Os cientistas da Rice University transformaram a madeira em um condutor elétrico, transformando sua superfície em grafeno.

O químico de arroz James Tour e seus colegas usaram um laser para escurecer um padrão de película fina em um bloco de pinho. O padrão é grafeno induzido por laser (LIG), uma forma do material de carbono da espessura de um átomo descoberta na Rice em 2014.

"É uma união do arcaico com o mais novo nanomaterial em uma única estrutura composta, "Tour disse.

A descoberta é detalhada este mês em Materiais avançados .

As iterações anteriores de LIG foram feitas aquecendo a superfície de uma folha de poliimida, um plástico barato, com um laser. Em vez de uma folha plana de átomos de carbono hexagonais, LIG é uma espuma de folhas de grafeno com uma borda ligada à superfície subjacente e bordas quimicamente ativas expostas ao ar.

Não apenas qualquer poliimida produziria LIG, e algumas madeiras são preferidas a outras, Tour disse. A equipe de pesquisa liderada pelos alunos de pós-graduação da Rice, Ruquan Ye e Yieu Chyan, experimentou bétula e carvalho, mas descobriram que a estrutura de lignocelulose reticulada do pinho tornava-o melhor para a produção de grafeno de alta qualidade do que as madeiras com menor teor de lignina. A lignina é o polímero orgânico complexo que forma as paredes celulares rígidas da madeira.

Ye disse que transformar madeira em grafeno abre novos caminhos para a síntese de LIG a partir de materiais não poliimida. "Para alguns aplicativos, como impressão tridimensional de grafeno, poliimida pode não ser um substrato ideal, "disse ele." Além disso, a madeira é abundante e renovável. "

Tal como acontece com a poliimida, o processo ocorre com um laser industrial padrão em temperatura e pressão ambiente e em atmosfera inerte de argônio ou hidrogênio. Sem oxigênio, o calor do laser não queima o pinho, mas transforma a superfície em flocos enrugados de espuma de grafeno presos à superfície da madeira. Alterar a potência do laser também mudou a composição química e a estabilidade térmica do LIG resultante. Com 70 por cento de potência, o laser produziu a mais alta qualidade do que eles apelidaram de "P-LIG, "onde P significa" pinho ".

O laboratório deu um passo à frente em sua descoberta, transformando P-LIG em eletrodos para dividir água em hidrogênio e oxigênio e supercondensadores para armazenamento de energia. Para o primeiro, eles depositaram camadas de cobalto e fósforo ou níquel e ferro no P-LIG para fazer um par de eletrocatalisadores com áreas de superfície altas que provaram ser duráveis ​​e eficazes.

O depósito de polianilina no P-LIG transformou-o em um supercapacitor de armazenamento de energia que tinha métricas de desempenho utilizáveis, Tour disse.

"Existem mais aplicativos para explorar, "Ye disse." Por exemplo, poderíamos usar o P-LIG na integração da energia solar para a fotossíntese. Acreditamos que esta descoberta irá inspirar os cientistas a pensar sobre como poderíamos transformar os recursos naturais que nos cercam em materiais com melhor funcionamento. "

Tour viu um benefício ambiental mais imediato da eletrônica biodegradável.

"O grafeno é uma folha fina de um mineral natural, grafite, portanto, estaríamos enviando-o de volta para o solo de onde veio junto com a plataforma de madeira, em vez de para um aterro cheio de peças eletrônicas. "