Desde que Andre Geim y Kostya Novoselov lo aislaron por primera vez en 2004 en la Universidad de Manchester, el grafeno ha entusiasmado a los científicos debido a sus muchas propiedades únicas. Como una lámina de carbono de un átomo de espesor, tiene la mayor relación resistencia / peso, es el conductor de calor más conocido, conduce la electricidad mejor que el cobre, es prácticamente transparente pero aún se puede usar en paneles solares, se puede estirar hasta 20 %, es flexible, entre muchas otras cualidades interesantes.

A pesar de ser tan revolucionarios, los científicos han tenido problemas para sacar el grafeno del laboratorio y llevarlo al mundo real. Producirlo a gran escala ha resultado ser más difícil de lo que esperaban, ya que los métodos actuales son caros y lentos. Por ejemplo, la exfoliación mecánica elimina una capa de grafeno del grafito con cintas especializadas, al igual que lo hicieron los investigadores originales con Scotch Tape. La exfoliación química utiliza solventes especializados para reorganizar los átomos de carbono en el grafito y luego eliminar las capas individuales de grafeno a través del calentamiento rápido o las ondas de sonido. Ambos, así como otros métodos, son altamente especializados y pueden producir solo unos pocos copos a la vez.

Afortunadamente, un equipo de químicos de la Universidad de Rice acaba de publicar un artículo explicando cómo pueden tomar cualquier sustancia rica en carbono y convertirla en grafeno. Afirman que se puede hacer con “carbón, coque de petróleo, biochar, negro de carbón, alimentos desechados, neumáticos de goma y desechos plásticos mezclados”. Esperan poder producir más de 2 kilogramos de grafeno al día con este método.

Grafeno de destello

Lo llaman “grafeno flash” después de lo rápido que ocurre el proceso. Los investigadores aplican una corriente eléctrica para llevar una sustancia rica en carbono a más de 3.000 Kelvin en solo unos pocos milisegundos, una técnica conocida como calentamiento Joule . A temperaturas tan altas, las moléculas constituyentes de la sustancia se descomponen y vaporizan, liberando el carbono para que se una a sí mismo. Todo lo demás se emite como vapor, que puede ser capturado y reutilizado.

Sin embargo, el desafío es encontrar la temperatura correcta y el momento adecuado. El proceso esencialmente recrea el fenómeno de que el carbono se convierte en grafeno y luego en grafito, su estado fundamental natural, aunque el calor intenso hace que suceda mucho más rápido. Si la temperatura es demasiado alta o el proceso es demasiado largo, los átomos de carbono alcanzarán este estado fundamental, pero si el proceso se calibra correctamente, puede interrumpirse en la etapa de grafeno.

Este proceso no solo es casi instantáneo, sino que ofrece muchos otros beneficios. Por ejemplo, la sustancia rica en carbono no necesita ser purificada por solventes, gases reactivos o cualquier otra cosa que sea costosa y potencialmente dañina. Esto significa que la vieja cáscara de plátano está lista para usarse como está.

“Flash graphene” también produce una forma más pura y fácil de manejar. Otros métodos producen grafeno lleno de defectos y capas difíciles de separar. Este método produce grafeno que es 99% puro y tiene apilamiento turbostratico, lo que significa que las capas están desalineadas, lo que permite a los investigadores separarlas con poco esfuerzo.

Un mundo en necesidad

El planeta se encuentra en los inicios de la próxima extinción masiva , que se debe en gran parte a la actividad humana. La contaminación del aire mata a millones de personas cada año, y el microplástico se encuentra prácticamente en todas partes.

Afortunadamente, el “flash grafeno” ofrece una manera de utilizar de manera productiva los desechos plásticos, subproductos de carbón y petróleo, desechos de alimentos, etc. Si se usa a gran escala, el “grafeno rápido” ciertamente reduciría el impacto negativo que la humanidad tiene en el planeta.

Además, los científicos ya han encontrado varios usos para el grafeno en la ingeniería sostenible. Por ejemplo, al agregar escamas de grafeno al concreto, plásticos, diversos metales, etc., se obtiene un material compuesto que es mucho más resistente y duradero. Este estudio encontró que los compuestos de concreto de grafeno resultan en un “aumento de hasta 146% en la resistencia a la compresión y 79.5% en la resistencia a la flexión”. Por lo tanto, esto debería resultar en estructuras de concreto que duren más tiempo, reduciendo la contaminación del aire, ya que el concreto es responsable de 8% de las emisiones de dióxido de carbono humano.

El grafeno también se puede utilizar para fabricar paneles solares transparentes y flexibles , baterías y supercondensadores mucho mejores para almacenar energía renovable tanto residencial como a nivel de red, recubrimientos anticorrosivos para prolongar la vida útil de edificios, automóviles, etc., mucho más sensibles y personalizables filtros de agua y filtros de aire , entre muchos otros.

Debido a sus muchas aplicaciones revolucionarias, el grafeno ha sido llamado material milagroso durante años, pero la adopción comercial ha sido lenta debido a la laboriosa y costosa producción. Sin embargo, la técnica de “flash grafeno” descubierta por los químicos en la Universidad de Rice, dirigida por James Tour, llevará el grafeno a la corriente principal, ayudando a revertir y prevenir el daño al medio ambiente.