DOSSIER GENERAL GRAFENO Nanoprojects S.L.
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 1
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 2
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 3
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. Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 4
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 - Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 5
DATOS TÉCNICOS PROPIEDAD COLOR: OLOR: APARIENCIA APARIENCIA (FORMA) ESTADO FÍSICO A 20ºC: VELOCIDAD MOVILIDAD DE LOS ELECTRONES (298.15K): LÁMINA DE GRAFENO INCOLORO INODORO TRANSPARENTE LÁMINA SÓLIDO 15.000 cm 2 /Vs DENSIDAD: 2.2 g/cm3 TAMAÑO DE GRANO: >10 µm FET (FIELD-EFFECT TRANSISTOR) MOVILIDAD EN Al2O3: BAND GAP: MOVILIDAD HALL EN SIO2: 2800 cm 2 /Vs CONTROLADA CON PRECISION DE 0 A 250 mev 3500 cm 2 /Vs ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA: >2600 m 2 /g CONDUCTIVIDAD ELECTRICA EN EL PLANO CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: TENSIÓN MECÁNICA: ALTO MODULO DE YOUNG SPESOR TEÓRICO: ~20 S/cm ~3000 W/mk 1060 GPa ~1000GPa 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%) CARACTERIZACIÓN La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 6
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 7
DATOS TÉCNICOS PROPIEDAD ÓXIDO DE GRAFENO C: 76.5% H: 1.6% ANÁLISIS ELEMENTAL N: 5.4% O: 16.5% DIÁMETRO 15 µm COLOR NEGRO OLOR INODORO CONTENIDO EN SÓLIDO 98% ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA 400 m 2 /g ESPESOR MEDIO FLAKE 1 MONOCAPA TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA 3-10 MICRAS CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA >600 S/m SOLUBILIDAD INSOLUBLE PUREZA 99% CARACTERIZACIÓN La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 8
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 9
DATOS TÉCNICOS CARACTERIZACIÓN PROPIEDAD BULK GRAPHENE C: 97% ANÁLISIS ELEMENTAL H: 1% O: 2% COLOR NEGRO OLOR INODORO CONTENIDO EN SÓLIDO 98% ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA 510 m 2 /g ESPESOR MEDIO FLAKE 1 nm ( 3 MONOCAPAS) TAMAÑO MEDIO PARTÍCULA 10 MICRAS SOLUBILIDAD DISPERSABLE EN ALCOHOLES Y N,N- DIMETILFORMAMIDA La caracterización de la Lámina de Grafeno se lleva a cabo mediante su análisis con Espectroscopia RAMAN Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 10
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 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 11
PRESENTACIÓN DATOS TÉCNICOS PROPIEDAD CNF CARACTERÍSTICAS TEXTURALES Área superficial (m 2 /g) 70-250 Área de microporos (m 2 /g) a 2-50 (2-20) Volumen total de poros (cm 3 /g) 0,3-1,6 GRADO DE GRAFIZITACIÓN DRX: npg b 10-25 (npg del grafito 95) RAMAN: I D /I G c 0.95-1,05 (I D /I G del grafito 0,6) CARACTERÍSTICAS FÍSICO- QUÍMICAS 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) Análisis elemental del producto limpio (libre de restos de catalizador) (% mol) 12-20 C O e H 75-93 2,5-22 4,5-5,5 CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS Temperatura de oxidación (ºC) f 350-680 (520-640) Productos de descomposición/oxidación térmica CO, CO 2 principalmente a Entre paréntesis: % de área de microporos respecto al área superficial total b número de planos de grafeno en el cristal (npg = Lc/d 002); d 002 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 D/I G: 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. Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 12
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) 200 nm Típica imagen TEM de las CNF sintetizadas D- Band G- Band 25 110 120 130 140 150 160 170 180 Desplazamiento Raman -1 Espectros RAMAN (cm típicos ) de las CNF sintetizadas (%) 20 15 450 ºC 600 ºC 750 ºC 10 5 0 90-95 80-85 70-75 60-65 50-55 40-45 30-35 20-25 10-15 0-5 CNFs diameter (nm) Típicas distribuciones de diámetros de las CNF sintetizadas >100 Nanoprojects S.L. C/ Génova 6-41010, Sevilla, Spain Telf: +34 954 277 474 - info@nanoprojects.es 13