MADRID, 3 Mar. (EUROPA PRESS) -
Investigadores suecos informan de una alternativa ecológica para reducir la dependencia de la minería de grafito, la fuente de materia prima detrás del codiciado grafeno.
En la revista Small, investigadores del KTH Royal Institute of Technology afirman que han desarrollado un método reproducible y escalable para producir nanoláminas de óxido de grafeno (GO) a partir de fibras de carbono comerciales, lo que marca un gran avance en la síntesis de nanomateriales sostenibles.
El proceso implica exfoliar fibras de carbono con ácido nítrico, lo que proporciona altos rendimientos de láminas de óxido de grafeno de un átomo de espesor con características comparables al GO comercial obtenido a partir de grafito extraído.
El óxido de grafeno es un nanomaterial ampliamente estudiado que se puede utilizar en baterías de automóviles cuando sus láminas delgadas se apilan entre sí, formando capas similares al grafito. También es útil en compuestos de alto rendimiento, purificación de agua y dispositivos electrónicos. Sin embargo, la síntesis a partir del grafito extraído requiere productos químicos agresivos y, a menudo, da como resultado inconsistencias en el material debido a variaciones en la pureza del grafito.
Richard Olsson, profesor de materiales poliméricos en KTH, afirma que la prueba de concepto se llevó a cabo con fibras de carbono derivadas de poliacrilonitrilo (PAN), un polímero ampliamente disponible que sufre oxidación y grafitización a alta temperatura. Dice que el método podría duplicarse con otras fuentes de materia prima, como biomasa o corrientes secundarias de la industria forestal.
BATERIAS DE COCHE ELÉCTRICO
Olsson señala el mercado de baterías de vehículos eléctricos como uno que puede beneficiarse de la nueva tecnología. "El núcleo de la funcionalidad de la batería de grafito se puede encontrar en el grafeno en capas en su interior, que se puede extraer de fibras de carbono comerciales utilizando este método", dice en un comunicado. "El futuro de la fabricación de automóviles se basará en la energía basada en baterías, y la pregunta es ¿de dónde se obtendrá el grafito? Necesitarán alternativas".
El método consiste en transformar las fibras de carbono mediante el proceso de oxidación electroquímica en un baño de agua y ácido nítrico.
El baño actúa como un conductor y cuando se envía una corriente eléctrica a través de la fibra de carbono, el material comienza a perder electrones, lo que transforma la superficie de la misma manera que la oxidación aparece como óxido en un automóvil. En este caso, la transformación hace que las capas de óxido de grafeno a escala nanométrica se desprendan de la superficie de las fibras de carbono.
El estudio descubrió una ventana en la que solo el 5% de ácido nítrico era perfecto para crear estas nanoláminas diminutas, que varían de 0,1 a 1 micrómetro de tamaño, con un espesor uniforme de aproximadamente 0,9 nanómetros. Cabe destacar que las nanoláminas de GO sintetizadas de esta manera surgieron en formas circulares y elípticas, en contraste con las formas poligonales típicas del GO sintetizado a partir de grafito natural extraído.
En comparación con los métodos sintéticos existentes, el nuevo enfoque ofrece un alto rendimiento de 200 miligramos de GO por gramo de fibra de carbono. Esta tasa de conversión eficiente lo hace viable para la producción a gran escala, abordando un desafío clave en la síntesis de nanomateriales, dice.
Para garantizar que las nanoláminas cumplieran con los estándares de calidad, los investigadores examinaron y midieron las propiedades y la estructura del material con una serie de técnicas avanzadas.
El estudio también exploró métodos para eliminar los recubrimientos de polímeros protectores de las fibras de carbono comerciales antes de la oxidación, calentando a 580 °C durante dos horas y calentando a 1200 °C durante tres segundos, ambos métodos que resultaron eficaces. La investigación demostró que la naturaleza de la conducción eléctrica dentro de las fibras desempeña un papel crucial en el proceso de exfoliación electroquímica.
Olsson afirma que los próximos pasos de los investigadores incluyen la investigación de fuentes de origen biológico para las fibras de carbono, profundizando en el funcionamiento del proceso.