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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

OBTENCIÓN DE GRAFENO MEDIANTE MÉTODOS QUÍMICOS DE EXFOLIACIÓN

Autor: Carmen Alcolea Sánchez

Director: Yolanda Ballesteros Iglesias

Madrid Mayo 2013

1

AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESORESTRINGIDO DE DOCUMENTACIÓN

1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.

El autor D. Carmen Alcolea Sánchez, como alumno de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS(COMILLAS), DECLARA que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de lapresente cesión, en relación con la obra Obtención de grafeno mediante métodos químicosde exfoliación (Proyecto de fin de carrera), que ésta es una obra original, y que ostenta lacondición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular únicoo cotitular de la obra.

En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con elconsentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previacesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportunaautorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene lafacultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.

2º. Objeto y fines de la cesión.

Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de laUniversidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones quemás adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autorCEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazolegal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, dedistribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica,tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación secede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.

3º. Condiciones de la cesión.

Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión dederechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá:

(a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet;realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, asícomo incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua”o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.

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(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica,incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos degarantizar su seguridad, conservación y preservar el formato.

(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional,accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del RepositorioInstitucional.

4º. Derechos del autor.

El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidadpor medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:

a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de losderechos del documento.

b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a travésde cualquier medio.

c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerseen contacto con el vicerrector/a de investigación ([email protected]).

d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios parala obtención del ISBN.

d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceraspersonas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos depropiedad intelectual sobre ella.

5º. Deberes del autor.

El autor se compromete a:

a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningúnderecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.

b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a laintimidad y a la imagen de terceros.

c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, quepudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos eintereses a causa de la cesión.

d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas porinfracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.

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- retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o encasode reclamaciones de terceros.

b) Derechosque se reserva el Repositorio institucional respecto de lasobras en él registradas:

- La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en unfuturo.

- La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo laresponsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legalesen nombredel autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados deldepósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a laUniversidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan usode las obras.

- LaUniversidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantizani asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posteriorde las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copiaprivada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficiocomercial, y que no se realicen obras derivadas.

a) Deberesdel repositorio Institucional:

La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo yrespetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y confines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidadasume los siguientes deberes y se reserva lassiguientes facultades:

69• Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.

M A O R O

Fecha: ..... ./ ..... ./ ......Fdo.: .

José Ignacio Linares Hurtado

VOBOdel Coordinador de Proyectos

.. y- 5 2o.A 1Fecha: ..... ./ ..... ./ ......

Yolanda Ballesteros Iglesias

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

Autorizada la entrega del proyecto cuya información no es de carácterconfidencial

Fecha: .. ~ ../ ..5../.Z.q3FdO.:.~.

Carmen Alcolea Sánchez

Proyecto realizado por la alumna:

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

OBTENCIÓN DE GRAFENO MEDIANTE MÉTODOS QUÍMICOS DE EXFOLIACIÓN

Autor: Carmen Alcolea Sánchez

Director: Yolanda Ballesteros Iglesias

Madrid Mayo 2013

OBTENCIÓN DE GRAFENO MEDIANTE MÉTODOS QUÍMICOS DE

EXFOLIACIÓN

Autor: Alcolea Sánchez, Carmen

Director: Ballesteros Iglesias, Yolanda

Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas

RESUMEN DEL PROYECTO:

Recientemente el campo de los nanomateriales ha evolucionado de manera rápida,

abriéndose paso entre los materiales ya existentes, uno de los más importantes

recientemente es el “grafeno”. El grafeno es una nanomaterial que está formado por

capas de unos pocos átomos de carbono de espesor. Este material ha cobrado especial

importancia debido al amplio espectro de aplicaciones a los que se puede aplicar, sin

embargo cuenta con un gran inconveniente, éste es que no se ha logrado obtener en

cantidades suficientemente grandes mediante un método económico que permita su uso

de forma industrial. Para la obtención de grafeno se han estudiado diferentes técnicas,

que pueden agruparse como técnicas TOP-DOWN, cuando se obtiene grafeno de

espesor manométrico a partir de un material de espesor micrométrico como el grafito, o

BOTTOM-UP, cuando se obtiene la estructura de grafeno a partir de átomos de carbono

generados mediante descomposición de moléculas orgánicas, como por ejemplo en un

horno CVD (Chemical Vapor Deposition). En este trabajo se ha optimizado una de las

técnicas TOP-DOWN, concretamente el proceso de exfoliación química.

El proceso de exfoliación química consiste en a partir de láminas de pequeño espesor de

grafito, romper los enlaces interlaminares a través de la vibración por medio de un

proceso llamado sonicación. Se llama de exfoliación química porque para evitar que se

vuelvan a unir las láminas de grafeno se emplean unos compuestos químicos de carácter

tensoactivo que, se introducen entre las capas de grafeno, ayudando a la separación de

las mismas e impidiendo que éstas se vuelvan a unir.

El proyecto se ha centrado en dos surfactantes principalmente que han sido el SDBS

(Sodium dodecylbenzene sulfonate) y el SDS (Sodium dodecyl sulfate), con los que se

ha trabajado en distintas concentraciones, además de su mezcla con otros disolventes

orgánicos como acetona o etanol. Para cada uno de los surfactantes anteriores, se han

optimizado las variables propias del proceso de exfoliación química, como son: tipo de

sonicación, amplitud, tiempo, altura de la muestra en el sonicador, concentración de

surfactante, proporción de la mezcla con acetona o etanol. Tras el proceso de

exfoliación química se obtiene una suspensión de láminas de grafeno de color grisáceo,

cuya concentración en grafeno se determina mediante Espectrofotometría Ultravioleta-

Visible, midiendo la absorbancia que producen las muestras obtenidas sobre una

radiación de 660 nm. Se optimizaron así las variables del proceso, buscando aquellas

que proporcionan los mayores valores de absorbancia, conjugada con una cierta

repetitividad en las medidas.

Una vez obtenidas las condiciones óptimas de exfoliación para cada uno de los

surfactantes estudiados, se compararon los resultados con algunos de los surfactantes

clásicos empleados en la exfoliación química de grafeno, que aparecen en la

bibliografía, como DMA (N, N-Dimethylacetamide) y NMP (1-Methyl-2-

pyrrolidinone), obteniéndose valores de absorbancia similares.

Figura 1: Comparación de la absorbancia entre diferentes surfactantes.

La ventaja que ofrece el empleo de surfactantes como el SDS o el SDBS frente a DMA

y NMP es que, los dos primeros son muchísimo más baratos, por lo que la obtención de

grafeno para usos en materiales estructurales a nivel industrial puede resultar rentable,

mientras que para los otros dos no.

Una vez elegido el surfactante que proporciona una mayor absorbancia, en este caso el

que mejor valores obtenía era el SDS en concentración 1 mg/mL, se ha realizado un

estudio para ver a qué velocidad se deposita en el fondo el grafeno exfoliado con el paso

de los días. Para ello se realizaron medidas de absorbancia en el momento de la

producción, a las 48 horas, a los 7 días y a los 14 días, de manera que se tuviera una

idea a más o menos un plazo razonable de tiempo. Los resultados obtenidos muestran

que la absorbancia disminuye desde un valor inicial de 0,23 u.a. hasta 0,19 u.a.

aproximadamente en 14 días, siendo a partir de un cierto tiempo, de aproximadamente

7 días, esta deposición más lenta que inicialmente.

Como resultado de la experiencia se fue observando que una cantidad considerable de

grafito se quedaba sin exfoliar, por lo que al llevarlo a la centrifugadora para separar las

capas finas de grafeno de lo que no se ha exfoliado completamente, éste último se queda

en el fondo, por lo que se pensó ver si de alguna manera esos restos de grafito se podían

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

SDBS 0,7 mg/mL + 10% etanol

NMP

DMA

Absorbancia

Surf

acta

nte

s

Medias

aprovechar en lugar de tirarlos. Para aprovechar al máximo la muestra inicial, sobre

esos restos de grafito decantados en el fondo, se volvía a añadir surfactante hasta

completar 10 mL y se volvía a exfoliar mediante sonicación. Sorprendentemente se

observó que se obtenían mejores valores de absorbancias para la segunda y tercera

sonicación sobre el mismo grafito que para la primera, y a partir de la tercera ya

empieza a decrecer este valor. Esto sugiere que hay una parte considerable de grafito

que está a medio exfoliar, por lo que con una o dos sonicaciones más se terminan de

separar por completo las láminas de la estructura, pero que a partir de la cuarta

sonicación ya no se obtiene valores tan altos como los anteriores debido a que la

cantidad de grafito que va quedando en el fondo se hace cada vez menor y cuesta más

trabajo separar sus láminas.

A partir de sucesivas diluciones sobre muestras de grafeno exfoliado, se obtuvo la recta

de calibrado (absorbancia frente a concentración de grafito) y, conocido al valor del

coeficiente de absortividad para el grafeno que se encuentra en la bibliografía, se

calcula el rendimiento aproximado del proceso de exfoliación, resultando ser del 3,13%

cuando se parte de suspensiones con 0,5 mg/mL de grafito en solución acuosa de SDS 1

mg/mL.

Empleando un Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) se llevó a cabo la

caracterización del grafeno exfoliado. Para ello se depositan las suspensiones

centrifugadas sobre soportes de mica empleando un agente de acoplamiento silano, en

concreto el APS (γ-aminopropiltrietoxisilano), que facilita la fijación del grafeno a la

superficie de mica. De las imágenes de AFM se deduce que se han obtenido láminas de

grafeno de espesor comprendido entre 1 y 10 nm, lo que supone que tienen entre 1 y 10

capas de grafeno.

Figura 2: Imagen de la fase de una muestra de mica, con el APS, el surfactante y el grafeno.

El grafeno obtenido mediante exfoliación puede ser empleado en la elaboración de

materiales estructurales como cementos óseos, materiales compuestos de matriz

polimérica con nanocargas de grafeno, así como mortero para construcciones de alto

valor añadido. En el presente estudio se aplicó a un adhesivo epoxi a fin de intentar

mejorar sus características mecánicas. Se prepararon probetas de ensayos con sustratos

de aluminio unidas mediante el adhesivo y con éste modificadas con grafeno, con

nanotubos de carbono y con óxido de grafeno.

Los resultados muestran una ligera mejoría en la resistencia de la unión adhesiva al usar

los 3 tipos de nanocargas frente al empleo del adhesivo tal y como se comercializa.

Figura 3: Valores de la fuerza de rotura para distintos materiales.

Se espera mejorar los resultados con tratamientos superficiales más agresivos sobre los

sustratos a adherir.

0

500

1000

1500

2000

2500

Epoxi Epoxi+GO Epoxi+CNT Epoxi+G

Fu

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N)

Tipo de adhesivo

PRODUCTION OF GRAPHENE BY CHEMICAL EXFOLIATION

Author: Alcolea Sanchez, Carmen

Directors: Ballesteros Iglesias, Yolanda

Collaborating Entity: ICAI – Universidad Pontificia Comillas

ABSTRACT:

Currently the area of nanomaterials have grown very fast, increasing their importance

between known materials, one of the most important is “graphene”. Graphene is a

nanomaterial, which is made up of a few layers of carbon atoms of thickness. This

material has such a special importance, mainly because of the huge range of possibilities

in which it can be applied. However it has a great disadvantage, which it is that

nowadays graphene, cannot be obtained in big amounts, using an economic method to

use it in high production volume. Production of graphene has developed two main

techniques to obtain it, TOP-DOWN; this consists of reach nanometric thickness from

micrometric size as graphite, or BOTTOM-UP, when the material grows from carbon

atoms, such as CVD (Chemical Vapour Deposition). In this project we optimize one of

the techniques of TOP-DOWN, chemical exfoliation.

Chemical exfoliation is to reduce the size from little flakes of graphite, during the

process the linkages between layers are broken by the vibration; this process is known

as sonication. It is a chemical exfoliation process because, in order to avoid that the

sheets of graphene come back together, are used chemical products which are able to

introduce itself between the layers.

The project is focused on two surfactants, SDBS (Sodium dodecylbenzene sulfonate)

and SDS (Sodium dodecyl sulfate). With both of them have been proved with different

concentrations, and also mixed them with other organic solvent such as acetone or

ethanol. For each one the process have been optimized by changing the main variables,

some of them are: type of sonication, amplitude, time, height of the sample in the

sonicator, concentration of the surfactant, proportion of acetone or ethanol in the

sample. The result of the process of exfoliation is a suspension of layers of graphene of

a grey color. The concentration of graphene is measured by a spectrophotometric UV-

Visible, this equipment measure the absorbance produced by the samples using a

radiation of 660 nm. The variables of process have been optimized, in order to find out

which proportionate greater values of absorbance, taking into account the repeatability

of the measures.

Once the optimal conditions for the different surfactants have been obtained, the idea

has been compared this results with others surfactants known, DMA (N, N-

Dimethylacetamide) and NMP (1-Methyl-2-pyrrolidinone), the values of absorbance are

similar.

Figure 1: Comparison of the values of the absorbance between different surfactants.

The advantage of SDS or SDBS is that they are cheaper than DMA and NMP, making

that the use of graphene for high volume production will be more profitable.

After choosing the best surfactant, SDS 1 mg/mL, I carried out a study of the speed of

deposition. For that reason, I measured the absorbance in different moments, after the

production, 48 hours later, 7 days later and finally after 14 days; the idea of taking these

periods of time was because it is a reasonable period. The results of the absorbance

decreased from 0,23 u.a. until 0,19 u.a. approximately. After, more or less, the day 7 the

deposition is lower than at the beginning.

After preparing a lot of samples it was observed that only a few part of the initial

graphite was exfoliated, so the left part deposited on the bottom, this fact makes

possible study if the graphite left could be used. In order to take an advantage of the

graphite, the left part was completed with surfactant until 10 mL, and after that the

sample was exfoliated again. Surprisingly, it was observed that the second and the third

sonication produced better absorbance than the first one, after the third the absorbance

starts to decrease. It suggests that a big part of the graphite is half exfoliated, so with

one or two extra sonications, this graphite can finally be completely separated, but after

the fourth sonication the values are not so high because of the amount of graphite left

has decreased and it is more difficult separate the flakes.

Making consecutives dilutions on the samples of graphene, I plotted the absorbance

versus the concentration of graphite and with the value of absorption coefficient the

performance of the exfoliation can be calculated, in this case is around 3,13%, when the

initial values are a sample of 0,5 mg/mL of graphite using SDS 1 mg/mL as a solvent.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25


NMP

DMA

Absorbance

Surf

acta

nts

Medias

Atomic Force Microscopy (AFM) lets characterize the graphene. To prepare the sample

for the AFM, it is necessary deposit the suspension after the centrifugation over the

mica using silano, APS (γ-aminopropiltrietoxisilano), to stick the suspension. From the

pictures the sample has layers of graphene with a thickness between 1 and 10 nm, so it

has between 1 and 10 sheets of graphene.

Figure 2: Figure of the sample with mica, APS, surfactant and graphene.

The graphene produced can be used for cements, materials made up of polymeric matrix

with graphene, between order uses. In the present study, it was applied to an adhesive

epoxy to improve its mechanical properties. I prepared samples with aluminum stuck

with the adhesive only, with graphene, with oxide of graphene and nanotubes of carbon.

The results show a little increase in the resistance when it used the adhesive with the

other materials than the adhesive only.

Figure 3: Values of broken force for each material.

It is hope that the results improve with more aggressive treatments over the material to

stick.

0

500

1000

1500

2000

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Tipo de adhesivo

ÍNDICE

Capítulo 1.- Introducción y planteamiento del proyecto. ............................................................ 13

Capítulo 2.- Objetivos del proyecto. ........................................................................................... 15

Capítulo 3.- Estado de la cuestión. .............................................................................................. 17

3.1. Métodos de obtención de grafeno. ................................................................................... 19

3.1.1 TOP-DOWN............................................................................................................... 19

3.1.2 BOTTOM-UP............................................................................................................. 19

3.1.3 TOP-DOWN............................................................................................................... 21

3.2. Surfactantes empleados en el método de exfoliación química. ........................................ 21

3.3. Propiedades del grafeno. .................................................................................................. 23

3.4. Aplicaciones del grafeno. ................................................................................................. 26

3.5. Otros materiales compuestos de carbono. ........................................................................ 29

Capítulo 4.- Procedimiento experimental.................................................................................... 35

4.1. Materiales. ........................................................................................................................ 35

4.1.1 Grafito. ....................................................................................................................... 35

4.1.2 Surfactantes. ............................................................................................................... 35

4.1.3 Preparación de las disoluciones de surfactantes. ........................................................ 35

4.2. Equipos............................................................................................................................. 36

4.2.1 Balanza analítica de precisión. ................................................................................... 36

4.2.2 Sonicador.................................................................................................................... 37

4.2.3 Baño de ultrasonidos. ................................................................................................. 38

4.2.4 Centrífuga................................................................................................................... 40

4.2.5 Espectrofotómetros Ultravioleta-Visible.................................................................... 41

4.2.6 Microscopio de Fuerza Atómica. ............................................................................... 43

4.2.7 Máquina universal de ensayos.................................................................................... 44

4.3. Descripción del procedimiento......................................................................................... 44

4.3.1 Obtención de grafeno mediante exfoliación de grafito. ............................................. 44

4.3.2 Preparación de muestras para AFM. .......................................................................... 45

Capítulo 5.- Resultados y discusión. ........................................................................................... 47

5.1. Exfoliación mediante baño de ultrasonidos...................................................................... 47

5.2. Exfoliación empleando un sonicador de puntas. .............................................................. 70

5.2.1 Reproducibilidad del método de exfoliación.............................................................. 71

5.2.2 Tiempo de sonicación................................................................................................. 73

5.2.3 Posición de la punta.................................................................................................... 76

5.2.4 Amplitud del sonicador. ............................................................................................. 80

5.3. Optimización de la disolución surfactante. ...................................................................... 83

5.4. Comparación del SDBS con el NMP y el DMA. ............................................................. 93

5.5. Optimización de la disolución del surfactante del SDS. .................................................. 96

5.6. Deposición del grafeno con el tiempo. ........................................................................... 103

5.7. Sonicaciones sucesivas................................................................................................... 107

5.8. Recta de concentraciones. .............................................................................................. 113

5.9. Caracterización del grafeno............................................................................................ 115

5.10. Aplicación del grafeno a adhesivos.............................................................................. 123

Capítulo 6.- Conclusiones. ........................................................................................................ 131

Capítulo 7.- Bibliografía. .......................................................................................................... 133

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Proyección de varias capas monoatómicas de grafeno. ............................................... 18

Figura 2: Capa monoatómica átomo de carbono......................................................................... 18

Figura 3: Equipo de CVD............................................................................................................ 20

Figura 4: Estructura de una lámina monocapa de óxido de grafeno. .......................................... 21

Figura 5: Estructura de la red del grafeno. .................................................................................. 23

Figura 6: Ensayo sobre una lámina de grafeno. .......................................................................... 25

Figura 7: En la imagen a) se muestra una lámina de grafeno, esta foto ha sido tomada a travésde la técnica SEM (Microscopía electrónica de barrido). Presentaba un espesor de 7 nm cuandose midió con el AFM. La b) es una imagen tomada con un microscopio AFM de una lámina degrafeno cuyo espesor es de 2 nm [JVST07]. ............................................................................... 26

Figura 8: Simulación de un filtro de nanoporos de grafeno. ....................................................... 28

Figura 9: La imagen a) representa la estructura del grafeno, mientras que la b), c), y d) muestranlas estructuras de distintos tipos de grafino................................................................................. 30

Figura 10: Simulación por ordenador de una capa de nanotubos de carbono. ............................ 31

Figura 11: Simulación de un nanotubo de carbono multicapa. ................................................... 31

Figura 12: Imagen de la estructura de un fullereno..................................................................... 33

Figura 13: Imágenes de nanofibras de carbono........................................................................... 34

Figura 14: Balanza analítica de precisión. METLER TOLEDO XS205..................................... 37

Figura 15: Sonicador BRANSON 250 ........................................................................................ 38

Figura 16: Fotografía del interior del baño de ultrasonidos. BRANSON 5510. ......................... 39

Figura 17: Baño de ultrasonidos.................................................................................................. 39

Figura 18: Centrífuga Digicen 21................................................................................................ 40

Figura 19: Espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-VIS). HEWLETT PACKARD Vectra CS8452ª............................................................................................................................................ 41

Figura 20: Espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-VIS). MERCK NOVA 60.................... 42

Figura 21: Equipo de AFM. NANOTEC SPM. .......................................................................... 43

Figura 22: Cabezal portamuestras del Microscopio AFM. ......................................................... 43

Figura 23: Máquina universal. IBERTEST................................................................................. 44

Figura 24: Esquema del proceso para preparar una muestra. ...................................................... 45

Figura 25: Dibujo de la distribución de las muestras en el baño de ultrasonidos. ...................... 48

Figura 26: Esquema de las posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidos..................... 54

Figura 27: Representación de las posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidos........... 61

Figura 28: Representación de las posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidoscambiando los tubos respecto a la posición anterior. .................................................................. 64

Figura 29: Posiciones de las muestras de SDBS 1 mg/mL con 20% etanol en el baño deultrasonidos. ................................................................................................................................ 68

Figura 30: Imagen de la topografía de una muestra de mica tomada con el AFM.................... 116

Figura 31: La imagen de la izquierda muestra la topografía de la muestra de mica y el gráfico dela derecha representa la altura de la zona donde se encuentra la línea blanca. ......................... 116

Figura 32: Imagen de la topografía de una muestra con mica, APS, y surfactante................... 117

Figura 33: A la izquierda se muestra la imagen de la topografía que se ha obtenido con el AFM,y la imagen de la derecha es un gráfico sacado de la zona de la línea blanca........................... 118

Figura 34: Imagen de la fase de la muestra de mica, con APS, y surfactante. .......................... 119

Figura 35: Imagen de la topografía de una muestra de la mica, con APS, surfactante y elgrafeno....................................................................................................................................... 120

Figura 36: Imagen de amplitud de una muestra con mica, APS, surfactante y grafeno............ 121

Figura 37: Imagen de la fase de una muestra de mica, con el APS, el surfactante y el grafeno.................................................................................................................................................... 122

Figura 38: Pistola para la aplicación del adhesivo. ................................................................... 124

Figura 39: Esquema de montaje de las probetas [EVAP10]. .................................................... 125

Figura 40: Esquema de las fuerzas sobre las probetas [EVAP10]. ........................................... 126

Figura 41: Planos para la sujeción en el ensayo de cizalla por tracción [UNE]........................ 126

ÍNDICE DE GRÁFICAS

Gráfica 1: Comparación de los valores medios de las absorbancias en función de la posición enel baño ultrasónico. ..................................................................................................................... 52

Gráfica 2: Absorbancias de las disoluciones de SDBS y de las de éste con etanol y acetona. ... 57

Gráfica 3: Comparación de los valores medios de las absorbancias de las distintasconcentraciones de SDBS y de las combinaciones de éste con etanol y acetona (segunda ronda)...................................................................................................................................................... 60

Gráfica 4: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL y elSDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol. ...................................................................................... 64

Gráfica 5: Comparación de los valores medios de absorbancias del SDBS 1 mg/mL y el SDBS 1mg/mL con un 20% de etanol para la posición indicada en la figura 28..................................... 67

Gráfica 6: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL con un20% de etanol para las distintas posiciones dentro del baño de ultrasonidos. ............................ 70

Gráfica 7: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL con un20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 10% de amplitud, a la mitaddel tubo, y durante 10 minutos. ................................................................................................... 73

Gráfica 8: Comparación de los valores medios de las absorbancias en función del tiempo desonicación del SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador depuntas, para un 10% de amplitud, a la mitad del tubo................................................................. 76

Gráfica 9: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintas posiciones dela punta del sonicador del SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante elsonicador de puntas, para un 10% de amplitud, y durante 10 minutos. ...................................... 79

Gráfica 10: Comparación de los valores medios de las absorbancias para las distintas amplitudesde la punta para el SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador depuntas, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos. ...................................................................... 82

Gráfica 11: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintasconcentraciones de SDBS, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 20% deamplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos. .................................................................. 87

Gráfica 12: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintasconcentraciones de etanol con una concentración de SDBS de 0,7 mg/mL, exfoliadas medianteel sonicador de puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos.... 92

Gráfica 13: Comparación de los valores medios de las absorbancias para el NMP, el DMA y elSDBS 0,7 mg/mL con un 10% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos. ..................................................... 95

Gráfica 14: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintasconcentraciones de SDS disuelto sólo en agua o con una concentración del 10% de etanol,exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, ydurante 10 minutos. ................................................................................................................... 102

Gráfica 15: Comparación de los valores medios de las absorbancias teniendo en cuenta ladeposición que se produce con el tiempo para una concentración de SDS 1 mg/mL , exfoliadas

mediante el sonicador de puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10minutos. ..................................................................................................................................... 107

Gráfica 16: Comparación de los valores medios obtenidos de medir la absorbancia tras realizarvarias sonicaciones sucesivas para el SDS 1 mg/mL, exfoliadas mediante el sonicador depuntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos........................... 112

Gráfica 17: Representación de la recta para distintas concentraciones. .................................... 114

Gráfica 18: Comparación de los distintos tipos de mezcla……………………………....…….129

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Tabla con los principales surfactantes empleados actualmente. ................................... 22

Tabla 2: Pesos de las muestras de 0,5 mg/mL en NMP. ............................................................. 49

Tabla 3: Resultados de las absorbancias medidas en la primera serie de muestras..................... 50

Tabla 4: Resultados de las absorbancias medidas en la segunda serie de muestras.................... 50

Tabla 5: Resultados de las absorbancias medidas en la tercera serie de muestras. ..................... 51

Tabla 6: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2,6y 8................................................................................................................................................ 51

Tabla 7: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2,6y 8 (segunda ronda). .................................................................................................................... 52

Tabla 8: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2,6y 8 (tercera ronda). ...................................................................................................................... 52

Tabla 9: Pesos de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona, para las posiciones dadas en el dibujo anterior. . 54

Tabla 10: Absorbancias de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona.............................................................................. 56

Tabla 11: Pesos de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona (segunda ronda)................................................... 58

Tabla 12: Absorbancias de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona (segunda ronda)................................................... 59

Tabla 13: Pesos de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol,para la posición indicada en la figura 27..................................................................................... 62

Tabla 14: Absorbancias de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% deetanol, para la posición indicada en la figura 27. ........................................................................ 63

Tabla 15: Pesos de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol,para la posición indicada en la figura 28..................................................................................... 65

Tabla 16: Absorbancias de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% deetanol, para la posición indicada en la figura 28. ........................................................................ 66

Tabla 17: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para la posiciónindicada en la figura 29. .............................................................................................................. 68

Tabla 18: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para laposición indicada en la figura 29................................................................................................. 69

Tabla 19: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas. .................................................................................................................... 71

Tabla 20: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas. ......................................................................................................... 72

Tabla 21: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 5 minutos....................... 74

Tabla 22: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 5 minutos. ........... 74

Tabla 23: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 15 minutos..................... 75

Tabla 24: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 15 minutos. ......... 75

Tabla 25: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a 3 mm de la base y durante 5 minutos.......... 76

Tabla 26: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a 3 mm de la base y durante 5 minutos...................................................................................................................................................... 77

Tabla 27: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la base y durante 10 minutos. ............. 77

Tabla 28: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la base y durante 10 minutos. .. 78

Tabla 29: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la superficie y durante 10 minutos. .... 78

Tabla 30: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la superficie y durante 10minutos........................................................................................................................................ 79





Tabla 35: Pesos de las muestras de SBDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas,con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ..................................................... 83

Tabla 36: Absorbancias de las muestras de SBDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......................................... 84



Tabla 39: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ............................................................ 85

Tabla 40: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......................................... 86



Tabla 43: Pesos de las muestras de SBDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos..................... 88

Tabla 44: Absorbancias de las muestras de SBDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......... 89







Tabla 51: Pesos de las muestras de NMP, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ................................................................... 94

Tabla 52: Absorbancias de las muestras de NMP, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ................................................................... 94

Tabla 53: Pesos de las muestras de DMA, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ................................................................... 94

Tabla 54: Absorbancias de las muestras de DMA, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ............................................................ 95

Tabla 55: Pesos de las muestras de SDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ............................................................ 96

Tabla 56: Absorbancias de las muestras de SDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......................................... 96

Tabla 57: Pesos de las muestras de SDS 0,5 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos..................... 97

Tabla 58: Absorbancias de las muestras de SDS 0,5 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......... 97

Tabla 59: Pesos de las muestras de SDS 0,7 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ............................................................ 98

Tabla 60: Absorbancias de las muestras de SDS 0,7 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......................................... 98

Tabla 61: Pesos de las muestras de SDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos..................... 98

Tabla 62: Absorbancias de las muestras de SDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ......... 99

Tabla 63: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ............................................................ 99

Tabla 64: Absorbancias de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ....................................... 100

Tabla 65: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos................... 100

Tabla 66: Absorbancias de las muestras de SDS 1 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas conel sonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. .............. 100

Tabla 67: Pesos de las muestras de SDS 1,2 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. .......................................................... 101

Tabla 68: Absorbancias de las muestras de SDS 1,2 mg/mL, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ....................................... 101

Tabla 69: Pesos de las muestras de SDS 1,2 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos................... 101

Tabla 70: Absorbancias de las muestras de SDS 1,2 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadascon el sonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. ....... 102

Tabla 71: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. .......................................................... 104

Tabla 72: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 en elmomento de la producción. ....................................................................................................... 104

Tabla 73: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a las 48 horasde la realización......................................................................................................................... 105

Tabla 74: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a los 7 díasde la realización......................................................................................................................... 105

Tabla 75: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a los 14 díasde la realización......................................................................................................................... 106

Tabla 76: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos. .......................................................... 108

Tabla 77: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la primeraronda de sonicación................................................................................................................... 108

Tabla 78: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la segundaronda de sonicación................................................................................................................... 109

Tabla 79: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la terceraronda de sonicación................................................................................................................... 109

Tabla 80: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la cuartaronda de sonicación................................................................................................................... 110

Tabla 81: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la quintaronda de sonicación................................................................................................................... 110

Tabla 82: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la sextaronda de sonicación................................................................................................................... 111

Tabla 83: Valores de las absorbancias para distintas diluciones respecto la concentración inicial.................................................................................................................................................... 113

Tabla 84: Muestras preparadas para ver en el AFM. ................................................................ 115

Tabla 85: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta con sólo adhesivo..……………..127

Tabla 86: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo con óxido degrafeno…………………………………………………………………………………………127Tabla 87: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo connanotubos de carbono…………………...……………………………………………………..128Tabla 88: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo con grafeno…………………………………………………………………………………………………128

13 Capítulo 1.- Introducción y planteamiento del proyecto

Capítulo 1.- Introducción y planteamiento del proyecto.

En los últimos años un nuevo material se ha estado abriendo hueco en el campo de lananotecnología, este novedoso nanomaterial es el grafeno.

Actualmente se está invirtiendo mucho tiempo y dinero en la investigación de distintosmétodos con los que obtener grafeno. Esto es así debido a que se ha descubierto queeste material posee unas propiedades únicas, haciéndolo muy atractivo para diferentessectores.

El estudio de la obtención de grafeno se puede abarcar en diferentes campos, pero elprincipal es en el ámbito de los materiales. Además de éste, en el proyecto adquieremucha importancia la parte química, ya que el proyecto consiste en coger diferentessurfactantes, que son unos compuestos químicos, y comprobar cuál de ellos mejora elrendimiento a la hora de obtener una mayor cantidad de grafeno. La insistencia actualen la búsqueda de un método de obtener grafeno en cantidades mayores se debe a laspropiedades que posee este material, y que gracias a ellas lo hacen tan característico.

Una vez obtenido el grafeno, los sectores de aplicación de éste son innumerables, aunasí todavía se siguen investigando otras posibles aplicaciones de este material.

La principal razón por la que el grafeno no está siendo implantado a escala industrial en,por ejemplo, componentes electrónicos (que se ha visto que es una de sus principalesaplicaciones), es que resulta muy difícil de obtener, no tanto por el proceso en sí sinopor la cantidad que se obtiene de éste. De ahí la insistencia que se ha puesto en suestudio tanto por parte del sector público como de compañías privadas. Este esmero estállevando al descubrimiento de diversas técnicas a través de las cuales se puede obtenergrafeno, aunque de momento no en cantidades suficientemente elevadas.

14 Capítulo 1.- Introducción y planteamiento del proyecto

15 Capítulo 2.- Objetivos del proyecto

Capítulo 2.- Objetivos del proyecto.

Este proyecto surge por la necesidad y el interés de descubrir una manera eficiente deconseguir grafeno, con unas cualidades o propiedades mínimas, en grandes cantidades.

La idea del proyecto es obtener grafeno a través de una técnica que sea reproducible,sencilla y económica, es decir, una técnica a través de la cual se pueda controlar en loposible la cantidad de grafeno que se obtiene y se haga dentro de un coste considerable.

Además de esto se desea investigar compuestos que de alguna manera faciliten elproceso, es decir, intentar obtener grafeno en cantidades mayores que la que se obtieneactualmente, claro está que el grafeno obtenido debe tener unas propiedadesdeterminadas, como ya se ha mencionado anteriormente. También se busca que elproceso para conseguir grafeno sea lo más barato posible, por eso se jugará a lo largo dela investigación con la relación entre la calidad, la cantidad obtenida y el coste deobtenerlo.

Una vez obtenido el grafeno la idea es buscar posibles aplicaciones al mezclarlo conmateriales, como pueda ser cemento o materiales compuestos, comprobando así comomejora sus propiedades, como por ejemplo la resistencia, a través de ensayos que serealizarán más adelante.

Por tanto los objetivos principales del proyecto son:

- Obtener grafeno de manera reproducible, es decir, con cierta repetibilidad.Se pretende conseguir grafeno a través de un método de exfoliación química queconsiste en favorecer la dispersión de las láminas de grafito a través decompuestos químicos y aplicación de ultrasonidos.

- Comprobar las propiedades del grafeno obtenido. A través de diferentestecnologías como la AFM (Atomic Force Microscopic) y otras similares, sepretende caracterizar el grafeno obtenido.

Estudiar cómo afecta la presencia del grafeno en materiales compuestos. La intención esver en qué medida afecta al añadir grafeno a un adhesivo.

16 Capítulo 2.- Objetivos del proyecto

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17 Capítulo 3.- Estado de la cuestión

Capítulo 3.- Estado de la cuestión.

El grafeno es un material que se obtiene a partir del grafito y por tanto conviene teneruna idea general, también, de lo que es el grafito y sus características.

El grafito natural es un material que se encuentra en la naturaleza, y en algunas zonas engran cantidad. Es un material formado por carbono, pero si es de origen natural suelecontener muchas impurezas por lo que en ocasiones se recurre a grafito sintético, que sepuede obtener a través de diversos procedimientos como pueden ser el CVD o lagrafitización de carbón no grafitico entre otros. Estos métodos ofrecen una mayorcristalinidad. Si aun así se requiere de un mayor ordenamiento se puede recurrir a otrosmétodos obteniendo grafito pirolítico altamente ordenado o el grafito Kish.

Debido a las débiles interacciones entre planos de átomos de carbono, el grafito resultamuy anisótropo, es decir, presenta diferentes propiedades dependiendo de la dirección.Es un material semimetal, que dependiendo del plano que se coja será o no conductor,ya que los electrones están libres en uno de los planos, siendo éste el plano conductor.

El grafito está formado por láminas de átomos de carbono que se unen en formahexagonal, cada una de esas capas es lo que se denomina grafeno.

El grafeno, por otro lado, está formado por capas monoatómicas (o de muy pocosátomos) de carbono, formando una estructura bidimensional. Se ha trabajado con capasde pocos átomos de espesor durante los últimos años, pero siempre como constituyentede un material grafítico, ya que se creía que las estructuras bidimensionales erantermodinámicamente inestables, hasta el año 2004. Fue en este año cuando se empezó atrabajar con grafeno de manera aislada, los pioneros en emplear el grafeno de estamanera fueron los científicos A.K. Geim y K.S. Novoselov. Estos científicos obtuvieronláminas individuales de grafeno. Para ello emplearon el método de exfoliaciónmecánica que es factible gracias a las débiles fuerzas de interacción entre láminas degrafeno. Tras descubrir que el grafeno no resultaba inestable si se usaba de maneraaislada surgieron una serie de hipótesis que trataban de explicar este efecto, estas son:

La primera que se basa en que el grafeno proviene de un material tridimensionalde manera que debido a sus pequeños tamaños laterales y a las fuerzas de los


enlaces entre átomos de carbono se hacen más resistentes a la inestabilidadtérmica.

La otra idea fue que la ondulación de la capa de grafeno hace que sea másestable [PABL11].

El grafito está formado por láminas de átomos de carbono que se unen en formahexagonal, cada una de esas capas es lo que se denomina grafeno.

Figura 1: Proyección de varias capas monoatómicas de grafeno.

Figura 2: Capa monoatómica átomo de carbono.


3.1. Métodos de obtención de grafeno.

El grafeno está dentro del grupo de nanomateriales, para obtenerlo se emplean técnicasconocidas como nanotecnología. Este método de fabricación consiste en lamanipulación de la materia a escala atómica o molecular para crear nuevos materiales yprocesos [TERE__]. Existen principalmente dos tipos de procedimientos: TOP-DOWN, yel BOTTOM-UP.

El primer grupo es el conocido como el de reducción del tamaño, ya que la idea de estatécnica es parte de un material de mayor tamaño e ir reduciéndolo poco a poco, demanera que vaya de materiales de tamaño macro o tamaño nano.

El segundo grupo es el conocido como el de autoensamblado o de crecimiento, ya queestos parten de una estructura molecular manométrica y se van uniendo a otras demanera que el tamaño de la estructura va creciendo [MEAR06].

3.1.1 TOP-DOWN

El método de exfoliación mecánica consiste en coger una cinta adhesiva pasarlapor el grafito, y luego con sucesivas pasadas se va eliminando parte de esegrafito, obteniendo tras varias rondas capas de grafeno de espesores muypequeños [CALL__]. Éste método es sencillo y barato, pero tiene comodesventajas que se trata de un método lento ya que hay que realizar variaspasadas para ir reduciendo el espesor, debido a esto tampoco tiene unrendimiento muy bueno ya que no es un procedimiento con el que se obtengagrafeno en grandes cantidades [ZOHO__]. Generalmente para procesos deexfoliación micromecánica se recurre a frotar grafito contra una superficie quehabitualmente es de Si/SiO2. Este proceso resulta adecuado en cuanto a laspropiedades del grafeno que se obtiene, sin embargo es un proceso que resultamuy laborioso y costoso en cuanto a la mano de obra y el tiempo requerido paraobtener apenas unas pocas láminas de grafeno [PABL11].Recientemente se han realizado estudios en los cuales se utilizaban fuerzaselectrostáticas que ayudan a la exfoliación de manera que se controle la cantidadde grafeno que se obtiene del grafito [VICE09].

3.1.2 BOTTOM-UP

El CVD (Chemical Vapor Deposition) es otro de los métodos empleadosactualmente, el proceso que sigue es el siguiente: en una cámara se coloca unacapa de un metal catalítico, que posteriormente se calienta para juntarlo con gasde un hidrocarburo. Tras esto se descompone el gas quedando libre los átomos


de carbono que se adhieren a las partículas catalíticas del material. Con esteproceso se pueden obtener mayores cantidades de grafeno que con otros métodospero aun así su realización es muy cara [BLAN07] [JOSE__]. Se obtiene así grafenocon una buena calidad estructural, no se pueden aplicar en componenteselectrónicos sin que previamente se haya sustituido el sustrato metálico por otroaislante. Además de estas propiedades permite alterar las láminas sustituyendoátomos introduciendo otros gases durante el crecimiento [PABL11].

Figura 3: Equipo de CVD

También se ha estudiado mucho la obtención de óxido de grafeno (GO), queconsiste en realizar una fuerte oxidación del grafito a través del método deHummers, creándose láminas que se tienden a colocar en las posicioneslimítrofes del plano haciendo que las fuerzas interplanares sean más débilesposibilitando la separación de las diferentes capas aplicando ultrasonidos. Elprincipal inconveniente de esta técnica es que tras realizar el proceso explicadoanteriormente hay que reducir el óxido de grafeno para poder obtener grafenodebido a que pierde parte de su conductividad, realizando esta reducción seconsigue recuperar del orden de 3 veces la conductividad de GO, pero aún asíesta propiedad no es igual que si se obtuviera el grafeno por diferentes métodos,esto se debe a que durante este proceso se producen defectos en la estructuraprincipalmente en las vacantes de carbono [VICE09].


La forma que presenta el óxido de grafeno obtenido es la siguiente [PABL11]:

Figura 4: Estructura de una lámina monocapa de óxido de grafeno.

Otro método que se ha empleado es el crecimiento epitaxial directo de grafenosobre un substrato aislante, en este método se calientan los sólidos de carburo desilicio para que se produzca la grafitización de parte de la lámina superior. Seobtiene grafeno con una gran calidad estructural; sin embargo, este proceso tienecomo principal desventaja la dificultad de controlar el número de láminas,además de recrear las condiciones en las que se debe realizar el ensayo [PABL11].

3.1.3 TOP-DOWN

El último de los métodos empleados para la obtención de grafeno es laexfoliación química, este método se estudiará en este proyecto, que consiste enel uso de otros compuestos químicos para que éstos se intercalen en las láminasde grafito, facilitando así la separación de las mismas produciendo láminas degrafeno. Este método resulta adecuado porque se obtienen láminas de grafeno degran calidad, que por otro lado resultan ser de pequeños tamaños y en pequeñascantidades. Además del grafeno obtenido solo unas pocas láminas resultan sermonocapas[PABL11].

3.2. Surfactantes empleados en el método de exfoliación química.

Los surfactantes son compuestos tensoactivos que gracias a su capacidad de dedisolverse en disoluciones en este caso acuosas permite ocupar los espacios que seencuentran entre capas de átomos contiguos [PACE__], aumentando el espacio que hayentre en este caso los átomos de carbono, evitando así que se vuelvan a juntarfácilmente. Los surfactantes ayudan también a la exfoliación, ya que favorecen laseparación de las capas de carbono.


Las capacidades mencionadas antes son debidas a que los surfactantes al sertensoactivos disminuyen la tensión entre las capas colindantes, así se logra que sea másfácil la emulsión entre las fases [ROSS12].

Los compuestos que se han empleado hasta ahora han sido:

Sales ternarias de potasio, K(THF)xC24, con las que se han obtenido láminas degrafeno cargadas negativamente.

El TBA, hidróxido tetrabutil amonio, se ha demostrado que aumenta la distanciaentre las láminas del grafito oxidado, la ventaja de este elemento es que no se oxidatanto el grafito con lo cual se mantienen mejor las propiedades del grafeno. Sinembargo tiene el inconveniente de que no impide la agregación de las láminas degrafeno que se encuentran en suspensión, por lo que, con el tiempo, dichas láminasvuelven a unirse.

Además de los anteriores se han empleado otros muchos surfactantes de los cualesse han comprobado que los que mejores resultados ofrecen son7:

Tabla 1: Tabla con los principales surfactantes empleados actualmente.

En la tabla anterior se muestran los diferentes surfactantes que se han empleado endiversas investigaciones, junto con la tensión superficial de éstos, y el porcentaje de lacantidad de grafeno obtenido respecto al grafito usado inicialmente, esta medida se harealizado después de centrifugar la muestra.


Son los surfactantes que se han visto que ofrecen una mayor cantidad de grafenorespecto a la cantidad de grafito, estando éstos colocados de mayor a menor en el valorde porcentaje obtenido. Los primeros que aparecen, es decir, los que producen un mayorporcentaje, son surfactantes que tienen una tensión superficial de entre 35 y 45 mJ/m^2aproximadamente.

Mediante este método, aunque suponga menor producción de grafeno que por otrosmétodos, el grafeno obtenido resulta de mejor calidad que el que se pueda obtener porejemplo con el método de óxido de grafeno (GO), que para recuperar parte de laspropiedades necesita una reducción posterior.

3.3. Propiedades del grafeno.

El grafeno es un material en auge ya que posee unas increíbles propiedades que hacenque se pueda a aplicar a una gran variedad de sectores. Éstas son debidas a su estructura,por ello conviene explicar conjuntamente las propiedades y la estructura.

Se ha comprobado con diversos estudios que las propiedades del grafeno obtenidodependían de los elementos que se usaran para su obtención.

Los enlaces entre éstos constituyen una red hexagonal. Cada átomo de carbono estáformado por cuatro electrones de valencia. Uno de estos electrones va al orbital pz, ésteorbital se combina con otros iguales creando unos estados que son los que proporcionanal grafeno la conducción eléctrica.

Figura 5: Estructura de la red del grafeno.


Los electrones del grafeno tienen una relación de dispersión lineal, esto hace que sucomportamiento sea similar al de una partícula sin masa. Esto se ve en laspropiedades eléctricas que hacen que los electrones se muevan libremente por todala lámina, haciendo que sean muy adecuados para la realización de dispositivoselectrónicos, ya que además esta cualidad es independiente de la temperatura, esdecir, la movilidad de los electrones es independiente de la temperatura. Además dela estructura del grafeno, el movimiento de los electrones no se ve interrumpido porla presencia de impurezas debido a que solamente es un compuesto puro.

Se pueden obtener monocapas de grafeno, es decir, capas con un átomo de espesor,esto hace que no tenga defectos estructurales haciendo que sea más resistente queotros materiales.

También resulta ser un material impermeable a otros elementos, algunos tanpequeños como el helio, sin embargo es capaz de dejar pasar el agua.

Tiene una gran conductividad térmica [FRAN12].

Se han realizado experimentos mediante un microscopio de fuerza atómica (AtomicForce Microscopy, AFM) para comprobar su resistencia mecánica, llegando a laconclusión de que tiene una resistencia a la rotura mucho mayor que la de losaceros (unas 200 veces mayor), además de tener una mayor flexibilidad pudiendoestirarse éste mucho más que otros metales, en torno al 10% de su tamaño normalsin que pierda su forma inicial. El motivo por el que el grafeno se comporta de estamanera es debido a que presenta defectos en su red. Con estos mismosexperimentos se obtuvo el módulo de Young cuyo valor es 0.5 TPa, más del dobleque el de los acero, pero es menor que el del diamante. Estas propiedadesmecánicas hacen que el grafeno sea un material de especial interés en el campo dela nanotecnología ya que pueden soportar presiones elevadas sin sufrir una grandeformación [IVAN10].


Figura 6: Ensayo sobre una lámina de grafeno.

Otra de las propiedades que tiene es que es un material elástico, que cuando seaplican deformaciones sobre él se genera como un campo magnético sobre loselectrones que hace que éstos cambien de trayectorias, esta propiedad es muyimportante sobre todo de cara a la construcción de dispositivos electrónicos.

El grafeno puede reaccionar con otras sustancias para formar compuestos conpropiedades diferentes [GRAF11].

Estudios recientes han concluido que colocar una capa de grafeno sobre un materialpuede evitar la corrosión de éste [GRAF12].

Es muy ligero.

Es capaz de soportar la radiación ionizante.

Consume menos electricidad que el silicio en las mismas situaciones.

También se ha visto que presenta mejores propiedades que los nanotubos decarbono, debido a que los materiales que llevan grafeno son más duros, másresistentes y tienen una menor tendencia al fallo, esto los hace muy útiles encomponentes que requieran una buena resistencia y sean ligeros [SOLO__].


Figura 7: En la imagen a) se muestra una lámina de grafeno, esta foto ha sido tomada a través dela técnica SEM (Microscopía electrónica de barrido). Presentaba un espesor de 7 nm cuando se

midió con el AFM. La b) es una imagen tomada con un microscopio AFM de una lámina degrafeno cuyo espesor es de 2 nm [JVST07].

3.4. Aplicaciones del grafeno.

Debido a su gran dureza se ha considerado su posible aplicación a los blindajes.

En el campo de la informática se está pensando usar el grafeno para construir lostransistores y así permitir desarrollar ordenadores más rápidos, esto es debido a que esun material que es muy buen conductor y además mantiene sus propiedades constantescon la temperatura. Relacionado con esta aplicación también se han logrado realizarchips ultradelgados usando para ello películas de nitruro de boro y de grafeno de un soloátomo de espesor, en lugar de usar los sustratos de silicio. Esto permite conseguir chipsde apenas unos pocos átomos de espesor. Aun así se sigue investigando en este campoya que todavía no se ha conseguido introducir un semiconductor de manera


satisfactoria, una vez que esto se logre se podrán producir chips de un átomo de espesor.Actualmente se encuentran investigando son mejores para ser aplicados como la capasemiconductora del chip formado por el grafeno y el nitruro de boro [JIWO12].

El grafeno tiene otras propiedades en el mundo de la electrónica, ya se está investigandoel uso de este material para la realización de pantallas. Se han desarrollado ya lasprimeras pantallas de grafeno táctiles, esto posibilitaría en los próximos años la creaciónde pantallas táctiles con una vida útil muy mayor, además de ser éstas flexibles y menoscostosas. Aparte de estas propiedades, la investigación en este sentido también vaencaminada a la búsqueda de un material para las pantallas menos contaminante que elactual [CHRI10].

En electrónica se está empezando a usar para fabricar tintas conductoras que pueden serutilizadas para imprimir antenas RFID (identificación por radiofrecuencia), además seusa también para contactos eléctricos en pantallas flexibles.

En el sector aeronáutico, se están desarrollando estudios en la Universidad de Princetonpara el desarrollo de pequeñas hojas de grafeno que añadidas al combustible de losaviones supersónicos permiten mejorar la eficiencia del avión, haciendo que éste puedair más rápido y consumir menos; además se mejora la contaminación ambiental.

Se está investigando en Suiza, en el CERN (Conseil Européen pour la RechercheNucléaire, es decir, Consejo Europeo para la Investigación Nuclear), el uso delgrafeno para realizar un acelerador de partículas pequeño, donde se podría realizarmúltiples experimentos en espacios muy reducidos.

En el sector energético se está buscando su utilidad en relación al almacenamiento de laenergía, esto supondría una mejora en las energías renovables ya que se podríaalmacenar la energía durante momentos en los que haya exceso de ella, para poderusarla cuando sea necesaria.

Además, de para almacenar energía se está comprobando que mejora la eficiencia de lascélulas solares. En la Universidad de Florida se ha logrado obtener un mejorrendimiento en la conversión de la luz del Sol en electricidad en las células basadas engrafeno, esto se debe a la propiedad conductora del grafeno que además se ha dopadocon otro compuesto, el TFSA (Trifluoromethanesulfonic acid), con el cual se mejoraesta característica [GRAR12].

Relacionado con la propiedad óptica del grafeno se está estudiando la posibilidad deaplicar este material a sistemas de comunicación ópticas. La idea es aplicar este materiala estos sistemas para solventar el problema de la velocidad que habitualmentepresentan, ya que los electrones del grafeno presentan una velocidad muy elevada[BELL11].


También según la investigadora Elsa Prada está probando su eficiencia en el campo dela medicina, intentando aplicarlo a la fabricación de prótesis, como material evolventede las medicinas, y para escáneres [ADRI11].

En el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) dos investigadores han realizadosimulaciones para filtrar el agua salada, generalmente procedentes de los mares yocéanos, usando nanoporos de grafeno. En las simulaciones realizadas se ha llegado a laconclusión de que estos nanoporos filtran el agua salada a una velocidad de 2 o 3 vecesmayor que la de la tecnología de desalinización actual. Además de la velocidad, estetipo de filtros supondría un ahorro en la energía y equipos debido a la permeabilidad alagua del grafeno [DAVI12].

Figura 8: Simulación de un filtro de nanoporos de grafeno.

Los nanomateriales ya están listos para que se puedan emplear en elementos del sectorde la construcción, la aplicación de estos materiales ofrecen multitud de ventajas frentea los compuestos clásicos, abarcando estas desde su uso para la fabricación de hormigóna la fabricación de ventanas autolimpiantes. Las principales aplicaciones en la industriade la construcción son para reforzar materiales como aceros u hormigón, evitar que latierra se pegue en las ventanas, matar las bacterias en las paredes de los hospitales,usarlo para materiales resistentes al fuego, o permitir que los puentes y edificios sientanlas grietas, la corrosión y el estrés que con el tiempo dan origen a fallos estructurales,son algunas de las posibles aplicaciones dentro de este ámbito [SILV10].

Relacionado con la unión de los nanomateriales con otros compuestos surge la rama dela aplicación en matrices poliméricas, estas son materiales compuestos de sustanciasorgánicas o semiorgánicas de peso molecular elevado, estos son conocidos comomateriales compuestos. De entre los materiales compuestos interesan en este caso los


relacionados con el carbono, así se encuentra la combinación de las fibras de carbonoque proporcionan una alta resistencia y una matriz epoxi, que hacen que se obtenganuna rigidez y unas características parecidas a las aleaciones de aluminio de usoaeronáutico pero con un peso de un 30% menos, sin embargo, existe un pequeñoinconveniente que es la falta de alargamiento a rotura de las fibras da origen a algunosproblemas, problemas que se contrarrestan con las buenas propiedades que presenta afatiga [RAMO__].

El uso de los nanomateriales con matrices poliméricas permite obtener materialescompuestos con diferentes propiedades de manera que hay una mayor libertad,obteniendo características diferentes según la orientación que se elija. Hay que tener encuenta también a la hora de realizar estas uniones que la idea es mejorar el conjunto delas propiedades, por lo que en ocasiones puede darse el caso que alguna característica dealguno de los materiales aislado pueda verse empeorada a favor de otras propiedadesque hacen que el conjunto resulte más interesante que la matriz y el nanomaterial deforma separada [BESE__].

Los nanomateriales se han extendido a diferentes sectores, uno de los que másrecientemente se ha unido ha sido el del sector energético, sobre todo las energíasrenovables, debido a su reciente auge, en las que se usa, por ejemplo, en las palas de losaerogeneradores [MING12].

Claramente el grafeno es un material que ofrece un amplio abanico de aplicaciones, aúnasí hoy en día se los investigadores siguen trabajando en la búsqueda de nuevasutilidades para este material. Este intenso trabajo que se está realizando en torno algrafeno está haciendo que en pocos años se puedan poner a la venta dispositivoscompuestos por éste.

En este momento el principal inconveniente contra el que se está luchando es laproducción de grafeno de calidad, por ello hay artículos que se prevé que salgan antes almercado debido a que exigen una menor calidad en sus materiales, sin embargo, otrosmuchos requerirán esperar más tiempo para ser utilizados [GRAP12].

3.5. Otros materiales compuestos de carbono.

Recientemente la investigadores de la universidad alemana de Erlangen- Nürnberg hanrealizado estudios en los que han descubierto un nuevo material que según hancomprobado presenta unas propiedades parecidas a las del grafeno, este compuesto seconoce como grafino. Las diferencias del grafino respecto al grafeno son principalmentelas siguientes: su forma ya no es necesariamente hexagonal, sino que puede adquirirdiferentes geometrías, y sus enlaces entre átomos de carbono son sobre todo dobles otriples, en lugar de simples o dobles como en el caso del grafeno, es decir, en el caso del


grafeno se comparten generalmente uno o dos pares de electrones entre dos átomos,mientras que en el caso del grafino los enlaces son con dos o tres pares [IVAN12].

Además, el grafino tiene unas características electrónicas similares a las del grafeno.

El grafino, además, puede ser de distintos tipos, como se muestra en la imagensiguiente:

Figura 9: La imagen a) representa la estructura del grafeno, mientras que la b), c), y d) muestranlas estructuras de distintos tipos de grafino.

Como se puede ver en la imagen anterior las estructuras pueden variar su forma, oincluso combinar varias simetrías.Aun viendo que este material al igual que el grafeno es muy adecuado, no es tanconocido ya que únicamente se ha trabajado con él en simulaciones, por lo que no setienen todavía datos experimentales [IVAN12].

Otro de los compuestos más importantes en los que el carbono juega un papelfundamental son los nanotubos de carbono. Estos compuestos son también conocidoscomo CNTs (Carbon Nanotubes), son otra de las formas alotrópicas del carbono. ElCNT se puede considerar como una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Segúnlas características del grafito inicial y la forma de enrollar éste se obtienen distintos


tipos de nanotubos entre los que varían su diámetro y su geometría interna.Principalmente los nanotubos pueden ser de dos tipos: los que se forman como si las dosesquinas de una hoja de papel se uniesen por los extremos formando una especie decanuto, este tipo son nanotubos monocapa o también llamados SWNTs (Single WalledNanotubes); el otro tipo consiste en una serie de tubos concéntricos situados unos dentrode otros, estos son conocidos como nanotubos multicapas o MWNTs (Multi-walledNanotubes) [RODO__].

Figura 10: Simulación por ordenador de una capa de nanotubos de carbono.

Figura 11: Simulación de un nanotubo de carbono multicapa.


Además cada uno de estos tipos puede estar abierto o cerrado por media esfera defullereno.

Estos materiales tienen unas increíbles propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas,químicas y ópticas, lo que hace que tenga múltiples aplicaciones.Las principales aplicaciones son en los campos de la electrónica, sensores,instrumentación científica, fotónica, materiales, biotecnología y química, energía ymecánica [MARI__].

Otro de los materiales que están compuestos por carbono y que ha sido mencionadoanteriormente es el conocido como fullereno. Los fullerenos están compuestos pordiferentes números de átomos de carbono, estos pueden estar entre los 20 y cientos deellos. Las estructuras de los fullerenos son huecas y están formadas generalmente solopor átomos de carbono, aunque en ciertas ocasiones se introducen otros átomossustitutivos. La estructura tiene una forma más o menos esférica. Los fullerenos no sonplanos como el grafito o el grafeno, y por tanto se crea una tensión que gracias a lasimetría de la estructura se distribuye de igual manera por todas las zonas, esta tensiónse reduce a medida que el fullereno se hace más grande. Los anillos que forman elfullereno pueden tener forma pentagonal o hexagonal según sea el tipo de fullerenoobtenido.

Además de los fullerenos individuales cuando el número de átomos de carbono esmayor se forman fullerenos con formas de pseudoesferas, que se apilan unos sobre otrosdando lugar a la creación de capas sucesivas de manera parecida a lo que ocurría con losnanotubos, en este caso estos materiales reciben el nombre de “nanocebollas”, debido asu parecido a cómo las sucesivas capas de éstas cubren las anteriores.

Una de sus principales propiedades es su gran resistencia mecánica, es decir, soncapaces de resistir presiones muy elevadas, deformándose ante éstas pero después soncapaces de recuperar su forma inicial. Debido a esta característica se usa mucho para lamezcla de éste con materiales poliméricos para mejorar su resistencia. Otracaracterística es que sus fuerzas de intermoleculares son muy débiles, permitiendo asíque se usen como lubricantes.

Además de las aplicaciones ya mencionadas existen otras como: catalizadores,fabricación de células solares, en telecomunicaciones, en pilas de combustibles y otrasmuchas relacionadas con las propiedades ópticas del fullereno.

Se ha llegado a plantear la posibilidad de su uso como inhibidor del virus deinmunodeficiencia humana (VIH), debido a que forma un entorno favorable para lacolocación del fullereno, que bloquea la zona del virus y evita su propagación [ANGE__].


Figura 12: Imagen de la estructura de un fullereno.

Como se puede ver en la imagen anterior el fullereno tiene forma como de balón defútbol.

El último de los nanomateriales compuestos por carbono es la nanofibra de carbono oCNF. Las nanofibras de carbono son filamentos discontinuos con diámetros del ordende nanómetros.

Al ser un material grafítico posee buenas propiedades como su conductividad térmica yeléctrica, y sus propiedades mecánicas. Al tener estas propiedades, al igual que ocurrecon otros nanomateriales del carbono, tiene una de sus principales aplicaciones en laformación de materiales compuestos para proporcionarles unas mejores propiedades.Además de esta aplicación su uso se puede extender a otros muchos campos oindustrias, como, por ejemplo, la industria aeroespacial y aeronáutica, automóvil,electrónica, energía, química y textil. Dentro de cada uno de estos sectores tiene muchasalternativas y opciones de uso [ANTO10].


Figura 13: Imágenes de nanofibras de carbono

35 Capítulo 4.- Procedimiento experimental.

Capítulo 4.- Procedimiento experimental.

4.1 Materiales.

Los materiales empleados en este trabajo para la obtención de grafeno han sido:

4.1.1 Grafito.

El grafito empleado tenía un tamaño de 500 a 600 m de espesor.

4.1.2 Surfactantes.

Sodium dodecyl sulfate (Natriumlauryl.sulfat): SDS.Marca: Fluka (Chemika).Pureza: >97 % (GC).

Sodium dodecylbenzene sulfonate: SDBS.Marca: ALDRICH Chemistry.

N, N-Dimethylacetamide: DMA.Marca: SIGMA-ALDRICH.Pureza: ≥99%.

1-Methyl-2-pyrrolidinone: NMP.Marca: SIGMA-ALDRICH.Pureza: ≥99.5%.

4.1.3 Preparación de las disoluciones de surfactantes.

Se han empleado en este proyecto 4 surfactantes, dos de los cuales venían enestado líquido, el DMA y el NMP, de manera que ya estaban preparados para


su uso. Sin embargo, el SDS y el SDBS, el fabricante los proporcionaba enpolvo por lo que para preparar la muestra para la sonicación había que prepararla disolución de estos en agua desionizada. Para preparar la disolución delsurfactante es necesario establecer la concentración que se quiere tener. Si, porejemplo, se desea tener una disolución de 5 mg/mL de SDS, y queremospreparar 1 L de dicha disolución se va a necesitar añadir 5 g (5000 mg) de SDSen polvo.

1 = 1000=5 / = 1000= 5 ∗ 1000 = 5000 = 5

Una vez que se han añadido las cantidad de agua y de surfactante adecuadas sedeja la disolución mezclando en un agitador durante un día, para que sehomogenice la disolución.

4.2. Equipos.

4.2.1 Balanza analítica de precisión.

Para preparar las muestras de grafeno se requiere pesar, antes de sonicar, elgrafito que se quiere echar a partir del cual se va a obtener el grafeno. En estecaso se ha querido mantener en todas las muestras una concentración de 5 mgde grafito por cada 10 mL de la disolución de surfactante. Para pesar el grafitose ha usado una balanza analítica de precisión, ya que se requiere una precisiónelevada debido a que la masa que se quiere pesar es muy baja. Como es deprecisión las condiciones ambientales son un factor clave para sufuncionamiento, así por ejemplo, la humedad y la temperatura pueden llegar adificultar la realización de la medida, tardando mucho tiempo la balanza enestabilizarse.


Figura 14: Balanza analítica de precisión. METLER TOLEDO XS205

4.2.2 Sonicador.

Una vez preparada la muestra hay que sonicarla para romper las hojas de grafitoen láminas más pequeñas para así obtener el grafeno, para ello se ha usado unasonicador de puntas como el mostrado en la imagen de abajo. Este equipopermite según el tamaño del vaso, donde se encuentre la mezcla, cambiar lapunta del sonicador de esta manera se puede trabajar con recipientes grandes ypequeños. El sonicador permite también regular parámetros como la amplituddel recorrido de la punta, el tiempo que se quiere sonicar la muestra, paradascada cierto tiempo, y temperaturas.


Figura 15: Sonicador BRANSON 250

4.2.3 Baño de ultrasonidos.

El baño de ultrasonidos ha sido utilizado para la misma función que elsonicador. La principal ventaja es que con el baño de ultrasonidos se puedenrealizar más muestras a la vez, mientras que en el caso del sonicador el procesose tiene que realizar de uno en uno. El inconveniente más destacado de realizarla exfoliación con este equipo es que al ser más grande, la disolución se puedemover, y además la cantidad de grafeno exfoliado depende mucho de la posicióndonde se sitúe la muestra.


Figura 16: Fotografía del interior del baño de ultrasonidos. BRANSON 5510.

Figura 17: Baño de ultrasonidos.


4.2.4 Centrífuga.

Una vez que se ha exfoliado el grafeno de la muestra, lo que queda es unamezcla de grafeno exfoliado y grafito que no se ha podido exfoliar de maneraque para poder medir el grafeno es necesario previamente la separación delgrafeno y el grafito, para ello se emplea la centrifuga. Con ella lo que seconsigue es separar el grafeno más fino, que se queda en la parte alta de ladisolución, mientras que el grafito que no se ha exfoliado se deposita por sumayor peso en el fondo del tubo de centrifugar.

Con este equipo se pueden regular parámetros de tiempo de centrifugado, o lavelocidad a la que se centrifuga entre otros, de manera que se pueda optimizar elproceso.

Figura 18: Centrífuga Digicen 21.


4.2.5 Espectrofotómetros Ultravioleta-Visible.

Ya el último paso que queda del proceso es medir la absorbancia del grafeno quese ha obtenido. Es interesante medir la absorbancia que tiene el grafeno debido aque esta medida es proporcional a la cantidad de grafeno, con lo cual da una ideade la cantidad de grafeno que se conseguido. Para medir la absorbancia se hanusado dos espectrofotómetros diferentes, el primero de ellos permite un rango delongitudes de onda mayor que el segundo, que solamente ofrece unos valorespredeterminados, aunque para el caso a estudiar los dos se adaptan bastante bien.El primero ofrece más facilidades como por ejemplo a la hora de medir el blancode la muestra, que en este caso da los valores ya referidos al surfactante mientrasque con el segundo hay que restárselo manualmente.

Figura 19: Espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-VIS). HEWLETT PACKARD Vectra CS 8452ª


Figura 20: Espectrofotómetro ultravioleta-visible (UV-VIS). MERCK NOVA 60.


4.2.6 Microscopio de Fuerza Atómica.

Para ver cómo son las láminas de grafeno obtenido se realizaron unas muestraspara verlas en el AFM.

Figura 21: Equipo de AFM. NANOTEC SPM.

Figura 22: Cabezal portamuestras del Microscopio AFM.


4.2.7 Máquina universal de ensayos

Máquina universal de ensayos, usada para realizar las pruebas a tracción sobrelas muestras de adhesivos preparadas.

Figura 23: Máquina universal. IBERTEST.

4.3.Descripción del procedimiento.

4.3.1 Obtención de grafeno mediante exfoliación de grafito.

El proceso seguido para obtener el grafeno y medir su absorbancia está formadolas siguientes etapas:

Lo primero de todo es preparar la muestra, para ello hay que coger las láminasde grafito y pesar la cantidad deseada, una vez pesado se añade el volumen dedisolución del surfactante de tal manera que se mantenga la concentración que seha querido tener en todo momento, una concentración de 5 mg de grafito porcada 10 mL de disolución.


A continuación se procede a exfoliar el grafito para obtener grafeno, para ello seintroduce la muestra en el baño de ultrasonidos o en el sonicador, donde seregulan los parámetros.

Terminado el proceso de sonicación se obtiene el grafeno mezclado con elgrafito de manera que es necesario pasar la muestra por un proceso decentrifugado para separar uno de otro. Por tanto se introduce la muestra en lacentrífuga y se ajustan las condiciones de tiempo y velocidad principalmente, deesta manera se puede coger después el grafeno.

Una vez que se ha sacado la muestra de la centrífuga se coge con una pipeta unapequeña cantidad de la parte superior del tubo, donde se encuentra el grafeno, yse procede a medir su absorbancia con el espectrofotómetro para ello hay quehacer previamente una medida de la absorbancia del blanco de la disolución delsurfactante empleado.

Tras medir la absorbancia el proceso de preparar y medir el grafeno se hacompletado.

Figura 24: Esquema del proceso para preparar una muestra.

4.3.2 Preparación de muestras para AFM.

Para utilizar el AFM hay que preparar las muestras, para ello existen diferentesprocedimientos, a continuación se explican los pasos a seguir en el procesoutilizado en este proyecto:


















1. Se prepara una disolución de 20 µL de APS y 10 mL de agua desionizada.2. La mezcla anterior se agita durante 30 minutos.3. Mientras que la disolución se está agitando, hay que exfoliar la mica con celo

dos veces por cada cara. La mica es una lámina muy fina sobre la que se va acolocar el grafeno a la hora de verlo en el microscopio. La idea de exfoliar lamica es para evitar las posibles impurezas que pueda haber en la superficie.

4. La mica una vez exfoliada se sumerge durante 20 – 25 minutos en ladisolución (previamente agitada), de manera que esta mezcla se adhiera porambas caras de la mica.

5. Pasado este tiempo, se saca la mica y se baña con 2 o 3 chorretones deisopropanol.

6. Tras esto, se lava 3 o 4 veces con agua desionizada.7. Por último, hay que secar la mica con nitrógeno.

Figura 25: Esquema de preparación de una muestra para el AFM.

•Preparación de ladisolución de APS.

Paso 1

•Mezcla de ladisolución.

•Exfoliación de lamica.








•Mezcla de ladisolución.

•Exfoliación de lamica.

Paso 2•Sumergir la mica

en la disolución.

Paso 3








Paso 3

•Dejar secar, lavarvarias veces yvolver a secar.

Paso 4

47 Capítulo 5.- Resultados y discusión.

Capítulo 5.- Resultados y discusión.

5.1. Exfoliación mediante baño de ultrasonidos.

En el planteamiento del estudio inicialmente se realizó una serie de ensayos concompuesto químico que ya había sido estudiado previamente por otros autores. Se cogióde entre los compuestos usados el NMP (N-methyl-pyrrolidone).

Al principio se fueron tomando concentraciones de 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 y 1 mg/mL degrafito disueltas en 10 mL de NMP. Estas muestras se metieron en la máquina realizarun baño de ultrasonidos durante 60 minutos. Así con la vibración se va rompiendo lashojas de grafito, el NMP se usa para potenciar este efecto, y así obtener capas degrafeno monoatómicas o diatómicas. El NMP es un surfactante, que tiene comoprincipal característica que es un tensoactivo, es decir, se mete entre las capas de grafitoy favorece así su dispersión, consiguiendo así un mejor aprovechamiento.

Una vez que se ha terminado de sonicar, se mete en una máquina de centrifugadodurante 90 minutos a una velocidad de 500 rpm, con la idea de que las capas más finas,es decir, las que menos pesan se queden flotando; mientras que las láminas que no sehan separado bien (las más gruesas y pesadas), es decir, los restos de grafito que quedanse depositan en el fondo, esto nos permitirá después poder medir la cantidad de grafenoobtenido, sin que se vea alterada la medida por la presencia de grafito.

Tras el centrifugado se cogen 7 mL del tubo de centrífuga donde se encuentra el NMPcon el grafeno y los restos de grafito. En este proceso se debe poner especial atención yaque se han de coger los 7 mL de la parte superior de la suspensión con cuidado de noremover el fondo para evitar que se coja grafito que falsea la medida. Una vez cogidoslos 7 mL se procede a medir la absorbancia del grafeno obtenido, para así poder obtenerla concentración de éste, para este proceso se acude al equipo de espectrofotometríaultravioleta-visible. Para medir las muestras previamente hay introducir la longitud deonda correcta, en este caso es 660 nm. Una vez se tiene la longitud de onda adecuadahay que hacer un blanco, esto es una medida de la absorbancia del surfactanteempleado, en este caso se hace el blanco del NMP. La medida del NMP se realiza para


poder después quitar ese valor a la medida de la absorbancia obtenida en las muestras degrafeno, y así conseguir la medida real. Una vez hecho el blanco se procede a la medidade la absorbancia de las muestras de grafeno, cada una de ellas con distintaconcentración.

Se repitió en varias ocasiones este proceso, pero se obtenían resultados diferentes,entonces se vio que en el baño de ultrasonidos la posición donde estuviera la probetaafectaba a la cantidad de grafeno obtenido. Debido a este problema que se planteóinicialmente y al hecho de que la rejilla donde se encontraban las muestras se movíalibremente por el baño debido a la vibración, haciendo muy difícil de identificar lasposiciones más favorables para realizar la sonicación, se diseñó una rejilla nueva conmás posiciones y que además fuera fija de tal manera que se pudieran sacarconclusiones acerca de la posición o posiciones óptimas para colocar las muestras. Elesquema de la rejilla quedó de esta forma:

Figura 25: Dibujo de la distribución de las muestras en el baño de ultrasonidos.

Los números que aparecen en la imagen son las diferentes posiciones en las que sedecidió colocar las muestras para ver los puntos en los que se obtenían mejoresresultados. Se escogieron estas posiciones con la idea de intentar abarcar todas lasposibles zonas del mapa.


Para evaluar las posiciones se prepararon muestras con la misma concentración para asípoder apreciar las diferencias entre unas zonas y otras. La concentración que se usó fuede 0.5 mg/mL de grafito disueltos en 10 mL de NMP. Como no se trataba de un ensayopara intentar obtener más cantidad de grafeno, sino de comprobar cuáles son lasposiciones más favorables, se introdujeron las muestras durante 30 minutos en el bañode ultrasonidos, en lugar de los 60 minutos que se habían puesto en los ensayosiniciales. Para estas condiciones se midieron ocho muestras, como ya se ha dicho de 5mg cada una aproximadamente, siendo estos pesos los siguientes:

Número demuestra:

Pesos(mg):

1 4,952 4,933 4,914 4,945 5,116 5,027 4,948 5,01

Tabla 2: Pesos de las muestras de 0,5 mg/mL en NMP.

Como se puede ver las variaciones que se han permitido son mínimas con la intenciónde reducir al máximo la variación de unas muestras respecto a otras y así evitar que losdiferentes pesos sean factores que alteren los resultados de las posiciones.


Así, se realizaron tres tandas con 10 medidas cada una, y para las 8 muestras,obteniéndose los siguientes resultados:

1 2 3 4 5 6 7 8

1 0,3179 0,0934 0,2193 0,4843 0,3350 0,056 0,3568 0,15982 0,3165 0,0914 0,2189 0,4835 0,3321 0,0558 0,3588 0,15953 0,3159 0,0901 0,2172 0,483 0,3293 0,0556 0,3551 0,15814 0,3156 0,0916 0,2169 0,4833 0,3289 0,0553 0,3538 0,15775 0,3162 0,0907 0,2166 0,4833 0,3286 0,0554 0,3526 0,15746 0,3154 0,0909 0,2166 0,4829 0,3283 0,0551 0,3515 0,15747 0,3138 0,0908 0,2172 0,4821 0,3282 0,0550 0,3508 0,15738 0,3138 0,0907 0,2194 0,4826 0,3278 0,0549 0,3503 0,15759 0,3145 0,0906 0,2198 0,4830 0,3276 0,0549 0,3499 0,157110 0,3144 0,0907 0,2192 0,4828 0,3273 0,0549 0,3499 0,1564

MEDIAS 0,3154 0,09109 0,21811 0,48308 0,32931 0,05529 0,35295 0,15782

Tabla 3: Resultados de las absorbancias medidas en la primera serie de muestras.

1 2 3 4 5 6 7 8

1 0,4149 0,2412 0,2688 0,1245 0,2302 0,1259 0,3294 0,13642 0,4103 0,2327 0,2678 0,1239 0,2298 0,1256 0,3283 0,13563 0,4094 0,2316 0,2675 0,1236 0,2292 0,1256 0,3272 0,13544 0,4089 0,2316 0,2653 0,1228 0,2287 0,1253 0,3266 0,13495 0,4079 0,2318 0,2654 0,1223 0,2281 0,1255 0,3263 0,13466 0,4076 0,2321 0,2648 0,1222 0,2280 0,1254 0,3260 0,13457 0,4072 0,2329 0,2643 0,1219 0,2275 0,1253 0,3257 0,13478 0,4067 0,2334 0,2642 0,1220 0,2273 0,1256 0,3255 0,13449 0,4067 0,2339 0,2643 0,1219 0,2270 0,1255 0,3250 0,134510 0,4066 0,2344 0,2643 0,1219 0,2267 0,1254 0,3248 0,1345

MEDIAS 0,40862 0,23356 0,26567 0,1227 0,22825 0,12551 0,32648 0,13495

Tabla 4: Resultados de las absorbancias medidas en la segunda serie de muestras


1 2 3 4 5 6 7 8

1 0,2615 0,3347 0,3357 0,1950 0,4509 0,1108 0,1597 0,20862 0,2496 0,3333 0,3367 0,1886 0,4457 0,1100 0,1593 0,20813 0,2491 0,3326 0,3351 0,1879 0,4416 0,1102 0,1594 0,20814 0,2486 0,3319 0,3346 0,1878 0,4335 0,1101 0,1591 0,20775 0,2489 0,3317 0,3350 0,1875 0,4287 0,1098 0,1595 0,20746 0,2487 0,3316 0,3347 0,1873 0,4255 0,1097 0,1593 0,20747 0,2481 0,3315 0,3350 0,1872 0,4235 0,1907 0,159 0,20758 0,2477 0,3315 0,3347 0,1871 0,4219 0,1095 0,1591 0,20759 0,2473 0,3315 0,3351 0,1874 0,4231 0,1096 0,1594 0,207310 0,2483 0,3312 0,3349 0,1872 0,4232 0,1094 0,1591 0,2076

MEDIAS 0,24978 0,33215 0,33515 0,1883 0,43176 0,11798 0,15929 0,20772

Tabla 5: Resultados de las absorbancias medidas en la tercera serie de muestras.

Como se puede apreciar en las tablas anteriores hay medidas dentro de una mismaposición que salen muy dispares, esto se puede deber posiblemente a que no se hayaagitado la muestra entre una prueba y otra esto hace que el grafeno se deposite, y portanto varíen las medidas.

Tras este ensayo que se realizó se seleccionaron las posiciones que se creían habíansalido mejor, teniendo en cuenta no solo los resultados del grafeno obtenido, sinotambién mirando las posiciones donde se daba una mayor repetibilidad en las medidas,por ello se escogieron las posiciones: 1, 3, 6 y 8.

Partiendo ya de estas ideas se realizaron posteriormente, para estas posiciones, variasmuestras todas ellas con 5 mg de grafito y 10 mL de NMP, pero en este caso se dejaron60 minutos en el baño de ultrasonidos.

1,1 3,1 6,1 8,1

Pesos: 5,02 5,05 5,05 5,03

1 0,5328 0,4680 0,0752 0,80292 0,5320 0,4669 0,0756 0,80183 0,5314 0,4664 0,0749 0,80074 0,5308 0,4655 0,0745 0,79915 0,5308 0,4652 0,0743 0,7993

0,5316 0,4664 0,0749 0,8008

Tabla 6: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2, 6 y 8.


1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,00 4,98 5,07 4,96

1 0,6449 0,4522 0,3586 0,68392 0,6422 0,4516 0,3580 0,68203 0,6401 0,4510 0,3571 0,68014 0,6380 0,4503 0,3565 0,67835 0,6371 0,4503 0,3561 0,6768

0,6405 0,4511 0,3573 0,6802

Tabla 7: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2,6 y 8(segunda ronda).

1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,11 5,10 5,04 4,93

1 0,4961 0,5172 0,4254 0,43732 0,4929 0,5148 0,4252 0,43683 0,4940 0,5121 0,4244 0,43634 0,4944 0,5103 0,4238 0,43585 0,4943 0,5089 0,4235 0,4350

0,4943 0,5127 0,4245 0,4362

Tabla 8: Pesos y absorbancias de las muestras de 0,5 mg/mL de NMP, para las posiciones 1,2,6 y 8(tercera ronda).

Gráfica 1: Comparación de los valores medios de las absorbancias en función de la posición en el bañoultrasónico.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Abs

orba

ncia

Posiciones en el baño de ultrasonidos


1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,00 4,98 5,07 4,96

1 0,6449 0,4522 0,3586 0,68392 0,6422 0,4516 0,3580 0,68203 0,6401 0,4510 0,3571 0,68014 0,6380 0,4503 0,3565 0,67835 0,6371 0,4503 0,3561 0,6768

0,6405 0,4511 0,3573 0,6802


1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,11 5,10 5,04 4,93

1 0,4961 0,5172 0,4254 0,43732 0,4929 0,5148 0,4252 0,43683 0,4940 0,5121 0,4244 0,43634 0,4944 0,5103 0,4238 0,43585 0,4943 0,5089 0,4235 0,4350

0,4943 0,5127 0,4245 0,4362



Posiciones en el baño de ultrasonidos

Posición1

Posición 3

Posición 6

Posición 8


1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,00 4,98 5,07 4,96

1 0,6449 0,4522 0,3586 0,68392 0,6422 0,4516 0,3580 0,68203 0,6401 0,4510 0,3571 0,68014 0,6380 0,4503 0,3565 0,67835 0,6371 0,4503 0,3561 0,6768

0,6405 0,4511 0,3573 0,6802


1,2 3,2 6,2 8,2

Pesos: 5,11 5,10 5,04 4,93

1 0,4961 0,5172 0,4254 0,43732 0,4929 0,5148 0,4252 0,43683 0,4940 0,5121 0,4244 0,43634 0,4944 0,5103 0,4238 0,43585 0,4943 0,5089 0,4235 0,4350

0,4943 0,5127 0,4245 0,4362



Posición1

Posición 3

Posición 6

Posición 8


Como parece lógico se obtienen en general valores más elevados, ya que se ha dejadomás tiempo en el baño permitiendo así que puedan romperse más láminas de grafito.Cabe destacar que aún en estas posiciones que se han elegido como mejores respecto deotras siguen teniendo valores dispersos de unas muestras a otras, aunque claro está queésta es menor que para otros puestos.

Otro detalle que resaltar de los resultados son las columnas de la primera tabla que estánen colores diferentes, estos valores están así debido a que las medidas han sidoconsideradas anómalas ya que salen valores muy elevados o muy bajos según laposición. La causa más probable para estos resultados haya sido, en el caso del valormás bajo que no se haya agitado la probeta con la muestra, debido a esto el grafeno seha depositado en el fondo y por ello se obtiene menos cantidad de la que realmentehabría; y para el valor más elevado el fallo cometido ha sido que al coger los 7 mL de lamuestra se haya cogido algo de grafito, que no se haya separado, del fondo del tubo decentrífuga, haciendo que la medida sea mucho más elevada.

Tras obtener estos resultados de los ensayos realizados se continuó con el estudio dediferentes compuestos usados para obtener grafeno. Se partió de la idea de probar si elempleo de otros compuestos potenciaban el efecto del surfactante, para ello se pensó enusar SDBS (Sodium Dodecylbenzenesulfonate):

SDBS disuelto en agua:

Disolución 1: Con una concentración de 1 mg/mL. Se añaden 20 mL deSDBS en un matraz de 100 mL y el resto se rellena con agua desionizada.

Disolución 2: Con una concentración de 0.5 mg/mL. Se añaden 10 mL deSDBS en un matraz de 100 mL y el resto se rellena con agua desionizada.

SDBS con Acetona:

Disolución 3: Con SDBS en una concentración de 1 mg/mL y Acetona en un20%. Se añaden 20 mL de SDBS en un matraz de 100 mL, luego se añade 20mL de Acetona y el resto se llena con agua desionizada.

Disolución 4: Con SDBS en una concentración de 0.5 mg/mL y Acetona enun 10%. Se añaden 10 mL de SDBS en un matraz de 100 mL, luego se añade10 mL de Acetona y el resto se llena con agua desionizada.


SDBS con Etanol:

Disolución 5: Con SDBS en una concentración de 1 mg/mL y Etanol en un20%. Se añaden 20 mL de SDBS en un matraz de 100 mL, luego se añade 20mL de Etanol y el resto se llena con agua desionizada.

Disolución 6: Con SDBS en una concentración de 0.5 mg/mL y Etanol en un10%. Se añaden 10 mL de SDBS en un matraz de 100 mL, luego se añade 10mL de Etanol y el resto se llena con agua desionizada.

De cada una de estas disoluciones se prepararon dos muestras, de manera que se puedarealizar un contraste entre ellas, obteniendo así doce ensayos. Estas doce muestras serealizaron todas ellas con una cantidad de grafito de aproximadamente 5 mg, con la ideade que se realicen todas ellas en las condiciones más parecidas posibles, además de estose colocan las muestras en posiciones lo más cercanas posibles. Siendo las posicioneselegidas las que se muestran a continuación en la figura 26.

Número demuestra

Cantidad degrafito (mg)

1 5.102 4.993 5.084 5.115 5.106 5.107 5.038 5.099 5.0210 4.9611 5.0012 4.96

Figura 26: Esquema de las posiciones de las muestrasen el baño de ultrasonidos.

Tabla 9: Pesos de las muestras para distintasconcentraciones de SDBS, además de la

combinación del SBDS con etanol y acetona,para las posiciones dadas en el dibujo anterior.


Los números se corresponden con la disolución en orden, es decir, la posición 1 y 2 secorresponden con la disolución 1, las posiciones 3 y 4 son de la disolución 2, y asísucesivamente.

Los pesos de grafito que se pesaron para cada muestra aparecen en la tabla 9. Una vezpesadas todas las muestras se procede a añadir a cada una de ellas la disolución desurfactante correspondiente. En este caso se van a colocar en el baño de ultrasonidosdurante 60 minutos, y posteriormente se pasará por la centrifugadora durante 45minutos a una velocidad de 1500 rpm. La idea de aumentar considerablemente lasrevoluciones durante el proceso de centrifugado es debido a que se quiere mejorar laseparación entre las láminas de grafeno y los restos de grafito, y así evitar arrastrar elgrafito del fondo del tubo de centrifuga antes de medir la absorbancia.


Una vez realizado este proceso se continúa con la medida de la absorbancia del grafenoobtenido de las muestras dando los siguientes resultados:

Nº de muestra Medida 1 Medida 2 Medida 3

10.3204 0.3187 0.31280.3141 0.3155 0.31360.3135 0.3193 0.3150

20.2336 0.2393 0.23730.2331 0.2394 0.23870.2312 0.2375 0.2390

30.1865 0.1892 0.18830.1843 0.1878 0.18720.1815 0.1871 0.1873

40.1810 0.1829 0.18860.1801 0.1839 0.18330.1805 0.1836 0.1835

50.0469 0.0525 0.05050.0468 0.0521 0.05020.0476 0.0520 0.0506

60.1514 0.1312 0.13760.1412 0.1351 0.13510.1444 0.1354 0.1467

70.7104 0.7918 0.77320.7099 0.7916 0.77930.7083 0.7966 0.7843

80.1907 0.1800 0.18240.1906 0.1869 0.18460.1905 0.1813 0.1887

90.3143 0.3123 0.31070.3126 0.3111 0.31040.3134 0.3109 0.3105

100.1857 0.1874 0.19060.1860 0.1877 0.19010.1859 0.1877 0.1904

110.4242 0.4257 0.43050.4239 0.4254 0.42970.4237 0.4256 0.4291

120.1609 0.1653 0.16670.1611 0.1644 0.16610.1611 0.1641 0.1668

Tabla 10: Absorbancias de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona.


Gráfica 2: Absorbancias de las disoluciones de SDBS y de las de éste con etanol y acetona.

Para evitar que se cometan errores debido a la falta de medidas, se han cogido tresmuestras de cada dispersión y dentro de cada muestra se han tomado tres medidas demanera que se realicen nueve medidas de cada frasco.

Como se puede apreciar en la tabla de los resultados de este ensayo los valores resultanmuy dispares incluso para mismas dispersiones y posiciones muy próximas entre ellas.De manera que no se puede llegar a ninguna conclusión en cuanto a que surfactantesería mejor considerando como variables importantes la cantidad de grafeno que seexfolia y la repetibilidad del proceso.

Debido a estos resultados tan ambiguos se decidió realizar otra tanda de medidas comolas anteriores de manera que se puedan detectar posibles fallos cometidos a la hora derealizar la mezcla o cuando se coge una cierta cantidad de ésta para medir suabsorbancia.

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,8000A

bsor

banc

ia

Posiciones de las disoluciones en el baño de ultrasonidos












Poscición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8

Posición 9

Posición 10

Posición 11

Posición 12


Los nuevos pesos de las muestras se presentan en la tabla 11.

Número demuestra


1 5.012 5.033 4.994 5.095 5.136 4.987 4.958 5.009 4.9710 5.1411 4.9612 5.08

Tabla 11: Pesos de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de la combinación delSBDS con etanol y acetona (segunda ronda).


Repitiendo el proceso realizado para las 12 dispersiones anteriores se obtuvieron lossiguientes resultados:

Nº de muestra Medida 1 Medida 2

10.2284 0.23150.2284 0.23140.2283 0.2316

20.0911 0.09440.0921 0.09520.0920 0.0949

30.1845 0.18650.1841 0.18600.1849 0.1861

40.2394 0.24050.2387 0.24060.2388 0.2407

50.0253 0.02550.0276 0.02730.0278 0.0254

60.0125 0.01510.0104 0.01110.0117 0.0140

70.1534 0.15540.1545 0.15480.1545 0.1555

80.1974 0.19890.1985 0.19890.1967 0.1997

90.1967 0.19930.1964 0.19890.1969 0.1991

100.0732 0.07390.0742 0.07280.0735 0.0748

110.1395 0.14090.1417 0.14070.1391 0.1410

120.2316 0.23350.2312 0.23320.2312 0.2331

Tabla 12: Absorbancias de las muestras para distintas concentraciones de SDBS, además de lacombinación del SBDS con etanol y acetona (segunda ronda).


En este caso la tabla es ligeramente diferente, ya que se han cogido dos muestras decada dispersión en lugar de tres como en el caso anterior, esto se ha hecho de estamanera ya que se ha visto que las diferencias entre tomar dos o tres son inapreciables,por lo que con la idea de acortar el proceso se eligió coger dos en lugar de tres como enel caso anterior.

Gráfica 3: Comparación de los valores medios de las absorbancias de las distintas concentraciones deSDBS y de las combinaciones de éste con etanol y acetona (segunda ronda).

Como se puede observar en la tabla los valores obtenidos son muy diferentes los unosde los otros, y también son diferentes de los obtenidos en el ensayo anterior, que comoya se ha dicho ambos experimentos se han realizado bajo las mismas condiciones.

Llegados a este punto se presenta un dilema a la hora de elegir un surfactante paracontinuar el estudio para algún caso concreto.

Se vio que con SDBS y agua se obtenían los resultados más parecidos, es decir, los quetenían una mayor repetibilidad entre ellos. De manera que para el siguiente paso seeligió la dispersión de SDBS 1 mg/mL, se escogió esta en lugar de la de 0.5 mg/mL, apesar de que la segunda según muestran los resultados es más reproducible, debido aque la primera a pesar de tener una mayor variación que la segunda, ésta no es muy

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

Abs

orba

ncia

s









Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8

Posición 9

Posición 10

Posición 11

Posición 12







Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8

Posición 9

Posición 10

Posición 11

Posición 12


grande y posiblemente sea debida a las posiciones de los tubos, y además proporcionauna mayor cantidad de grafeno.

También se eligió la mezcla de SDBS 1 mg/mL con Etanol porque el Etanolproporcionaba una absorbancia mayor que la Acetona, y la reproducibilidad de ambasera parecida de manera que parecía más conveniente elegir el Etanol, por obtener unmayor rendimiento en el proceso.

Una vez seleccionadas estas dos mezclas se fue al siguiente nivel, de manera que seintentara acotar incluso más el surfactante con el que trabajar.

En este nivel lo que se van a hacer son más tubos de prueba de manera que se puedansacar conclusiones. Para ello se procede a realizar 4 tubos de cada una de las mezclaselegidas, y se colocarán en el baño de ultrasonidos de la siguiente manera:

Figura 27: Representación de las posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidos.

Estarán en el baño durante 90 minutos, a una temperatura de 40 ºC, posteriormente secentrifugará durante 60 minutos a una velocidad de 2000 rpm, se ha aumentado lavelocidad con la misma intención que antes, es decir, intentar evitar que queden restosde grafito sin dispersas en la superficie, evitando así que a la hora de coger la partesuperior del tubo que contiene el grafeno se coja grafito y se false la medida de laabsorbancia; además para evitar este efecto en este caso en lugar de los 7 mL que secogían en los ensayos anteriores se van a coger solamente 5 mL de manera que se afineun poco más a la hora de realizar las medidas.


En este caso también se han hecho muestras de 5 mg de grafito y 10 mL de surfactante.

Los números 1 a 4 de las posiciones que se indican en la imagen de arriba secorresponden al SDBS con agua en la concentración de 1 mg/mL, y las posiciones 5 a 8son del SDBS a la concentración de 1 mg/mL con Etanol al 20%.

Los pesos de cada muestra fueron:

Número demuestra


1 5.002 4.883 4.894 5.145 5.166 4.937 4.848 5.11

Tabla 13: Pesos de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para laposición indicada en la figura 27.


Y los resultados obtenidos tras realizar todo el proceso explicado anteriormente son:

Nº de muestra Medida 1 Medida 2 Medida 3S

DB

S 1

mg/

mL

10.0383 0.0390 0.04180.0382 0.0407 0.04050.0387 0.0402 0.0415

20.2852 0.2852 0.28870.2854 0.2854 0.28740.2856 0.2850 0.2881

30.2523 0.2537 0.25480.2537 0.2549 0.25430.2532 0.2541 0.2545

40.2221 0.2214 0.22320.2216 0.2227 0.22210.2219 0.2220 0.2226

SD

BS

1 m

g/m

L c

on E

tano

l al 2

0% 50.1423 0.1426 0.14360.1418 0.1424 0.14320.1420 0.1424 0.1437

60.1395 0.1390 0.14140.1379 0.1403 0.14180.1382 0.1383 0.1396

70.2946 0.3052 0.30570.2992 0.3033 0.30400.2972 0.3047 0.3053

80.1953 0.1987 0.19660.1952 0.1975 0.19770.1968 0.1977 0.1971

Tabla 14: Absorbancias de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, parala posición indicada en la figura 27.


En este caso al contrario que antes se ha logrado una mayor repetibilidad entre lasdiferentes muestras.

Gráfica 4: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL y el SDBS 1mg/mL con un 20% de etanol.

Para comprobar cómo afecta la posición en la que se encuentre el tubo, que como ya seha visto anteriormente no es nada despreciable, se va a repetir el ensayo pero en estecaso se van a cambiar las posiciones para ver así que zona es más favorable y para lasmismas posiciones qué surfactante es mejor. Para ello la nueva posición de los tubos esla siguiente:

Figura 28: Representación de las posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidos cambiando lostubos respecto a la posición anterior.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0,3000

0,3500A

bsor

banc

ias

Posiciones de las muestras en el baño de ultrasonidos







Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8






Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8


Para ello se han vuelto a pesar otras 8 muestras de grafito, cuyos pesos aparecen en latabla 15.

Número demuestra


1 5.022 4.953 4.944 5.125 4.996 5.077 5.158 5.10

Tabla 15: Pesos de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para laposición indicada en la figura 28.


Con estos pesos y repitiendo el mismo proceso que en el caso anterior se han obtenidoestos valores de absorbancia:

Nº de muestra Medida 1 Medida 2 Medida 3S

DB

S 1

mg/

mL

10.4662 0.4668 0.46870.4666 0.4678 0.46840.4664 0.4676 0.4689

20.2558 0.2546 0.25540.2544 0.2549 0.25640.2566 0.2545 0.2559

30.1654 0.1689 0.17130.1631 0.1703 0.17010.1640 0.1689 0.1723

40.1577 0.1531 0.15280.1541 0.1549 0.15210.1523 0.1523 0.1524

SD

BS

1 m

g/m

L c

on E

tano

l al 2

0% 50.2508 0.2505 0.25090.2497 0.2514 0.25170.2503 0.2507 0.2514

60.2610 0.2646 0.26370.2598 0.2625 0.26330.2599 0.2628 0.2636

70.2545 0.2547 0.25520.2540 0.2549 0.25400.2542 0.2546 0.2547

80.2430 0.2426 0.24570.2415 0.2419 0.24610.2421 0.2432 0.2450

Tabla 16: Absorbancias de las muestras de SDBS 1 mg/mL y SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, parala posición indicada en la figura 28.


Gráfica 5: Comparación de los valores medios de absorbancias del SDBS 1 mg/mL y el SDBS 1 mg/mLcon un 20% de etanol para la posición indicada en la figura 28.

De los datos de ambas tablas se puede concluir que la posición en que se ponga el tuboafecta considerablemente a la medida. Así se puede decir que en las cuatro posicionesde arriba existe una menor variabilidad que en las de abajo para ambos compuestos.

Observando los resultados obtenidos al realizar los dos ensayos se puede apreciar que lavariabilidad de las absorbancias medidas es menor para el caso en el que se usa SDBScon Etanol que para el caso de solo SDBS, actuando el Etanol no tanto como unpotenciador del surfactante sino más bien como para estabilizar un poco la cantidad degrafeno obtenida, además los valores medios son parecidos de manera que tampoco hayuna clara preferencia entre uno y otro en este sentido.

De esta manera con las observaciones realizadas se decidió continuar con la mezcla deSDBS con concentración 1 mg/mL con Etanol al 20%, ya que en general satisfacemejor la relación entre cantidad y repetibilidad.

En este punto ya se ha seleccionado el surfactante y las cantidades que se van a emplearde manera que a partir de ahora se empezará a variar otros factores. Pero antes de variarotros factores se pensó que era más importante comprobar el funcionamiento del bañode ultrasonidos que como se ha ido comentando ha dado problemas en el tema de larepetibilidad de las absorbancias, así que para ello se ha realizado una última prueba enla que se han realizado ocho muestras del mismo surfactante, SDBS 1 mg/mL conEtanol al 20%, y con los mismos pesos de manera que se pueda clarificarcompletamente este problema. Para realizar la prueba se han puesto las ocho muestrasde la forma en que se muestra en la figura 29.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0,3000

0,3500

0,4000

0,4500

0,5000

Abs

orba

ncia

s









Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8







Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8


Figura 29: Posiciones de las muestras de SDBS 1 mg/mL con 20% etanol en el baño de ultrasonidos.

De manera que las muestras estuvieran lo más cercanas entre sí para comprobar lavalidez y la relatividad de las posiciones. Los pesos de las muestras son:

Número demuestra


1 5.102 5.033 5.134 4.895 5.006 5.017 5.088 5.11

Tabla 17: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para la posición indicada en lafigura 29.

Una vez pesadas estas cantidades se dejaron en el baño de ultrasonidos durante 90minutos y posteriormente se centrifugaron durante 60 minutos a una velocidad de 2000rpm. Tras esto se cogieron 5 mL de cada muestra para medir su absorbancia, obteniendolos siguientes resultados:


Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8

Medida 1

0.3566 0.3246 0.2186 0.5244 0.1462 0.3261 0.0217 0.1243

0.3542 0.3242 0.2182 0.5241 0.1445 0.3258 0.0222 0.1236

0.3549 0.3252 0.2184 0.5244 0.1450 0.3280 0.0214 0.1240

Medida 2

0.3552 0.3251 0.2197 0.5249 0.1469 0.3267 0.0211 0.1357

0.3546 0.3247 0.2202 0.5255 0.1477 0.3274 0.0206 0.1370

0.3548 0.3257 0.2185 0.5247 0.1468 0.3273 0.0212 0.1357

Tabla 18: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, para la posición indicada en la figura 29.


Según los datos que se han recopilado de las muestras, y que se muestran en la tablaanterior, los resultados son muy diferentes unos de otros de manera que realmente losdatos que se obtienen de las diferentes muestras no son muy fiables ya que la posiciónaltera la medida, por ello se llegó a la conclusión de que este sonicador no era adecuadotras realizar una gran cantidad de pruebas que abalan este resultado. Debido a esto sedecidió evaluar la opción de usar un sonicador de puntas. Se realizó un balance de lasventajas e inconvenientes que presenta este sonicador respecto al baño de ultrasonidos.

Gráfica 6: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL con un 20% deetanol para las distintas posiciones dentro del baño de ultrasonidos.

5.2. Exfoliación empleando un sonicador de puntas.

Las principales ventajas son:

- El sonicador de puntas se había comprobado en unas pruebas realizadasparalelamente que ofrecía una mayor reproducibilidad en las medidas.

- El tiempo que se tiene que dejar la muestra sonicando para obtener los mismosresultados es mucho menor.

- En este tipo de sonicadores se puede jugar con el tiempo que se va a sonicar lamuestra y con la amplitud del movimiento de la punta, además de la profundidada la que se puede meter ésta.

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

Abs

orba

ncia

s











Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8









Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 4

Posición 5

Posición 6

Posición 7

Posición 8


El inconveniente que existe es que solamente se puede sonicar una muestra cada vez, locual hace que el proceso sea más tedioso, sin embargo tras los resultados obtenidos conel baño de ultrasonidos como la reproducibilidad es muy baja para poder compararresultados no se podrían meter más de dos o tres, en el caso más favorable, para obtenerresultados iguales, y además los tiempos que éstos tienen que estar son mucho mayoresque en el caso del sonicador de puntas. Todo esto hace que el inconveniente no sea tanproblemático.

Viendo el balance anterior se decidió continuar el proyecto con el sonicador de puntas.

Para verificar que el uso del sonicador de puntas proporciona una mayorreproducibilidad se prepararon 5 muestras de SDBS 1 mg/mL con 20 % etanol, y 5 mgde grafito.

Número demuestra


1 4.952 4.933 5.084 5.035 5.10

Tabla 19: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas.

Al utilizar el sonicador hay que establecer una serie de parámetros, estos son:

1. Amplitud: este parámetro se refiere a lo que se quiere que la punta suba o baje(la amplitud máxima es del 100%).

2. Tiempo: al igual que en el baño de ultrasonidos hay que ajustar el tiempo quequeremos que este sonicando la muestra.

3. Posición de la punta en la muestra.

5.2.1 Reproducibilidad del método de exfoliación.

Además de los parámetros del sonicador hay que colocar la punta de éste a lamisma altura en todas las muestras para lograr así las mismas condiciones en


todos los casos, ya que según la altura a la que se coloque ésta dará resultadosdiferentes como se verá más adelante.

Siguiendo con el caso expuesto anteriormente se impusieron las condiciones deamplitud del 10%, tiempo 10 minutos, y la punta se puso a mitad de ladisolución. Además se centrifugó durante 45 minutos a 2000 rpm. Dadas estascondiciones se obtuvieron de los 5 mL que se recogieron de la muestra lossiguientes resultados:

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5

Medida 1 0.1746 0.2236 0.1943 0.1711 0.2106

Medida 2 0.1732 0.2234 0.1935 0.1703 0.2116

Medida 3 0.1752 0.2240 0.1936 0.1719 0.2111

Tabla 20: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas.


Gráfica 7: Comparación de los valores medios de las absorbancias del SDBS 1 mg/mL con un 20% deetanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 10% de amplitud, a la mitad del tubo, y

durante 10 minutos.

Como se puede apreciar en la tabla y en el gráfico de arriba los valores sonmucho más parecidos unos con otros de manera que puede proporcionarresultados más reproducibles. El principal inconveniente de este sistema es quese pueden sonicar las muestras de uno en uno por lo que resulta más pesado, aúnasí se obtienen resultados buenos con tiempos menores que en el baño deultrasonidos, contrarrestando en parte el problema de ir sonicando las muestrasde manera individual.

Una vez que se ha solventado el problema de la reproducibilidad se ha procedidoa cambiar parámetros de la disolución de manera que se encuentre el queproporciona la cantidad óptima.

5.2.2 Tiempo de sonicación.

El primer aspecto que se va a cambiar es el tiempo de sonicación, regulando éstese quiere ver cuál es el tiempo optimo que debe estar sonicando la muestra demanera que se ahorre tiempo, además de ver si la muestra en algún momento sesatura a la hora de exfoliarse, es decir, si llega un punto a partir del cual ya no seexfolia más aunque se sonique más tiempo.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

Abs

orba

ncia

s

Muestras exfoliadas en el sonicador de puntas



durante 10 minutos.





Muestras exfoliadas en el sonicador de puntas

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Muestra 5



durante 10 minutos.





Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Muestra 4

Muestra 5


Primeramente se procedió a realizar la sonicación durante 5 minutos, dejando laamplitud al 10%, y posicionando la punta también a la mitad. Con estascaracterísticas se pesaron 3 muestras:

Número demuestra


1 4.982 5.013 5.07

Tabla 21: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 5 minutos.

Centrifugando las muestras, al igual que antes a 2000 rpm, durante 45 minutos,se obtuvieron las siguientes absorbancias:

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3

Medida 1

0.0992 0.2042 0.1756

0.0962 0.1929 0.1750

0.1006 0.1969 0.1764

Medida 2

0.0969 0.2045 0.1699

0.0975 0.2048 0.1685

0.0970 0.2041 0.1693

Tabla 22: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a la mitad y durante 5 minutos.

Los valores para estas condiciones pero con un tiempo de sonicación de 10minutos con las que se van a comparar las de 5 y 15 minutos van a ser losvalores que se muestran en la tabla 20. Después se procede a realizar el mismoensayo que antes pero con 15 minutos en vez de 5, conservando el resto devariables igual. Las muestras tomadas fueron:


Número demuestra


1 5.012 5.063 5.10


Y los resultados de las absorbancias medidas los que aparecen a continuación:


Medida 1

0.2015 0.2176 0.1132

0.2014 0.2175 0.1132

0.2017 0.2177 0.1140

Medida 2

0.2002 0.2196 0.1155

0.2004 0.2191 0.1153

0.2001 0.2194 0.1155


Comparando los resultados para los tres tiempos, 5, 10 y 15 minutos, se descartóel tiempo de 15 minutos porque proporciona unos resultados similares a los de10 minutos e incrementa el tiempo de ensayo, con lo que no añade valor alproceso.


Gráfica 8: Comparación de los valores medios de las absorbancias en función del tiempo de sonicacióndel SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 10% de

amplitud, a la mitad del tubo.

5.2.3 Posición de la punta.

Para continuar buscando el punto óptimo de trabajo, se varía la altura a la que sepone la punta del sonicador, dejando la amplitud de éste constante e igual a 10%.

Primero se va a poner la punta a 3 mm de la base, durante 5 minutos. Lasmuestras en este caso son:

Número demuestra


1 5.192 5.123 5.04

Tabla 25: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 10%, a 3 mm de la base y durante 5 minutos.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

5

Abs

orba

ncia

s

Tiempo de sonicación







Número demuestra


1 5.192 5.123 5.04


1015

Tiempo de sonicación

Valores mínimos

Valores medios

Valores máximos







Número demuestra


1 5.192 5.123 5.04


Valores mínimos

Valores medios

Valores máximos


Obteniéndose los resultados siguientes:


Medida 1

0.0650 0.0331 0.0782

0.0630 0.0327 0.0779

0.0660 0.0328 0.0793

Medida 2

0.0616 0.0372 0.0717

0.0617 0.0360 0.0710

0.0617 0.062 0.0711

Tabla 26: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a 3 mm de la base y durante 5 minutos.

Viendo que los resultados no son muy buenos, se decidió pasar directamente arealizar el ensayo a ¼ de la base y con 10 minutos, manteniendo la amplitud del10%. Las muestras son:

Número demuestra


1 5.022 5.073 5.06

Tabla 27: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la base y durante 10 minutos.


Y los resultados para este caso son:


Medida 1

0.1433 0.1721 0.1281

0.1426 0.1718 0.1278

0.1430 0.1728 0.1280

Medida 2

0.1423 0.1785 0.1280

0.1416 0.1733 0.1287

0.1419 0.1740 0.1274

Tabla 28: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la base y durante 10 minutos.

Los resultados en este caso son mejores pero siguen siendo inferiores que en elcaso inicial, es decir, a la mitad. Para ello se prueba a ¼ de la superficie, tambiéna 10 minutos. Siendo las muestras:

Número demuestra


1 5.012 5.003 5.03

Tabla 29: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la superficie y durante 10 minutos.


Y los resultados:


Medida 1

0.1480 0.1340 0.1363

0.1460 0.1358 0.1362

0.1470 0.1308 0.1369

Medida 2

0.1485 0.1376 0.1398

0.1467 0.1365 0.1415

0.1470 0.1373 0.1405

Tabla 30: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL con el 20% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 10%, a ¼ de la superficie y durante 10 minutos.

Gráfica 9: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintas posiciones de la puntadel sonicador del SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas,

para un 10% de amplitud, y durante 10 minutos.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0.25

Abs

orba

ncia

0.25Mínimos 0,1274

Media 0,1481

Máximos 0,1785


Y los resultados:


Medida 1

0.1480 0.1340 0.1363

0.1460 0.1358 0.1362

0.1470 0.1308 0.1369

Medida 2

0.1485 0.1376 0.1398

0.1467 0.1365 0.1415

0.1470 0.1373 0.1405




Mínimos

Media

Máximos

0.250.5

0.25

0.25 0.5 0.250,1274 0,1703 0,1308

0,1481 0,1948 0,1404

0,1785 0,2240 0,1485


Y los resultados:


Medida 1

0.1480 0.1340 0.1363

0.1460 0.1358 0.1362

0.1470 0.1308 0.1369

Medida 2

0.1485 0.1376 0.1398

0.1467 0.1365 0.1415

0.1470 0.1373 0.1405




Mínimos

Media

Máximos

0.250,1308

0,1404

0,1485


Comparando los resultados obtenidos a las distintas alturas se verifica que lamejor posición para la punta es a la mitad de la disolución, ya que como sepuede ver las absorbancias medidas a ¼ de la base y de la superficie tienenresultados parecidos entre ellos pero éstos son menores que los obtenidos a laposición intermedia.

5.2.4 Amplitud del sonicador.

Llegados a este punto ya se han fijado unos parámetros a la hora de utilizar elsonicador de puntas, que son el tiempo y la altura a la que colocar la punta delsonicador. Ahora toca probar distintas amplitudes, para ello se van a ensayar al20% y al 40%.

Para el caso de 20% de amplitud, manteniendo el tiempo en 10 minutos y lapunta a la mitad se usaron las muestras:

Número demuestra


1 4.932 5.113 5.09



Y los resultados son:


Medida 1

0.2848 0.2793 0.3144

0.2829 0.2794 0.3137

0.2833 0.2782 0.3139

Medida 2

0.2846 0.2768 0.3155

0.2859 0.2766 0.3157

0.2850 0.2772 0.3137


Los valores son substancialmente mejores que para la amplitud del 10%, aún asíse prueba con una amplitud del 40% para ver si los resultados son inclusomejores.

Así para un 40% de amplitud, los pesos son:

Número demuestra


1 4.902 4.983 4.93



Y sus absorbancias son:


Medida 1

0.1471 0.1020 0.1111

0.1440 0.1011 0.1118

0.1443 0.1017 0.1093

Medida 2

0.1462 0.1035 0.1112

0.1454 0.1053 0.1106

0.1460 0.1026 0.1116


Gráfica 10: Comparación de los valores medios de las absorbancias para las distintas amplitudes de lapunta para el SDBS 1 mg/mL con un 20% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, a la

mitad del tubo, y durante 10 minutos.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0,3000

0,3500

10%

Abs

orba

ncia




Medida 1

0.1471 0.1020 0.1111

0.1440 0.1011 0.1118

0.1443 0.1017 0.1093

Medida 2

0.1462 0.1035 0.1112

0.1454 0.1053 0.1106

0.1460 0.1026 0.1116




10%20%

40%

Amplitudes de la punta




Medida 1

0.1471 0.1020 0.1111

0.1440 0.1011 0.1118

0.1443 0.1017 0.1093

Medida 2

0.1462 0.1035 0.1112

0.1454 0.1053 0.1106

0.1460 0.1026 0.1116




Mínimos

Medias

Máximos


En este caso el valor de la absorbancia obtenida no es tan elevado como elobtenido con la amplitud del 20% por ello en adelante se seguirán realizando laspruebas con un 20% de amplitud.

5.3 Optimización de la disolución surfactante.

Con la amplitud quedan ya fijadas las características con las que se va a trabajar en elsonicador, a partir de ahora se comienza a variar aspectos de la disolución(concentración de SDBS y etanol), para ver que combinación reporta una mayorcantidad de grafeno.

El primero de los aspectos a variar va a ser la concentración de SDBS del cual se van atomar disoluciones con concentraciones de 0.5, 0.7, 1.0, y 1.2 mg/mL.

Para el caso de SDBS de 0.5 mg/mL las muestras pesadas fueron:

Número demuestra


1 5.152 5.123 4.94

Tabla 35: Pesos de las muestras de SBDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Y los resultados obtenidos son:


Medida 1

0.0682 0.0517 0.0569

0.0676 0.0516 0.0553

0.0677 0.0519 0.0556

Medida 2

0.0710 0.0533 0.0547

0.0711 0.0535 0.0548

0.0700 0.0529 0.0544

Tabla 36: Absorbancias de las muestras de SBDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Los valores de la absorbancia medidos con el espectrofotómetro son muy bajos, portanto esta concentración no resulta interesante, ya que no se puede obtener el máximode grafeno posible.

Se procedió, a continuación, a realizar el mismo proceso pero en este caso con unaconcentración del 0.7 mg/mL, con las siguientes muestras:

Número demuestra


1 5.112 4.973 5.034 5.04



En este caso se realizaron cuatro muestras en lugar de tres debido a que los valores quese obtuvieron salían más diferentes entre ellos, y esta cuarta medida proporciona unamayor fiabilidad en cuanto a los resultados.

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Medida 1

0.1223 0.1014 0.0719 0.0918

0.1203 0.1019 0.0716 0.0940

0.1211 0.1013 0.0721 0.0929

Medida 2

0.1196 0.1014 0.0773 0.0919

0.1195 0.1012 0.0758 0.0905

0.1198 0.1013 0.0762 0.0919


Aquí se ve un aumento en la cantidad de grafeno respecto a SDBS 0.5 mg/mL, esteaumento esta en torno al doble. Estos resultados hicieron que se probase a mayorescantidades para ver en qué punto se produce la saturación y así lograr la mejor cantidad.

Ahora se prueba con SDBS a 1 mg/mL, con las muestras:

Número demuestra


1 5.122 5.033 4.964 5.01

Tabla 39: Pesos de las muestras de SBDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Y las absorbancias resultantes son:

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

Medida 1

0.0704 0.0538 0.0781 0.0863

0.0688 0.0528 0.0784 0.0860

0.0693 0.0533 0.0781 0.0868

Medida 2

0.0716 0.0573 0.0816 0.0879

0.0715 0.0550 0.0824 0.0877

0.0717 0.0551 0.0818 0.0885

Tabla 40: Absorbancias de las muestras de SBDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Los valores que se han obtenido son muy similares a los logrados con 0.7 mg/mL por loque no se aprecia ninguna mejora. Aún así se decidió probar, por último, con unaconcentración de SDBS de 1.2 mg/mL, para comprobar un rango mayor deconcentraciones y ver si se aprecia algún cambio significativo.

Las muestras para el caso de SDBS con 1.2 mg/mL son:

Número demuestra


1 5.102 5.023 5.06



Y las absorbancias obtenidas son:


Medida 1

0.0786 0.0614 0.0620

0.0782 0.0618 0.0619

0.0792 0.0616 0.0625

Medida 2

0.0813 0.0628 0.0587

0.0808 0.0623 0.0586

0.0814 0.0624 0.0587


Gráfica 11: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintas concentraciones deSDBS, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y

durante 10 minutos.

0,00000,01000,02000,03000,04000,05000,06000,07000,08000,09000,1000

0.5

Abs

orba

ncia




Medida 1

0.0786 0.0614 0.0620

0.0782 0.0618 0.0619

0.0792 0.0616 0.0625

Medida 2

0.0813 0.0628 0.0587

0.0808 0.0623 0.0586

0.0814 0.0624 0.0587



durante 10 minutos.

0.5 0.7 1.0 1.2

Concentración de SDBS




Medida 1

0.0786 0.0614 0.0620

0.0782 0.0618 0.0619

0.0792 0.0616 0.0625

Medida 2

0.0813 0.0628 0.0587

0.0808 0.0623 0.0586

0.0814 0.0624 0.0587



durante 10 minutos.


Los valores son parecidos a los obtenidos para SDBS 1 mg/mL, y por tanto no haymejoras importantes en cuanto a la cantidad de grafeno obtenida.

Si se realiza una comparación de las absorbancias para las distintas disoluciones seaprecia que para concentraciones de 1 y 1.2 mg/mL no se mejora la cantidad, por tantose puede decir que para 0.7 mg/mL se alcanza el óptimo, es decir, es como si la mezclallegara un punto en el que se satura y no exfolia más aunque se añada una mayorcantidad de surfactante.

Limitado ya este parámetro, el último aspecto que quedaría por tocar sería la cantidadde etanol presente en la disolución. Con esta variable al igual que la anterior se quiereintentar optimizar la combinación a emplear.

A la hora de elegir la concentración de etanol se decidió empezar con concentracionesdel 10, 20, 30 y 50%, para realizar las primeras pruebas y ver si estos valores acotan lacantidad óptima o si por el contrario se necesita ampliar la cantidad de etanol.

Para realizar las pruebas se han preparado tres de cada concentración. La primera deellas es la del 10% de etanol, donde las muestras son:

Número demuestra


1 5.042 5.013 4.92

Tabla 43: Pesos de las muestras de SBDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con el sonicadorde puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Y la absorbancia para este caso es:


Medida 1

0.2211 0.2047 0.2091

0.2175 0.2038 0.2083

0.2205 0.2052 0.2086

Medida 2

0.2221 0.2054 0.2083

0.2219 0.2053 0.2081

0.2225 0.2056 0.2082

Tabla 44: Absorbancias de las muestras de SBDS 0,7 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Los valores medidos son mayores que los obtenidos para el caso anterior en el que solose usaba SDBS en la disolución. Además de dar una mayor repetibilidad en lasmedidas.

Para ver cuál es la cantidad más adecuada se siguió con las demás concentraciones, paracomparar al final cuál interesa más.

Para el 20% de etanol las muestras son:

Número demuestra


1 5.032 5.093 5.10



Y la cantidad de grafeno es:


Medida 1

0.1624 0.1550 0.1431

0.1610 0.1554 0.1435

0.1618 0.1546 0.1434

Medida 2

0.1608 0.1584 0.1414

0.1602 0.1582 0.1413

0.1606 0.1586 0.1417


Los resultados son ligeramente menores que los medidos con el 10% de etanol. Aun asíse siguió con las dos concentraciones restantes.

Las muestras para el 30% de etanol son:

Número demuestra


1 5.102 5.003 5.02



Y las absorbancias son:


Medida 1

0.0507 0.0624 0.0626

0.0493 0.0629 0.0627

0.0494 0.0626 0.0623

Medida 2

0.0508 0.0661 0.0628

0.0507 0.0665 0.0638

0.0510 0.0661 0.0626


Y por último las muestras para el 50% de etanol son:

Número demuestra


1 5.102 5.043 5.09



Y los valores de las absorbancias para este caso son:


Medida 1

0.0479 0.0734 0.0537

0.0478 0.0723 0.0533

0.0487 0.0726 0.0537

Medida 2

0.0514 0.0737 0.0574

0.0510 0.0741 0.0578

0.0516 0.0736 0.0573


Gráfica 12: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintas concentraciones deetanol con una concentración de SDBS de 0,7 mg/mL, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para

un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos.

0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

10%

Abs

orba

ncia

[u a

]




Medida 1

0.0479 0.0734 0.0537

0.0478 0.0723 0.0533

0.0487 0.0726 0.0537

Medida 2

0.0514 0.0737 0.0574

0.0510 0.0741 0.0578

0.0516 0.0736 0.0573




10% 20% 30% 50%

Proporción de etanol




Medida 1

0.0479 0.0734 0.0537

0.0478 0.0723 0.0533

0.0487 0.0726 0.0537

Medida 2

0.0514 0.0737 0.0574

0.0510 0.0741 0.0578

0.0516 0.0736 0.0573





Como ya se han realizado los ensayos con las cuatro concentraciones ya se puederealizar una comparación entre sus valores de manera que se pueda decidir cuál es laóptima o si por el contrario es necesario ampliar el rango de concentraciones.

Si se empiezan mirando las dos últimas concentraciones, la del 30 y la del 50% deetanol, se puede ver que proporcionan valores muy similares de absorbancias, con locual por intentar ahorrar material se usaría la del 30% de etanol, ya que implica unamenor cantidad de éste.

Si se compara a continuación la concentración que se ha elegido (la del 30%) con la del20% de etanol, se aprecia claramente que la cantidad de grafeno obtenido con la del20% es mayor que la del 30%, por lo que se desecha la del 30% para las siguientescomparaciones.

Ya finalmente solo quedan las disoluciones del 10 y del 20% de etanol. Viendo lastablas expuestas anteriormente se aprecia una diferencia significativa entre lasabsorbancias medidas con las muestras del 10 y las del 20% de etanol, siendo mayoreslas obtenidas para el caso del 10% de etanol.

Además de fijarse en la cantidad de grafeno obtenido en cada caso, es especialmenteinteresante prestar atención a la repetibilidad de las medidas dentro de cada disolución,debido a que para procesos posteriores se necesita saber qué cantidad de grafeno portérmino medio se va a lograr. Interesa en este caso concreto para intentar obtenergrafeno en cantidades mayores.

5.4 Comparación del SDBS con el NMP y el DMA.

Una vez se ha fijado la disolución que según se ha visto, tras realizar diferentes ensayosvariando cantidades, mejores resultados proporciona conviene comparar estosresultados con los que se pueden obtener con otros surfactantes para ello se pensórealizar disoluciones con surfactantes ya utilizados previamente, de manera que sepueda verificar que el SDBS puede proporcionar o no las mismas cantidades. En estecaso se cogieron el NMP y el DMA para realizar la comparación.

Tanto con el NMP como con el DMA se elaboraron tres muestras.


Los pesos para el caso del NMP son:

Número demuestra


1 5.082 4.903 5.09

Tabla 51: Pesos de las muestras de NMP, exfoliadas con el sonicador de puntas, con una amplitud del20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Las absorbancias medidas para este caso son:


Medida 1

0.1889 0.2239 0.2294

0.1884 0.2240 0.2284

0.1885 0.2236 0.2290

Medida 2

0.1907 0.2236 0.2308

0.1898 0.2228 0.2306

0.1903 0.2234 0.2307

Tabla 52: Absorbancias de las muestras de NMP, exfoliadas con el sonicador de puntas, con una amplituddel 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Los pesos del DMA son:

Número demuestra


1 5.032 4.983 5.10

Tabla 53: Pesos de las muestras de DMA, exfoliadas con el sonicador de puntas, con una amplitud del20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Y las absorbancias que se midieron con el espectrofotómetro son:


Medida 1

0.2006 0.1628 0.1457

0.1995 0.1619 0.1448

0.2008 0.1620 0.1460

Medida 2

0.1961 0.1624 0.1448

0.1960 0.1619 0.1453

0.1967 0.1620 0.1445

Tabla 54: Absorbancias de las muestras de DMA, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Los valores en el caso del DMA son ligeramente inferiores a los del caso del NMP, perosi comparamos los resultados de estos dos surfactantes con los del caso anterior, esdecir, con los del SDBS 0.7 mg/mL y 10% de etanol, los valores son muy parecidos, porlo que se puede considerar el uso del SDBS como una alternativa a estos dossurfactantes.

Gráfica 13: Comparación de los valores medios de las absorbancias para el NMP, el DMA y el SDBS 0,7mg/mL con un 10% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 20% de amplitud, a la



NMP

DMA

Surf

acta

ntes

Comparación de surfactantes




Medida 1

0.2006 0.1628 0.1457

0.1995 0.1619 0.1448

0.2008 0.1620 0.1460

Medida 2

0.1961 0.1624 0.1448

0.1960 0.1619 0.1453

0.1967 0.1620 0.1445





0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0,2500


NMP

DMA

Absorbancia

Comparación de surfactantes




Medida 1

0.2006 0.1628 0.1457

0.1995 0.1619 0.1448

0.2008 0.1620 0.1460

Medida 2

0.1961 0.1624 0.1448

0.1960 0.1619 0.1453

0.1967 0.1620 0.1445





0,2500

Medias


5.5 Optimización de la disolución del surfactante del SDS.

Además para ampliar la búsqueda de surfactantes se procedió a utilizar otro surfactante,el SDS. Este es un compuesto que también viene en polvo al igual que el SDBS. Seprocedió a realizar una disolución madre de una concentración de 5 mg/mL. A partir deésta se procedió a realizar disoluciones con diferentes concentraciones unas solamentecon el surfactante y otras con un 10% de etanol, ya que se vio que en el caso del SDBSeste producto mejoraba ligeramente el efecto de surfactante, las concentracionesrealizadas con el SDS son 0.5 mg/mL, 0.7 mg/mL, 1 mg/mL, y 1.2 mg/mL.

Los pesos para el SDS 0.5 mg/mL son:

Número demuestra


1 5.082 4.983 5.13

Tabla 55: Pesos de las muestras de SDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Y las absorbancias medidas son:


Medida 1

0.1176 0.1195 0.1220

0.1172 0.1191 0.1226

0.1174 0.1194 0.1225

Medida 2

0.1178 0.1201 0.1234

0.1176 0.1207 0.1230

0.1184 0.1201 0.1232

Tabla 56: Absorbancias de las muestras de SDS 0,5 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, conuna amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Para el caso del SDS 0.5 mg/mL con un 10% de etanol los pesos de las muestras son:

Número demuestra


1 4.932 4.913 5.03

Tabla 57: Pesos de las muestras de SDS 0,5 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.



Medida 1

0.1663 0.1713 0.2565

0.1660 0.1712 0.2567

0.1662 0.1714 0.2565

Medida 2

0.1692 0.1762 0.2598

0.1698 0.1759 0.2603

0.1691 0.1763 0.2601

Tabla 58: Absorbancias de las muestras de SDS 0,5 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Si se comparan los resultados obtenidos en ambos casos se puede ver que con el etanolse obtienen unos resultados ligeramente mejores que en el caso del surfactantesolamente.


A continuación se procede con la concentración de SDS al 0.7 mg/mL. Los pesos delSDS 0.7 mg/mL fueron:

Número demuestra


1 5.062 5.123 4.98


Y las absorbancias que se midieron fueron:


Medida 1

0.2010 0.1234 0.1367

0.2012 0.1232 0.1365

0.2008 0.1237 0.1365

Medida 2

0.2028 0.1234 0.1371

0.2025 0.1232 0.1369

0.2027 0.1235 0.1372


Los pesos para el caso del SDS 0.7 mg/mL con el 10% de etanol son:

Número demuestra


1 5.122 4.913 5.06



Y finalmente sus absorbancias fueron:


Medida 1

0.1742 0.1967 0.2676

0.1751 0.1960 0.2672

0.1742 0.1964 0.2675

Medida 2

0.1766 0.1984 0.2690

0.1764 0.1982 0.2686

0.1785 0.1987 0.2687


En este caso también se produce una cierta mejora cuando se usa el etanol paracomplementar al SDS, aunque para esta concentración se aprecia una mayor variaciónentre las medidas de las diferentes muestras incluso cuando se usa el mismo surfactante.

Ahora se procede con la concentración de 1 mg/mL.

Los pesos del SDS con 1 mg/mL son:

Número demuestra


1 5.082 4.973 5.06

Tabla 63: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


Y las absorbancias que se midieron son:


Medida 1

0.2246 0.2338 0.2204

0.2238 0.2343 0.2199

0.2240 0.2333 0.2201

Medida 2

0.2241 0.2380 0.2234

0.2244 0.2382 0.2227

0.2232 0.2370 0.2229

Tabla 64: Absorbancias de las muestras de SDS 1 mg/mL, exfoliadas con el sonicador de puntas, con unaamplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Y para el caso del SDS 1 mg/mL con un 10% de etanol la cantidad de grafito fue:

Número demuestra


1 5.202 5.043 5.13

Tabla 65: Pesos de las muestras de SDS 1 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con el sonicador depuntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.

Y las absorbancias para este caso fueron:


Medida 1

0.1901 0.1218 0.0942

0.1896 0.1216 0.0939

0.1904 0.1221 0.0943

Medida 2

0.1884 0.1244 0.0957

0.1894 0.1235 0.0963

0.1893 0.1237 0.0957

Tabla 66: Absorbancias de las muestras de SDS 1 mg/mL con el 10% de etanol, exfoliadas con elsonicador de puntas, con una amplitud del 20%, a la mitad y durante 10 minutos.


En este caso a diferencia de los anteriores se obtienen mejores resultados sin el etanolque con él, además presenta una mayor reproducibilidad en la medida, aspecto muyimportante para realizar muestras de mayores cantidades.

Y ya para terminar se elaboró la disolución de SDS 1.2 mg/mL, cuyos pesos fueron:

Número demuestra


1 4.892 5.043 5.03


Y las absorbancias mostradas por el espectrofotómetro son:


Medida 1

0.2014 0.1796 0.1296

0.1996 0.1797 0.1289

0.1998 0.1793 0.1292

Medida 2

0.2025 0.1801 0.1313

0.2032 0.1797 0.1308

0.2023 0.1800 0.1312


Las muestras del SDS 1.2 mg/mL con el 10% de etanol fueron:

Número demuestra


1 5.132 5.103 5.11



Y las absorbancias que se obtuvieron son:


Medida 1

0.1915 0.2695 0.1937

0.1910 0.2708 0.1933

0.1913 0.2700 0.1939

Medida 2

0.1918 0.2705 0.1945

0.1919 0.2701 0.1938

0.1915 0.2702 0.1943


Si comparamos estas dos últimas muestras se vuelve a la idea de que el etanol potenciael efecto del surfactante dando mejores resultados.

Gráfica 14: Comparación de los valores medios de las absorbancias para distintas concentraciones deSDS disuelto sólo en agua o con una concentración del 10% de etanol, exfoliadas mediante el sonicador

de puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos.

0,0000 0,0500 0,1000

0.5

0.7

1.0

1.2

Absorbancia

Conc

entr

acio

nes

de S

DS




Medida 1

0.1915 0.2695 0.1937

0.1910 0.2708 0.1933

0.1913 0.2700 0.1939

Medida 2

0.1918 0.2705 0.1945

0.1919 0.2701 0.1938

0.1915 0.2702 0.1943





0,1000 0,1500 0,2000 0,2500

Absorbancia

Medias SDS+ etanol 10%

Medias SDS




Medida 1

0.1915 0.2695 0.1937

0.1910 0.2708 0.1933

0.1913 0.2700 0.1939

Medida 2

0.1918 0.2705 0.1945

0.1919 0.2701 0.1938

0.1915 0.2702 0.1943





Medias SDS+ etanol 10%

Medias SDS


Si comparamos todas las muestras entre sí conviene analizar los resultados medios delas absorbancias ya que como se ha visto en las diferentes tablas los resultados enalgunos casos varían de una manera un poco más significativa que en otros. Otro de losparámetros a tener en cuenta a la hora de elegir la disolución de SDS que mejorresultados proporciona es precisamente el de la reproducibilidad ya que para realizarposteriormente ensayos con mayores cantidades se requiere tener una cierta seguridadsobre la cantidad que más o menos se va a obtener de grafeno.

Viendo los parámetros comentados arriba se concluye que la combinación que mejorresultados proporciona es la de SDS con 1 mg/mL, ya que proporciona uno de losmejores resultados medios en la cantidad de grafeno, y además da una reproducibilidadbuena en comparación con las otras mezclas que proporcionan elevados valores deabsorbancia.

Una vez que se han comprobado esta última tanda de muestras con el SDS, se debecomparar con los otros surfactantes utilizados de manera que si se compara este con elSDBS, el NMP, y el DMA, se ve que ofrece unos resultados muy parecidos de maneraque también puede sustituir a cualquiera de los otros por este. En este caso viendo losresultados obtenidos con los ensayos realizados se han obtenido unos resultadosligeramente superiores para el SDS por lo que para realizar las siguientes pruebas seprocurará usar este, aunque viendo los resultados que se obtengan se podrá usar losotros ya que como se ha comentado los resultados son muy parecidos.

5.6 Deposición del grafeno con el tiempo.

Observando las pruebas realizadas y el grafeno obtenido se ha visto que éste se depositacon el tiempo por lo que se ha considerado interesante ver cómo es la deposición de éstecon el tiempo, de manera que una vez que se han estudiado diferentes surfactantesvariando sus concentraciones y combinándolo con otros compuestos químicos se hadecidido usar el SDS 1 mg/mL y tomar medidas cada cierto tiempo de manera que secompruebe la velocidad a la que se deposita.

Para ver la deposición del grafeno con el tiempo se han tomado medidas en el momentoen que se ha producido, a las 48 horas, a los 7 días, y por último a los 14 días, de estamanera se saca una idea bastante buena de la cantidad que se va depositando.

Para realizar el proceso se han realizado varias muestras, que luego se han mezclado enun mismo recipiente de manera que haya cantidad suficiente para realizar todas lasmedidas y sea lo más homogéneo posible.

Salvo en la primea medida que si se puede volver a echar la cantidad tomada para lamedida de su absorbancia, en el resto de ocasiones las muestras que se cogen del


recipientes para medirlas en el espectrofotómetro se echan a un recipiente aparte paraque el grafeno que se quiere estudiar no se agite o mezcle al echar otra vez lo anterior.

Las muestras pesadas de grafito son:

Número demuestra


1 6.572 6.0534

6.636.14


Y las medidas son:

1. En el día de la producción.Se realizó usando una longitud de onda de 665 nm. Y el valor de la absorbanciadel blanco es de -0,004.

Muestra 1 Muestra 2

0,234 0,231

0,233 0,232

0,233 0,234

Tabla 72: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 en el momento de laproducción.


2. A las 48 horas de la producción.Se realizó usando una longitud de onda de 665 nm. Y el valor de la absorbanciadel blanco es de -0,004.

Muestra 1 Muestra 2

0,209 0,213

0,213 0,214

0,213 0,214

Tabla 73: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a las 48 horas de larealización.

3. A los 7 días.Se realizó usando una longitud de onda de 665 nm. Y el valor de la absorbanciadel blanco es de -0,015.

Muestra 1 Muestra 2

0,201 0,198

0,199 0,199

0,198 0,187

Tabla 74: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a los 7 días de larealización.


4. A los 14 días.Se realizó usando una longitud de onda de 665 nm. Y el valor de la absorbanciadel blanco es de -0,012.

Muestra 1 Muestra 2

0,194 0,192

0,195 0,191

0,193 0,191

Tabla 75: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 71 a los 14 días de larealización.

En estas medidas a diferencia de las realizadas anteriormente se ha puesto una longitudde onda de 665 nm, en lugar de 660 nm, debido a que el espectrofotómetro usado apartir de ahora tiene unas longitudes de onda determinadas de manera que la máspróxima es la de 665 nm, que tampoco supone una variación muy elevada. Además ense puede ver que en todos los casos se indica la medida del blanco. El blanco es lamedida de la absorbancia que se hace del surfactante empleado sin que éste contengagrafeno o grafito, de manera que se pueda restar la absorbancia de éste a la medida enlas muestras con grafeno. En este caso hay que hacerlo manualmente, al contrario quecon el espectrofotómetro usado hasta ahora, ya que en el anterior el valor de laabsorbancia que se obtenía ya llevaba restada la del blanco del surfactante.

En este caso los valores que aparecen en las tablas son los valores sin tener el blanco,por ello se da al lado el valor de la absorbancia del blanco obtenida.


Gráfica 15: Comparación de los valores medios de las absorbancias teniendo en cuenta la deposición quese produce con el tiempo para una concentración de SDS 1 mg/mL , exfoliadas mediante el sonicador de

puntas, para un 20% de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos.

En la gráfica se muestran los valores medios de las absorbancias medidas para losdiferentes tiempos, el eje horizontal es el tiempo que pasa y está en horas. No se hanrealizado medidas para tiempos mayores porque la deposición pasado un tiempo ya novaría prácticamente nada, como se puede ver en los dos últimos valores de la gráfica.

La velocidad de deposición resulta crítica a la hora de usar el grafeno, es decir, si seproduce una cierta cantidad de grafeno un día, y pasa un tiempo hasta que éste se utilizapuede haberse depositado una cantidad considerable, por lo que se tendría que volver aexfoliar o se tendría que producir más cantidad al principio, de esta manera se estaríaencareciendo el proceso a la vez que se desaprovecharía parte del grafeno.

Como puede observarse, apenas si hay deposición del grafeno exfoliado en 14 días.

5.7 Sonicaciones sucesivas.

De los ensayos que se han ido realizando además de la deposición que sufre en grafenocon el tiempo, resulta interesante la cantidad de grafito que se no se exfolia, ese grafitono se utiliza por lo que supone un desaprovechamiento de éste. Debido a esto se pensó

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

0,21

0,22

0,23

0,24

0 48 168 336

Abs

orba

ncia

Horas

Deposición con el tiempo


en realizar sucesivas sonicaciones sobre el grafito que no se exfoliaba para ver si sepodía aprovechar de alguna manera para obtener más grafeno, o si por el contrario ya lacantidad de grafeno que se podía obtener de ese grafito no merecía la pena.

Para ello se han tomado tres muestras con cantidades de grafito muy similares y con lamisma cantidad de surfactante, de manera que las condiciones sean lo más parecidasposibles entre ellas y se puedan obtener resultados comparativos.

Las cantidades de grafito que se echaron en cada una de las muestras fueron:

Número demuestra


1 4.962 4.963 4.94


Para la primera sonicación se midió la absorbancia de las tres muestras, obteniendo lossiguientes valores:


0,200 0,198 0,220

0,202 0,197 0,219

0,200 0,197 0,220

Tabla 77: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la primera ronda desonicación.

Estas medidas se realizaron con el primer espectrofotómetro, por ello no tienen lamedida de la absorbancia del blanco.

A partir de aquí se ha usado el segundo espectrofotómetro porque el primero se rompió.Por tanto las longitudes de onda serán de 665 nm.


En la segunda sonicación que se realizó sobre las muestras se obtuvieron los valoressiguientes:


0,229 0,196 0,241

0,235 0,193 0,212

0,234 0,201 0,243

Tabla 78: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la segunda ronda desonicación.

En este caso el valor de la absorbancia del blanco es -0,019.

Los valores que se han obtenido muestran en general un aumento de las absorbancias ypor tanto de las cantidades de grafeno que se ha obtenido.

En la tercera sonicación realizada sobre las muestras se han obtenido estas absorbancias:


0,264 0,203 0,237

0,266 0,203 0,236

0,261 0,206 0,234

Tabla 79: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la tercera ronda desonicación.

En este caso el valor del blanco es de -0,001.

En la tercera sonicación se puede seguir viendo una ligera mejora en la cantidad degrafeno que se obtiene.


Los valores que se midieron tras la cuarta sonicación de las muestras fueron:


0,200 0,196 0,206

0,196 0,202 0,208

0,203 0,193 0,207

Tabla 80: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la cuarta ronda desonicación.

El valor del blanco es de -0,012.

Ya en la cuarta sonicación los valores no siguen creciendo como en la segunda ytercera, pero aun así la absorbancia es buena, con un valor comparable al obtenido conla primera sonicación.

Al realizar la quinta sonicación se obtiene:


0,097 0,154 0,170

0,099 0,153 0,171

0,098 0,148 0,172

Tabla 81: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la quinta ronda desonicación.

El blanco aquí es de -0,004. Se puede ver en la tabla que los valores de la muestra unoson bastantes más bajos que los de las otras dos, esto es debido a que se derramó partedel surfactante con el grafeno, por ello los valores varían tanto.


Si se comparan los valores de las muestras 2 y 3 con los medidos antes ya se empieza anotar que el grafeno obtenido baja de manera apreciable.

La sexta sonicación dio los siguientes valores:


0,102 0,108 0,158

0,099 0,109 0,158

0,100 0,107 0,161

Tabla 82: Medida de los valores de las absorbancias de las muestras de la tabla 76 en la sexta ronda desonicación.

El blanco es en este caso -0,008.

Ya para la sexta sonicación las absorbancias obtenidas son muy bajas por lo que nosería rentable realizarla en otras ocasiones.

Como los valores que se han medido de la absorbancia tras realizar la sexta sonicaciónno aportan una mejora, o por lo menos un valor más o menos razonable de absorbancia,se decidió no continuar porque las cantidades de grafeno obtenidas en adelante seríanmuy bajas y por tanto no serían rentables ya que la relación entre el tiempo que requiereel proceso y la cantidad de grafeno es muy mala.


En la gráfica se ve más claramente la evolución de los valores medios de lasabsorbancias en las sucesivas sonicaciones.

Gráfica 16: Comparación de los valores medios obtenidos de medir la absorbancia tras realizar variassonicaciones sucesivas para el SDS 1 mg/mL, exfoliadas mediante el sonicador de puntas, para un 20%

de amplitud, a la mitad del tubo, y durante 10 minutos.

La razón por la que la curva tiene esta forma es la siguiente: inicialmente se exfolia unacantidad determinada de grafeno, quedando parte a medio exfoliar, tras esto se pasa acentrifugar para que realmente se separe el grafeno más fino del resto, de esta manera enel fondo se encuentra grafito parcialmente exfoliado pero que se hunde debido a que esmás pesado que el grafeno, si a continuación se realiza una segunda sonicación se va aexfoliar una cantidad similar al caso anterior (debido a que el grafeno que se exfolia esmuy poco, y por tanto la cantidad de grafito que queda en el vaso es muy parecida a lainicial) más el grafito que se ha quedado a medias en la exfoliación anterior y quetermina de exfoliarse en esta sonicación, ocurre lo mismo para el caso de la tercerasonicación, sin embargo para la cuarta ya la cantidad de grafito que va quedando en elvaso va siendo significativamente menor por lo que se empieza a exfoliar menorcantidad, aunque se sigue aprovechando lo que queda a medias de la sonicaciónanterior.

Ya para el caso de la quinta y la sexta la cantidad que va quedando es muy baja y portanto hay menos grafito que exfoliar, además a su vez la cantidad que queda a mediastambién va siendo menor, todas estas razones hacen que la cantidad de grafeno que semide vaya siendo menores en estos puntos.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0 2 4 6 8

Abs

orba

ncia

Número de sonicación

Rondas de sonicaciones

Rondas desonicaciones


5.8 Recta de concentraciones.

La recta de concentraciones sirve para representar la cantidad de grafeno que se ve paradistintas diluciones respecto a la muestra inicial. Este proceso sirve principalmente para,a través de la ley de Lambert-Beer, poder sacar la cantidad que se obtiene de grafeno.Ya que la absorbancia es una medida proporcional a la concentración, no realmente unvalor de concentración aunque es una técnica muy adecuada de indicar la cantidad y decomparar distintas cantidades obtenidas.

El proceso que se ha seguido es muy sencillo, lo primero es preparar y medir unamuestra, de grafeno de 0,5 mg/mL en solución acuosa de SDS 1 mg/mL. Una vez que seha medido la absorbancia de la muestra inicial, se van haciendo sucesivas diluciones deésta, para de esta manera poder obtener la recta de manera más exacta. En este caso losvalores para los que se han medido y los resultados de estas medidas son:

Proporción degrafeno

100% 80% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

Concentraciónde grafeno

(mg/mL)0,5 0,4 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05

Blanco -0,013 -0,019 -0,011 -0,007 -0,011 -0,004 -0,013 -0,007

Medidas

0,202 0,177 0,143 0,116 0,094 0,071 0,046 0,0180,218 0,179 0,144 0,122 0,095 0,068 0,045 0,0190,217 0,178 0,141 0,117 0,092 0,064 0,043 0,0190,218 0,178 0,143 0,117 0,093 0,065 0,044 0,019

Media 0,21375 0,178 0,14275 0,118 0,0935 0,067 0,0445 0,01875

Tabla 83: Valores de las absorbancias para distintas diluciones respecto la concentración inicial.


Y la recta de las absorbancias respecto a sus concentraciones queda de la siguienteforma:

Gráfica 17: Representación de la recta para distintas concentraciones.

La recta tiene una tendencia lineal como era de esperar. A partir de la pendiente de la

misma se puede determinar el valor de Puesto que la pendiente de la recta 0,4375 es

igual a .b, siendo b el ancho de la cubeta de medida, que en nuestro caso era de 10

mm, es decir, 0,01 m, se calcula un valor de de 43,75 mL.mg-1.m-1.

En los trabajos publicados el valor de a partir de concentraciones de grafeno y no degrafito inicial es de aproximadamente 1400 mL.mg-1.m-1. Comparando nuestro valor

obtenido de para grafito con el de para grafeno de la bibliografía, podemosdeterminar que el rendimiento de exfoliación del método es de aproximadamente el3,13%. Por cada 100 mg de grafito inicial, se obtienen 3,13 mg de grafeno exfoliado enuna primera etapa de exfoliación. Como ya se ha explicado anteriormente, en etapassucesivas se aumenta el rendimiento, pudiendo realizarse hasta 4 o 5 etapas conrendimientos similares.

y = 0,4375x + 0,0029

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Concentración de grafito (mg/mL)

Abs

orba

ncia

(u.a

.)


5.9 Caracterización del grafeno.

Una vez fijadas todas las condiciones en las que se van a realizar los ensayos, y losmateriales a emplear, y con el grafeno obtenido se hace necesario caracterizar elmaterial logrado.

Con el termino caracterizar se quiere reflejar la identidad del grafeno, esto es ver siefectivamente lo que se obtiene es grafeno, o si por el contrario es surfactante, si lasláminas son monocapas, bicapas o multicapas, entre otras cualidades.

Para llevar a cabo esta caracterización se usa un microscopio, conocido como AFM(Atomic Force Microscopic).

Las muestras se prepararon tal como se ha explicado en el apartado 4.3.2.

Número de muestra Muestra

1 Mica

2 Mica + silano

3 Mica + silano + SDBS

4 Mica + silano + SDBS + grafeno

Tabla 84: Muestras preparadas para ver en el AFM.

Con el AFM se sacan principalmente tres imágenes que son:

- Topografía: que indica las diferencias entre las alturas, es como el perfil de lasalturas.

- Amplitud: es como una imagen del error de la topografía.- Fase: muestra a través del contraste la existencia de un material de composición

diferente a la del material base.

Las imágenes que resultan más interesantes para analizar son la topografía y la fase, porello son las imágenes que se van poner a continuación.

Para ir viendo cómo evoluciona el proceso según lo que se haya depositado en lamuestra se van a ir viendo las imágenes con diferentes componentes.

Las primeras fotografías tomadas son de la mica únicamente exfoliadas.


Figura 30: Imagen de la topografía de una muestra de mica tomada con el AFM.

Esta es la imagen correspondiente a la topografía, como se puede ver la superficie se vebastante homogénea en las tonalidades, lo cual es razonable porque no se ha añadidonada a la mica. La finalidad de haber tomado esta fotografía es que así se puede ver elcontraste a medida que se vayan añadiendo compuestos a la mica.

Figura 31: La imagen de la izquierda muestra la topografía de la muestra de mica y el gráfico de laderecha representa la altura de la zona donde se encuentra la línea blanca.


Se ha extraído esta gráfica para ver cómo quedaría el perfil de la topografía para la zonacorrespondiente a la línea blanca de la imagen de la izquierda, en ella se puede ver queaunque tiene como mucho ruido, se mantiene más o menos en un rango de valores muypróximos, lo cual indica que no hay cambios de altura importantes debido a laexistencia de algún otro material.

Para esta muestra en la que sólo hay mica no resulta interesante adjuntar una imagen dela fase ya que se no se vería ningún tipo de contraste como ocurre en este caso con latopografía.

A continuación se ha observado al microscopio una muestra con mica, el APS y elsurfactante, que en este caso el surfactante empleado ha sido el SDBS. El APS hace lasfunciones de “adhesivo”.

Figura 32: Imagen de la topografía de una muestra con mica, APS, y surfactante.


En esta imagen se ve la topografía de la muestra, como se puede ver en la fotografía hayzonas más claras y otras más oscuras, esto refleja la diferencias de alturas entre unaszonas y otras, lo cual muestra que hay como bolitas de algún material.

Figura 33: A la izquierda se muestra la imagen de la topografía que se ha obtenido con el AFM, y laimagen de la derecha es un gráfico sacado de la zona de la línea blanca.

Al igual que con el caso de la mica se ha sacado el perfil en forma de gráfica en una delas zonas donde parece según indica la imagen de la topografía que podría haber unagota o bola de otro material. Es este caso la gráfica muestra que claramente hay algoque tiene una altura mayor ya que sale un pico.


Figura 34: Imagen de la fase de la muestra de mica, con APS, y surfactante.

Esta imagen se corresponde con la fase de la zona que se observaba en topografíaanterior. Se puede distinguir que hay un material diferente a la mica en la misma zonadonde se encontraba en pico mostrado en la topografía. Se ve que es un materialdiferente debido a que hay un contraste en la imagen, un contraste de color, ya que lazona donde se observa solo la mica, está en tonos marrones y la zona del surfactanteesta en blanco.

Y ya por último se ha preparado una muestra con la mica, el APS, el surfactante ygrafeno, con la idea de ver cuál es la forma del grafeno.


Figura 35: Imagen de la topografía de una muestra de la mica, con APS, surfactante y el grafeno.

En esta imagen se muestra la topografía correspondiente a esta última muestra, se venzonas con diferentes alturas por el contraste de color entre lo que es la mica que se ve entonalidades más oscuras y a medida que la altura va aumentando los tonos se vanhaciendo más claros.

En este caso la imagen que se ha captado de la topografía no era muy clara por lo que seañade la de la amplitud que ofrece una fotografía más nítida, y da una mejor idea de loque se está viendo.


Figura 36: Imagen de amplitud de una muestra con mica, APS, surfactante y grafeno.

La amplitud muestra una lámina de grafeno, se puede ver distinguir que es grafeno y nosurfactante como en el caso anterior por la forma que tiene. En este caso la muestrapresenta los lados más definidos y rectos, si fuera surfactante como en el caso anterior,la forma que aparecería sería más aleatoria y redondeada como si fuera una gota, dehecho se puede apreciar en esta misma imagen pequeñas gotitas de surfactante, que sonlos puntos que están dispersos y tienen una forma menos definida.


Por último es conveniente ver la fotografía tomada de la fase.

Figura 37: Imagen de la fase de una muestra de mica, con el APS, el surfactante y el grafeno.

En este caso, al igual que el anterior, también se ve diferencias en las tonalidades de loque es la lámina de grafeno y la mica o los pequeños restos de surfactante. Existemucho contraste entre los materiales ya que el grafeno presenta una composicióndiferente a la de la mica o la del surfactante, con lo que la punta del microscopiointeraccionará con el de manera diferente.

De esta manera se comprueba que efectivamente lo que se puede ver en la imagen dearriba es efectivamente una pequeña lámina de grafeno, tanto por la forma que tienecomo por el material diferente que muestra la fase.

Es importante destacar el tamaño tan pequeño que tiene como se puede ver por la escalaque viene en la imagen.


5.10 Aplicación del grafeno a adhesivos.

Se realiza la aplicación de distintos nanomateriales a un adhesivo con la idea es intentarsacar conclusiones en cuanto a la variación de las propiedades de éstos al añadir otrosmateriales, y ver cuál es el que reporta un mejor resultado.

Se van a preparar lotes de 5 muestras compuestas de dos láminas de aluminio unidasmediante un adhesivo, que posteriormente se van a ensayar a tracción. Para podercomparar resultados se han realizado lotes de adhesivo solamente, de adhesivo connanotubos de carbono, adhesivo con óxido de grafeno (GO) y por último con grafeno enpolvo.

Para conseguir las dimensiones indicadas en la norma se han cortado planchas deAluminio 6082 T6 de 500x500 mm de espesor medio 1,5 mm con una cizalla donde sehan obtenido los substratos que van a ser pegados. Los substratos se han ajustado a lasespecificaciones que indica la norma UNE-EN 1465:2009 para cada ensayo [UNE_09].

Una vez que se han realizado las láminas de aluminio, de acuerdo con las medidas de lanorma, se procede a realizar un tratamiento superficial de éstas para facilitar la posterioradición del adhesivo. En este caso se ha limpiado primero la superficie con undisolvente orgánico, etilmetilcetona (MEK). Para después proceder a chorrear con

alúmina de 50 m de tamaño de grano, la zona de la lámina que se va a adherir.

Las láminas ya están preparadas por lo que ahora es necesario elegir el adhesivo que seva a emplear. En este caso, es un adhesivo epoxi de baja viscosidad de la marca Henkelcuyo modelo es el Hysol 9483. Este adhesivo está formado por dos componentes (losdatos técnicos del adhesivo se encuentran recogidos en detalle en el Anexo 1).

Ya por último hay que aplicar el adhesivo, para ello se usa un pistola como la de laimagen siguiente en cuya boquilla se mezclan los dos componentes que forman eladhesivo.


Figura 38: Pistola para la aplicación del adhesivo.

Como el adhesivo se va a mezclar con diferentes compuestos es necesario calcular elvolumen de cada uno para preparar la mezcla. Quedando éste igual a 0,25 cm3, por loque para las 5 muestras que se desean preparar hace un total de 1,25 cm3. Por otro ladohay que calcular la densidad del adhesivo, en este caso el que se va a utilizar estácompuesto por dos materiales que se mezclan en la boquilla de la pistola. La relación esde 2:1, dando una densidad de conjunto de 1,13 g/ cm3.

Si se quiere tener una concentración de 0,5 % de carga en peso, se necesitará unacantidad de 5,65 mg. Que si lo multiplicamos por 7 para obtener 7 cm3 de adhesivo, senecesita una cantidad de 7,91 g de adhesivo y 39,55 mg de material a añadir (nanotubosde carbono, GO o grafeno en polvo, según sea el caso.

Si se hace lo mismo pero para 10 cm3 de adhesivo, se requieren 11,3 g de adhesivo, y56,5 mg del material a añadir al adhesivo.

Una vez que se han pesado las cantidades necesarias para preparar las muestras seprocede a mezclar el material con el adhesivo, para ello se introduce el vaso en elsonicador en el que se va a sonicar 5 segundos seguido de 15 segundos de descansopara que la muestra no se caliente mucho, además de esto para refrigerar mejor seintroduce el tubo en agua.

Para el caso de los nanotubos de carbono la muestra está compuesta por 7,92 g deadhesivo y 39,5 mg de nanotubos, para el GO se han añadido 5,69 g de adhesivo y 28,4mg de GO. Para el caso del grafeno la muestra está compuesta por 5,75 g de adhesivo y29,0 mg de G.


Una vez preparadas las mezclas se procede a aplicárselo a las láminas de aluminio, paraello éstas se disponen de la siguiente forma:

Figura 39: Esquema de montaje de las probetas [EVAP10].

A la hora de aplicar el adhesivo conviene hacerlo abarcando todo el ancho de la láminay en zig-zag de manera que todas las zonas de contacto entre láminas quedan bienpegadas. Tras aplicar el adhesivo hay que fijarse si se han formado algunas burbujas ensu interior, si es así hay que intentar romperlas, ya que éstas hacen que la unión sea másfrágil. El adhesivo sobrante se quita con cuidado para que las láminas no sedescoloquen.

Tras añadir el adhesivo se coloca sobre las probetas un peso para que éstas se peguenbien, y se dejan curar al menos 24 horas.

Cuando ya ha pasado el tiempo de curado se quitan las rebabas que se han formado enlos laterales y se procede a su ensayo.

El ensayo que se va a realizar a las probetas es un ensayo de cizalla por tracción, paradeterminar la unión adhesiva y la manera en que ésta rompe.

Para ello se realiza según la norma UNE-EN 1465:2009 Adhesivos. Determinación de laresistencia a la cizalla por tracción de montajes pegados solapados, donde es estipulantanto las dimensiones de las probetas normalizadas como las condiciones específicas depreparación y ensayo.


La máquina utilizada es una máquina universal, en la que se va a ejercer una fuerzacomo la indicada en la figura siguiente:

Figura 40: Esquema de las fuerzas sobre las probetas [EVAP10].

Las distancias a las que se debe sujetar la probeta vienen marcadas por la norma UNEsiguiendo el siguiente esquema:

Figura 41: Planos para la sujeción en el ensayo de cizalla por tracción [UNE].

Para proceder al ensayo se colocan las probetas simétricamente en las mordazas,estando cada mordaza aproximadamente a 50 mm del borde más próximo delsolapamiento. Una vez fijadas las probetas se pone en funcionamiento la máquina deforma que la velocidad de desplazamiento de las mordazas sea constante. El ensayotermina cuando la probeta se rompe, así se puede determinar la fuerza y la tensión.


Los resultados para el caso de sólo adhesivo son los siguientes:

F (N) R (Mpa)

B1 2085 6,672

B2 2009 6,429

B3 1880 6,017

B4 1921 6,147

B5 1796 5,747

Valor medio 1938 6,202

Tabla 85: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta con sólo adhesivo.

Para el caso del adhesivo mezclado con óxido de grafeno (GO) se obtuvieron lossiguientes resultados:

F (N) R (Mpa)

GO1 1967 6,293

GO2 1794 5,741

GO3 2242 7,175

GO4 2420 7,744

GO5 2252 7,205


Tabla 86: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo con óxido de grafeno.


Para la mezcla del adhesivo con nanotubos de carbono (CNT) los resultados son:

F (N) R (Mpa)

CNT1 2253 7,208

CNT2 1959 6,268

CNT3 2072 6,63

CNT4 2071 6,627

CNT5 2215 7,087


Tabla 87: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo con nanotubos decarbono.

Y finalmente el adhesivo con grafeno (G):

F (N) R (Mpa)

G1 2144 6,860

G2 2195 7,024

G3 2280 7,296

G4 1998 6,393

G5 2082 6,662


Tabla 88: Valores de la fuerza y la resistencia de la probeta mezclando el adhesivo con grafeno


Si se analizan los resultados de los distintos tipos de mezcla se puede ver que losvalores medios son muy similares entre ellos, siendo ligeramente superior en los casosen que se emplean nanocargas en el adhesivo.

Al cargar el adhesivo con GO, la dispersión de resultados es bastante alta como seaprecia en la gráfica 18, debido a que la homogeneización de la mezcla resulta difícil. ElGO se dispersa muy mal en el adhesivo epoxi a pesar de emplear un método mecánico yun sonicador para ello.

El hecho de que no se produzca mucha mejoría con las nanocargas en el sistemaadhesivo puede deberse a que el fallo de la unión adhesiva es de tipo adhesivo, es decir,la separación se produce entre el adhesivo y la superficie, en vez de cohesivo, conseparación dentro del propio adhesivo, como sería deseable.

Por ello, para discernir si realmente se mejoran las propiedades de adhesión del epoxicon las nanocargas, se deberá realizar un tratamiento superficial más agresivo que elchorreado con alúmina, por ejemplo, una preparación de la superficie con un agente deacoplamiento tipo silano, o un tratamiento de ataque químico.

Se propone realizar ambos estudios como trabajo de continuación del presente proyecto,así como la aplicación del grafeno exfoliado en cementos óseos, en resinas para formarmateriales compuestos y en mortero para construcciones con alto valor añadido.

Gráfica 18: Comparación de los distintos tipos de mezcla

.

0

500

1000

1500

2000

2500


Fuer

za d

e ro

tura

(N

)

Tipo de adhesivo

131 Capítulo 6.- Conclusiones.

Capítulo 6.- Conclusiones.

Los surfactantes empleados para la exfoliación del grafito en el presente proyecto,el SDBS y el SDS, han dado resultados similares a los que se han estudiado en otrasocasiones, el NMP y el DMA y que se encuentran detallados en la bibliografía. Laventaja del uso de los dos primeros es que resultan mucho más baratos paraproducción de grafeno a gran escala.

Para el caso del SDBS el mejor resultado se ha obtenido para una concentración de0,7 mg/mL de surfactante en disolución acuosa con un 10% de etanol, mientraspara el caso del SDS se ha visto que el óptimo se encontraba en la concentración de1 mg/mL de surfactante en disolución acuosa.

Además de determinar el tipo y la concentración de surfactante idóneo para laexfoliación del grafito, ha sido importante la observación realizada respecto a lautilización del baño de ultrasonidos, en el cual la repitibilidad de las medidas, aunestando las muestras muy juntas y sujetas para que no se muevan, es muy baja, porlo que se utilizó el sonicador de puntas que ofrecía una mayor seguridad en lasmedidas.

Una idea de gran interés es que se puede reutilizar el grafito que se queda tras lacentrifugación de la muestra exfoliada, por lo que se puede aprovechar más elgrafito, si bien en las primeras sonicaciones da mejores valores de absorbancia, locual es indicativo de mayor capacidad de exfoliación inicial. Tras 4 sonicacionesseguidas de la misma muestra de grafito el rendimiento en la exfoliación disminuyenotablemente.

Además se ha visto que el grafeno así obtenido permanece en suspensión durante almenos 14 días, decantando una cantidad mínima La velocidad de decantación esmayor durante las primeras horas y disminuye a medida que avanza el tiempo.

El rendimiento de exfoliación en una única etapa es de alrededor del 3,13%, si bienen sucesivas etapas se puede multiplicar este valor por 4.

Las láminas de grafeno obtenidas tienen un espesor entre 1 y 10 nm lo que suponeque tiene entre 1 y 10 monocapas.

132 Capítulo 6.- Conclusiones.

Al aplicar el grafeno a un adhesivo epoxi, se obtienen ligeras mejoras den elcomportamiento de adhesión, similares a las obtenidas al aplicar otras nanocargascomo nanotubos de carbono y óxido de grafeno. Se espera mejorar los resultadoscon tratamientos superficiales más agresivos sobre los sustratos a adherir.

133 Capítulo 7.- Bibliografía.

Capítulo 7.- Bibliografía.

[CALL__] Facultad de Ingeniería eléctrica y electrónica, “El grafeno”, UniversidadNacional del Callao.

[ZOHO__] “Grafeno”,https://export.writer.zoho.com/public/jaracruz/welcome/fullpage

[BLAN07] Blanca de la Cruz, “Métodos de síntesis de nanotubos de carbono”,http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2008/04/07/metodos-de-sintesis-de-nanotubos-de-carbono/. Abril 2007

[VICE09] Vicente López Fernández, “Nanomateriales basados en carbono”, Facultad deCiencias, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid 2009.

[FRAN12] Dr. Francisco Guinea, “Todo sobre el grafeno. Propiedades exóticas yutilidades tecnológicas e industriales”.http://maestroviejo.wordpress.com/2012/05/09/todo-sobre-el-grafeno-propiedades-exoticas-y-utilidades-tecnologicas-e-industriales-seminario-del-dr-francisco-guinea.

Mayo 9, 2012.

[IVAN10] Iván García Cubero, “La física del grafeno”,http://www.wisphysics.es/2010/10/la-fisica-del-grafeno Octubre 2010

[YENN08] Yenni Hernández, Valeria Nicolosi, Mustafa Lotya, Fiona M. Blighe,Zhenyu Sun, Sukanta De, I.T. McGovern, Brendan Holland, Michele Byrne, Yurii K.Gun’ko, Jonh J.Boland, Peter Niraj, Georg Duesberg, Satheesh Krishnamurthy, RobbieGoodhue, John Hutchison, Vittorio Scardaci, Andrea C.Ferrari, Jonathan N. Coleman,

“High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite”, NatureNanotechnology, vol 3, Septiembre 2008.

[GRAF11] “Principales usos del grafeno en la industria”.http://grafeno.com/principales--usos-del-grafeno-en-la-industria. Junio 2011.

[ADRI11] Adrián Egea, “El grafeno en la electrónica”, Homo Digitalis,http://revistahomodigitalis.wordpress.com/2011/02/03/el-grafeno-en-la-electronica/Febrero 2011.


[PABL11] Pablo Solis Fernández, “Modificación superficial de materiales de carbono:grafito y grafeno”, Memoria de Tesis Doctoral, Departamento de Ciencias de losMateriales e Ingeniería Metalúrgica, Universidad de Oviedo, 2011.

[PACE__] Pablo César Heredia S. “Surfactantes”,http://www.monografias.com/trabajos14/tensoactivos/tensoactivos.shtml.

[ROSS12] Rossy Garza, “Surfactantes”, http://prezi.com/dwy7v_p33b0k/surfactantes/Octubre 2012.

[GRAF12] “Propiedades del grafeno varían ante la presencia de otros materiales”,http://grafeno.com/propiedades-del-grafeno-varian-ante-presencia-de-otros-materiales/Agosto 2012.

[SOLO__] “El grafeno es mejor que los nanotubos de carbono para hacer materialesresistentes a las fisuras”, http://solociencia.com/quimica/10060903.htm (coordinado porMauricio Luque).

[JOSE__] José Luis Valverde de Palomino, “Grafeno”, Catedrático de IngenieríaQuímica, http://moleculauclm.wordpress.com/investigacion.

[JVST07] I.M. Frank, D. M. Tanenbaum, A. M. van der Zande, P.L.McEuen,“Mechanical properties of suspended graphene sheets”, American Vacuum Society,http://www.lassp.cornell.edu/lassp_data/mceuen/homepage/Publications/JVSTB_Pushing-Graphene.pdf, 2007.

[IVAN12] Iván García Cubero, “Duelo de carbonos grafeno contra grafino”,http://www.wiphysics.es/2012/03/duelo-de-carbonos-grafeno-contra-grafino, Marzo2012.

[RODO__] Rodolfo R. Sánchez, Químico industrial, Cuba,http://nanotubosdecarbono.com

[MARI__] María Jesús Rivas Martínez, José Román Ganzer, María Luisa CosmeFuertas, “Aplicaciones actuales y futuras de los nanotubos de carbono”, miod, vt,Informe de vigilancia tecnológica.

[ANGE__] Dr. Ángel Herráez, “Las asombrosas estructuras del carbono: fullerenos,grafenos y nanotubos”, Departamento de Bioquímica y Biología Molecular,Universidad de Alcalá.

[ANTO10] Grupo Antolín nano fibras (aitiip, grupo tecnológico), “Nanofibras decarbono para el desarrollo de materiales compuestos multifuncionales”,http://www.aitiip.com/noticias/nanofibras-de-carbono-para-el-desarrollo-de-materiales-compuestos-multifuncionales.html, 2010.


[MEAR06] Ministerio de Educación de la Nación de Argentina,http://aportes.educ.ar/quimica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nanotecnologia/tipos_de_nanotecnologia.php, 2006.

[TERE__] Mª Teresa Cuberes Monserrat, Catedrática de Ciencias de los Materiales,http://www.uclm.es/cr/EUP-ALMADEN/aaaeupa/boletin_informativo/pdf/boletines/7NANOTECNOLOG%C3%8DA,%20ACTUALIDAD%20Y%20FUTURO.pdf

[BELL11] Belle Dumé, “El grafeno podría ayudar a crear células solares perfectas”,Nature, grafeno.com, Octubre 2011.

[GRAR12] “Registran nuevo record de eficiencia en células solares basadas engrafeno”, grafeno.com, Junio 2012.

[DAVI12] David Cohen-Tanugi, Jeffrey C. Grossman, “Water Desalination acrossNanoporous Graphene”, Nano Letters, Departamento de Ciencias Materiales eIngeniería, MIT, 2012.

[JIWO12] Jiwoong Park, David A. Muller, Mark Levendorf, Cheol-Joo Kim, “Nuevatécnica permitirá crear chips ultradelgados basados en grafeno”, Cornell University,Agosto 2012.

[CHRI10] Christian Pérez, “Investigadores desarrollan la primera pantalla táctil degrafeno”, http://www.fayerwayer.com/2010/06/investigadores-desarrollan-la-primera-pantalla-tactil-de-grafeno/, Junio 2010.

[GRAP12] “Papel electrónico flexible basado en grafeno será una realidad en 2015”,http://grafeno.com/papel-electronico-flexible-basado-en-grafeno-sera-una-realidad-en-2015/, Octubre 2012.

[SILV10] Silvia Angiola, “Los nanomateriales listos para causar gran impacto en laconstrucción”, http://axxon.com.ar/noticias/2010/07/los-nanomateriales-listos-para-causar-gran-impacto-en-la-construccion/, Julio 2010.

[BESE__] A. Besednjak, “Los materiales compuestos”, Universidad Politécnica deCatalunya.

[MING12] Ming Cai, “Efecto interfases en material compuesto CNT-Epoxi:Propiedades mecánicas”, Proyecto fin de carrera, Directores: Olga Martín Cádiz y JoséJoaquín Atencia Frías, Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e IngenieríaQuímica, Universidad Carlos III, Ingeniería Industrial Superior Curso 2011/2012,Madrid.

[RAMO__] Ramón Carbajales Pereira, Inspector Naval, “Materiales Compuestos dematriz polimérica”, www.axomaga.com


[UNE_09] UNE-EN 1465:2009 “Adhesivos. Determinación de la resistencia a la cizallapor tracción de montajes pegados solapados”, 2009.

[EVAP10] Eva Paz, Proyecto Fin de Carrera, 2010, Madrid.

Technical Data Sheet

Hysol® 9483™March-2008

PRODUCT DESCRIPTIONHysol® 9483™ provides the following product characteristics:Technology EpoxyChemical Type (Resin) EpoxyChemical Type(Hardener)

Amine

Appearance (Resin) Colorless liquidLMS

Appearance (Hardener) Colorless liquidLMS

Appearance (Mixed) Ultra clear pasteComponents Two part - Resin & HardenerViscosity LowMix Ratio, by volume -Resin : Hardener

2 : 1

Mix Ratio, by weight -Resin : Hardener

100 : 46

Cure Room temperature cure after mixingApplication BondingSpecific Benefit Minimal shrinkage

Ultra clear adhesive bondline Excellent impact resistance Excellent dimensional stability

over a wide temperature range Resistant to a wide range of

chemicals and solventsMaximum Gap 0.25 mm

Hysol® 9483™ is a low viscosity, industrial grade epoxyadhesive. Once mixed, the two-part epoxy cures at roomtemperature. Hysol® 9483™ is suitable for bonding and pottingwhere optical clarity and high strength are required. Ideal forbonding decorative panels and displays.

TYPICAL PROPERTIES OF UNCURED MATERIALResin PropertiesSpecific Gravity @ 25 °C 1.13 to 1.18LMS

Flash Point - See MSDSThixotropic Index 1Viscosity, Brookfield - RVT, 25 °C, mPa·s (cP):Spindle 6, speed 20 rpm 5,000 to 12,000LMS

Hardener PropertiesSpecific Gravity @ 25 °C 1.05 to 1.11LMS

Flash Point - See MSDSThixotropic Index 1Viscosity, Brookfield - RVT, 25 °C, mPa·s (cP):Spindle 5, speed 50 rpm 1,000 to 3,000LMS

Mixed PropertiesViscosity, Brookfield , 25 °C, mPa·s (cP):Spindle 6, speed 20 rpm 3,000 to 11,000

Pot Life @ 22 °C, minutes:100 g mass 25 to 60LMS

TYPICAL CURING PERFORMANCEFixture TimeFixture time is defined as the time to develop a shear strength of 0.1N/mm².Fixture Time, @ 22 °C, hours 3.5

Cure Speed vs. Time/TemperatureHysol® 9483™ develops complete cure within 3 days at roomtemperature. The rate of cure will depend on the ambienttemperature, elevated temperatures may be used to acceleratethe cure. The graph below shows the shear strength developedwith time on grit blasted steel lap shears at differenttemperatures and tested according to ISO 4587.

% o

f Ful

l Str

engt

h on

GB

MS

Cure Time

125

100

75

50

25

00 5min10min30min1h 3h 6h 24h 72h1wk 1mth

80 °/ 100 °C

40 °C 22 °C

TYPICAL PROPERTIES OF CURED MATERIAL4 mm thick samples cured for 7 days @ 22 °C

Physical Properties:Coefficient of Thermal Expansion ISO 11359-1, K-1:

Temperature Range: 20 °C to 45 °C 50×10-6

Temperature Range: 55 °C to 200 °C 164×10-6

1.2 mm thick samples cured for 7 days @ 22 °CPhysical Properties:Coefficient of Thermal Conductivity, ISO 8302,W/(m·K)

0.3

Shore Hardness, ISO 868, Durometer D 65Glass Transition Temperature, ASTM E 1640, °C 61Elongation , ISO 527-3,% 3.2Tensile Strength, ISO 527-3 N/mm² 47

(psi) (6,800)Tensile Modulus , ISO 527-3 N/mm² 2,100

(psi) (300,000)Compressive Strength, ISO 604 N/mm² 78

(psi) (11,000)

Electrical Properties:Dielectric Breakdown Strength, IEC 60243-1, kV/mm 30Volume Resistivity, IEC 60093, Ω·cm 7×1018

Surface Resistivity, IEC 60093, Ω 4×1015

Dielectric Constant / Dissipation Factor, IEC 60250:1-kHz 4.3 / 0.011-MHz 3.7 / 0.0510-MHz 3.5 / 0.05

TDS Hysol® 9483™, March-2008

TYPICAL PERFORMANCE OF CURED MATERIALAdhesive Properties

Cured for 5 days @ 22 °CLap Shear Strength , ISO 4587:

Mild Steel (grit blasted) N/mm² 23 (psi) (3,300)

Aluminum (abraded)(Silicon Carbide Paper, A166 grit, P400A grade)

N/mm² 10 (psi) (1,500)

Aluminum (anodised) N/mm² 21 (psi) (3,100)

Stainless Steel N/mm² 10 (psi) (1,500)

Polycarbonate N/mm² 3.3 (psi) (480)

Nylon N/mm² 2.4 (psi) (350)

Wood (Fir) N/mm² 12 (psi) (1,800)

ABS N/mm² 4 (psi) (580)

GRP (Polyester resin matrix) N/mm² 2 (psi) (290)

Glass Fiber Reinforced Epoxy N/mm² 13 (psi) (1,900)

Tensile Strength , ISO 6922:Mild steel pin (grit blasted) to Soda glass N/mm² 13

(psi) (1,900)

180° Peel Strength, ISO 8510-2:Mild Steel (grit blasted) N/mm 1.5

(lb/in) (8.6)

TYPICAL ENVIRONMENTAL RESISTANCECured for 5 days @ 22 °CLap Shear Strength , ISO 4587:

Mild Steel (grit blasted)

Hot StrengthTested at temperature

Shea

r Str

engt

h - N

/mm

²

Temperature, °C

25

20

15

10

5

0-55 -35 -15 5 25 45 65 85 105 125 145

Heat AgingStored at temperatures indicated and tested at 22°C.

% In

itial

Str

engt

h

Cure Time, hours

175

150

125

100

75

50

25

00 100 500 1000

120 °C

150 °C

Chemical/Solvent ResistanceImmersed in conditions indicated and tested at 22 °C. % of initial strengthEnvironment °C 500 h 1000 hAir 87 155 150Motor oil (10W30) 87 160 145Unleaded gasoline 22 120 110Water/glycol 50/50 87 115 105Salt/Fog ASTM B-117 22 70 8598% RH 40 105 100Condensing Humidity 49 90 90Water 22 100 90Acetone 22 100 105Isopropanol 22 120 120

Chemical/Solvent ResistanceImmersed in conditions indicated and tested at 22 °CTensile Strength , ISO 6922:Mild steel pin (grit blasted) to Soda glass

% of initial strengthEnvironment °C 500 h 1000 hAir 22 180 18598% RH 40 155 165

GENERAL INFORMATIONThis product is not recommended for use in pure oxygenand/or oxygen rich systems and should not be selected asa sealant for chlorine or other strong oxidizing materials.

For safe handling information on this product, consult theMaterial Safety Data Sheet, (MSDS).

Where aqueous washing systems are used to clean thesurfaces before bonding, it is important to check forcompatibility of the washing solution with the adhesive.

Directions for use1. For best performance surfaces for bonding should be

clean, dry and free of grease. For high strength structuralbonds, special surface treatments can increase the bondstrength and durability.

Americas+860.571.5100

Europe+49.89.320800.1800

Asia+86.21.2891.8863

For the most direct access to local sales and technical support visit: www.henkel.com/industrial

TDS Hysol® 9483™, March-2008

2. To use, resin and hardener must be blended. Product canbe applied directly from dual cartridges by dispensingthrough the mixer head supplied. Discard the first 3 to 5cm of bead dispensed. Using bulk containers, mixthoroughly by weight or volume in the proportionsspecified in the Product Description Matrix. For handmixing, weigh or measure out the desired amount of resinand hardener and mix thoroughly. Mix approximately 15 seconds after uniform color is obtained.

3. It is recommended that this product is not mixed andcured in bulk quantities of greater than 500 g asexcessive heat build-up can occur. Mixing smallerquantities will minimize the heat build-up.

4. Apply the adhesive as quickly as possible after mixing toone surface to be joined. For maximum bond strengthapply adhesive evenly to both surfaces. Parts should beassembled immediately after mixed adhesive has beenapplied.

5. For working life please see section 'Typical Properties ofUncured Material'. Higher temperatures and largerquantities will shorten this working time.

6. Keep the assembled parts from moving during cure. Thejoint should be allowed to develop full strength beforesubjecting to any service loads.

7. Excess uncured adhesive can be wiped away with organicsolvent (e.g. Acetone).

8. After use and before adhesive hardens, mixing andapplication equipment should be cleaned with hot soapywater.

Loctite Material SpecificationLMS

LMS dated July-26, 2005. Test reports for each batch areavailable for the indicated properties. LMS test reports includeselected QC test parameters considered appropriate tospecifications for customer use. Additionally, comprehensivecontrols are in place to assure product quality andconsistency. Special customer specification requirements maybe coordinated through Henkel Quality.

StorageStore product in the unopened container in a dry location. Storage information may be indicated on the product containerlabeling.Optimal Storage: 8 °C to 21 °C. Storage below 8 °C orgreater than 28 °C can adversely affect product properties.Material removed from containers may be contaminated duringuse. Do not return product to the original container. HenkelCorporation cannot assume responsibility for product whichhas been contaminated or stored under conditions other thanthose previously indicated. If additional information is required,please contact your local Technical Service Center orCustomer Service Representative.

Conversions(°C x 1.8) + 32 = °FkV/mm x 25.4 = V/milmm / 25.4 = inchesN x 0.225 = lbN/mm x 5.71 = lb/inN/mm² x 145 = psiMPa x 145 = psiN·m x 8.851 = lb·inN·m x 0.738 = lb·ftN·mm x 0.142 = oz·inmPa·s = cP

NoteThe data contained herein are furnished for information onlyand are believed to be reliable. We cannot assumeresponsibility for the results obtained by others over whosemethods we have no control. It is the user's responsibility todetermine suitability for the user's purpose of any productionmethods mentioned herein and to adopt such precautions asmay be advisable for the protection of property and of personsagainst any hazards that may be involved in the handling anduse thereof. In light of the foregoing, Henkel Corporationspecifically disclaims all warranties expressed or implied,including warranties of merchantability or fitness for aparticular purpose, arising from sale or use of HenkelCorporation’s products. Henkel Corporation specificallydisclaims any liability for consequential or incidentaldamages of any kind, including lost profits. The discussionherein of various processes or compositions is not to beinterpreted as representation that they are free fromdomination of patents owned by others or as a license underany Henkel Corporation patents that may cover suchprocesses or compositions. We recommend that eachprospective user test his proposed application before repetitiveuse, using this data as a guide. This product may be coveredby one or more United States or foreign patents or patentapplications.

Trademark usageExcept as otherwise noted, all trademarks in this documentare trademarks of Henkel Corporation in the U.S. andelsewhere. ® denotes a trademark registered in the U.S.Patent and Trademark Office.

Reference 1.1

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Europe+49.89.320800.1800

Asia+86.21.2891.8863

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obtenciÓn de grafeno mediante mÉtodos quÍmicos … · 2 (b) reproducirla en un soporte digital...

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