Seleccionar página

El material maravilloso que puedes hacer en tu licuadora

(Imagen: Science Picture Co/Science Photo Library)

Primero, vierte un poco de polvo de grafito en una licuadora. Agregue agua y líquido para lavar platos, y mezcle a alta velocidad. Felicidades, acabas de crear el maravilloso material grafeno.

Esta receta sorprendentemente simple es ahora la forma más fácil de producir grafeno puro en masa: láminas de carbono de solo un átomo de espesor. Se ha predicho que el material revolucionará la industria electrónica, en base a sus inusuales propiedades eléctricas y térmicas. Pero hasta ahora, la fabricación de grafeno de alta calidad en grandes cantidades ha resultado difícil: las mejores técnicas de laboratorio manejan menos de medio gramo por hora.

“Hay empresas que producen grafeno a tasas mucho más altas, pero la calidad no es excepcional”, dice Jonathan Coleman del Trinity College Dublin en Irlanda.

El equipo de Coleman fue contratado por Thomas Swan, una empresa química con sede en Consett, Reino Unido, para idear algo mejor. Por trabajos anteriores, sabían que es posible cortar el grafeno del grafito, la forma de carbono que se encuentra en la mina de un lápiz. El grafito está hecho esencialmente de láminas de grafeno apiladas como una baraja de cartas, y deslizarlas de la manera correcta puede separar las capas.

batido de carbono

El equipo colocó polvo de grafito y un fluido solvente en un mezclador de laboratorio y lo puso a girar. El análisis con un microscopio electrónico confirmó que habían producido grafeno a una velocidad de unos 5 gramos por hora. Para averiguar qué tan bien podría escalar el proceso, probaron diferentes tipos de motores y solventes. Descubrieron que una licuadora de cocina y Fairy Liquid, una marca británica de líquido para lavar platos, también harían el trabajo.

“Si está usando una licuadora, ¿por qué usar un surfactante costoso y elegante? ¿Por qué no usar el surfactante más simple que existe? Supongo que es Fairy Liquid”, dice Coleman.

Aún así, Coleman dice que es posible que no quieras probar esto en casa. La cantidad exacta de líquido para lavar platos requerida depende de las propiedades del polvo de grafito, como la distribución del tamaño de los granos y si algún material que no sea carbono está contaminando la muestra. Estos solo pueden determinarse utilizando equipos de laboratorio avanzados. El método tampoco convierte todo el grafito en grafeno, por lo que los dos materiales deben separarse después.

“Es un experimento divertido, pero no te llevaría muy lejos”, dice Colman. “Podrías hacer un líquido negro lleno de grafeno, pero ¿cuál es el siguiente paso?” En cambio, los cálculos del equipo sugieren que la técnica es escalable a niveles industriales: una tina de 10 000 litros con el motor adecuado podría producir 100 gramos por hora. Thomas Swan ya ha comenzado a trabajar en un sistema piloto.

Defectos útiles

Coleman está entusiasmado con el potencial científico del grafeno barato y abundante. Por ejemplo, un experimento de laboratorio anterior mostró que agregar una pizca de grafeno a un tipo de poliéster aumentó su resistencia en un 50 por ciento, ya que el grafeno es uno de los materiales más fuertes que se conocen. El nuevo método de producción produciría suficiente grafeno para escalar esto para procesos industriales, que normalmente involucran kilogramos de materia prima.

Andrea Ferrari de la Universidad de Cambridge dice que la capacidad de producir grandes cantidades de grafeno de alta calidad es útil, pero no esencial para todas las aplicaciones. El grafeno con defectos se une más fácilmente a otras moléculas, lo que lo hace adecuado para desarrollar baterías o materiales compuestos.

Aún así, la simplicidad del método hace eco del aislamiento original del grafeno por Andre Geim y Konstantin Novoselov en la Universidad de Manchester. Usaron cinta adhesiva y un lápiz, un método que les valió un Premio Nobel en 2010.

“Nuestros planes iniciales de ampliación eran terriblemente complicados en retrospectiva, lo que resultó ser innecesario”, dice Coleman. “Quizás somos malos al darnos cuenta de lo simples que pueden ser las cosas”.

Referencia del diario: Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat3944

Más sobre estos temas:

  • electrónica

¿Puedes hacer tu propio grafeno?

A pesar de todas sus capacidades de alta tecnología, el grafeno es sorprendentemente fácil de hacer en casa, en cantidades muy pequeñas. Las únicas materias primas necesarias son el grafito (por ejemplo, la punta rota de un lápiz número 2 estándar) y una cinta adhesiva bastante resistente.

¿Cómo se produce el grafeno?

El grafeno se puede crear cortando nanotubos de carbono abiertos. En uno de estos métodos, los nanotubos de carbono de pared múltiple se abren en solución por acción del permanganato de potasio y el ácido sulfúrico. En otro método, se produjeron nanocintas de grafeno mediante grabado con plasma de nanotubos parcialmente incrustados en una película de polímero.

¿Cuánto cuesta hacer grafeno?

Es difícil obtener datos específicos sobre el precio del grafeno, pero las estimaciones actuales fijan el costo de producción del grafeno en alrededor de US$100 por gramo.

¿Cómo se hace el grafeno de forma natural?

Hay dos formas principales de producir grafeno, ya sea mediante la exfoliación de capas de carbono a partir de una fuente de grafito, o mediante el uso de un sustrato, como el níquel o el cobre, para depositar un precursor que contenga carbono a través de CVD.

Video: how to make graphene