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Materiales del futuro

Jul 29, 2023

Ya sea incrustado, en capas o pulverizado, el grafeno introduce nuevas propiedades a los productos existentes o permite el desarrollo de otros nuevos. También reduce la cantidad de material necesario para lograr el mismo rendimiento o para elevar el rendimiento a niveles que antes eran inalcanzables.

Grafeno y metales: afrontar la futura escasez de cobre

A medida que el mundo se electrifique cada vez más, la demanda de metales, en particular de cobre, crecerá en un orden de magnitud durante las próximas décadas. Por otro lado, se proyecta una escasez de 10 millones de toneladas de cobre para 2030.

GraphMaTech, miembro asociado del buque insignia del grafeno, Suecia, tiene como objetivo reducir la necesidad de cobre, reemplazando una parte del mismo con grafeno. En comparación con el cobre solo, los compuestos de cobre y grafeno funcionan mejor en varias métricas, incluida la dureza, el módulo de Young y la resistencia a la tracción a temperatura ambiente. Además, los rellenos de grafeno mantienen las propiedades mecánicas del cobre y reducen los efectos de la electromigración, que pueden provocar que los circuitos fallen o pierdan la conexión.

“Hemos desarrollado tecnologías para integrar el grafeno en metales, con la ambición de mejorar los compuestos de metal-grafeno. Podemos mejorar las propiedades de los materiales metálicos, lo que significa que se necesita menos metal en determinadas aplicaciones. Nos estamos centrando en aplicaciones de electrificación y analizando el uso de metales de grafeno que sean compatibles con el hidrógeno para la economía del hidrógeno del futuro”, dijo Mamoun Taher, director ejecutivo de GraphMaTech AB durante el seminario web “Permitir la transición verde con tecnología de grafeno” organizado por Graphene Flagship. Paquete de trabajo de innovación el 27 de octubre de 2022.

Fibra de vidrio recubierta de grafeno versus fibra de vidrio desnuda. Crédito: Grafren AB

Grafeno y fibras de vidrio – Sumando nuevas funcionalidades

El miembro asociado insignia del grafeno, Grafren AB, Suecia, está recubriendo directamente fibras de vidrio con hojuelas de grafeno para mejorar sus propiedades. Los métodos de recubrimiento convencionales a base de pintura de grafeno o aglutinantes no son aplicables a las fibras de vidrio. Las fibras de grafeno y vidrio deben integrarse a nivel de nanoescala, ensamblando y disponiendo escamas de grafeno en la superficie de las fibras. “Recubrimos las fibras de vidrio con escamas de grafeno de una manera única. La capa resultante se asemeja a la piel de una serpiente, con muchas escamas dispuestas en la superficie de las fibras y superpuestas entre sí”, explica el director general de Grafren, Erik Khranovskyy. El equipo ha demostrado con éxito la fabricación de textiles electrónicos ligeros y suaves (tejidos eléctricamente conductores) utilizando el mismo enfoque.

Grafeno y caucho – Ganar la medalla de oro en el Tour de Francia 2022

El caucho convencional, ya sea natural o sintético, debe sufrir una reacción química de reticulación para endurecerse. Estas propiedades se pueden mejorar aún más durante la fabricación agregando ingredientes compuestos. El óxido de grafeno es uno de ellos: puede reticular y reforzar el caucho. Puede aumentar la capacidad del caucho para resistir la abrasión prolongada y mejorar la resistencia a la tracción y al desgarro, el retardo de fuego y la resistencia térmica del caucho.

Vittoria Spa, Italia, miembro asociado del buque insignia del grafeno, aplicó grafeno a sus neumáticos de carrera, obteniendo mejores resultados en términos de velocidad y rendimiento de rodadura (+5%), agarre (+8%), resistencia a los pinchazos (+19%) y durabilidad. El compuesto de grafeno de segunda generación de Vittoria (Graphene 2.0) ganó numerosas carreras de Grand Tour, así como campeonatos europeos, franceses, alemanes, austriacos, rusos, brasileños y panamericanos de cross-country MTB. Solo en 2022, los neumáticos de carrera mejorados con grafeno de Vittoria fueron los más rápidos para bicicletas de todo tipo, ganando carreras como el Tour de Francia (carretera), el Campeonato Mundial de Gravel de la UCI, así como el Campeonato Mundial de Ciclismo de Montaña de la UCI en Cross Country y el Campeonato Mundial de la UCI. Campeonatos de pista, que muestran un rendimiento líder en su clase en diversas disciplinas y terrenos.

Jonas Vingegaard gana el Tour de Francia 2022 con neumáticos de carrera de grafeno de Vittoria Spa. Crédito: Victoria Spa

Grafeno y hormigón – Más grafeno, menos cemento

El hormigón mejorado con grafeno es 2,5 veces más resistente y 4 veces menos permeable al agua que el hormigón estándar. Utiliza mucho menos cemento para brindar la resistencia deseada. Dado que la producción de cemento es la principal causa de las emisiones de CO2 en la industria de la construcción, se espera que el hormigón mejorado con grafeno reduzca estas emisiones en un 30%.

En marzo de 2022, Versarien, socio insignia de Graphene, presentó la primera construcción impresa en 3D del mundo con una mezcla mejorada con grafeno, con la marca registrada Cementene™. Más tarde, en 2022, Versarien colaboró ​​con el diseñador Steuart Padwick para utilizar Cementene™ para crear Island Steps, una estructura sin cemento impresa en 3D, que se presentó en Design London.

Grafeno y textiles – Tejiendo hilos conductores

Los investigadores del paquete de trabajo de electrónica flexible del Graphene Flagship están desarrollando hilos de poliéster conductor (tereftalato de polietileno, PET) enriquecidos con grafeno. El equipo sigue un enfoque colaborativo: el Instituto Finlandés VTT recibe materiales en capas a base de grafeno de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y los combina con PET. Posteriormente, la empresa alemana Trevira GmbH hila y teje el material. Si tiene éxito desde el punto de vista técnico y económico, se espera que este material se convierta en un nuevo tipo de hilo conductor ligero.

Obtenga más información sobre los productos de grafeno: https://graphene-flagship.eu/innovation/products/

La tela enriquecida con grafeno funciona como sensor de presión y se aplicó a las suelas de los zapatos. Crédito: Trevira

El buque insignia del grafeno es un buque insignia de tecnología emergente y futura de la Comisión Europea. Con un presupuesto de mil millones de euros, Graphene Flagship representa una nueva forma de investigación conjunta y coordinada a una escala sin precedentes, constituyendo la mayor iniciativa de investigación jamás realizada en Europa.

Fibra de vidrio recubierta de grafeno versus fibra de vidrio desnuda. Crédito: Grafren AB

Jonas Vingegaard gana el Tour de Francia 2022 con neumáticos de carrera de grafeno de Vittoria Spa. Crédito: Victoria Spa

La tela enriquecida con grafeno funciona como sensor de presión y se aplicó a las suelas de los zapatos. Crédito: Trevira

El buque insignia del grafeno es un buque insignia de tecnología emergente y futura de la Comisión Europea. Con un presupuesto de mil millones de euros, Graphene Flagship representa una nueva forma de investigación conjunta y coordinada a una escala sin precedentes, constituyendo la mayor iniciativa de investigación jamás realizada en Europa.

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