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Síntesis de flash de grafeno de abajo hacia arriba en escala de gramos

Duy X Luong ^1,2, Ksenia V Bets ³, Wala Ali Algozeeb ²

¹Applied Physics Program, Rice University, Houston, TX, USA.
²Department of Chemistry, Rice University, Houston, TX, USA.
³Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University, Houston, TX, USA.
⁴C-Crete Technologies, Stafford, TX, USA.
⁵C-Crete Technologies, Stafford, TX, USA. rouzbeh@ccretetech.com.
⁶Department of Civil and Environmental Engineering, Rice University, Houston, TX, USA. rouzbeh@ccretetech.com.
⁷Department of Chemistry, Rice University, Houston, TX, USA. biy@rice.edu.
⁸Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University, Houston, TX, USA. biy@rice.edu.
⁹Smalley-Curl Institute and the NanoCarbon Center, Rice University, Houston, TX, USA. biy@rice.edu.
¹⁰Department of Chemistry, Rice University, Houston, TX, USA. tour@rice.edu.
¹¹Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University, Houston, TX, USA. tour@rice.edu.
¹²Smalley-Curl Institute and the NanoCarbon Center, Rice University, Houston, TX, USA. tour@rice.edu.

⁰Applied Physics Program, Rice University, Houston, TX, USA.

Nature +

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29 de enero de 2020

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Resumen

El calentamiento instantáneo de Joule produce rápidamente grafeno a escala de gramos de fuentes de carbono baratas en menos de un segundo. Este nuevo método produce grafeno flash de alta pureza (FG) con mínimos defectos, adecuado para materiales compuestos a granel.

Área De La Ciencia

Ciencias de los materiales
Nanotecnología
Ingeniería Química

Sus Antecedentes

Los métodos tradicionales de producción de grafeno (exfoliación de arriba hacia abajo, síntesis de abajo hacia arriba) se enfrentan a desafíos con el uso de disolventes, el alto consumo de energía y los defectos estructurales.
Los métodos existentes a menudo producen grafeno de baja calidad o requieren procesos complejos y costosos para la producción a granel.

Objetivo Del Estudio

Desarrollar un método rápido, escalable y rentable para sintetizar grafeno de alta calidad a partir de diversas fuentes de carbono.
Caracterizar las propiedades del grafeno producido mediante calentamiento de Joule y evaluar su potencial para aplicaciones industriales.

Principales Métodos

Calentamiento instantáneo por Joule de fuentes de carbono de bajo costo (carbón, biocarbón, desechos plásticos, etc.) por menos de un segundo.
Caracterización del grafeno resultante mediante espectroscopia de Raman para evaluar la pureza y la concentración de defectos.
Análisis de la disposición estructural (acoplamiento turbostrático) de las capas de grafeno sintetizadas.

Principales Resultados

Cantidades de grafeno flash (FG) producidas en menos de un segundo a partir de varias fuentes de carbono.
Alto rendimiento (80-90%) y pureza (>99%) obtenidos a partir de fuentes de alto contenido de carbono, sin necesidad de purificación.
FG exhibe baja concentración de defectos (baja banda D en espectros de Raman) y apilamiento turbostrático, distinto del grafito.

Conclusiones

El calentamiento de Flash Joule ofrece un gran avance para la síntesis de grafeno a granel, superando las limitaciones de los métodos actuales.
La naturaleza de bajo costo, alto rendimiento y alta calidad de FG lo hace adecuado para un uso generalizado en materiales compuestos.
Este proceso reduce significativamente el consumo de energía y el impacto ambiental en comparación con la producción convencional de grafeno.