Ceylon Graphite Corp. anunció que el grafito de Ceilán logró nuevos récords de concentración y conductividad cuando se estudió en la fabricación de una plataforma de detección adaptable para la detección química. La investigación, publicada en la revista "Nanoscale" de la Royal Society of Chemistry, fue realizada por socios del Centro de Investigación de Ciencias Moleculares del Imperial College de Londres e incorporó específicamente el grafito en vena de Ceilán para producir una tinta de grafeno pulverizable de baja tensión superficial que fue clave para la funcionalidad del sensor.

Se destaca un resumen de los resultados de las pruebas, finalizadas en enero de 2023: Se utilizó grafito de Ceilán para crear tintas de grafeno/polivinilpirrolidona de alta concentración, con concentraciones récord de hasta 3,2 mg mL-1. Se utilizó la espectroscopia Raman para mostrar copos de grafeno de alta calidad producidos mediante exfoliación en fase líquida. El dispositivo de grafeno basado en Ceilán se utilizó con éxito para detectar el pH dentro del intervalo de pH 3 - 11. Estos resultados demuestran el potencial del grafeno de alta calidad para potenciar la próxima generación de nanodiagnósticos para la detección biológica y química.

Resultados resumidos: Formulación de tintas de grafeno: Las tintas de grafeno han surgido como un nuevo elemento revolucionario para la electrónica impresa, flexible y vestible de alto rendimiento. Entre los diversos métodos disponibles para preparar la tinta de grafeno, se ha elegido la exfoliación en fase líquida (LPE) asistida por sonicación debido a su simplicidad y compatibilidad con disolventes de bajo punto de ebullición. Este proceso consiste en someter grafeno (en polvo o en escamas) y disolventes de bajo punto de ebullición, como el 2-propanol (IPA), junto con pequeñas cantidades (20 mg) del polímero estabilizador, lo que da como resultado una tinta de grafeno con las propiedades electrónicas deseadas para la electrónica impresa y una vida útil de la tinta significativamente mejorada.

Se seleccionó el IPA como disolvente para la tinta de grafeno, ya que tiene un punto de ebullición de 82 grados C y una presión superficial impresionantemente baja, de sólo 20,34 mN m-1, lo que satisface los criterios para un recubrimiento por pulverización escalable, así como para la impresión por chorro de tinta de la tinta optimizada. El proceso de sonicación dura 9 horas, lo que garantiza una exfoliación completa de las escamas de grafito. A continuación, se emplea la centrifugación a 2.000 - 13.000 g para refinar aún más la tinta y eliminar eficazmente cualquier resto de escamas no exfoliadas.

El espectro de absorción óptica (OAS) de la tinta de grafeno, presenta el perfil característico asociado al perfil asociado al potencial de los copos de grafeno. El espectro de absorción óptica (OAS) de la tinta de grafeno, representado en la figura 1a, exhibe el perfil característico asociado a las tintas de grafeno, un patrón de absorción plano en el espectro visible y un pico distintivo en la región UV, lo que confirma que la tinta está compuesta principalmente por copos de grafeno de alta calidad. Se calcula que la concentración de copos de grafeno en la tinta es de ~ 1 mg mL-1 cuando se centrifuga a 13.000 g y de hasta 3,2 mg mL-1 cuando se centrifuga a 2.300 g. Esta concentración supera en un orden de magnitud las registradas en la bibliografía para tintas de grafeno estabilizadas con polivinilpirrolidona (PVP), lo que subraya la excepcional calidad y el potencial de esta formulación.

Aplicación: Un transistor de efecto de campo de grafeno como biosensor escalable y de bajo coste de alto rendimiento. El canal EG-GFET se forma mediante un proceso automático de recubrimiento por pulverización, lo que garantiza una deposición uniforme y escalable de la tinta de grafeno sobre la tira de prueba de PCB. La tinta de grafeno presenta excelentes propiedades de humectación que contribuyen a la uniformidad de la película.

Como las gotitas individuales de tinta se funden en una fina película antes de evaporarse, este comportamiento de humectación desempeña un papel vital en la consecución de la uniformidad. Aunque la adición del estabilizador PVP mejora la concentración y la estabilidad de la tinta, es importante señalar que se sabe que el PVP afecta negativamente a la conductividad eléctrica de las películas finas de grafeno nanoestructurado debido a sus propiedades aislantes. Sin embargo, se ha encontrado una solución utilizando una fuente de luz pulsada intensa (IPL) de xenón, que degrada eficazmente el polímero PVP sin someter el sustrato de PCB a temperaturas superiores a su umbral de descomposición.

Este método resulta ser el más adecuado para esta aplicación específica. La tinta de grafeno recubierta por pulverización alcanzó una resistividad de canal aproximada de 100 O tras el recocido IPL, adecuada para la electrónica flexible y de plástico y utilizada actualmente en la industria.