Unos físicos de la RUDN (Rusia) han descubierto las estructuras de grafeno en las muestras del carbono amorfo similar al grafito (el hollín, el carbón activado y la shungita)
Esto significa que, en algunos casos, se puede usar el carbono amorfo barato y asequible en lugar del grafeno puro que es costoso y difícil de producir. Este artículo fue publicado en el la revista Journal of Non-Crystalline Solids.
El grafeno es una "lámina" de carbono de un átomo de espesor. Es ciento veces más resistente que el acero y, al mismo tiempo, es muy flexible, tiene una gran conductividad térmica y eléctrica. Debido a sus propiedades, puede convertirse en un buen sustituto del silicio en la industria electrónica. Sin embargo, la producción del grafeno a partir del grafito es tecnológicamente difícil y no está destinada a la producción en masa.
El profesor asociado del Instituto de Investigación y Tecnología Física (IFIT) de la Universidad RUDN, Nadezhda Popova, decidió estudiar las propiedades de las sustancias generalizadas (los compuestos del carbono amorfo como el carbón activado, el hollín, etc.) para averiguar si estos materiales pueden usarse en la nanotecnología junto con el grafeno, los fullerenos y los nanotubos de carbono.
La shungita y la antraxolita (los carbonos amorfos naturales) y el hollín artificial - CB624 y CB632 fueron elegidos como los prototipos.
Los carbonos amorfos no tienen una estructura cristalina rígida, como la del diamante o del grafito. Sin embargo, las células de grafeno están presentes en su estructura. Los autores de la publicación escriben que el contenido del grafeno en las muestras naturales es suficiente para usar estos materiales como el reemplazo del grafeno artificial en la industria de la nanotecnología.
Sin embargo, la presencia de los impurezas atómicas, en primer lugar, el oxígeno y el hidrógeno, afecta el crecimiento y el tamaño de las células de grafeno. El tamaño de las células de grafeno en las muestras estudiadas del carbono amorfo es dos o más veces menor (2-8 nm) que en las muestras artificiales (6.4 y 13.7 nm) debido a la presencia de los átomos de hidrógeno. Este grafeno puede ser menos propenso a las deformaciones y los defectos. La proporción del carbono en las muestras naturales fue 2-5% menor (88.5% -95.6%) que en las artificiales (90.7% -99.6%). Los físicos han concluido que las muestras naturales del carbono amorfo pueden servir de una alternativa a los grafenos artificiales, a pesar del pequeño tamaño de sus células.
Después de haber estudiado los carbonos amorfos, los físicos también llegaron a la conclusión de que los métodos utilizados para el análisis cuantitativo del contenido de carbono son imperfectos. Por ejemplo, el método gravimétrico (TGA) tuvo en cuenta no solo el carbono, sino también las impurezas. El contenido de carbono en el análisis es, en cualquier caso, inferior al real. El nivel de 99.95% de carbono declarado por los fabricantes era inalcanzable. Los métodos ampliamente utilizados para estimar el oxígeno en los materiales que contienen carbono, por ejemplo, la espectroscopía electrónica (XPS), sobreestimaron en gran medida su contenido. Las desventajas de estos métodos de análisis cuantitativo afectan negativamente a la producción del carbono amorfo.
Ahora, gracias al descubrimiento de las estructuras de grafeno en los materiales conocidos (el hollín, el carbón activado, la shungita y la antraxolita), la industria de la nanotecnología puede reemplazar al grafeno artificial.
