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En Argentina

Reducción del oxigeno a través del Grafeno

En este trabajo se presenta un estudio sobre las propiedades catalíticas de las láminas de Grafeno dopadas (dopaje: átomos necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor) con metales de transición (Fe, Co, Ni), para analizar la energía de absorción de oxígeno molecular sobre la lámina de Grafeno. Los sistemas dopados con Níquel resultan con una barrera de energía menor frente a la disociación de oxígeno, pudiendo determinar que el Grafeno dopado con éste metal podría considerarse como un posible catalizador catódico (encargado de controlar las emisiones del tubo de escape, reduciendo su toxicidad.) de la reacción de reducción de oxígeno.​

Grafeno en remplazo de derivados del petroleo

En éste trabajo de investigación se busca mejorar las propiedades de las mezclas poliméricas de PLA y almidón de mandioca sumando a éstas nanoplacas de Grafeno, para la creación de films. Se desarrollaron por un sistema lote con un mezclador y por extrusión (operación de transformación en la que un material fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un artículo). La incorporación de Grafeno a la mezcla, resultó en un material con mejores propiedades mecánicas y una disminución de la permeabilidad al oxígeno respecto de los anteriores. Los films desarrollados con Grafeno han demostrado un comportamiento adecuado desde el punto de vista de sus propiedades y de su grado de biodegradabilidad (proceso por el cuál una sustancia o material, puede ser descompuesto por organismos vivos), demostrando que pueden ser una opción a los materiales derivados del petróleo que actualmente están en el mercado. Aplicación cómo sustituto de los actuales materiales derivados del petróleo. Argentina Investiga.​

Distintos enfoques sobre el Grafeno

Algunos trabajos al respecto en  Argentina. En el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA, CONICET-UNLP), se encuentra uno de los pocos grupos del país que se dedica, entre otros estudios, a la obtención de Grafeno.   

En el Instituto de Física “Enrique Gaviola” (IFEG, CONICET_Universidad Nacional de Córdoba) otro grupo está enfocado al estudio de las propiedades eléctricas y de transporte.

En el Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable de la CNEA y el Instituto Balseiro se estudian propiedades electrónicas y de transporte de los electrones en el Grafeno, como así también los efectos que sobre él tienen los campos electromagnéticos.

En la Facultad de Matemática, Astronomía y Física de la Universidad Nacional de Córdoba, investigadores concluyeron mediante cálculos que el haz de un láser de luz infrarroja interrumpiría la conductividad eléctrica del material, que podría, entonces, volverse aislante. De comprobarse experimentalmente, el descubrimiento tendría un gran impacto tecnológico ya que hasta el presente su increíble conductividad también constituyó su principal debilidad, por la imposibilidad de “detenerla” o interrumpirla. Esto permitiría “prender y apagar” su conducción.

El Centro de Física y Metrología del INTI está trabajando en colaboración con el Instituto Nacional de Metrología de Estados Unidos (NIST), con el objetivo de tomar experiencia para la fabricación de las muestras de Grafeno, que serán luego caracterizadas en Argentina para determinar su posible aplicación en metrología.​

Purificacion del agua

La ingeniera química y doctora en Ciencias Químicas Natalia Monge, también docente de la UNRC e investigadora de Conicet, es parte de este equipo de trabajo y se ocupa particularmente del proyecto de purificación de agua a través del uso de óxido de Grafeno. Por ejemplo, en el sur de Córdoba hay una gran cantidad de arsénico en los acuíferos, que es necesario retirar para poder consumir esa agua, porque de otra manera puede provocar graves enfermedades”. Un material que disminuya el contenido de arsénico y que pueda ser utilizado con una técnica económica y eficiente. El material que se usa  de base es el óxido de Grafeno, que tiene muy buenas propiedades para la adsorción de contaminantes, tanto de iones como de compuestos orgánicos que generan los residuos de pesticidas, pinturas, etcétera, y que se arrojan al agua. A este material lo fabricamos en diferentes condiciones durante el proceso de exfoliación, purificación y posterior tratamiento de modificación química. De esta forma, logramos que tenga diferentes propiedades, para poder adsorber un tipo de compuesto u otro. En este trabajo es importante tener en cuenta el proceso de recuperación posterior al tratamiento, por ello hay una gran diferencia si se lo utiliza en forma de membrana o filtro (donde la separación no es necesaria), o bien se agrega a granel dentro del contenedor de agua (un proceso más eficiente pero que requiere su posterior aislación). En cualquier caso, debe ponerse especial atención a las propiedades mecánicas del material utilizado, porque no debe romperse ni perder las propiedades de adsorción durante el proceso de purificación”. “En el laboratorio, para estudiar las características del material, fabrican pellets de aproximadamente medio centímetro de diámetro y espesor. El objetivo es introducirlos en el agua para que absorban los contaminantes y luego retirarlos, por ejemplo, a través de un filtrado. Como resultado obtendremos agua libre de contaminantes y, por tanto, apta para su empleo en consumo humano”. El óxido de Grafeno ofrece una diversidad estructural, lo que permite hacer ingeniería sobre el material según el tipo y las condiciones del contaminante, destacó a su vez Morales. Las características y aprendizajes sobre el óxido de Grafeno pueden ser extrapoladas a otros materiales carbonosos (por ejemplo, derivados de la biomasa) que pueden obtenerse de manera masiva a costos muy bajos. Este tipo de investigaciones podría ser de gran ayuda para millones de personas que no tienen acceso al agua potable y que, según la ONU. Los métodos utilizados hasta ahora han resuelto la problemática de la contaminación con arsénico logrando alcanzar los límites permitidos para el consumo humano pero, sin embargo, a dichas técnicas se le asocian altos costos de operación y generación de residuos que requieren tratamiento adicional.​

Energia renovable

Bajo la dirección del doctor Morales, la licenciada Florencia Sofía Podetti, becaria doctoral de Conicet, desarrolla su tesis a partir de la síntesis de materiales grafénicos modificados para aplicaciones en energías renovables, como por ejemplo las celdas de combustibles, que son dispositivos que transforman la energía química almacenada en combustibles verdes en energía eléctrica, a partir de reacciones electroquímicas. “Estas reacciones son muy lentas, por lo que se necesitan materiales que actúen como electrocatalizadores, es decir, que aumenten la eficiencia de estas reacciones”. “Las energías renovables buscan reemplazar las energías tradicionales que emplean combustibles fósiles, que son muy contaminantes del medioambiente. Dentro de este grupo de investigación la misión es diseñar métodos de síntesis de estos materiales, modificándolos a partir de la introducción de distintas moléculas o heteroátomos en la estructura, que luego se aplican como electrocatalizadores para las celdas de combustible. Este proceso nos permitiría obtener materiales menos costosos, lo que haría más viable la producción de energías renovables y a mayor escala”.

Mientras tanto, la ingeniera química Paula Giordano, también becaria doctoral de Conicet, tiene como objetivo de tesis la utilización de óxido de Grafeno para la fabricación de dispositivos para convertir la energía solar en vapor de agua. “Para la fabricación de estos dispositivos se utiliza un método de moldeo por congelamiento. Consiste en congelar una dispersión de óxido de Grafeno en agua, generando cristales de hielo, que luego son sublimados, para obtener una estructura en tres dimensiones altamente porosa, que se denomina aerogel. En estos momentos, lo que hacemos es establecer cómo, química o térmicamente, podemos modificar el óxido de Grafeno y analizar cómo se altera la porosidad del aerogel y, a su vez, cómo esto repercute en la eficiencia de la conversión de energía solar en vapor de agua”. “Usando estos aerogeles se construyen monolitos (el evaporador) que tiene por objetivo transportar agua desde un reservorio –se fabrican monolitos o estructuras cilíndricas que flotan sobre la superficie del agua– a la superficie que está en contacto con luz solar y donde ocurre el proceso de evaporación. Los monolitos tienen dos partes, una que es hidrofilia (por donde el agua sube por capilaridad) y la superficie posterior (fuera del agua) en contacto con la radiación solar, que es hidrofóbica y tiene la característica de ser muy eficiente en absorber la radiación solar; se calienta y evapora el agua. Toda la estructura del evaporador se construye con óxido de Grafeno con distintas características, que deben ser optimizadas. Así, el proceso global consiste en generar vapor de agua a partir de luz solar, convertir energía solar en energía térmica que luego puede utilizarse para generar energía eléctrica (en una turbina), como fuente de vapor en procesos industriales o para la purificación del agua”, indicó Giordano.

El grafeno y las proteinas

Investigadores santafesinos aplican la nanotecnología para clasificar proteínas y sus aminoácidos. La idea del grupo es construir, en principio, un dispositivo para detectar fallas moleculares responsables de numerosas enfermedades que tengan su origen en secuenciación errónea de aminoácidos, además de controlar la calidad de las proteínas producidas por la ingeniería genética. “Hay enfermedades que tienen sus orígenes en malas secuenciaciones, una conocida puede ser la osteogénesis  imperfecta u osteogenia imperfecta, también llamada huesos de cristal. En esta enfermedad, por ejemplo, las cadenas de colágeno tienen una estructura repetitiva de 3 aminoácidos. Una alteración en el orden distorsiona el buen funcionamiento de la proteína, donde una pequeña cantidad de colágeno funcional producido no puede ser regulada, dando lugar a la fragilidad excesiva del hueso”

En este sentido, buscaron caracterizar y estudiar las propiedades eléctricas de un material que pudiera servir para descifrar ese código que la proteína posee oculta: el material que los investigadores propusieron fue el Grafeno. Según Rodríguez Sotelo, la estructura del material posibilita distinguir cada uno de los bloques, los aminoácidos que conforman las proteínas. “Nuestro objetivo es estudiar, desde la mecánica cuántica, cómo ese material distribuye sus cargas o sus electrones en sus superficies con cada uno de esos aminoácidos. Si logramos distinguir una señal o una diferencia eléctrica, podemos construir un secuenciador de proteínas. Para lograrlo, pensamos en un dispositivo sencillo, que modelamos con técnicas de cálculo sofisticado que, incluso, nos permite comparar con datos experimentales cómo se distribuyen esas cargas”, añadieron los investigadores. Modelan el dispositivo conectando una hoja de Grafeno a una pila de 2 voltios y calculan cómo se produce la distribución de la carga en el material: “Encontramos que el Grafeno tiene una corriente diferente para cada uno de los aminoácidos. Es como si cada curva de corriente fuera la huella digital del aminoácido dentro de la proteína. Estos resultados que obtuvimos nos dieron pie para poder escribir tres artículos en revistas internacionales, donde proponemos que, efectivamente, el Grafeno sí puede ser un buen material para construir un secuenciador de proteínas”. Rodríguez Sotelo, quien contó sobre su investigación en el concurso Tesis, realizado por la UNL y se hizo acreedora del primer premio en la versión 2017, añadió que el tema se trabaja en el IFIS desde hace cuatro años, bajo la dirección de Eduardo Albanesi.​

incidencia de la luz infrarroja en el grafeno

Investigadores calcularon la respuesta eléctrica del Grafeno, el material más delgado del universo, ante la incidencia de un láser de luz infrarroja. Concluyeron que el haz lumínico interrumpe la conductividad eléctrica del material, un efecto que la comunidad científica ha buscado largamente. De comprobarse, el descubrimiento tendría un gran impacto tecnológico, ya que abriría nuevas perspectivas para dispositivos optoelectrónicos, como las pantallas de plasma. Hasta el presente, esta increíble conductividad también constituyó su principal debilidad, por la imposibilidad de “detenerla” o interrumpirla adrede. Todo esto podría cambiar si experimentos futuros comprueban las predicciones teóricas realizadas por un equipo de científicos de la Facultad de Matemática, Astronomía y Física y el Conicet, en colaboración con colegas de Alemania y España.

Los resultados predicen que, al recibir ese haz lumínico, el material puede volverse aislante. Esto permitiría “prender y apagar” su conducción. El descubrimiento constituye un avance crucial para la aplicación del grafeno en ciertos dispositivos electrónicos que combinan propiedades ópticas y eléctricas como, por ejemplo, las pantallas de plasma.

Crecimiento del grafeno sobre el níquel

Científicos de la Facultad de Ciencias Químicas lograron explicar cómo el Grafeno incorpora átomos de carbono y, de esa manera, aumenta su superficie al hallarse sobre una lámina de níquel. El avance marca un punto de inflexión porque abre la posibilidad de diseñar nuevas estrategias para la producción de lo que se considera el material más promisorio para la industria tecnológica. Para comprender el proceso, durante prácticamente un mes realizaron simulaciones en una de las supercomputadoras del Centro de Cómputos de Alto Desempeño de la UNC. El trabajo fue realizado en colaboración con investigadores de Italia y publicado en la prestigiosa revista Science.

En términos simples, lo que sucede es lo siguiente: en el borde del grafeno, en lugares muy específicos, se generan “pozos energéticos”. Los átomos de níquel se mueven aleatoriamente hasta que, en un determinado momento, caen en esas hondonadas. Y se mantienen allí el tiempo suficiente como para atraer a un átomo libre de carbono y engancharlo al resto del material. Cuando esto ocurre, el níquel avanza hacia un lugar y todo comienza nuevamente. Así, va “tejiendo” hiladas de grafeno. En este esquema, los átomos de níquel funcionan como catalizadores, es decir, como aceleradores de reacciones. “Se sospechaba que podían jugar algún rol, pero nunca se había capturado a uno trabajando de esta manera”, explica Mariscal, y completa: “Detectar ese mecanismo de cierre permitirá diseñar nuevos experimentos o procesos que lo favorezcan y eso abre la puerta para comenzar a probar con otros metales”. En realidad, el uso de níquel como sustrato base no fue al azar. Por una casualidad de la naturaleza, este metal tiene una estructura en la que encaja perfectamente el Grafeno y por eso funciona casi como un molde sobre el que crece este material.