Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado una manera simple de producir objetos conductores tridimensionales hechos de espuma de grafeno.
Los sólidos blandos se ven y se sienten como el juguete de un niño, pero ofrecen nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y las aplicaciones de sensores electrónicos flexibles, según el químico de Rice James Tour.
La técnica detallada en Materiales avanzados es una extensión del trabajo innovador realizado por el laboratorio Tour que produjo el primer grafeno inducido por láser LIG en 2014 al calentar láminas de plástico de poliimida de bajo costo con un láser.
El láser se quema a la mitad del plástico y convierte la parte superior en escamas interconectadas de carbono 2D que permanecen unidas 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 3D de grafeno puro eran menos prácticos hasta ahora, dijo Tour.
"Ahora hemos construido una máquina prototipo que nos permite convertir la espuma de grafeno en objetos 3D a través de capas automáticas sucesivas y exposición al láser", dijo Tour. "Esto realmente lleva al grafeno a la tercera dimensión sin hornos ni la necesidad de catalizadores metálicos, ynuestro proceso se escala fácilmente "
El nuevo método se basa en la fabricación de objetos laminados, en el que las capas de un material se ensamblan y luego se cortan para darles forma. En este caso, la capa LIG inferior permanece unida a su base de poliimida. Una segunda capa se reviste con etilenglicol ycolocado boca abajo en el primero, como un sándwich de gelatina. Su parte superior de poliimida se quema en grafeno; el proceso se repite hasta que se completa el bloqueo
El aglutinante de etilenglicol se evapora en una placa caliente, y cualquier poliamida restante se puede eliminar en un horno. Eso deja un bloque de carbón prístino y esponjoso, dijo Duy Xuan Luong, un estudiante graduado de Rice y coautor principal delEl laboratorio de Rice apiló hasta cinco capas de espuma y luego utilizó un sistema de láser de fibra personalizado en una impresora 3D modificada para fresar el bloque en formas complejas.
El laboratorio ensambló condensadores de iones de litio de prueba de concepto que usaban 3D LIG como ánodos y cátodos. La capacidad gravimétrica del ánodo de 354 miliamperios por gramo se acercaba al límite teórico de grafito, mientras que la capacidad del cátodo excedía la capacidad promedio deotros 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.
"Este es un excelente rendimiento 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 3D LIG con polidimetilsiloxano líquido a través de sus poros de 20 a 30 nanómetros. Esto creó un material conductor más fuerte, aún flexible, sin cambiar la forma de la espuma original. A partir de este material, hicieron un material flexiblesensor que grabó con precisión el pulso de la muñeca de un voluntario y dijo que una calibración adicional del dispositivo les permitiría extraer la presión sanguínea de la forma de onda del pulso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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