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Papel ultrafuerte de grafeno
Usando grafito, la materia negra y escamosa que se emplea en los lápices, los investigadores de la Northwestern University han creado un material resistente, flexible y liviano, parecido al papel. Podría usarse como electrolitos o materiales de almacenamiento de hidrógeno en pilas de combustible, electrodos en supercondensadores y baterías, y filtros químicos superfinos. También se puede mezclar con polímeros o metales para fabricar materiales para su uso en fuselajes de aviones, automóviles y edificios.
Lo correcto: Investigadores de la Universidad Northwestern han reensamblado láminas de grafeno de un átomo de espesor que forman cristales de grafito blandos y escamosos para crear un material resistente, flexible y similar al papel.
El nuevo material está hecho de capas superpuestas de grafeno, láminas de átomos de carbono de un átomo de espesor dispuestas en hexágonos en forma de panal. Por el contrario, el grafito, que se convierte en polvo bajo presión, está hecho de láminas de grafeno apiladas una encima de la otra.
Rodney Ruoff , profesor de nanoingeniería del noroeste que dirigió el trabajo, publicado en Naturaleza esta semana, dice que los métodos detrás de la fabricación del novedoso papel de grafeno podrían conducir a versiones aún más fuertes. En este momento, las moléculas de agua mantienen unidas las escamas de grafeno individuales de 10 nanómetros de espesor para crear el papel de grafeno de micrómetros de espesor. Mediante el uso de otros productos químicos como pegamentos, los investigadores pudieron fabricar materiales ultrafuertes parecidos al papel con varias propiedades. El futuro es particularmente brillante porque el sistema es muy flexible ... La química es casi infinita, dice Ruoff.
No se sabía que existían hojas individuales de grafeno hasta hace tres años, cuando Andre Geim , profesor de física en la Universidad de Manchester, en el Reino Unido, usó cinta adhesiva para obtener algunas escamas de grafeno de un cristal de grafito. Los investigadores aún no comprenden todas las propiedades del grafeno, pero saben que puede conducir electrones extremadamente bien y se sabe que es excepcionalmente fuerte. El grafeno es el material más resistente del mundo, más resistente que el diamante, dice Geim. Pero en grafito, las láminas de grafeno están ensambladas de tal manera que no se unen fuertemente entre sí. Así que simplemente se desprenden con la fricción, creando las marcas negras de un lápiz.
La idea de Ruoff era desmontar el grafito en capas individuales y volver a montarlas de una forma diferente a como lo hacen en el grafito. El objetivo era encontrar una manera de pegar las plaquetas de grafeno juntas mientras las volvía a ensamblar, lo que crearía un material resistente y flexible.
Dado que es difícil separar las hojas de grafeno en el grafito, los investigadores primero usaron un ácido para oxidar el grafito y producir óxido de grafito. Luego pusieron el óxido de grafito en agua. Láminas individuales de óxido de grafeno que se separan fácilmente en agua.
Cuando los investigadores filtraron la suspensión, las escamas de óxido de grafeno se asentaron en el filtro y se superpusieron aleatoriamente entre sí. El agua pegó los copos juntos; sus átomos de hidrógeno enlazados con los átomos de carbono en copos adyacentes. El resultado fue un papel de óxido de grafeno flexible, fino y de color marrón oscuro. Al ajustar la concentración de óxido de grafito en el agua, los investigadores cambiaron el grosor del papel, que iba de 1 a 100 micrómetros.
En un esfuerzo por desarrollar materiales livianos súper fuertes, otros han utilizado nanotubos de carbono. Y el nuevo papel de óxido de grafeno no es tan fuerte como las películas de nanotubos de carbono, dice Geim. La ventaja de los materiales hechos de nanotubos de carbono es que son mucho más resistentes porque se enredan como espaguetis, dice. Cuando se trata de sábanas planas, se enredan muy poco y se pueden romper.
Pero el papel de óxido de grafeno tiene otras ventajas clave. El grafito es una materia prima barata y el método de filtración es simple y conduce a una gran cantidad de grafeno. Más importante aún, el trabajo de los investigadores de Northwestern abre una forma de manipular hojas de grafeno y hacer materiales parecidos al papel con diferentes propiedades.
Cuando Ruoff y sus colegas oxidan el grafeno en óxido de grafeno, por ejemplo, el material a base de carbono pasa de ser un conductor eléctrico a ser un aislante. Ruoff dice que puede alterar la química del grafeno de otras formas para cambiar sus propiedades eléctricas y convertirlo en un aislante, un conductor o incluso un semiconductor.
Esa versatilidad eléctrica se combina con un material ultrafuerte que entusiasma a algunos observadores. No han usado ningún pegamento duro entre las [plaquetas de grafeno], dice Geim. Espero materiales muy, muy duros si se usa un pegamento adecuado entre el grafeno.