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Nanoprojects S.L.

DOSSIER GENERAL

GRAFENO

GRAFENO

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_humano

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

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.

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

-

GRAFENO


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%)

GRAFENO


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


- 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

GRAFENO


DATOS TÉCNICOS

CARACTERIZACIÓN


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%

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


- 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

GRAFENO


DATOS TÉCNICOS

CARACTERIZACIÓN


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

GRAFENO


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 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

GRAFENO


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

GRAFENO


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

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