Plataformas tridimensionales de óxido de grafeno reducido con porosidad unidireccional

PUIG, JULIETA; ÁLVAREZ-CERIMEDO, MARÍA SOLEDAD; PARRA, RODRIGO; HOPPE, CRISTINA E.; MORALES, GUSTAVO M.; ROMEO, HERNÁN E.

Río Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

Las estructuras tridimensionales (3D) de grafeno y sus derivados (óxido de grafeno (GO) y óxido degrafeno reducido (rGO)) se han posicionado desde hace ya unos años como plataformas prometedoras desde un punto de vista tecnológico, ya que no sólo permitirían conservar las excelentes propiedades de sus constituyentes (propiedades mecánicas, eléctricas, superficiales, ópticas), sino que además ofrecerían características adicionales como elevada porosidad, baja densidad y/o excelente respuesta electroquímica [1]. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos realizados en el área, las estructuras obtenidas a la fecha por los métodos de síntesis convencionales continúan mostrando limitaciones en lo que respecta a la conductividad eléctrica y al transporte de masa hacia el interior de las mismas [2].El objetivo de este trabajo es desarrollar plataformas 3D con porosidad unidireccional (canales alineados en una dirección preferencial), a partir del ensamblado y estructuración de láminas de rGO y diferentes nanoestructuras: nanohilos de plata (Ag-NWs) y/o nanotubos de carbono (CNs). El desarrollo de este tipo de plataformas con porosidad abierta y unidireccional permitiría mejorar por un lado el transporte de masa interno, mientras que la incorporación de CNs y Ag-NWs mejoraría simultáneamente las propiedades mecánicas y eléctricas obtenidas.Las estructuras porosas se obtuvieron a partir de un protocolo de tres etapas: (i) reducción química de dispersiones acuosas de GO (a 90 °C, utilizando ácido ascórbico como reductor) en presencia de CNs y/o Ag-NWs, (ii) congelamiento direccional (a velocidad controlada) de dichas dispersiones, y (iii) liofilización de las dispersiones congeladas. Las muestras fueron caracterizadas mediante microscopía SEM, DRX y medidas eléctricas. En la Figura 1 se muestran curvas de densidad de corriente vs campo eléctrico aplicado para una estructura de rGO conteniendo CNs (12% w/w) y Ag-NWs (31% w/w), en función de las dimensiones de la pieza porosa sometida a compresión (el inset muestra fotografías revelando la capacidad de compresión de las piezas). Se observaron dos regímenes de respuesta no lineal: (i) a campo “bajo” (menor a 1 V/cm), donde la muestra exhibe baja conducción eléctrica (presencia de “barreras” al transporte de carga), y (ii) a campo “alto” (mayor a 1.3 V/cm), donde la conducción aumenta significativamente. A campo bajo se observó un incremento de la conducción con la compresión de la pieza porosa; mientras que en el régimen de campo alto se observó la inversión de este comportamiento. Actualmente se está trabajando en la interpretación de esta respuesta.