La idea de fabricar tejidos conductores capaces de contener elementos electrónicos está cada vez más cerca. Circuitos, dispositivos de almacenamiento de energía o para el cuidado de la salud son algunos de los ejemplos que podrían utilizarse en estos tejidos, y el grafeno es, además, el material que puede permitir este avance.
Desde hace bastantes años se está investigando en esta línea y, en un estudio publicado recientemente en la revista Carbon, un equipo conjunto de investigadores del Cambridge Graphene Centre de la Universidad de Cambridge (UK) y de la Universidad de Jiangnan (China) ha conseguido desarrollar un tejido conductor de algodón con grafeno, y han probado su utilidad como sensor de deformación.
Para fabricar este tejido han empleado un método basado en “tintas de grafeno” como aquél que explicamos en este blog hace algún tiempo para desarrollar circuitos electrónicos. Este método consiste básicamente en aprovechar los grupos funcionales del óxido de grafeno (GO) para que se adhieran al tejido o soporte necesario; posteriormente se somete todo el conjunto a un tratamiento para reducir el GO y así obtener el óxido de grafeno reducido, que tiene la estructura sp2 del grafeno parcialmente recuperada y por tanto una conductividad mucho mayor, con lo que resulta apto para su uso como dispositivo electrónico.
Cabe destacar que el método para obtener el óxido de grafeno que han utilizado los investigadores es prácticamente el mismo que se sigue en Applynano: el grafito de partida se somete a un tratamiento con ácidos y oxidantes fuertes (como el H2SO4 y el KMnO4, entre otros), posteriormente se le practica una exfoliación con ultrasonidos y se depura y filtra en última instancia para obtener la dispersión acuosa de GO.
Proceso de fabricación del tejido conductor (a); Muestras del tejido (b), impregnado con GO (c) y después de la reducción a 180ºC; Imágenes SEM del tejido de partida (e, h), tras el depósito de GO (f, i) y con el GO reducido (g, j)
El tejido final impregnado con el óxido de grafeno se preparó filtrando la dispersión de GO a través del propio tejido de algodón, de forma que se pudiese controlar perfectamente la cantidad de GO que quedaba en las fibras. Además, para evitar pérdidas de GO excesivas, colocaron una membrana microporosa debajo del tejido durante la filtración a vacío. Durante esta filtración, las láminas de óxido de grafeno se absorben en la superficie de las fibras de algodón formando enlaces de hidrógeno con los grupos funcionales presentes en el algodón.
A continuación, el tejido con el óxido de grafeno se sometió a un tratamiento de reducción térmica a elevada temperatura para reducir el GO y mejorar así su conductividad. Este tratamiento, sin embargo, puede perjudicar la flexibilidad y resistencia de las fibrasde algodón, por lo que se usó una temperatura algo menor (de 180ºC) que la que se emplea habitualmente en estos procesos (unos 200ºC). El tiempo de esta reducción térmica también es importante y, después de probar entre 30 y 180 minutos, comprobaron que los resultados óptimos se daban con 60 minutos de tratamiento.
El tejido final se caraterizó mediante espectometría Raman y XPSmostrando que, después de la reducción térmica, aumentaba considerablemente la proporción carbono/oxígeno, lo que demuestra una recuperación en gran medida de la estructura sp2 del grafeno. Además, tras la reducción el tejido conductor mostró una resistividad de tan solo 0.9 kΩ/sq, que apenas aumentaba hasta 1.2 kΩ/sq tras 10 ciclos de lavado en una lavadora convencional.
Los investigadores destacan que, mediante este procedimiento, se obtiene un tejido conductor sobre el cual se pueden colocarse directamente sensores portátiles, a diferencia de otros sensores de este tipo que se montaban en otros soportes plásticos o textiles que, además, podían resultar incómodos en la ropa y dañarse después de varios lavados. Por otro lado, también destacan que este tejido conductor resulta más económico que otros que se venían fabricando ya que no emplea metales como la plata, por ejemplo, e incluso su proceso de fabricación es más respetuoso con el medio ambiente al no utilizar reactivos en la reducción del GO, que normalmente son tóxicos.
Este desarrollo se trata, al fin y al cabo, de otra de las posibles aplicaciones del óxido de grafeno como el que fabrica Applynano que, aunque pueda no presentar las propiedades destacadas del grafeno CVD, es muy útil en otras aplicaciones como este tejido conductor, ya que sirve de intermedio necesario durante el proceso de fabricación, antes de llegar al óxido de grafeno reducido que es el que finalmente aportará al tejido las propiedades conductoras.
- Fuente: artículo de prensa en Phys.org y artículo original en Carbon.
