Un novedoso sistema con plasma mejora la producción de grafeno un 22%
10/10/2024 - Fuente: UCC+i
Química sostenible: Producción y consumo responsable
Los científicos Rocío Rincón y Francisco Javier Morales con el nuevo diseño.
La Universidad de Córdoba ha perfeccionado el rendimiento energético de la síntesis de grafeno con el empleo de un dispositivo conocido como jaula de Faraday y una antorcha de plasma. Es posible que se trate de un paso definitivo para la fabricación de este material a escala industrial.
El grafeno es un compuesto químico de gran interés debido a propiedades como la resistencia, la dureza, la flexibilidad o la ligereza, mejores que las de otras sustancias comparables como el acero, el diamante, la goma o el aluminio. Por ello se busca sin descanso un método lo suficientemente barato y sostenible que permita una fabricación de alta calidad a escala industrial.
La Universidad de Córdoba acaba de publicar en Chemical Engineering Journal un nuevo prototipo prometedor que podría suponer un salto en esta escala para la producción de grafeno, sintetizado por primera vez en 2004 y cuyo hallazgo condujo a sus autores a la obtención del premio Nobel seis años más tarde.
Este nuevo diseño tecnológico, que ya ha sido registrado para su evaluación como patente y está basado en una patente anterior del propio equipo, permite incrementar la producción de grafeno más de un 22%, manteniendo en el proceso la alta calidad que caracteriza al grafeno sintetizado por esta tecnología.
Plasma, de las auroras boreales al laboratorio
El trabajo está basado en tecnología de plasma, un gas parcialmente ionizado denominado con frecuencia el cuarto estado de la materia. Aunque hay plasmas naturales como los rayos o las auroras boreales, también pueden generarse artificialmente en un laboratorio. Una de sus grandes ventajas, destaca el primer autor de la investigación, Francisco Javier Morales, es que se trata de un medio altamente energético, que es capaz de descomponer moléculas orgánicas con mucha facilidad. Concretamente, el equipo ha empleado esta antorcha de plasma para descomponer etanol y reorganizar los átomos de carbono de la molécula, dando lugar a la formación de este alótropo del carbono.
Un blindaje electromagnético como jaula de energía
Si bien este proceso de síntesis de grafeno ya se encuentra protegido bajo patente del grupo, la novedad de esta investigación radica en el gran incremento en la producción de grafeno gracias a la optimización energética del proceso. Tal y como explica la investigadora principal del equipo, Rocío Rincón, estudios anteriores del grupo habían demostrado que el plasma disipaba al exterior casi un 43% de la energía suministrada, que quedaba desaprovechada. Un claro ejemplo de que, como suele ocurrir en ciencia, un hallazgo conduce a otro y la investigación aplicada se construye sobre los cimientos de la investigación básica.
Para evitar precisamente esta valiosa pérdida de energía, el equipo de investigación ha construido una jaula de Faraday alrededor del plasma, o, lo que es lo mismo, una malla metálica que actúa como un blindaje electromagnético, parecido al que usan los microondas para aislar el sistema del exterior. De esta forma, y según los resultados del trabajo, mientras que antes se generaban 4,3 miligramos de grafeno por minuto y vatio, con este nuevo blindaje que aprovecha al máximo la energía del plasma se producen 5,2 miligramos con la misma cantidad de tiempo y potencia.
El trabajo ha sido desarrollado por el grupo de investigación ‘Laboratorio de Innovación en Plasmas‘ de la Universidad de Córdoba, y ha contado también con la colaboración del El Instituto Químico para la Energía y el Medioambiente (IQUEMA), quien se ha encargado de parte de la evaluación de la calidad del grafeno producido.
Referencia
F.J. Morales-Calero, A. Cobos-Luque, J.M. Blázquez-Moreno, A.M. Raya, R. Rincón, J. Muñoz, A. Benítez, N.Y. Mendoza-González, J.A. Alcusón, A. Caballero, M.D. Calzada. Increasing the production of high-quality graphene nanosheet powder: The impact of electromagnetic shielding of the reaction chamber on the TIAGO torch plasma approach, Chemical Engineering Journal, Volume 498, 2024, 155088, ISSN 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155088.
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