Un nuevo diseño tecnológico basado en plasma permite incrementar la producción de grafeno más de un 22%

Más duro que el diamante, más resistente que el acero, flexible como la goma o más ligero que el aluminio. Estas son sólo algunas de las propiedades que se le confieren al grafeno, y aunque este material ha despertado durante los últimos años un gran interés en la comunidad científica, aún no existe un método lo suficientemente barato y sostenible que permita una fabricación de alta calidad a escala industrial.

Un equipo de investigación de la Universidad de Córdoba (UCO) acaba de publicar en una revista científica un nuevo prototipo que podría precisamente suponer un salto en la producción a gran escala de este material, 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.

Los investigadores Rocío Rincón y Francisco Javier Morales, en el laboratorio junto al nuevo diseño.

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 «es 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 grafeno.

Una jaula de Faraday para optimizar la 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 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.