Investigadores del ICB – CSIC participan en el hallazgo de una combinación de nanomateriales con propiedades eléctricas excepcionales

12 diciembre, 2022

 

  • Es la primera vez que se observa con nanomateriales de carbono la
    percolación explosiva, el fenómeno que provoca alta conductividad súbita
  • La revista Nature, una de las publicaciones científicas más prestigiosas del
    mundo, se ha hecho eco de los resultados de este proyecto, en el que también
    han participado la Universidad de Sussex (Reino Unido) y Rice (Estados
    Unidos)

El Grupo de Nanoestructuras de Carbono y Nanotecnología (G-CNN) del Instituto de
Carboquímica (ICB), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC),
ha realizado una contribución decisiva a la observación de un fenómeno nunca antes visto en
nanomateriales de carbono. Concretamente, en el ICB se ha elaborado el óxido de grafeno, el
nanomaterial de carbono en el que se ha observado este fenómeno “Lo hemos sintetizado más
oxidado de lo habitual y con un relleno muy pobre de este material super oxidado, algo simbólico,
conseguimos que un polímero se transforme y adquiera una conductividad eléctrica altísima”,
explican los investigadores involucrados en el proyecto.
Los resultados se han publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, una de
las revistas científicas más importantes en ciencia general y multidisciplinar. La investigación
se ha realizado en colaboración con los equipos de los profesores Alan Dalton de la Universidad de
Sussex (Reino Unido) y P.M. Ajayan de la Universidad de Rice (Estados Unidos).
La ciencia lleva décadas tratando de hacer plástico capaz de conducir la electricidad, con éxito
moderado. “Nosotros hemos estudiado una combinación de este nanomaterial, el óxido de
grafeno, y un polímero, el látex, en los que al aplicarles calor aparece abruptamente una
conductividad eléctrica muy alta; mayor que la de sus constituyentes por separado. Esto tiene
una gran relevancia, especialmente si tenemos en cuenta que el grafeno, un material más caro y
difícil de conseguir que el óxido de grafeno, es uno de los materiales más conductores que se
conocen actualmente”, explica Wolfgang Maser, profesor de investigación del CSIC.La conductividad eléctrica es la propiedad responsable de que la electricidad pueda viajar a través
de un material y, para dotar de conductividad a un material que no la tiene, hay que mezclarlo con
una cantidad suficiente de un compuesto conductor. Uniendo ambos compuestos, el conductor
actúa como “puente” para que la electricidad pueda pasar a través del material no conductor.
“Normalmente en estos casos la conductividad aumenta de forma gradual conforme se añade más
relleno conductor, pero nosotros hemos dado con una combinación de compuestos es como
si pasásemos de 0 a 100 al instante con una cantidad mínima”, destaca Ana Benito,
investigadora científica del CSIC. Este fenómeno, denominado “percolación explosiva”, se
había descrito teóricamente y rara vez se había conseguido experimentalmente, pero es la
primera vez en la historia que se observa empíricamente en nanomateriales de carbono y
polímeros tan sencillos y asequibles.

Materiales de bajo coste
El óxido de grafeno es el derivado del grafeno más asequible y desde el G- CNN del ICB-CSIC
llevan mucho tiempo trabajando con él. En esta ocasión, se ha incorporado mezclado dentro de un
látex, que también es un material muy accesible, y se le ha aplicado calor para convertir el óxido de
grafeno en óxido de grafeno reducido. “Automáticamente ha surgido un aumento vertical de la
conductividad (percolación explosiva), de un modo controlado, sencillo y reproducible, lo cual era
elusivo a día de hoy. Ha sido toda una grata sorpresa que funcionase tan bien porque es una
mezcla muy sencilla y económica que cualquiera podría hacer casi casi en el garaje de su casa”,
comenta José Miguel González, científico titular del CSIC.
Por lo tanto, la simplicidad y accesibilidad de esta metodología abren un mundo de posibilidades
para futuras aplicaciones, especialmente en campos como el del transporte o los sensores térmicos.
“Imagínate un sensor que cuando pasa de la temperatura crítica, se vuelve conductor, te cierra un
circuito y salta una alarma. Sería inmediato. Podremos hacer que aparezca conductividad eléctrica
de repente simplemente pegando un calentón”, añade González.

Nanoestructuras de carbono y nanotecnología en el Instituto de Carboquímica
Los cinco investigadores en plantilla que forman el G-CNN se han especializado en los últimos años
en crear materiales altamente funcionales y sostenibles medioambientalmente. Estos
nanomateriales pueden emplearse para un gran número de aplicaciones, que van desde procesos
relacionados con la obtención de energías limpias, tales como la producción de hidrógeno verde, la
catálisis, o el almacenamiento de energía, hasta la conservación del patrimonio, la creación de
biosensores o el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Estas investigaciones se realizan en el ICB, un centro del CSIC de referencia internacional en la
búsqueda de respuesta a los grandes retos sociales y tecnológicos actuales, como la generación
sostenible de energía, la lucha contra el cambio climático y la contaminación, así como el desarrollo
de nanomateriales, nanotecnología y nuevos sensores sostenibles.