Tecnología LbL aplicada al óxido de grafeno
El grafeno a menudo se presenta como un supermaterial a causa de sus extraordinarias propiedades ópticas, conductividad, finura y resistencia. No obstante, su potencial alcanza un nivel completamente nuevo cuando se combina con otros materiales de diferentes características. Al crear estos materiales híbridos, se pueden optimizar las propiedades del grafeno. Esto ofrece a los investigadores perspectivas nuevas y apasionantes para posibles aplicaciones y, además, puede garantizar una mejor integración del grafeno en los dispositivos. Fue teniendo esto presente que el doctor Sergio Moya del Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales (CIC biomaGUNE) puso en marcha el proyecto HIGRAPHEN (Hierarchical Functionalization of Graphene for Multiple device fabrication) en marzo de 2014. Mediante la tecnología capa a capa —un sencillo procedimiento para hacer funcionales las superficies mediante una colocación gradual de materiales o moléculas con cargas opuestas— se propuso desarrollar un procedimiento genérico y versátil para la fabricación de dispositivos híbridos combinando el grafeno con materiales inorgánicos, orgánicos y poliméricos. «La fuerza motriz que impulsa el ensamblaje capa a capa (LbL) es la interacción electroestática entre los componentes ensamblados», explica el doctor Moya. «Originariamente esta técnica se desarrolló para el ensamblaje de polielectrolitos, es decir, polímeros con monómeros con múltiple carga. No obstante, con el tiempo se ha extendido a diferentes componentes: los polielectrolitos con película LbL se pueden combinar con nanopartículas, lípidos, células, óxido de grafeno, etc. Esto nos ofrece un modo sencillo y potente de crear interfaces evitando la química covalente, y tiene el potencial de usarse en numerosas aplicaciones, desde membranas de nanofiltrado hasta dispositivos optoelectrónicos, materiales de recubrimiento inteligentes y de suministro de fármacos». El proyecto fue todavía más allá, centrándose específicamente en la combinación de óxido de grafeno con nanopartículas de óxidos metálicos y metales, así como polielectrolitos, mientras valoraron las aplicaciones potenciales en el ámbito de la catálisis y el almacenamiento de energía. Aunque la técnica LbL se utiliza extensamente en la ingeniería de superficies y la fabricación de películas finas, la utilización de la LbL realizada por HIGRAPHEN para ensamblar componentes heterogéneos con óxido de grafeno es realmente innovadora. El doctor Moya y su equipo primero se concentró en la síntesis de diferentes nanomateriales, tales como puntos cuánticos de seleniuro de zinc (ZnSe), nanopartículas magnéticas y polímeros electroactivos como poliaminobencilamina (PABA), para después integrarlos en películas LbL con múltiples componentes, incluido el óxido de grafeno. Después, el equipo de HIGRAPHEN integró los conjuntos en dispositivos y materiales de recubrimiento anticorrosivos macroscópicos para aplicaciones optoelectrónicas y de conversión de energía. «Uno de los principales desafíos que tuvimos que afrontar fue obtener una forma densa de óxido de grafeno en combinación con polímeros. Esto permitió desarrollar diferentes enfoques para recubrir el óxido de grafeno y combinarlo con nanopartículas», dice el doctor Moya. En general, el resultado más importante del proyecto es la demostración de que el óxido de grafeno se puede ensamblar para producir compuestos de polímeros densos y se puede integrar fácilmente con nanopartículas metálicas para la catálisis. Aunque HIGRAPHEN llegará a su fin en marzo de 2018, el doctor Moya afirma que los socios del proyecto ya están siguiendo nuevos e interesantes rumbos de investigación derivados de los resultados del proyecto para la fabricación de productos y aplicaciones catalíticas.
Palabras clave
HIGRAPHEN, capa a capa, grafeno, compuestos, optoelectrónica, conversión energética, nanomateriales