Boletín Nº 170 -
Diciembre 2016
Investigan nuevas aplicaciones
para el grafeno
Por Israel Pérez Valencia
Santiago
de Querétaro, Querétaro. 19 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Un equipo de investigadores del
área de Materiales Compuestos del Centro de Investigación y de Estudios
Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico
Nacional (IPN), unidad Querétaro, desarrolla nanomateriales
con grafeno para mejorar la transferencia de carga
eléctrica en dispositivos.
El docente
investigador a cargo del proyecto, Alejandro Manzano
Ramírez, aseguró que el
área de Materiales del Cinvestav unidad Querétaro,
desarrolla líneas de investigación enfocadas en nanoestructuras,
degradación de volátiles orgánicos e inhibición del crecimiento de
microorganismos, así como limpieza del aire y producción de energía, que respondan
a la demanda de alternativas a los combustibles fósiles.
"Por el momento,
es difícil encontrar un tipo de energía que sustituya los hidrocarburos o la
nuclear; sin embargo, es importante ir generando alternativas para la
producción de energía en zonas locales o nichos muy específicos, como las casas
habitación, edificios inteligentes y parques tecnológicos, donde, por ejemplo,
ya se observan sistemas solares fotovoltaicos de manera masiva", advirtió.
Películas orgánicas con grafeno
Manzano Ramírez detalló que el objetivo de
este proyecto es analizar las propiedades de conductividad eléctrica y
flexibilidad del grafeno, para la obtención de películas orgánicas
que puedan ser utilizadas en dispositivos como calculadoras plegables,
teléfonos móviles, pantallas interactivas para aulas de clases, dispositivos
fotovoltaicos, controles táctiles, entre otros.
"El grafeno lo estamos sintetizando y se combina con nanoestructuras como son nanoalambres,
nanopartículas o nanoesferas
de plata (Ag), para poder obtener lo que se llama una capa activa y poderlo
incluir en lo que es una celda solar orgánica. Lo innovador está en que se
pueden obtener películas delgadas y flexibles con una buena conductividad
eléctrica, con forma de hexágonos de carbón, con vértices altos, que se repiten
tridimensionalmente", explicó.
En investigador
del Cinvestav detalló que el grafeno
es un material compuesto por átomos de carbono densamente empaquetados en
una red cristalina con forma hexagonal y de un átomo de espesor que,
además de ser flexible, es 200 veces más resistente que el acero y con una
alta conductividad térmica y eléctrica.
"La
posibilidad de combinarlo con otras sustancias químicas le otorga un gran
potencial de desarrollo: los electrones del grafeno
pueden moverse con mayor libertad, consume menos electricidad que otros
materiales, se calienta mucho menos por efecto Joule, soporta la radiación
ionizante, además de que es casi completamente transparente y
tan denso que ni siquiera los átomos de helio (He) —que son los más
pequeños— pueden traspasarlo", destacó.
En ese sentido,
la estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales del Cinvestav, Zaira Barquera Bibiano, abundó que, como parte
de este trabajo de investigación, se lleva a cabo en laboratorio la
caracterización y síntesis de este material para la generación de celdas
solares orgánicas combinadas con nanopartículas de
plata.
"El grafeno se sintetiza para el aprovechamiento de sus
propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas. Se realiza a partir de la
oxidación ácida de grafito, es una de las técnicas más empleadas, por tratarse
de un proceso sencillo y escalable. Al combinarlo con otros dispositivos,
obtenemos una película a través de nanoestructuras que
nos puede dar la posibilidad de conducir fácilmente electrones, o lo que sería
la carga eléctrica", afirmó.
Barquera Bibiano
detalló que el grafito, que es la materia prima para obtener el grafeno, se somete a diversos tratamientos químicos que
permiten la producción considerable de este material con un bajo costo.
"Para la producción de estas láminas se
muele el grafito y después lo sometemos a una oxidación severa vía ácida.
Tenemos diferentes métodos de reducción mecánica y térmica que involucran un menor
consumo de energía, con lo que se abaratan los costos. Lo que estamos
realizando es el ensamble de la celda como tal, con el objetivo de observar si
estos tratamientos benefician o perjudican la respuesta eléctrica dentro de la
celda solar", puntualizó.
La estudiante de
doctorado en ciencia e ingeniería de materiales del Cinvestav
destacó que las celdas solares orgánicas, además del beneficio de la
flexibilidad, resultan mucho más económicas con respecto a las celdas
inorgánicas que se producen con silicio (Si).
"La producción de
este polímero no es tan costosa como la del silicio, porque el grafito se puede
obtener de una manera más sencilla. Esta línea de investigación de celdas
solares orgánicas ha resultado un reto en lo que se refiere a estandarizar todo
el proceso, dado que los materiales son más sensibles y, además, tienen que ser
encapsulados", abundó.
El docente
investigador a cargo del proyecto, Alejandro Manzano Ramírez, puntualizó que
este desarrollo tecnológico puede tener aplicaciones en productos como
pantallas táctiles, relojes, algunos dispositivos de automóviles o sistemas
autónomos de manejo, y que en esta iniciativa trabajan diferentes instancias
del Cinvestav.
"En el grupo de
Materiales Compuestos están participando estudiantes de doctorado de ciencias
de materiales y nanotecnología con un background en
química, principalmente, por todo lo que se necesita durante la síntesis y la
caracterización de estas nanoestructuras. También
vamos a incursionar con un grupo de España sobre transistores en esas nanoestructuras de grafeno",
explicó.
Colaboración interinstitucional
Manzano Ramírez señaló que para este
proyecto, el Cinvestav cuenta además con la
colaboración de otras instituciones, como el Centro de Física Aplicada y
Tecnología Avanzada, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), así
como especialistas en nanotecnología de la Universidad Autónoma de Querétaro
(UAQ).
"Tenemos
colaboraciones de centros de otras entidades, como Jalisco y Guanajuato, que
trabajan también en el desarrollo de celdas solares, por lo que este es un
proyecto multiinstitucional. Todo esto se contextualiza en lo que son
materiales compuestos, películas activas, es decir, polímeros conjugados que se
mezclan con estas nanoestructuras de grafeno y plata", detalló.
El doctor en
ciencias del Cinvestav, unidad Querétaro, explicó que
estas investigaciones se desarrollan ante el reto que representa ofrecer
alternativas al uso de combustibles fósiles para la generación de energía.
"El futuro y la
durabilidad de los hidrocarburos es incierto, nadie tiene la certeza de cuánto
tiempo vamos a seguir contando con ellos. En ese sentido, creo que lo más
inteligente es que desde ahora comencemos a mirar en nuevas propuestas y
alternativas que, con el tiempo, se deben ir perfeccionando hasta llegar a un
punto donde se cuente con propuestas muy atractivas y que ofrezcan un beneficio
global a la humanidad en términos de energía", finalizó.
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