05.04.2022 - Kansas State University

Una gran explosión: La investigación sobre el grafeno y el hidrógeno da lugar a una nueva empresa

Una nueva y sencilla forma de crear grafeno

Es una verdadera historia de éxito en la investigación: La explosiva investigación sobre el grafeno y el hidrógeno de la Universidad Estatal de Kansas se ha convertido en una exitosa empresa internacional, HydroGraph Clean Power Inc. La empresa acaba de salir a bolsa en el mercado de valores canadiense y se prepara para décadas de crecimiento como un importante centro de investigación y desarrollo.

HydroGraph y la investigación de K-State implican una nueva y sencilla forma de crear grafeno: poner acetileno y oxígeno en una pequeña cámara y crear una detonación controlada que produce grandes cantidades de grafeno a partir de una sola chispa.

El grafeno es una lámina bidimensional de un solo átomo de grosor de átomos de carbono coordinados hexagonalmente, lo que lo convierte en el material más fino del mundo y le confiere valiosas propiedades físicas y electrónicas. El grafeno tiene numerosas aplicaciones, como aumentar la resistencia de los metales, reforzar el hormigón, mejorar los biomateriales y revolucionar las aplicaciones electrónicas.

El método de detonación de K-State para crear grafeno cumple todos los requisitos. El proceso es más seguro, más limpio, más respetuoso con el medio ambiente, más barato, más consistente y más rápido que otros métodos. Además, es escalable y puede producir grafeno de alta calidad en cantidades masivas.

"Descubrimos el grafeno por casualidad en el laboratorio cuando utilizábamos explosiones controladas para fabricar un gel de aerosol", dijo Chris Sorensen, profesor distinguido de física de la universidad de Cortelyou-Rust y profesor distinguido de la universidad. "No esperaba hacer grafeno".

El equipo de investigación de Sorensen había pasado varios años desarrollando y patentando geles en aerosol, pero un día descubrió que su método de síntesis por explosión también podía producir nanografeno, un material oscuro e increíblemente ligero. Hace varios años, la Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Kansas patentó la nueva técnica de detonación de Sorensen para producir grafeno en masa.

El trabajo de Sorensen llamó la atención de Harold Davidson y Barry Hemsworth, empresarios de Vancouver (Columbia Británica). Davidson se puso en contacto en 2017 para iniciar una colaboración con Sorensen para construir y automatizar el proceso de fabricación de grafeno a escala industrial. Davidson y Hemsworth crearon una empresa emergente llamada Carbon-2D Graphene Inc. y se esforzaron por conseguir capital de riesgo para Carbon-2D para financiar la investigación de Sorensen.

La inversión dio sus frutos. La investigación no sólo condujo a un dispositivo de producción de grafeno a escala piloto, sino a otro descubrimiento: un método barato y respetuoso con el medio ambiente para fabricar hidrógeno. Se trata de un avance significativo, ya que el hidrógeno será una importante fuente de energía en un futuro próximo, dijo Sorensen.

Carbon-2D Graphene Inc. pronto se convirtió en HydroGraph Clean Power Inc. y la colaboración se ha ampliado para incluir a otros investigadores de K-State y a Kjirstin Breure, que se convirtió en director de operaciones de HydroGraph. El trabajo ha dado lugar a nuevos inventos, propiedad intelectual y un sinfín de posibilidades.

"Creemos en las asociaciones y la que tenemos con K-State ha sido muy productiva", dijo Davidson. "El mundo de los nanomateriales se va a abrir a nosotros y al proceso que tenemos. Estamos utilizando métodos digitales con nuestra tecnología de detonación controlada con precisión, para crear lo que creemos que van a ser los nanomateriales necesarios para la cuarta revolución industrial."

Sorensen no tardó en contratar a Stefan Bossmann, distinguido profesor emérito de química de la universidad, para que le ayudara en la parte química de la colaboración. Bossmann aplicó un método de oxidación suave al grafeno para hacer un óxido de grafeno de alta calidad, que mantiene la integridad del grafeno y crea un nuevo material con numerosas posibilidades.

"Nuestro proceso es completamente novedoso y nuestros métodos de modificación de la superficie son ultraprecisos", dijo Bossmann. "Utilizamos el grafeno de la explosión y modificamos sólo la capa exterior, lo que significa que mantenemos todas las demás capas y sus propiedades. Eso es suficiente para conectar esta capa exterior a prácticamente cualquier otra matriz mediante una química orgánica e inorgánica bien establecida".

El equipo de investigadores también incluye a Arjun Nepal, profesor asistente de investigación en física; Stephen Corkill, ingeniero de investigación en física; y numerosos estudiantes de posgrado y de grado.

Algunas de las patentes recientes del equipo de investigación en colaboración son

  • Un método para crear syngas rico en hidrógeno en una patente provisional titulada "Proceso para la síntesis de componentes de syngas".
  • Un dispositivo para aumentar la producción de grafeno en una solicitud de patente titulada "Dispositivo y proceso para la producción en masa de materiales particulados".
  • Un proceso para desarrollar óxido de grafeno turboestático en una solicitud de patente titulada "Partículas y métodos de grafeno/óxido de grafeno de núcleo y cáscara".

HydroGraph sigue apoyando al equipo y recientemente ha establecido una asociación de investigación de 1,4 millones de dólares para futuros proyectos en los que participen otros investigadores de K-State en la Facultad de Ingeniería Carl R. Ice y en la Facultad de Artes y Ciencias: Placidus Amama, profesor asociado de ingeniería química; Suprem Das, profesor asistente de ingeniería industrial y de sistemas de fabricación; Jun Li, profesor de química; y Dong Lin, profesor asociado de ingeniería industrial y de sistemas de fabricación.

Otros colaboradores del trabajo son el Centro Médico de la Universidad de Kansas y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri. La financiación y la investigación formarán a nueve estudiantes de posgrado.

"Esta asociación de investigación y comercialización con HydroGraph es un excelente ejemplo de cómo K-State está trabajando activamente con las empresas para traer nuevas empresas y puestos de trabajo al estado de Kansas", dijo David Rosowsky, vicepresidente de investigación de K-State.

El equipo de investigación multiinstitucional sigue ampliando el método de detonación para crear grafeno y gas de síntesis rico en hidrógeno. También están desarrollando dispositivos para producir de forma más eficiente el grafeno y el óxido de grafeno únicos. Se trata de una colaboración con grandes planes de crecimiento y desarrollo futuros.

"Todo esto empezó como una investigación basada en la curiosidad", dijo Sorensen. "Las universidades de concesión de tierras se fundaron con la idea de que la investigación y las ideas creativas formuladas en la universidad estatal darían lugar a tecnologías útiles. Eso es exactamente lo que ha ocurrido aquí". Además, este tipo de colaboración en materia de propiedad intelectual podría ser el futuro de K-State".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Hechos, antecedentes, expedientes
  • grafeno
  • hidrógeno
  • acetileno
  • oxígeno
  • síntesis
  • nanomateriales
Más sobre HydroGraph Clean Power