Una técnica permite aumentar la escala en la producción de materiales con grafeno | AGÊNCIA FAPESP

Una técnica permite aumentar la escala en la producción de materiales con grafeno Este trabajo se conoció durante el Congreso Brasileño de Ingeniería y Ciencia de Materiales. Investigadores mostraron también resultados sobre corrosión de metales y sensores para gases tóxicos, entre otros (imagen: Arnero/ Wikimedia)

Una técnica permite aumentar la escala en la producción de materiales con grafeno

17 de enero de 2019

Por Andre Julião  |  Agência FAPESP – Un grupo de científicos brasileños desarrolló estrategias que permiten producir nanocompuestos de plástico y grafeno a escala industrial. El aislamiento del cristal de grafeno es uno de los mayores avances en ciencia y tecnología desde que se lo realizó por primera vez en 2004, un logro que le redituó el premio Nobel de Física a sus creadores en 2010. Sin embargo, la generación de nanocompuestos de este material con plástico aún se concreta básicamente a escala de laboratorio.

“A pequeña escala se emplean solventes y otras técnicas que funcionan bien en los experimentos. Sin embargo, cuando se utilizan las máquinas existentes en la industria transformadora de plástico, el grafeno se reaglomera y pierde sus propiedades”, dijo el coordinador del estudio, Guilhermino José Macêdo Fechine, científico del Centro de Investigaciones Avanzadas en Grafeno, Nanomateriales y Nanotecnologías (MackGraphe) de la Universidad Presbiteriana Mackenzie de São Paulo, en Brasil, un centro que cuenta con el apoyo de la FAPESP.

Un artículo publicado en eXPRESS Polymer Letters se dio a conocer durante el 23º Congreso Brasileño de Ingeniería y Ciencia de Materiales (CBECiMat), que tuvo lugar entre los días 4 y 8 de noviembre de 2018 en Foz del Iguaçu (en el estado sureño de Paraná, Brasil).

Los resultados que allí se dan a conocer son nuevas técnicas tendientes a disminuir considerablemente la aglomeración del grafeno cuando se lo inserta en los plásticos mediante el empleo de equipamientos a escala cercana a la industrial. Las aplicaciones para los nanocompuestos de plástico con grafeno van desde equipamientos deportivos con mejor resistencia a la abrasión hasta filamentos para impresión 3D o suportes (scaffolds) para cultivos de células.

“El abanico de aplicaciones es grande. El cuello de botella se ubica en el proceso de fabricación, cuando no todo lo que se hace en laboratorio es compatible con la industria transformadora de plástico”, dijo Macêdo Fechine.

Otro trabajo que se dio a conocer durante el referido congreso muestra los mecanismos de corrosión de las llamadas aleaciones de aluminio de elevada resistencia mecánica cuando se las suelda mediante fricción y agitación (FSW, por sus siglas en inglés).

“En el procedimiento de soldadura tradicional, generalmente se introduce un material diferente, que permanece en contacto con las partes que están uniéndose y crea una diferencia de comportamiento de dicha área en términos de corrosión”, dijo Hercílio Gomes de Melo, docente de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP) y coordinador del estudio.

“En tanto, en la FSW no se agrega otro metal. Se calienta el aluminio hasta una temperatura cercana a la de fusión mediante la fricción de una herramienta con una geometría especial que gira y se desplaza por la zona que se soldará, y que le impone también una intensa deformación mecánica, plastificándolo. El metal ablandado gira alrededor del eje de la herramienta y, al enfriarse, se solidifica y consolida la unión. Esto hace que se generen diferencias en la microestructura del área de unión que afectan la susceptibilidad a la corrosión en la zona”, dijo.

Este estudio integra un Proyecto Temático apoyado por la FAPESP y coordinado por Isolda Costa, docente del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen).

Los resultados obtenidos hasta ahora muestran que el área de la soldadura puede ser más o menos susceptible a la corrosión, dependiendo del tipo de aleación de aluminio que se emplee. En algunos casos, pueden unirse distintas aleaciones con buenos resultados. “Normalmente el área de unión es más frágil, pero algunas aleaciones, al combinarse en esa parte, se vuelven incluso más resistentes que los materiales originales. Cada aleación es un universo”, dijo Gomes de Melo.

La soldadura por fricción y agitación se emplea en jets de pequeño porte, y la Nasa, la agencia espacial estadounidense, la utiliza en los tanques de combustible de sus cohetes. Sin embargo, existen muchos aspectos de la corrosión que aún deben estudiarse y dilucidarse.

Un sensor de gases tóxicos

Otro campo de estudios contemplado durante el evento fue el de los materiales que se utilizan como sensores. La presentación de uno de los trabajos estuvo a cargo de Valmor Roberto Mastelaro, docente del Instituto de Física de São Carlos (IFSC) de la USP.

Mastelaro coordina uno de los pocos grupos de investigación existentes en Brasil que trabajan en el desarrollo de sensores de gases tóxicos, y es miembro del Centro de Investigación para el Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) financiados por la FAPESP.

“Existen pocas empresas en el mundo que fabrican estos sensores. La demanda proviene de ciertas industrias que realizan procesos químicos y físicos que pueden generar gases tóxicos. Asimismo, existe una preocupación cada vez mayor con los gases de efecto invernadero y otros que pueden perjudicar a la población de las ciudades”, dijo Mastelaro. La investigación contó con el apoyo de la FAPESP.

Los óxidos metálicos nanoestructurados son actualmente los materiales que exhiben las mejores características para su aplicación como sensores de gas portátiles y de bajo consumo energético. Los actuales sensores deben calentarse a altas temperaturas para realizar una detección confiable. Esto eleva considerablemente el costo con energía.

“Además de sensores que no requieran de temperaturas tan altas, uno de los factores importantes es la selectividad. Existen muchos gases en el aire que respiramos y es necesario que los sensores diferencien con precisión cuál interesa”, dijo Mastelaro.

CBECiMat

Esta edición del evento, que se viene realizando cada dos años desde 1974, estuvo organizada por investigadores del Centro de Ciencia y Tecnología de Materiales (CCMAT) del Ipen.

“En los últimos años, el CBECiMat ha crecido tanto que hubo que dividirlo en cinco grandes áreas”, dijo Lalgudi Ramanathan, investigador del CCMAT y organizador del evento.

Los coordinadores de las áreas fueron los profesores del CCMAT Jesualdo Luiz Rossi (materiales metálicos), Eliana Navarro dos Santos Muccillo (materiales cerámicos), Gerson Marinucci (materiales compuestos), Leonardo Gondim de Andrade e Silva (materiales poliméricos) y Nelson Batista de Lima (enseñanza de materiales).

Otras áreas destacadas fueron la de nanomateriales y la de biomateriales, que se emplean por ejemplo para llevar medicamentos en forma más eficiente al organismo. “Muchos investigadores del Ipen han venido trabajando bastante incluso en esa área de soportes (scaffold) para el transporte de medicamentos”, dijo Ramanathan.

Durante los tres días y medio que duró el evento, se realizaron seis sesiones diarias en simultáneas, además de la presentación de 300 pósteres en total. El congreso contó con el apoyo también del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq, ligado al ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovación y Comunicaciones de Brasil), de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes, vinculada al ministerio brasileño de Educación) y de la FAPESP, que aportó el apoyo necesario para la participación de 157 doctores.

“Entre los participantes, casi la mitad correspondió a alumnos, sobre los cuales siempre se enfocó el evento. Pese a que la mayoría provino de las regiones sur y sudeste, hubo representantes de todos los estados de Brasil”, dijo Dos Santos Muccillo.

 

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