Papel de óxido de grafeno - Graphene oxide paper
El papel de óxido de grafeno o el papel de óxido de grafito es un material fabricado a partir de óxido de grafito . Las películas micrométricas de papel de óxido de grafeno también se denominan membranas de óxido de grafito (en la década de 1960) o (más recientemente) membranas de óxido de grafeno. Las membranas se obtienen típicamente por evaporación lenta de la solución de óxido de grafeno o por el método de filtración.
El material tiene una rigidez y resistencia excepcionales , debido a la fuerza intrínseca de la columna vertebral de grafeno bidimensional y a su estructura de capas entrelazadas que distribuye las cargas.
Preparación
El material de partida son escamas de óxido de grafeno dispersas en agua. La dispersión acuosa se filtra al vacío para producir láminas autoportantes. El espesor de estas láminas está típicamente en el rango de 0,1 a 50 micrómetros. Dependiendo de la aplicación, los laminados de óxido de grafeno se denominan papeles o membranas. Los métodos alternativos para preparar multicapas / laminados de óxido de grafeno independientes es utilizar un revestimiento por goteo o un revestimiento por goteo repetidos. Estos copos pueden estar unidos químicamente , lo que lleva al desarrollo de nuevos materiales adicionales. Al igual que el material de partida, el papel de óxido de grafeno es un aislante eléctrico ; sin embargo, es posible ajustar esta propiedad, haciendo del papel un conductor o semiconductor , sin sacrificar sus propiedades mecánicas.
Propiedades
Los estudios detallados del papel de óxido de grafito por V. Kohlschütter y P. Haenni se remontan a 1918. Hanns-Peter Boehm , el científico alemán que inventó el término "grafeno", realizó estudios de las membranas de óxido de grafito en 1960. El artículo titulado " El óxido de grafito y sus propiedades de membrana "informaron la síntesis de" láminas similares al papel "con un grosor de 0,05 mm. Se informó que las membranas no eran permeables a los gases (nitrógeno y oxígeno) pero fácilmente permeables a los vapores de agua y, lo que sugiere que sí, a cualquier otro solvente que sea capaz de intercalar óxido de grafito. También se informó que las membranas no son permeables por "sustancias de menor peso molecular".
La penetración de agua a través de la membrana se atribuyó al hinchamiento de la estructura de óxido de grafito que permite la ruta de penetración del agua entre las capas individuales de óxido de grafeno. La distancia entre capas de óxido de grafito seco se informó como 6,35 Å, pero en agua líquida aumentó a 11,6 Å. Sorprendentemente, el documento también citó la distancia entre capas en NaOH diluido como infinito, informando así la dispersión de óxido de grafito en láminas de óxido de grafeno de una sola capa en solución. El estudio también informó la tasa de permeabilidad de las membranas para el agua de 0,1 mg por minuto por cm cuadrado. La velocidad de difusión del agua se evaluó como 1 cm / hora. El artículo de Boehm también mostró que el óxido de grafito se puede utilizar como membrana de intercambio catiónico y reporta mediciones de presiones osmóticas , potenciales de membrana en soluciones de KCl, HCl, CaCl 2 , MgCl 2 , BaCl 2 . También se informó que las membranas son permeables a grandes iones alcaloides, ya que pueden penetrar entre las capas de óxido de grafeno.
En 2012 se redescubrieron algunas de las propiedades de las membranas de óxido de grafito descubiertas por Boehm: se informó que las membranas no eran permeables al helio, pero sí a los vapores de agua. Este estudio se amplió posteriormente para demostrar que varias sales (por ejemplo, KCl, MgCl 2 ) se difunden a través de la membrana de óxido de grafeno si se sumerge en una solución de agua.
Las membranas de óxido de grafeno se están estudiando activamente para sus aplicaciones en la desalinización de agua . Se informaron tasas de retención superiores al 90% en un estudio de 1960 para soluciones de NaCl que utilizaban membranas de óxido de grafeno estabilizadas en configuración de ósmosis inversa .
Ver también
Referencias
- El papel de óxido de grafeno podría generar una nueva clase de materiales (comunicado de prensa de la Universidad Northwestern)
- Óxido de grafeno tejido en 'papel' (physicsworld.com)
- ¡Es súper papel! (Noticias diarias de ScienceNOW)
- Papel ultrafuerte de grafeno (revisión tecnológica)
- El carbón produce papel superresistente (Nature)