¿Civeno?
Arruga un trozo de papel y probablemente esté destinado a la basura; sin embargo, una nueva investigación muestra que arrugar repetidamente el nanomaterial grafeno puede mejorar algunas de sus propiedades. En algunos casos, cuanto más arrugadas mejor.
La investigación de ingeniería de la Universidad de Brown muestra que las propiedades hidrofóbicas del grafeno mejoran significativamente después de doblarlo varias veces, una propiedad que podría ser útil para crear superficies autolimpiantes. El grafeno arrugado también tiene propiedades electroquímicas mejoradas que pueden ser más beneficiosas para los electrodos de baterías y pilas de combustible.
Los resultados de la investigación se publican en la revista.
Edad de plegado
Los investigadores de ingeniería de la Universidad de Brown, Robert Hurt e Ian Wong, sentaron las bases para esta investigación. Anteriormente, el equipo dijo que al introducir arrugas en el grafeno, podrían transformar el sustrato utilizado para cultivar células en un entorno complejo más parecido al interior del cuerpo. Para este último logro, el profesor Chen Boyan, jefe del equipo de investigación postdoctoral, dijo que espera construir una estructura compleja que combine arrugas. "Quería ver si era posible crear una estructura de nivel superior", dijo el profesor Chen.
Para ello, los investigadores depositaron óxido de grafeno sobre la película retráctil, aprovechando el hecho de que las películas de polímero se encogen cuando se calientan. Cuando la película se encoge, el grafeno de la parte superior se comprime, provocando que se arrugue. Para ver qué tipo de estructuras arrugadas resultarían, los investigadores comprimieron el mismo trozo de grafeno repetidamente. Después de la primera contracción, la membrana se disuelve y el grafeno se coloca en otra membrana nueva para continuar.
En continua contracción, los investigadores probaron algunas configuraciones diferentes. Por ejemplo, a veces sujetan los extremos de la membrana de modo que se contraigan solo a lo largo de un eje. Por otro lado, una capa periódica de grafeno producida por una película fija tendrá arrugas esencialmente paralelas en toda su superficie. Las películas que no están sujetas se encogen en dos dimensiones, la dirección XY, lo que hace que la superficie del grafeno se arrugue aleatoriamente.
En varios métodos de prueba consecutivos, el equipo también utilizó diferentes modos de contracción para las pruebas. Por ejemplo, podrían encoger el mismo trozo de grafeno, primero sujetando la película, luego soltándola y finalmente fijándola. O no sujetar, sujetar y luego aflojar. También rotaron el grafeno entre contracciones en diferentes configuraciones, a veces perpendiculares a su orientación original.
El equipo de investigación descubrió que esta contracción continua puede comprimir en gran medida la lámina de grafeno, reduciéndola a una cuadragésima parte de su tamaño original. También dicen que este método puede crear patrones interesantes a lo largo de la superficie, como pliegues que se pueden superponer uno encima del otro.
El profesor Robert Hurt, profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Brown y uno de los autores del artículo, dijo: "Cuando profundizas, encontrarás una estructura corrugada más grande que contiene los restos originales La pequeña estructura corrugada a continuación. "
Esta contracción es para sujetar, soltar y luego sujetar; la otra es no sujetar, luego sujetar y soltar, los dos se ven obviamente diferentes. El profesor Wang, corresponsal de otro artículo, dijo: "El orden de las operaciones determinará la estructura final". A diferencia de dos por tres es igual a tres por dos, el material tiene una 'memoria' y obtendremos resultados diferentes utilizando diferentes contracción. secuencias. ”
Los investigadores propusieron una clasificación estructural a partir de diferentes configuraciones de contracción. Luego probaron varias estructuras para ver cómo cambiaban las propiedades de la capa de grafeno.
Propiedades mejoradas
Los investigadores descubrieron que la superficie arrugada del grafeno se vuelve súper hidrofóbica: evita que la humedad se adhiera a la superficie. Cuando el agua entra en contacto con una superficie hidrofóbica, forma gotas y se desliza hacia abajo (cuando el ángulo de contacto de estas gotas con la superficie supera los 160 grados, lo que significa que muy pocas gotas pueden entrar en contacto con el material, el material se considera superhidrófobo). Los investigadores descubrieron que podían producir grafeno superhidrófobo a partir de tres pliegues sueltos y encogibles.
El equipo también descubrió que el plegado podría mejorar las propiedades electroquímicas del grafeno, beneficiando a los dispositivos de capacidad y almacenamiento de energía de próxima generación. Las investigaciones muestran que si se utilizan capas de grafeno plegadas como electrodos de batería, la densidad de corriente electroquímica aumentará en un 400% en comparación con las capas de grafeno planas. Una mayor densidad de corriente creará baterías más eficientes.
"No se necesita material nuevo", afirmó el profesor Chen. "Sólo hay que arrugar el grafeno".
Además de las baterías y los revestimientos impermeables, este grafeno comprimido también puede tener aplicaciones en electrónica extensible: sensores portátiles.
El equipo planea seguir utilizando diferentes métodos de producción para crear estructuras sobre grafeno y otros nanomateriales.
El profesor Wang dijo: "No sólo el grafeno, sino también muchos nuevos nanomateriales bidimensionales tienen algunas propiedades interesantes". "Por lo tanto, otros materiales o materiales compuestos también pueden formar estructuras especiales con funciones inesperadas".
Esta investigación fue financiada por una subvención inicial de la Universidad de Brown. Baoyan Chen recibió financiación del Programa de becarios de ingeniería Hibbit, que apoya a investigadores postdoctorales destacados en una transición sin problemas hacia una empresa independiente. Jaski Ranjit Sodhi, Yang Qiu, Thomas M. Valentine, Ruben Spitz-Steinberg y el Dr. Wang Zhongying son coautores del artículo, respectivamente.