedosas de utilizar CO2, que de otra manera sería molesto, para aplicaciones prácticas. Ellos prevén extender el ciclo de vida útil del carbonoen el ecosistema industrial mientras desvía y mitiga su emisión a la atmósfera. Si bien la acidificación de los océanos es una consecuencia indeseable de la concentración cada vez mayor de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, el equipo de investigación tomó esto como una inspiración para aprovechar este mismo mecanismo de manera sosteniblefabricar este nuevo material "maravilloso".
Nam también cree que este método puede tener un impacto no solo en la producción de grafeno, sino que también proporciona una técnica ecológica y asequible para el procesamiento de grabado y delaminación de otros materiales.
"Si está interesado en hacer el mejor transistor del mundo, debe tener el material más limpio y puro que pueda sintetizar y transferir", concluyó. "Aquí brindamos esa oportunidad a la comunidad. Además, unmucha gente está tratando de medir las propiedades intrínsecas de otros materiales también. Nuestro enfoque los ayudará a hacerlo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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