El equipo de investigación del Departamento de Química del King's College de Londres ha logrado recientemente un avance importante al desarrollar una técnica revolucionaria para caracterizar el óxido de grafeno. Mediante un innovador método de "identificación de huellas digitales interactivas", han resuelto con éxito los problemas técnicos clave que limitaban la aplicación comercial del óxido de grafeno. Este resultado de investigación, publicado en el último número de la revista Journal of the American Chemical Society, allana el camino para la aplicación industrial del óxido de grafeno en campos como las nuevas energías y los dispositivos electrónicos.
Los métodos tradicionales de caracterización del óxido de grafeno dependen principalmente de equipos de alta gama como la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y la espectroscopía Raman. No solo el costo de una sola detección puede alcanzar las 5000 libras esterlinas, sino que también requiere personal técnico especializado, y todo el proceso de análisis a menudo lleva semanas. Estos altos requisitos técnicos han limitado gravemente el proceso de transición del óxido de grafeno del laboratorio al mercado. El Dr. Andrew Thurman, líder del equipo de investigación, señaló: "Durante mucho tiempo, el mayor desafío en la investigación del óxido de grafeno ha sido el problema de la estabilidad entre lotes. Nuestra nueva tecnología puede completar la detección en unas pocas horas, con un costo de solo una décima parte del de los métodos tradicionales".
Esta tecnología innovadora emplea un método único de sondas moleculares. Los investigadores diseñaron una serie de sondas moleculares fluorescentes específicas que pueden interactuar selectivamente con diferentes grupos funcionales en la superficie del óxido de grafeno. Al monitorear los patrones de cambio en las señales fluorescentes y combinarlos con algoritmos avanzados de modelado matemático, es posible construir rápidamente una "huella digital molecular" del material. Este método no solo puede determinar con precisión parámetros clave como el contenido de oxígeno y el número de capas del óxido de grafeno, sino que también puede reflejar visualmente la uniformidad del material y la distribución de defectos.
"La mayor ventaja de esta tecnología radica en su universalidad y facilidad de uso", explicó el Dr. Zhang Ming, primer autor del artículo. "El equipo de detección que utilizamos es instrumental común en los laboratorios, y cualquier institución de investigación o empresa con condiciones analíticas básicas puede implementarlo fácilmente". El equipo de investigación ya ha aplicado con éxito esta tecnología a la detección de múltiples lotes de muestras de óxido de grafeno. Los resultados coinciden en gran medida con los de los métodos tradicionales, pero el tiempo de detección se redujo de semanas a solo 4-6 horas.
Aún más alentador es que esta tecnología tiene un amplio espacio para su expansión y aplicación. El equipo de investigación ha confirmado que, ajustando la estructura y las propiedades de las sondas moleculares, el mismo método puede aplicarse a la caracterización de otros materiales bidimensionales, como el disulfuro de molibdeno y el nitruro de boro. Esto proporciona un fuerte apoyo técnico para el desarrollo industrial de todo el campo de los materiales bidimensionales.
Actualmente, el equipo de investigación está colaborando con varias empresas productoras de materiales y planea convertir esta tecnología en un esquema de detección estandarizado en el próximo año. Los expertos de la industria consideran ampliamente que este avance reducirá significativamente el umbral de investigación, desarrollo y aplicación del óxido de grafeno, acelerando su proceso de comercialización en áreas como la electrónica flexible, las baterías de nueva energía y el tratamiento de agua.
