Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Investigadores del ICB-CSIC participan en el hallazgo de una combinación de nanomateriales con propiedades eléctricas excepcionales
Es la primera vez que se observa con nanomateriales de carbono la percolación explosiva, el fenómeno que provoca alta conductividad súbita.
El Grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología (G-CNN) del Instituto de Carboquímica (ICB), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha realizado una contribución decisiva a la observación de un fenómeno nunca antes visto en nanomateriales de carbono: la percolación explosiva.
Concretamente, en el ICB se ha elaborado el óxido de grafeno, el nanomaterial de carbono en el que se ha observado este fenómeno. “Lo hemos sintetizado más oxidado de lo habitual y con un relleno muy pobre de este material superoxidado, algo simbólico, conseguimos que un polímero se transforme y adquiera una conductividad eléctrica altísima”, explican los investigadores involucrados en el proyecto.
Los resultados se han publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, una de las revistas científicas más importantes en ciencia general y multidisciplinar. La investigación se ha realizado en colaboración con los equipos de los profesores Alan Dalton de la Universidad de Sussex (Reino Unido) y P.M. Ajayan de la Universidad de Rice (Estados Unidos).
La ciencia lleva décadas tratando de hacer plástico capaz de conducir la electricidad, con éxito moderado. “Nosotros hemos estudiado una combinación de este nanomaterial, el óxido de grafeno, y un polímero, el látex, en los que al aplicarles calor aparece abruptamente una conductividad eléctrica muy alta; mayor que la de sus constituyentes por separado. Esto tiene una gran relevancia, especialmente si tenemos en cuenta que el grafeno, un material más caro y difícil de conseguir que el óxido de grafeno, es uno de los materiales más conductores que se conocen actualmente”, explica Wolfgang Maser, profesor de investigación del CSIC.
La conductividad eléctrica es la propiedad responsable de que la electricidad pueda viajar a través de un material y, para dotar de conductividad a un material que no la tiene, hay que mezclarlo con una cantidad suficiente de un compuesto conductor. Uniendo ambos compuestos, el conductor actúa como “puente” para que la electricidad pueda pasar a través del material no conductor.
“Normalmente en estos casos la conductividad aumenta de forma gradual conforme se añade más relleno conductor, pero nosotros hemos dado con una combinación de compuestos es como si pasásemos de 0 a 100 al instante con una cantidad mínima”, destaca Ana Benito, investigadora científica del CSIC. Este fenómeno, denominado percolación explosiva, se había descrito teóricamente y rara vez se había conseguido experimentalmente, pero es la primera vez en la historia que se observa empíricamente en nanomateriales de carbono y polímeros tan sencillos y asequibles.
Materiales de bajo coste
El óxido de grafeno es el derivado del grafeno más asequible y desde el G-CNN del ICB-CSIC llevan mucho tiempo trabajando con él. En esta ocasión, se ha incorporado mezclado dentro de un látex, que también es un material muy accesible, y se le ha aplicado calor para convertir el óxido de grafeno en óxido de grafeno reducido. “Automáticamente ha surgido un aumento vertical de la conductividad (percolación explosiva), de un modo controlado, sencillo y reproducible, lo cual era elusivo actualmente. Ha sido toda una grata sorpresa que funcionase tan bien porque es una mezcla muy sencilla y económica que cualquiera podría hacer casi casi en el garaje de su casa”, comenta José Miguel González, científico titular del CSIC.
Por lo tanto, la simplicidad y accesibilidad de esta metodología abren un mundo de posibilidades para futuras aplicaciones, especialmente en campos como el del transporte o los sensores térmicos. “Imaginemos un sensor que, cuando pasa de la temperatura crítica, se vuelve conductor, te cierra un circuito y salta una alarma. Sería inmediato. Podremos hacer que aparezca conductividad eléctrica de repente simplemente pegando un calentón”, añade González
Nanoestructuras de carbono y nanotecnología en el ICB
Los cinco investigadores en plantilla que forman el G-CNN se han especializado en los últimos años en crear materiales altamente funcionales y sostenibles medioambientalmente. Estos nanomateriales pueden emplearse para un gran número de aplicaciones, que van desde procesos relacionados con la obtención de energías limpias, como la producción de hidrógeno verde, la catálisis, o el almacenamiento de energía, hasta la conservación del patrimonio, la creación de biosensores o el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Estas investigaciones se realizan en el ICB, un centro del CSIC de referencia internacional en la búsqueda de respuesta a los grandes retos sociales y tecnológicos actuales, como la generación sostenible de energía, la lucha contra el cambio climático y la contaminación, así como el desarrollo de nanomateriales, nanotecnología y nuevos sensores sostenibles.
