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Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts desarrollaron técnicas para obtener grafeno de alta calidad, proceso que consideran susceptible de escalar industrialmente.

Los resultados del equipo científico es la primera demostración de un método industrial y escalable para la fabricación de grafeno, que está diseñado para su uso en membranas que filtran variedades de moléculas, incluidas sales, iones más grandes, proteínas o nanopartículas. Estas membranas deberían ser útiles para la desalinización, la separación biológica y otras aplicaciones.

El grafeno es un material bidimensional con unas propiedades únicas, ya que además de ser el más fino que existe, muy ligero y flexible, a la vez que cientos de veces más duro que el acero y más conductivo que el cobre.

Es por ello, que durante varios años el grafeno ha sido considerado como un potencial para obtener membranas ultrafinas, aseguró John Hart, profesor asociado de Ingeniería Mecánica y director del Laboratorio de Fabricación y Productividad en el MIT.

Creemos que este es el primer estudio que ha diseñado la fabricación de grafeno para aplicaciones de membranas, que requieren que el grafeno sea transparente, cubra completamente el sustrato y sea de alta calidad, explicó el investigador a través de la página electrónica de la institución.

Para muchos investigadores, el grafeno es ideal para su uso en membranas de filtración. Una sola hoja de grafeno, se asemeja a una tela delgada compuesta de átomos de carbono unidos en un patrón que hace que el material sea extremadamente resistente e impermeable incluso al átomo más pequeño, el helio.

Los investigadores, incluido el grupo de Karnik, han desarrollado técnicas para fabricar membranas de grafeno y acribillarlas con pequeños orificios, o nanoporas, cuyo tamaño puede adaptarse para filtrar moléculas específicas.

En su mayor parte, los científicos sintetizan el grafeno a través de un proceso llamado deposición de vapor químico, en el que primero calientan una muestra de lámina de cobre y luego depositan sobre ella una combinación de carbono y otros gases.

Las membranas a base de grafeno se han fabricado principalmente en pequeños lotes en el laboratorio, donde los investigadores pueden controlar cuidadosamente las condiciones de crecimiento del material.

Sin embargo, el equipo de investigación del MIT creen que si las membranas de grafeno se usan comercialmente, deberán producirse en grandes cantidades, a altas tasas y con un rendimiento confiable.

Sabemos que para la industrialización, tendría que ser un proceso continuo. Nunca serías capaz de ganar lo suficiente haciendo pedazos; las membranas que se usan comercialmente deben ser bastante grandes, algunas tan grandes que tendrían que enviar una hoja de papel de aluminio en un horno para formar una membrana, afirmó Hart.
El investigador explicó este proceso de fabricación de grafeno con calidad de membrana. La configuración del equipo combina un enfoque de rollo a rollo, un enfoque industrial común para el procesamiento continuo de láminas delgadas, con la técnica de deposición de vapor químico, para fabricar grafeno de alta calidad en grandes cantidades y a un ritmo elevado.

El sistema consta de dos carretes, conectados por una cinta transportadora que pasa por un horno pequeño. El primer carrete despliega una tira larga de lámina de cobre, de menos de un centímetro de ancho. Cuando entra al horno, la lámina se alimenta a través de un primer tubo y luego otro, en un diseño de zona dividida.

Mientras la lámina rueda a través del primer tubo, se calienta hasta determina temperatura ideal para pasar por el segundo tubo, donde los científicos bombean en una proporción especificada de metano e hidrógeno gaseoso, que se depositan en el lámina calentada para producir grafeno.

El grafeno comienza a formarse en pequeñas islas, y luego esas islas crecen juntas para formar una lámina continua, precisó Hart. Para cuando esté fuera del horno, el grafeno debería cubrir completamente la lámina en una capa, como una cama de pizza continua.
Cuando el grafeno sale del horno, se enrolla en el segundo carrete. Los investigadores identificaron que podían alimentar la lámina continuamente a través del sistema, produciendo grafeno de alta calidad a razón de 5 centimers por minuto. Su carrera más larga duró casi cuatro horas, durante las cuales produjeron aproximadamente 10 metros de grafeno continuo.

Si esto fuera en una fábrica, estaría funcionando 24 horas al día, 7 días a la semana. Tendría grandes bobinas de papel de aluminio, como una imprenta, aseveró el investigador.

Via: pulsoslp