Nanoprojects S.L.
DOSSIER GENERAL
GRAFENO
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Nanoprojects S.L . C/ Génova 6 - 41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - [email protected] 1
INDICE 1
NANOTECNOLOGÍA 2
¿Qué es la nanotecnología? 2
Conceptos fundamentales: nanómetro 2
EL GRAFENO 3
PRODUCTOS 5
Láminas de Grafeno 5
Óxido de Grafeno 7
Polvo de Grafeno 9
Nanofibras de Carbono 11
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NANOTECNOLOGÍA
¿Qué es la Nanotecnología? La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. La nanotecnología promete soluciones vanguardistas y más eficientes para los problemas ambientales, así como muchos otros enfrentados por la humanidad.
Conceptos fundamentales: Nanómetro
Un nanómetro (nanómetro) es una milmillonésima, o 10-9 de un metro. Para la comparación, una doble-hélice de ADN tiene un diámetro alrededor de 2 nanómetros. Por una parte, la forma de vida más pequeña, las bacterias del género micoplasma, están alrededor 200 nanómetros de longitud. Como ejemplo práctico comparativo podríamos decir que un nanómetro sería una canica y un metro sería el tamaño de la tierra.
Submúltiplos del metro:
* decímetro (dm): 10-1 metros. 0,1 m
* centímetro (cm): 10-2 metros. 0,01m
* milímetro (mm): 10-3 metros. 0,001 m
* micrómetro (µm): 10-6 metros. 0,000001 m
* nanómetro (nm): 10-9 metros. 0,000000001 m
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EL GRAFENO
El grafeno es una lámina de carbono de un átomo de espesor. La fotocatálisis es la reacción que utiliza la luz para activar una substancia. Esta sustancia se
conoce como catalizador ya que aumenta el índice de una reacción reduciendo la energía de
activación.
El grafeno es un nuevo material nanométrico bidimensional, obtenido a partir del grafito en
2004 por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov,, es una hojuela cuasiplana con
pequeñas ondulaciones, dando la apariencia de un panal de abejas, con un grosor de un átomo
de carbono (0,1nm). su producción ha estado, hasta hoy, restringida a nivel laboratorio,. posee
unas extraordinarias propiedades que exhibe, tales como un efecto hall cuántico anómalo, un
comportamiento como semiconductor gap superficial y ausencia de localización electrónica,
entre otras, las cuales vislumbran que serán de gran utilidad en computación, electrónica y
ecología entre otros muchos.
El grafeno es un material formado por capas, que comprende desde una hasta 10 capas
superpuestas. sus propiedades están en función de su dimensionalidad. tomando como base
discriminatoria la especificidad de sus propiedades, el grafeno puede ser clasificado en 3
tipos: monocapa, bicapa y multicapa (entre 3 y 10). sin embargo, presentan un conjunto de
propiedades comunes que permiten caracterizar los tres tipos como grafeno.
Este material es extraordinariamente conductor tanto eléctrico (sus electrones se mueven cien
veces más rápido que en el silicio) como térmico, es muy transparente, resulta mas resistente
que el mismo diamante y doscientas veces más que el acero, muy flexible, tan denso, que ni
siquiera el gas helio( el átomo más pequeño) lo puede atravesar, muy sensible a cualquier
molécula que se deposite en su superficie y todo ello en finísimas capas de un átomo de
espesor (un millón de veces más fino que una hoja de papel).
Otra interesante propiedad es que si al grafeno se le aplica una señal eléctrica de cierta
frecuencia, genera otra onda del doble o el triple de frecuencia (es un multiplicador de
frecuencias) por lo que permite trabajar a frecuencias de reloj mucho más altas de las actuales.
A nivel cuántico, el grafeno presenta nuevas propiedades aún mas interesantes que hacen que
el electrón se comporte como una partícula sin masa (como los fotones y los fermiones), con
una velocidad unas cuatrocientas veces menor que la de la luz pero mucho mayor que la de los
electrones en los metales, y que permiten realizar en un pequeño trozo de grafeno muchos
experimentos que hasta ahora solo se podían hacer en aceleradores de partículas como el cern
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Es el material más fino que existe El grafeno es el material más fino posible, su grosor no excede el de un átomo de carbón, y para todas sus aplicaciones y utilidades puede ser considerado bidimensional. El grafeno puede ser manipulado para formar estructuras tridimensionales que toman sus propias propiedades unicas y prometedoras, una de ellas es el preciado nanotubo.
Es un material superconductor Debido a su naturaleza bidimensional, el grafeno tiene la propiedad llamada " charge fractionalization (superconductividad), " esta propiedad es esencial para el desarrollo de la siguiente generación de informática. Esto permite avances tanto en la informática cuántica como en circuitos "anyonic"
Transparente Debido a lo fino que es el grafeno, el puro es transparente. Esta propiedad puede usarse para fabricar electrodos transparentes usados para crear luz como led´s o celulas solares infinitamente mejores.
Uno de los materiales más fuertes que existen Para ser el material más fino posible, el grafeno es tambien uno de los mas fuertes; 200 veces más fuertes que el acero, investigaciones de la Universidad de Columbia de Ingeniería, han dicho que "una capa continua de grafeno podría sostener un elefante sobre un lapicero.
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LÁMINAS DE GRAFENO
BASE DEL MATERIAL
Las láminas de grafeno son obtenidas mediante el método de Deposición Química con Vapor en un proceso industrializado y siguiendo un control de calidad exhaustivo.
PROPIEDADES
- Material más resistente del mundo
- Soporta radiación ionizante
- Muy ligero
- Flexible
- Minimiza el efecto Joule respecto a la fibra de
carbono.
- Se calienta poco al conducir los electrones
- Carga alta en nanocomposites
- Dispersable en muchos polímeros y disolventes
comunes
- La superficie puede ser fácilmente funcionalizada
- Excepcional a la penetración de gases
CAMPO DE APLICACIÓN
- Aplicaciones electrónicas
- Aplicaciones nanoelectrónicas
- Semiconductores/MEMS
- Revestimiento de vidrio
- Células solares
- Circuitos integrados
- Aeronáutica
- Biomedicina
- Sensores de gases y biosensores
-
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DATOS TÉCNICOS
CARACTERIZACIÓN
La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN
PROPIEDAD LÁMINA DE GRAFENO
COLOR: INCOLORO
OLOR: INODORO
APARIENCIA TRANSPARENTE
APARIENCIA (FORMA) LÁMINA
ESTADO FÍSICO A 20ºC: SÓLIDO
VELOCIDAD MOVILIDAD DE LOS ELECTRONES (298.15K): 15.000 cm2/Vs
DENSIDAD: 2.2 g/cm3
TAMAÑO DE GRANO: >10 µm
FET (FIELD-EFFECT TRANSISTOR) MOVILIDAD EN Al2O3: 2800 cm2/Vs
BAND GAP: CONTROLADA CON PRECISION
DE 0 A 250 meV
MOVILIDAD HALL EN SIO2: 3500 cm2/Vs
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA: >2600 m2/g
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA EN EL PLANO ~20 S/cm
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: ~3000 W/mk
TENSIÓN MECÁNICA: 1060 GPa
ALTO MODULO DE YOUNG ~1000GPa
SPESOR TEÓRICO: 0.345 nm
RESISTENCIA DE LA LÁMINA: ≈30 Ω/sq (tramitancia óptica 90%)
≈125 Ω/sq (tramitancia óptica 97,7%)
≈170 Ω/sq (tramitancia óptica 99%)
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ÓXIDO DE GRAFENO
BASE DEL MATERIAL
Flakes de grafito en polvo. El proceso de fabricación trata los flakes de grafito mediante una serie de violentas oxidaciones seguidas de un proceso de ultrasonificación para separar las finas láminas de grafeno que conforman el grafito. Todo ello mediante un proceso completamente industrializado y siguiendo un estricto control de la calidad.
PROPIEDADES
- Reducido peso
- Fácil y rápidamente aplicable
- Alta adherencia debido a su superficie arenosa
CAMPO DE APLICACIÓN
- Materiales composites de grafeno-polímero
- Papel de óxido de grafeno ultrafuerte
- Capas conductoras transparentes
- Celdas solares
- Supercapacitores
- Soporte para catalizadores metálicos
- Materiales con baja permeabilidad
- Películas de disipación electro-estática
- Química y biosensores
- Materiales multifuncionales basados en grafeno
- Investigación del grafeno
PRESENTACIÓN
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DATOS TÉCNICOS
CARACTERIZACIÓN
La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN
PROPIEDAD ÓXIDO DE GRAFENO
ANÁLISIS ELEMENTAL
C: 76.5% H: 1.6% N: 5.4%
O: 16.5%
DIÁMETRO 15 µm
COLOR NEGRO
OLOR INODORO
CONTENIDO EN SÓLIDO 98%
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA ˜400 m2/g
ESPESOR MEDIO FLAKE 1 MONOCAPA
TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA ˜ 3-10 MICRAS CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA >600 S/m
SOLUBILIDAD INSOLUBLE
PUREZA ˜ 99%
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POLVO DE GRAFENO
BASE DEL MATERIAL
Flakes de grafito en polvo. El proceso de fabricación incorpora los flakes de grafito que son tratados mediante exfoliación en un proceso completamente industrializado y siguiendo un estricto control de la calidad.
PROPIEDADES
- Reducido peso
- Fácil y rápidamente aplicable
- Alta adherencia debido a su superficie arenosa
CAMPO DE APLICACIÓN
- Materiales composites de grafeno-polímero
- Composites con conductividad eléctrica y térmica
- Revestimientos conductores
- Retardante del fuego
- Soporte para catalizadores metálicos
- Materiales con baja permeabilidad
- Películas de disipación electro-estática
- Química y biosensores
- Materiales multifuncionales basados en grafeno
- Investigación del grafeno
PRESENTACIÓN
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DATOS TÉCNICOS
CARACTERIZACIÓN
La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN
PROPIEDAD BULK GRAPHENE
ANÁLISIS ELEMENTAL
C: 97% H: 1% O: 2%
COLOR NEGRO
OLOR INODORO
CONTENIDO EN SÓLIDO 98%
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA ˜510 m2/g
ESPESOR MEDIO FLAKE 1 nm (˂3 MONOCAPAS)
TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA ˜10 MICRAS
SOLUBILIDAD DISPERSABLE EN ALCOHOLES Y N,N-
DIMETILFORMAMIDA
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NANOFIBRAS DE CARBONO
BASE DEL MATERIAL
Las nanofibras de carbono se sintetizan a partir
de procesos camíticos de Deposición Química en
fase Vapor. Todo ello mediante un proceso
completamente industrializado y siguiendo un
estricto control de la calidad.
PROPIEDADES
- Refuerzo en ropa ultra resistente - Refuerzo en polímeros - Endurecedor pinturas - Adsorbente de agua para pinturas y barnices - Retardante al fuego - Mejorador de la dureza en espumas de
poliuretano - Mejorador de las propiedades conductores
de plasticos y poliuretanos. Mejora con la adición de grafeno.
- Refuerzo para hormigón - Electrodos de alta superficie - Baterías de Ion-Litio y/o pilas de combustible - Almacenamiento de Gases (Argón, Hydrogen,
CO2…)
CAMPO DE APLICACIÓN
APLICACIONES RELACIONADAS CON LA CONSTRUCCIÓN: - Refuerzos de fibras de polímeros
- Endurecedor de pinturas
- Absorbente en pinturas y barnices
- Retardante combinándolo con
otros materiales
- Mejora las propiedades de la
espuma de poliuretano
- Combinándolo con el grafeno,
permite obtener termoplásticos
conductores, pu, etc…
- Refuerza el hormigón
APLICACIONES RELACIONADAS CON LA INDUSTRIA AERONÁUTICA Y AEROESPACIAL:
- Adhesivo conductor
- Microelectrónica
- Sensores
- Disipacion de calor - Control del electromagnetismo
- Recubrimientos y pinturas conductoras
- Absorción en microondas
APLICACIONES ENERGÉTICAS: - Pilas de combustible
- Soporte de catalizadores
- Supercondensadores
- Baterias de iones de litio
APLICACIONES ELECTRÓNICAS: - Eliminación de carga electroestática
- Protector electromagnetismo
- Semiconductor
- Adhesivo conductor
- Microelectrónica
- Sensores
- Componentes ordenadores
APLICACIONES RELACIONADAS CON
LA INDUSTRIA AUTOMOVILÍSTICA:
- Control de consumo
- Panels for electrostatic painted
- Absorbente electronico
- Sistema de frenos
- Componentes del motor
- Sensores
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PRESENTACIÓN
DATOS TÉCNICOS
a Entre paréntesis: % de área de microporos respecto al área superficial total b número de planos de grafeno en el cristal (npg = Lc/d002); d002 es el espaciado interlaminar; Lc es el tamaño medio de los cristales en la muestra, en la dirección perpendicular a los planos basales de grafeno. c ID/IG: cociente entre las intensidades de las bandas D y G en el espectro RAMAN. d Determinado por conteo de al menos 200 CNF’s en imágenes TEM.
PROPIEDAD CNF
Área superficial (m2/g) 70-250
Área de microporos (m2/g)
a 2-50 (2-20)
CARACTERÍSTICAS TEXTURALES
Volumen total de poros (cm3/g) 0,3-1,6
DRX: npgb 10-25 (npg del grafito ≈ 95) GRADO DE GRAFIZITACIÓN
RAMAN: ID/IG c 0.95-1,05 (ID/IG del grafito ≈ 0,6)
Olor, color y apariencia Polvo negro, sin olor, esponjoso
Diámetro de la fibra (nm)d 5-160
Longitud de la fibra (nm)d >20
Contenido en catalizador (%)
(CNF brutas, sin purificar)
12-20
C Oe H
CARACTERÍSTICAS FÍSICO-
QUÍMICAS
Análisis elemental del producto limpio
(libre de restos de catalizador) (% mol)
75-93 2,5-22 4,5-5,5
Temperatura de oxidación (ºC)f 350-680 (520-640) CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS
Productos de descomposición/oxidación
térmica
CO, CO2 principalmente
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e el contenido en oxígeno se determina por diferencia. f Entre paréntesis: rango de temperaturas correspondientes al máximo de oxidación
CARACTERIZACIÓN
La caracterización de las nanofibras de Carbono se lleva a cabo mediante su análisis con
Espectroscopia RAMAN y Microscopio de Transmisión Electrónica (TEM)
0-5 10-15
20-25
30-35
40-45
50-55
60-65
70-75
80-85
90-95
>100
0
5
10
15
20
25
(%
)
CNFs diameter (nm)
450 ºC
600 ºC
750 ºC
Típicas distribuciones de diámetros de las CNF sintetizadas
Desplazamiento Raman
(cm )
110
120
130
140
150
160
170
180
G-
Band
D-
Band
-1
Espectros RAMAN típicos de las CNF sintetizadas
200 nm
Típica imagen TEM de las CNF sintetizadas