Arruga un trozo de papel y probablemente esté destinado al bote de basura, pero una nueva investigación muestra que las hojas arrugadas repetidamente del grafeno nanomaterial en realidad pueden mejorar algunas de sus propiedades. En algunos casos, cuanto más arrugado, mejor.
La investigación realizada por ingenieros de la Universidad de Brown muestra que el grafeno, arrugado y arrugado en un proceso de varios pasos, se vuelve significativamente mejor para repeler el agua, una propiedad que podría ser útil para fabricar superficies autolimpiantes. El grafeno arrugado también ha mejorado la electroquímicapropiedades, que podrían hacerlo más útil como electrodos en baterías y pilas de combustible.
Los resultados se publican en la revista Materiales avanzados .
Generaciones de arrugas
Esta nueva investigación se basa en el trabajo previo realizado por Robert Hurt e Ian Wong, de la Escuela de Ingeniería de Brown. El equipo había demostrado previamente que al introducir arrugas en el grafeno, podían crear sustratos para el cultivo de células que eran más similares a los entornos complejos.en el que las células crecen en el cuerpo. Para este último trabajo, los investigadores dirigidos por Po-Yen Chen, un becario posdoctoral de Hibbit, querían construir arquitecturas más complejas que incorporaran arrugas y pliegues. "Quería ver si había una manera decrear estructuras de mayor generación ", dijo Chen.
Para hacer eso, los investigadores depositaron capas de óxido de grafeno en películas retráctiles, membranas de polímeros que se encogen cuando se calientan los niños pueden conocerlas como Shrinky Dinks. A medida que las películas se encogen, el grafeno en la parte superior se comprime y se arruga.para ver qué tipo de estructuras podrían crear, los investigadores comprimieron las mismas láminas de grafeno varias veces. Después del primer encogimiento, la película se disolvió y el grafeno se colocó en una nueva película para volver a encogerse.
Los investigadores experimentaron con diferentes configuraciones en las sucesivas generaciones de encogimiento. Por ejemplo, a veces sujetaban los extremos opuestos de las películas, lo que hacía que se encogieran solo a lo largo de un eje. Las películas sujetadas producían láminas de grafeno con arrugas periódicas, básicamente paralelas a través de susuperficie. Las películas sin sujetar se contrajeron en dos dimensiones, tanto a lo largo como a lo ancho, creando una superficie de grafeno que se arrugó en formas aleatorias.
El equipo experimentó con esos diferentes modos de contracción en tres generaciones sucesivas. Por ejemplo, podrían reducir la misma lámina de grafeno en una película sujeta, luego una película sin sujetar, luego sujetar nuevamente, o sin sujetar, sujetar, sin sujetar. También rotaronel grafeno en diferentes configuraciones entre encogimientos, a veces colocando la hoja perpendicular a su orientación original.
El equipo descubrió que el enfoque multigeneracional podía comprimir sustancialmente las hojas de grafeno, haciéndolas tan pequeñas como una cuadragésima parte de su tamaño original. También demostraron que las generaciones sucesivas podían crear patrones interesantes a lo largo de la superficie: arrugas y arrugassuperpuestos entre sí, por ejemplo.
"A medida que avanza en las generaciones, tiende a obtener estructuras de longitud de onda más grandes con la estructura de longitud de onda más pequeña original de las generaciones anteriores incorporadas en ellas", dijo Robert Hurt, profesor de ingeniería en Brown y uno de los autores correspondientes del artículo.
Por ejemplo, una hoja que se encogió, se sujetó, no se sujetó, y luego se sujetó, se vio diferente de las que no se sujetaron, se sujetaron, no se sujetaron.
"La secuencia importa", dijo Wong, también autor correspondiente en el artículo. "No es como la multiplicación donde 2 por 3 es igual a 3 por 2. El material tiene una 'memoria' y obtenemos resultados diferentes cuandoarrugarse o arrugarse en un orden diferente "
Los investigadores generaron una especie de taxonomía de estructuras nacidas de diferentes configuraciones de contracción. Luego probaron varias de esas estructuras para ver cómo alteraron las propiedades de las láminas de grafeno.
propiedades mejoradas
Mostraron que una superficie de grafeno altamente arrugada se vuelve superhidrofóbica, capaz de resistir la humedad del agua. Cuando el agua toca una superficie hidrofóbica, se hincha y rueda. Cuando el ángulo de contacto de esas perlas de agua con una superficie subyacente excede los 160 grados- significando que muy poco de la superficie de la perla de agua toca el material - se dice que el material es superhidrofóbico. Los investigadores demostraron que podían hacer grafeno superhidrofóbico con tres encogimientos no sujetos.
El equipo también demostró que el arrugamiento podría mejorar los comportamientos electroquímicos del grafeno, lo que podría ser útil en la generación y almacenamiento de energía de la próxima generación. La investigación mostró que el grafeno arrugado utilizado como electrodo de batería tenía un aumento de hasta un 400 por ciento en electroquímicadensidad de corriente sobre láminas planas de grafeno. Ese aumento en la densidad de corriente podría generar baterías mucho más eficientes.
"No necesitas un nuevo material para hacerlo", dijo Chen. "Solo necesitas desmenuzar el grafeno".
Además de las baterías y los revestimientos resistentes al agua, el grafeno comprimido de esta manera también podría ser útil en dispositivos electrónicos estirables, por ejemplo, un sensor portátil.
El grupo planea continuar experimentando con diferentes formas de generar estructuras en grafeno y otros nanomateriales.
"Hay muchos nanomateriales bidimensionales nuevos que tienen propiedades interesantes, no solo el grafeno", dijo Wong. "Así que otros materiales o combinaciones de materiales también pueden organizarse en estructuras interesantes con funcionalidades inesperadas".
El trabajo fue apoyado por una subvención inicial de la Universidad de Brown. Po-Yen Chen recibió el apoyo del Programa de becarios de ingeniería de Hibbit, que apoya a destacados investigadores posdoctorales en su transición hacia una carrera independiente. Jaskiranjeet Sodhi, Dr. Yang Qiu, Thomas MValentin, Ruben Spitz Steinberg y el Dr. Zhongying Wang fueron coautores del artículo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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