DOSSIER GENERAL

GRAFENO

Nanoprojects S.L.

GRAFENO

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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GRAFENO

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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GRAFENO

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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GRAFENO

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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GRAFENO

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 PROPIEDAD

LÁMINA DE GRAFENO

COLOR:

INCOLORO

OLOR:

INODORO

APARIENCIA APARIENCIA (FORMA) ESTADO FÍSICO A 20ºC:

TRANSPARENTE LÁMINA 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 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA:

~20

S/cm W/mk

~3000

TENSIÓN MECÁNICA:

1060 GPa

ALTO MODULO DE YOUNG SPESOR TEÓRICO:

~1000GPa

RESISTENCIA DE LA LÁMINA:

≈30 Ω/sq (tramitancia óptica 90%) ≈125 Ω/sq (tramitancia óptica 97,7%) ≈170 Ω/sq (tramitancia óptica 99%)

0.345 nm

CARACTERIZACIÓN La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN

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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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GRAFENO

DATOS TÉCNICOS

PROPIEDAD

ANÁLISIS ELEMENTAL DIÁMETRO COLOR OLOR CONTENIDO EN SÓLIDO ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA ESPESOR MEDIO FLAKE TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA SOLUBILIDAD PUREZA

ÓXIDO DE GRAFENO C: 76.5% H: 1.6% N: 5.4% O: 16.5% 15 µm NEGRO INODORO 98% 2 ˜400 m /g 1 MONOCAPA ˜ 3-10 MICRAS >600 S/m INSOLUBLE ˜ 99%

CARACTERIZACIÓN La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN

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GRAFENO

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

PROPIEDAD ANÁLISIS ELEMENTAL COLOR OLOR CONTENIDO EN SÓLIDO ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA ESPESOR MEDIO FLAKE TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA SOLUBILIDAD

BULK GRAPHENE C: 97% H: 1% O: 2% NEGRO INODORO 98% 2 ˜510 m /g 1 nm (˂3 MONOCAPAS) ˜10 MICRAS DISPERSABLE EN ALCOHOLES Y N,NDIMETILFORMAMIDA

CARACTERIZACIÓN La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN

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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…)

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

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

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PRESENTACIÓN

DATOS TÉCNICOS

PROPIEDAD CARACTERÍSTICAS TEXTURALES

CNF

2

Área superficial (m /g)

70-250

2

a

Área de microporos (m /g)

2-50 (2-20)

3

Volumen total de poros (cm /g) GRADO DE GRAFIZITACIÓN

DRX: npg

b

RAMAN: ID/IG CARACTERÍSTICAS FÍSICO-

0,3-1,6 10-25 (npg del grafito ≈ 95)

c

0.95-1,05 (ID/IG del grafito ≈ 0,6)

Olor, color y apariencia

Polvo negro, sin olor, esponjoso

QUÍMICAS d

5-160

d

>20

Diámetro de la fibra (nm) Longitud de la fibra (nm)

Contenido en catalizador (%)

12-20

(CNF brutas, sin purificar) Análisis elemental del producto limpio

e

C

O

H

75-93

2,5-22

4,5-5,5

(libre de restos de catalizador) (% mol)

CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS

Temperatura de oxidación (ºC)

f

Productos de descomposición/oxidación

350-680 (520-640) CO, CO2 principalmente

térmica

a Entre

paréntesis: % de área de microporos respecto al área superficial total 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 I /I : cociente entre las intensidades de las bandas D y G en el espectro RAMAN. D G d Determinado por conteo de al menos 200 CNF’s en imágenes TEM. b

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e f

el contenido en oxígeno se determina por diferencia. 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)

DBand

200 nm

GBand

Típica imagen TEM de las CNF sintetizadas

110

130 140 150 160 170 180 -1 Desplazamiento Raman (cm ) Espectros RAMAN típicos de las CNF sintetizadas

25

120

450 ºC 600 ºC

20

(%)

750 ºC 15

10

5

0

0 >1 0

5 -9

5 -8

90

80

5 -7

5 -6

70

5 -5

60

50

5 -4

5 -3

40

5 -2

30

5 -1

20

5

10

0-

CNFs diameter (nm)

Típicas distribuciones de diámetros de las CNF sintetizadas

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