Científicos de la Universidad de Rice han logrado que la madera sea un material conductor de la electricidad convirtiendo su superficie en grafeno.

El químico James Tour y sus colegas utilizaron un láser para ennegrecer un fino patrón de película sobre una tabla de pino. El patrón es grafeno inducido por láser (LIG), una forma del material de carbono de grosor atómico descubierto en Rice en 2014.

“Es una unión de lo arcaico con el nanomaterial más reciente en una sola estructura compuesta”, dijo Tour, cuyo descubrimiento se detalla este mes en Advanced Materials.

Los intentos previos para conseguir el LIG se hicieron calentando la superficie de una lámina de poliimida, un plástico barato, con un láser. En lugar de una lámina plana de átomos de carbono hexagonal, LIG es una espuma de hojas de grafeno con un borde unido a la superficie subyacente y los bordes químicamente activos expuestos al aire.

No cualquier poliimida produciría LIG, y algunas maderas son preferidas sobre otras, dijo Tour. El equipo de investigación dirigido por los estudiantes de postgrado Ruice Ye y Yieu Chyan probó el abedul y el roble, pero encontró que la estructura de lignocelulosa reticulada del pino lo hacía mejor para la producción de grafeno de alta calidad que las maderas con un menor contenido de lignina. La lignina es el complejo polímero orgánico que forma paredes celulares rígidas en madera.

Ye dijo que convertir madera en grafeno abre nuevas vías para la síntesis de LIG de materiales no polimidales. “Para algunas aplicaciones, como la impresión tridimensional de grafeno, la poliimida puede no ser un sustrato ideal”, dijo. “Además, la madera es abundante y renovable”.

Al igual que con la poliimida, el proceso tiene lugar con un láser industrial estándar a temperatura y presión ambiente y en una atmósfera de argón o hidrógeno inerte. Sin oxígeno, el calor del láser no quema el pino, sino que transforma la superficie en copos arrugados de espuma de grafeno unida a la superficie de la madera. El cambio de la potencia del láser también cambió la composición química y la estabilidad térmica del LIG resultante. Con un 70 por ciento de potencia, el láser produjo la más alta calidad de lo que llamaron “P-LIG”, donde el P significa “pino”.

El laboratorio llevó su descubrimiento un paso más allá convirtiendo P-LIG en electrodos para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno y supercondensadores para el almacenamiento de energía. Para el primero, se depositaron capas de cobalto y fósforo o níquel y hierro sobre P-LIG para hacer un par de electrocatalizadores con áreas superficiales altas que resultaron ser duraderas y eficaces.

Depositar la polianilina en P-LIG la convirtió en un supercondensador de almacenamiento de energía que tenía métricas de rendimiento utilizables, dijo Tour.

“Hay más aplicaciones que explorar”, dijo Ye en un comunicado. “Por ejemplo, podríamos usar P-LIG en la integración de la energía solar para la fotosíntesis, y creemos que este descubrimiento inspirará a los científicos a pensar cómo podríamos diseñar los recursos naturales que nos rodean para que funcionen mejor”.

Tour vio un beneficio ambiental más inmediato de la electrónica biodegradable. “El grafeno es una lámina delgada de un mineral de origen natural, el grafito, por lo que lo estaríamos enviando de nuevo al suelo de donde vino junto con la plataforma de madera en lugar de a un relleno lleno de partes electrónicas”.

Fuente: Europa Press