Formado en las profundidades de la Tierra, más fuerte que el acero y más delgado que un cabello humano. Estas comparaciones no describen a un nuevo superhéroe. Están describiendo el grafeno, una sustancia que algunos expertos han llamado "la más sorprendente y versátil" conocidaa la humanidad.
El profesor de química de UConn Doug Adamson, miembro del Programa de Polímeros del Instituto de Ciencia de Materiales de UConn, ha patentado un proceso único para exfoliar este maravilloso material en su forma pura no oxidada, así como para fabricar productos innovadoresnanocompuestos de grafeno que tienen usos potenciales en una variedad de aplicaciones.
Si piensa en el grafito como una baraja de cartas, cada carta individual sería una hoja de grafeno. Compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal, el grafeno es un cristal bidimensional que es al menos 100 vecesmás fuerte que el acero. Los aerogeles hechos de grafeno son algunos de los materiales más livianos conocidos por el hombre, y las láminas de grafeno son una de las más delgadas, con solo un átomo de espesor, es decir, aproximadamente un millón de veces más delgadas que un cabello humano. El grafeno también esincluso más térmicamente y eléctricamente conductor que el cobre, con una carga eléctrica mínima.
Debido a estas cualidades únicas, el grafeno ha sido un tema candente para los investigadores académicos y los líderes de la industria desde que se aisló por primera vez del grafito en 2004. Desde entonces, se han publicado más de 10,000 artículos académicos sobre el material. Pero de estas publicaciones,solo Adamson analiza un proceso patentado para fabricar grafeno en su forma original.
Lo que otros llaman "grafeno" a menudo es en realidad óxido de grafeno que se ha reducido química o térmicamente. El oxígeno en el óxido de grafeno proporciona una especie de asa química que hace que el grafeno sea más fácil de trabajar, pero agregarlo al grafeno prístino reduce elpropiedades mecánicas, térmicas y eléctricas del material en comparación con el grafeno no modificado como el que produce Adamson.
También aumenta significativamente el costo de fabricación del material. La oxidación del grafito requiere la adición de productos químicos peligrosos costosos, como el ácido sulfúrico anhidro y el peróxido de potasio, seguidos de una larga serie de manipulaciones para aislar y purificar los productos, conocidos como análisis químico.El proceso de Adamson no requiere ningún paso adicional o productos químicos para producir grafeno en su forma prístina.
"La innovación y la tecnología detrás de nuestro material es nuestra capacidad de utilizar un enfoque termodinámicamente para desagrupar grafito en sus láminas constituyentes de grafeno, y luego organizar esas láminas en una estructura tridimensional continua, eléctricamente conductora", dice Adamson."La simplicidad de nuestro enfoque está en marcado contraste con las técnicas actuales utilizadas para exfoliar el grafito que se basa en la oxidación agresiva o la mezcla o sonicación de alta energía, la aplicación de energía del sonido a partículas separadas, durante períodos prolongados de tiempo.nuestro proceso es que nadie más lo había informado. Probamos que funciona "
Poco después de que los experimentos iniciales del estudiante graduado Steve Woltornist indicaran que algo especial estaba sucediendo, Adamson se unió al colaborador de toda la vida Andrey Dobrynin de la Universidad de Akron, quien ayudó a comprender la termodinámica que impulsa la exfoliación. Su trabajo ha sido publicadoen la revista revisada por pares de la American Chemical Society ACS Nano .
Una característica distintiva del grafeno que parece un obstáculo para muchos, su insolubilidad, está en el corazón del descubrimiento de Adamson. Dado que no se disuelve en líquidos, Adamson y su equipo colocan el grafito en la interfaz del agua y el aceite, donde las láminas de grafeno se extienden espontáneamente para cubrir la interfaz y reducir la energía del sistema. Las láminas de grafeno quedan atrapadas en la interfaz como láminas individuales superpuestas, y posteriormente pueden bloquearse en su lugar utilizando un polímero o plástico reticulado.
Adamson comenzó a explorar formas de exfoliar grafeno a partir de grafito en 2010 con una subvención de la Fuerza Aérea para sintetizar compuestos térmicamente conductores. Esto fue seguido en 2012 con fondos de Subvenciones de concepto temprano para investigación exploratoria EAGER de la National Science Foundation NSF desde entonces también ha recibido una subvención de $ 1.2 millones de NSF Designing Materials para revolucionar e diseñar nuestro programa Future y $ 50,000 del programa SPARK Technology Commercialization Fund de UConn.
"El trabajo del Dr. Adamson habla no solo de la preeminencia de la facultad de UConn, sino también de las posibles aplicaciones del mundo real de su investigación", dice Radenka Maric, vicepresidenta de investigación de UConn y UConn Health. "La Universidad está comprometidaa programas como SPARK que permiten a la facultad pensar sobre el impacto más amplio de su trabajo y crear productos o servicios que beneficiarán a la sociedad y la economía del estado ".
Mientras que los materiales compuestos de grafeno estabilizado tienen innumerables usos potenciales en campos tan variados como aviones, electrónica y biotecnología, Adamson eligió aplicar su tecnología para mejorar los métodos estándar para la desalinización de agua salobre. Con su financiamiento SPARK, está desarrollando un dispositivoque usa sus materiales de nanocompuestos de grafeno para eliminar la sal del agua a través de un proceso llamado desionización capacitiva, o CDI.
CDI se basa en electrodos porosos económicos de alta superficie para eliminar la sal del agua. Hay dos ciclos en el proceso de CDI: una fase de adsorción donde la sal disuelta se elimina del agua y una fase de desorción donde las sales adsorbidas sonliberado de los electrodos deteniendo o invirtiendo la carga en los electrodos.
Se han utilizado muchos materiales para crear los electrodos, pero ninguno ha demostrado ser un material viable para la comercialización a gran escala. Adamson y sus socios de la industria creen que su material simple, económico y robusto podría ser la tecnología que finalmente trae CDIal mercado de una manera importante.
"El producto que estamos desarrollando será un material de grafeno económico, con un rendimiento optimizado como electrodo, que podrá desplazar materiales más caros y menos eficientes que se usan actualmente en CDI", dice Michael Reeve, uno de los socios de Adamson y unveterano de varias startups exitosas.
El equipo formó una startup llamada 2D Material Technologies, y han solicitado una subvención de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas para continuar comercializando la tecnología de Adamson. Eventualmente, esperan unirse al Programa de Incubación de Tecnología de UConn para avanzar su concepto al mercado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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