Aplicaciones y procesamiento del óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido

Descripción

El óxido de grafeno es una forma oxidada del grafeno con grupos de oxígeno. El óxido de grafeno reducido se produce tras un proceso de reducción que elimina muchos grupos de oxígeno. Ambos materiales poseen propiedades únicas. Tienen una estructura en capas con una gran superficie. El óxido de grafeno se dispersa fácilmente en el agua. El óxido de grafeno reducido recupera parte de la conductividad eléctrica del grafeno prístino. Ambos materiales son útiles en muchos sectores.

Métodos de síntesis y reducción

El óxido de grafeno suele prepararse a partir del grafito. Un método habitual utiliza oxidantes fuertes en una solución ácida seguida de exfoliación. Una receta típica comienza con grafito en polvo y lo trata con una mezcla de ácidos y oxidantes. Estos productos químicos insertan grupos de oxígeno entre las capas.

Una vez fabricado el óxido de grafeno, puede convertirse en óxido de grafeno reducido. La reducción puede producirse por tratamiento térmico o por reducción química. Los agentes químicos como la hidracina o la vitamina C eliminan algunos grupos de oxígeno. El tratamiento térmico puede realizarse calentando el material en un entorno de gas inerte. El proceso es sencillo pero fiable. El resultado es un material con una conductividad eléctrica mejorada.

Aplicaciones electrónicas

El óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido tienen un gran uso en dispositivos electrónicos. El óxido de grafeno reducido se utiliza en electrónica impresa. Ayuda a fabricar circuitos flexibles y de bajo coste. Muchos sensores utilizan óxido de grafeno reducido porque conduce bien los electrones. En algunos casos, el material se utiliza como conductor transparente. Recuerdo casos en los que películas hechas con óxido de grafeno reducido sustituyeron a los materiales tradicionales en las pantallas táctiles. El óxido de grafeno, por su parte, es útil para capas aislantes por su contenido en oxígeno. Suele aplicarse en dispositivos que requieren un equilibrio entre conductividad y aislamiento. Dispositivos de sonido, pantallas y diversos sensores se benefician de estas aplicaciones. El material también se prueba en transistores sencillos y otros dispositivos semiconductores.

Aplicaciones de almacenamiento de energía

Elalmacenamiento de energía es otro campo que se beneficia de estos materiales. La tecnología de las baterías utiliza actualmente capas de óxido de grafeno reducido para crear redes conductoras. Estas redes soportan altas potencias y ciclos de carga rápidos. También se han desarrollado supercondensadores con materiales basados en óxido de grafeno. Su elevada superficie mejora la formación de la doble capa eléctrica. En circuitos sencillos de laboratorio se han probado electrodos fabricados con compuestos de óxido de grafeno. En un caso, los investigadores aumentaron la densidad energética mezclando capas reducidas con óxidos metálicos. Los resultados son prometedores para futuros dispositivos. He visto muchos prototipos que se benefician de la rentabilidad de estos materiales. Proporcionan estabilidad, alta conductividad y mejores prestaciones.

Aplicaciones biomédicas

Los campos biomédicos utilizan suavemente el óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido. Estos materiales resultan prometedores en sistemas de administración de fármacos, biosensores y agentes de imagen. El óxido de grafeno tiene una excelente dispersabilidad en medios líquidos, lo que resulta útil para fabricar soluciones uniformes para inyección. El óxido de grafeno reducido se ha procesado en finas películas que pueden interactuar con las células, por lo que los investigadores han estudiado su uso en ingeniería de tejidos. Su gran superficie ayuda a alojar moléculas biológicas. Algunos laboratorios han probado su compatibilidad con varios tipos de células. A menudo he mencionado la importancia de una purificación cuidadosa para reducir la toxicidad. La sencillez de su procesamiento y su gran superficie hacen que estos materiales resulten atractivos para las pruebas de diagnóstico y algunos tratamientos contra el cáncer. Su biocompatibilidad se mejora constantemente con nuevos procesamientos y tratamientos químicos.

Tabla resumen: Casos de aplicación del GO y el rGO

Para más aplicaciones industriales, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusión

El óxido de grafeno y el óxido de grafeno reducido son materiales punteros en muchas aplicaciones modernas. Su estructura única ofrece ventajas que los materiales simples no pueden igualar. Los procesos oxidativos fuertes producen óxido de grafeno, mientras que la reducción restaura muchas propiedades del grafeno puro. Los campos de la electrónica, el almacenamiento de energía y la biomedicina se benefician de estos materiales.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Cómo se fabrica el óxido de grafeno?
P: El óxido de grafeno se fabrica oxidando el grafito con ácidos y oxidantes, y luego exfoliándolo en capas.

F: ¿Qué mejora el óxido de grafeno reducido en electrónica?
P: La reducción mejora la conductividad eléctrica, lo que lo hace adecuado para la electrónica impresa y los sensores.

F: ¿Es seguro el óxido de grafeno para uso biomédico?
P: El óxido de grafeno purificado muestra una biocompatibilidad prometedora tras un procesamiento y un tratamiento cuidadosos.