Las películas de carbono, como el grafeno, son materiales muy ligeros pero muy resistentes, con un excelente potencial de aplicación, pero pueden ser difíciles de fabricar, suelen requerir mucha mano de obra y estrategias que consumen mucho tiempo, y los métodos son caros y no son respetuosos con el medio ambiente.
Con la producción de grandes cantidades de grafeno, y para superar las dificultades que se presentan al implementar los métodos de extracción actuales, investigadores de la Universidad Ben Gurion del Negev en Israel han desarrollado un método de extracción de grafeno "verde" que puede aplicarse a una amplia gama de campos, incluyendo la óptica, la electrónica, la ecología y la biotecnología.
Los investigadores utilizaron dispersión mecánica para extraer grafeno del mineral natural estriolita. Descubrieron que el mineral hipofilita presenta buenas perspectivas para la producción de grafeno y sustancias similares al grafeno a escala industrial.
El contenido de carbono del hipomfíbol puede variar. Según su contenido de carbono, el hipomfíbol puede tener diferentes aplicaciones potenciales. Algunos tipos se utilizan por sus propiedades catalíticas, mientras que otros poseen propiedades bactericidas.
Las características estructurales del hipopiroxeno determinan su aplicación en el proceso de oxidación-reducción, y también puede utilizarse para la producción en altos hornos y la producción de ferroaleaciones de hierro fundido (con alto contenido de silicio).
Gracias a sus propiedades físicas y mecánicas, su densidad aparente, su buena resistencia y su durabilidad, la hipofilita también tiene la capacidad de adsorber diversas sustancias orgánicas, por lo que puede utilizarse como material filtrante. Además, ha demostrado su capacidad para eliminar partículas de radicales libres que pueden contaminar las fuentes de agua.
El hipopiroxeno tiene la capacidad de desinfectar y purificar el agua de bacterias, esporas, microorganismos simples y algas verdeazuladas. Debido a sus elevadas propiedades catalíticas y reductoras, la magnesia se utiliza frecuentemente como adsorbente para el tratamiento de aguas residuales.
(a) Imagen TEM con aumento de 13500x y (b) imagen TEM con aumento de 35000x de la muestra de hipofilita dispersa. (c) Espectro Raman de la hipofilita tratada y (d) espectro XPS de la línea de carbono en el espectro de la hipofilita.
Extracción de grafeno
Para preparar las rocas para la extracción de grafeno, los investigadores utilizaron un microscopio electrónico de barrido (MEB) para examinar las impurezas de metales pesados y la porosidad de las muestras. También aplicaron otros métodos de laboratorio para comprobar la composición estructural general y la presencia de otros minerales en el hipomfíbol.
Una vez finalizados el análisis y la preparación de la muestra, los investigadores pudieron extraer grafeno de la diorita tras procesar mecánicamente la muestra de Karelia utilizando un limpiador ultrasónico digital.
Dado que este método permite procesar un gran número de muestras, no existe riesgo de contaminación secundaria y no se requieren métodos posteriores de procesamiento de muestras.
Dado que las extraordinarias propiedades del grafeno son ampliamente conocidas en la comunidad científica, se han desarrollado numerosos métodos de producción y síntesis. Sin embargo, muchos de estos métodos son procesos de varias etapas o requieren el uso de productos químicos y agentes oxidantes y reductores fuertes.
Si bien el grafeno y otras películas de carbono han demostrado un gran potencial de aplicación y han alcanzado un éxito relativo en investigación y desarrollo, los procesos que utilizan estos materiales aún están en desarrollo. Parte del desafío consiste en lograr que la extracción de grafeno sea rentable, lo que significa que encontrar la tecnología de dispersión adecuada es fundamental.
Este método de dispersión o síntesis es laborioso y perjudicial para el medio ambiente, y la intensidad de estas tecnologías también puede provocar defectos en el grafeno producido, reduciendo así la excelente calidad esperada del mismo.
La aplicación de limpiadores ultrasónicos en la síntesis de grafeno elimina los riesgos y costes asociados a los métodos químicos y de múltiples etapas. La aplicación de este método al mineral natural hipofilita abrió el camino a una nueva forma ecológica de producir grafeno.
Fecha de publicación: 4 de noviembre de 2021
