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¿Cómo se obtiene el grafeno?

Puede que lleves tiempo leyendo acerca del grafeno y hayas llegado a hacerte la siguiente pregunta:

Si el grafeno tiene propiedades tan interesantes para múltiples ámbitos de nuestras vidas, ¿por qué no es más común?

Como ya sabrás, el grafeno se descubrió hace relativamente poco, por lo que las investigaciones sobre él, sus aplicaciones y propiedades y, por supuesto, los métodos para la obtención del grafeno, aún están en pañales.

Bueno, quizás haya exagerado un poco, pero ya me entiendes. Aún no se conoce la manera idónea de conseguirlo. No tienes más que ver la industria automovilística por ejemplo: en el 1885 se hizo el primer coche de gasolina y hoy, más de 100 años más tarde, los siguen mejorando.

Con qué métodos se obtiene el grafeno

Actualmente se conocen varios métodos para obtener este material. Algunos, nos proporcionan grafeno de una calidad excepcional, y otros, nos brindan peores calidades.

Si queremos que en un futuro las empresas consigan mejores resultados, se torna imprescindible invertir en empresas de grafeno.

Sin embargo, cuanto mayor es la calidad del grafeno en cuestión, más costosa es su producción.

Síntesis de grafeno mediante exfoliación mecánica

La exfoliación mecánica fue el mecanismo por el que se sintetizó por primera vez el grafeno.

En esa ocasión se utilizó el grafito procedente de la mina de un lápiz, separando sus láminas de grafeno con dos tiras de cinta adhesiva.

Repitiendo el proceso varias veces, se consiguió aislar una única capa de carbono, el grafeno.

Cómo hacer grafeno casero

Mucha gente se pregunta si, siguiendo los métodos que utilizaron en esa ocasión, podrían conseguir fabricar su propio grafeno. Y la respuesta es que sí. Además se trata de un grafeno de una buena calidad.

Sin embargo, no todo son ventajas, este método también tiene sus limitaciones, algunas son:

  • No puedes controlar la orientación del grafeno.
  • No puedes controlar su tamaño.
  • Es un trabajo muy manual, consiguiendo pocos resultados. Por lo  que no es el método apropiado para la producción a gran escala.

Síntesis de grafeno mediante solución de exfoliación

Mediante el método de solución de exfoliación conseguimos una variedad del grafeno denominada óxido de grafeno. Este es similar al grafeno convencional, con la particularidad de presentar grupos funcionales con oxígeno intercalados.

El sistema de producción de óxido de grafeno por solución de exfoliación (Solution based exfoliation of Graphene Oxide) utiliza como sustrato inicial grafito en polvo, que posteriormente será oxidado mediante el método de Hummer.

Método de Hummers

La oxidación del grafito se consigue gracias a una serie de reacciones químicas donde se encuentran involucrados compuestos como: NaNO3, H2SO4, KMnO4 y H2O2.

Posteriormente se trata mecánicamente mediante ultrasonidos y sonicación para conseguir que los grupos de oxígeno interaccionen con el agua. Mediante centrifugado se separa el óxido de grafeno del grafito restante.

Una vez obtenemos el producto final, podemos reducirlo, obteniendo otro producto derivado del grafeno, el óxido de grafeno reducido.

Síntesis de grafeno por CVD

La deposición química de vapor (Chemical vapor deposition) es el método que arroja mejores resultados.

Su fundamento es hacer crecer láminas de grafeno sobre un catalizador, los más comunes son níquel, paladio, rutenio, iridio y cobre, aunque los más comunes son níquel y cobre.

Para la obtención del grafeno, en este caso la fuente de carbono no es el grafito, sino un gas, el metano (CH4).

La idea es, generar las condiciones de producción propicias para separar el carbono del hidrógeno y conseguir que el carbono se deposite sobre el metal en cuestión.

Obtención de grafeno por CVD depositado en niquel o en cobre

Como hemos mencionado anteriormente, el grafeno obtenido por CVD, necesita un sustrato sobre el que formarse. Los más comunes son Ni, y Cu. Veamos que ventajas apota cada uno:

Cobre (Cu)Níquel (Ni)
Necesita presiones más elevadasSe usan presiones más bajas, incluso a presión atmosfética
Necesita un proceso previo de recocidoNo lo necesita
El grafeno crece al azar en la láminaEl crecimiento de este grafeno es en la posición adecudada
Produce un grafeno muy robustoEste grafeno es algo más débil
Genera una única lámina de grafenoPuede generar varias láminas

Finalmente, para separar el grafeno del sustrato, se usa el conocido como mecanismo de transferencia.