La caracterización del grafeno como un supermaterial se debe a sus increíbles características. Se trata del material más fuerte jamás ensayado, flexible, transparente y con la capacidad de conducción del calor y la electricidad 10 veces mejor al cobre. Sin embargo, la prometida revolución que este material iba a suponer en nuestras vidas no se está materializando y escasas aplicaciones comerciales logran salir del laboratorio. Una nueva investigación de la Universidad de RMIT, revela las causas del retraso de la “revolución” del grafeno, y muestra cómo duplicar su rendimiento para aprovechar finalmente su extraordinario potencial.
Desde que en 2004 el investigador Andre Geim consiguiera a aislar este material bidimensional junto a su colega Konstantin Novoselov, y que su investigación ganase el premio Nobel de Física en 2010, el grafeno ha sido considerado como un material transformador para el desarrollo de una electrónica flexible, más potentes chips para computadoras y paneles solares, filtros de agua y biosensores. Pero el rendimiento ha sido mixto y la adopción de la industria lenta.
Ahora, un estudio publicado en Nature Communications identifica la contaminación por silicio como la causa principal de estos decepcionantes resultados y detalla cómo producir grafeno puro de mayor rendimiento.
Encontrando los problemas actuales del grafeno comercial
El equipo de la Universidad de RMIT, dirigido por la Dra. Dorna Esrafilzadeh y el Dr. Rouhollah Ali Jalili, inspeccionó diversos muestras de grafeno disponibles comercialmente, átomo a átomo, con un microscopio electrónico de barrido de última generación.
Los ensayos mostraron que el silicio presente en el grafito natural, la materia prima utilizada para hacer el grafeno, no se elimina completamente cuando se procesaba.
“Encontramos altos niveles de contaminación por silicio en el grafeno disponible comercialmente, con impactos masivos en el rendimiento del material. Creemos que esta contaminación es la causa principal de mucho de los informes inconsistentes sobre las propiedades del grafeno y quizás en muchos otros materiales bidimensionales (2D) atómicamente delgados” explica Esrafilzadeh.
Los investigadores no solo identificaron estas impurezas, sino que también demostraron la gran influencia que tiene en el rendimiento, funcionando hasta un 50% peor cuando se probó como electrodo.
“Este nivel de inconsistencia puede haber obstaculizado el surgimiento de importantes aplicaciones industriales para sistemas basados en grafeno. Además, está impidiendo el desarrollo de marcos regulatorios que dirijan la implementación de estos nanomateriales en capas, destinados a convertirse en la columna vertebral de los dispositivos del futuro”, añade Esrafilzadeh.
La importancia de un grafeno más puro
La propiedad bidimensional de la lámina de grafeno, que solo tiene un átomo de espesor, la hacer ideal para el almacenamiento de electricidad y el desarrollo de las nuevas tecnologías de sensores que depender de una área de superficie plana.
El estudio revela cómo esta propiedad 2D tambíen es el talón de Aquiles del grafeno, al hacerlo tan vulnerable a la contaminación en la superficie, y subraya la importancia del grafito de alta pureza para la producción de un grafeno más puro.
Usando grafeno puro, los investigadores demostraron cómo el material se comportó de forma excepcional cuando fue utilizado para construir un supercapacitor, una especia de super batería. Cuando fue ensayado, la capacidad del dispositivo para mantener la carga eléctrica fue enorme. De hecho, la mayor capacidad registrada hasta ahora para el grafeno y desde el punto de vista de la capacidad teórica del material.
También, en colaboración con el Centro de Materiales Avanzados y Química de RMIT, se utilizó grafeno puro para construir un sensor de humedad versátil con la mayor sensibilidad y el más bajo límite de detección que se haya reportado.
Estos hallazgos constituyen todo un hito fundamental para la completa comprensión de los materiales bidimensionales y su exitosa integración en dispositivos comerciales de altas prestaciones.
