Índice de contenidos:
1. Reciclabilidad y sostenibilidad 2. Calefacción y gestión térmica 3. Nanocarbonos en materiales compuestos 4. Etiquetado de combustibles para su autentificación 5. Filtración 6. Grafeno en textiles electrónicos 7. Grafeno en supercondensadores 8. Grafeno en baterías de ánodos de Si 9. Escalado de grafeno CVD R2R 10. Grafeno R2R CVD en baterías de iones de litio 11. Recubrimientos anticorrosivos 12. Biosensores y aplicaciones electrónicas del grafeno CVD
Hola a todos. Soy el Dr. Khasha Ghaffarzadeh, director general de TechBlick (www.TechBlick.com). Llevo más de diez años siguiendo y analizando la industria del grafeno, los nanotubos de carbono y los materiales 2D. He publicado los principales informes de mercado, he participado en todas las conferencias importantes y he llevado a cabo numerosos estudios de consultoría y de diligencia debida para la inversión. He visto todos los altibajos en este periodo y he colaborado estrechamente con todos los actores clave en todo el mundo. En este artículo, ofreceré un recorrido por algunos desarrollos interesantes en este campo que demuestran cómo la industria está madurando y encontrando diversas aplicaciones. Hablaré de las aplicaciones del grafeno en disipadores de calor, revestimientos anticorrosión, calefacción de gran superficie, tuberías de HDPE reciclado, electrodos de supercondensadores R2R, baterías de ánodos de Si, automoción, marcadores de combustible, biosensores, electrodos de baterías de iones de litio, ultrafiltración, materiales compuestos, e-textiles, etc.
En TechBlick, cada año ofrecemos más de 350 charlas seleccionadas a mano sobre tecnologías emergentes. Con un único pase anual, podrá participar en todos nuestros eventos en vivo en línea, mezclarse y relacionarse realmente con la comunidad en línea, y participar en nuestras clases magistrales. Vea cómo funciona nuestra red de contactos y la mezcla virtual aquí.
Hemos reunido el mejor cartel de ponentes hasta la fecha para nuestra próxima conferencia LIVE, que tendrá lugar los días 14 y 15 de abril de 2021 y abarcará el grafeno, los nanocarbonos y los materiales 2D. Nuestro programa reúne a destacados usuarios finales, grandes productores y prometedoras empresas emergentes. Cuenta con ponentes como LG Electronics, ABB, Fiat, Tata Steel, Gerdau, Tungshu, Thales, Inov-8, Varta, ASML, BASF, Cabot, IP Group, Raymor/PPG, NanoXplore, Qenos, Avanzare, Sixth Element, Cardea Bio, VTT, Grapheal y muchos otros.
Puede ver la agenda completa aquí Puede adquirir su pase anual por sólo 400 euros al año utilizando el código de descuento del 20% Graph20 hasta el 3 de abril de 2021.
Si quieres hablar de este evento o de la serie de eventos de TechBlick en general, reserva una reunión conmigo (Khasha) aquí.
Entre los ponentes se encuentran:
Reciclabilidad y sostenibilidad
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Los datos que figuran a continuación proceden de NanoXplore, uno de nuestros expositores y patrocinadores. Tiene su sede en Montreal (Canadá) y es líder mundial en términos de ampliación, habiendo puesto en marcha una capacidad de producción de 4.000 tpa con el objetivo de seguir ampliando hasta 10.000 tpa.
El gráfico de la derecha compara la rigidez del HDPE virgen, un material habitual para las tuberías de gas y fluidos industriales, con un HDPE compuesto por un 55% de material reciclado junto con un 1wt% de aditivos de grafeno de NanoXplore. Muestra que la rigidez no cambia. El gráfico de la izquierda muestra que el material reciclado con 1wt% de aditivos de grafeno puede conservar sus propiedades mecánicas después de 3000 horas de exposición a los rayos UV y a la intemperie. Otros KPIs también mejoran o permanecen sin cambios.
Los datos pueden facilitar la adopción del HDPE reciclado en las tuberías. Dado el gran tamaño del mercado, incluso con una carga del 1wt%, esto puede traducirse en una aplicación de gran volumen.
Para conocer las últimas novedades de NanXplore y mezclarse con su equipo, únase a nuestro evento TechBlick sobre grafeno, nanocarbonos y materiales 2D los días 14 y 15 de abril de 2021.
Las credenciales ecológicas del grafeno van más allá. En general, la creciente concienciación sobre la economía circular repercutirá profundamente en los requisitos de los futuros aditivos y rellenos funcionales en los compuestos de polímeros. BASF, uno de nuestros presentadores principales, argumentará que el grafeno se ajusta a los requisitos futuros, ya que "no introduce elementos extraños en el flujo de materiales poliméricos y tiene un impacto mucho menos negativo en la procesabilidad y/o la mecánica del polímero en comparación con otros rellenos funcionales".
Esta tendencia hacia el grafeno verde se manifiesta también en las empresas emergentes de grafeno. Un buen ejemplo es Bright Day Graphene AB. Su objetivo es desarrollar y posteriormente ampliar un proceso de producción de grafeno basado en la biomasa.
Únase a la comunidad TechBlick por 400 euros al año (fecha límite: 3 de abril de 2021) para escuchar a BASF, NanoXplore y Bright Day Graphene y mezclarse con ellos.
Calefacción y gestión térmica
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El grafeno tiene excelentes propiedades térmicas. De hecho, Huawei ha adoptado láminas disipadoras de calor a base de rGO en sus teléfonos insignia (véase la imagen de la izquierda). Sixth Element, de China y proveedor de materiales de Huawei, nos dice que "actualmente esta aplicación consume varios cientos de toneladas de grafeno al año, y sigue creciendo". Esta es posiblemente la mayor aplicación de grafeno a granel en todo el mundo y se produce y consume básicamente en China.
El gráfico de la derecha, también de Sixth Element, muestra la diferencia entre las láminas de grafeno rGO y las de grafito pirolítico (PGS). En concreto, la conductividad térmica del PGS habitual desciende a medida que aumenta el grosor, mientras que la lámina de rGO alcanza un valor estable de 1200 W/mK incluso a grandes niveles de grosor.
El grafeno en la disipación de calor puede tener muchos otros usos. En particular, puede utilizarse como relleno en materiales de interfaz térmica o alinearse verticalmente para ofrecer una excelente conductividad térmica anisotrópica en el eje z.
El grafeno también se utiliza comercialmente en aplicaciones de calefacción. Los ejemplos que se muestran a continuación proceden de Shaanxi Huaqing Yifeng New Material, una empresa china que se presentará en nuestra próxima conferencia LIVE los días 14 y 15 de abril de 2021.
La imagen de la izquierda es una película calefactora R2R que es impermeable y retardante de la llama. Está envasada al vacío y tiene una vida útil de 50 años. Las imágenes del medio y de la derecha son películas calefactoras impresas de gran superficie colocadas, respectivamente, detrás de una alfombra y de un cuadro. Son ejemplos de aplicaciones de grafeno de gran superficie que combinan la impresión R2R y el grafeno.
Únase a TechBlick para conocer las últimas novedades y para relacionarse con la comunidad en nuestra sala de contactos virtual. Nuestro próximo evento sobre grafeno, nanocarbonos y materiales 2D cuenta con destacados ponentes de China, como Tungshu, Sixth Element, Hangzhou Gaoxi, Shaanxi Huaqing, Leader Nano y Xi'an Tang Dynasty Huaqing, entre otros.
Nanocarbonos en materiales compuestos
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Un éxito reciente es la adopción del grafeno en el calzado deportivo por parte de Inov-8 en colaboración con el Centro de Grafeno de la Universidad de Manchester. Inicialmente, el grafeno se utilizó en la goma de la suela, demostrando un aumento del 50% en la resistencia y la elasticidad frente a las suelas tradicionales. Desde hace unas semanas, el grafeno se añade también a la espuma de la suela. El mundo de los aditivos nunca está parado. El afán por conseguir "más por más", es decir, un mayor rendimiento con una menor cantidad de aditivos, está siempre en plena ebullición. Ahora, Cabot Corp ha lanzado unos aditivos de nanocarbono muy prometedores.
Los últimos resultados de Cabot se muestran a continuación. La imagen de la derecha muestra cómo estos nanocarbonos (CNS) superan al negro de humo y a los CNT de pared múltiple, logrando una menor resistividad en los policarbonatos con una carga menor. La imagen de la izquierda muestra cómo estas nanoestructuras de carbono mejoran la eficacia del apantallamiento de los policarbonatos con una carga menor o la misma.
Únase a los eventos TechBlick LIVE (en línea) para conocer las últimas novedades de Inov-8, Cabot Corp y la Universidad de Manchester. También puede mezclarse con la comunidad de innovación durante todo el año. Vea cómo funciona la plataforma de eventos aquí.
Etiquetado de combustible para la autentificación
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Una aplicación quizá sorprendente del grafeno es el etiquetado de niveles de líquidos. Quantag (de Estambul) ha desarrollado puntos cuánticos de grafeno que pueden utilizarse como marcadores de combustible para autentificar su origen y marca (véase más abajo).
En 2021, Quantag, uno de los presentadores de TechBlick, produjo con éxito 500Kg de puntos cuánticos de grafeno para proteger más de 4 millones de toneladas de combustible. Quantag ofrece una solución completa que incluye un novedoso sensor. El sistema completo autentifica el combustible in situ con gran precisión y sensibilidad, lo que permite a las empresas petroleras disponer de una solución integral para sus operaciones de marcado de combustible.
Filtración
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Las nanomembranas de carbono (CNM) son un equivalente tecnológico a las membranas de filtración biológica de gran eficacia que se encuentran en la naturaleza. Como se muestra a continuación (izquierda), el transporte de agua a través de las CNM es órdenes de magnitud más rápido que en las membranas poliméricas convencionales, combinado con tasas de rechazo extraordinarias.
CNM Technologies, uno de nuestros presentadores, ha desarrollado una membrana compuesta de CNM que mantiene la mayor parte del rendimiento de la CNM nanométrica. Estas membranas compuestas de CNM permiten nuevas aplicaciones en procesos de tratamiento de agua a baja/sin presión en mercados en expansión como el del agua ultrapura para laboratorios, farmacia e industria de semiconductores, entre otros. El tamaño de las membranas se ha ampliado en los últimos años, pero es necesario un mayor desarrollo en este frente.
Hay que tener en cuenta que otros materiales 2D también pueden actuar como membranas. Molymem, una empresa derivada de la Universidad de Manchester, también ha dedicado cinco años a desarrollar láminas de nanomembranas de MoS2. Las imágenes de la izquierda muestran estas nanomembranas (el recuadro muestra el pequeño tamaño en el 2017). Ya en 2017, demostraron una membrana de 5µm compuesta por MoS2 exfoliado funcionalizado, que era capaz de rechazar el 99% de los iones del agua de mar mientras, según afirmaban, mantenía flujos de agua significativamente más altos (~5 veces) que los reportados para las membranas de óxido de grafeno. También en este caso, el reto técnico consiste en aumentar el tamaño de las membranas, mejorar su resistencia a la presión y reducir su coste.
El grafeno también puede aportar un valor añadido a la filtración del aire. LIGC (Israel) produce una malla conductora de grafeno sobre sustratos poliméricos. Se fabrica exponiendo PI a un láser de CO2. Se afirma que la malla de grafeno permite calentar, electrocutar y neutralizar las partículas orgánicas y los agentes patógenos con mayor eficacia que el negro de humo.
Únase a la conferencia altamente interactiva de TechBlick sobre aplicaciones y comercialización de grafeno y materiales 2D (14-15 de abril de 2021) para conocer las últimas novedades de todas estas empresas y mezclarse con los ponentes y el resto de la comunidad de grafeno y materiales 2D.
El grafeno en los textiles electrónicos
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Grafen AB está desarrollando una interfaz textil digital. Como se muestra a continuación (derecha), añaden grafeno sin aglutinantes, pegamento ni polímeros al tejido. Estos copos de grafeno "envuelven las fibras formando la piel". Al añadir estos copos de grafeno especiales, crean estructuras conductoras únicas dentro del tejido. El tejido conductor puede utilizarse entonces para aplicar la simulación al cuerpo o conducir el calor, o para medir continuamente el ECG, el EDA u otras señales. Grafen AB y otras empresas activas en el sector de los e-textiles, como Hangzhou Gaoxi Technology, presentarán sus productos en la próxima conferencia TechBlick.
El grafeno en los supercondensadores
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En la conferencia TechBlick, destacamos un interesante desarrollo de Thales con excelentes resultados. En este caso, los electrodos se fabrican mediante la deposición con pistola de una mezcla de RGO/CNT sobre sustratos de aluminio (véase más abajo). Actualmente, Thales está transfiriendo el proceso a Nawa Technologies para la producción en rollo y el embalaje final de los dispositivos. En la próxima conferencia TechBlick, Thales mostrará cómo fue posible y los últimos avances.
Grafeno en baterías de ánodos de Si
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El silicio ofrece una excepcional capacidad de almacenamiento de litio, tanto volumétrica como gravimétrica, así como bajos potenciales de carga/descarga. Sin embargo, esta elevada capacidad de almacenamiento va acompañada de grandes cambios de volumen durante la inserción/extracción del litio, lo que provoca un rápido deterioro de la estabilidad dimensional del material anfitrión Varta Micro Innovation, uno de los ponentes de TechBlick, mostrará cómo el grafeno ofrece una matriz altamente conductora y mecánicamente estable que puede suprimir o amortiguar esta gran expansión de volumen. Gracias a su novedosa composición, puede aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio en un 30%.
Raymor y PPG industries también mostrarán cómo su grafeno derivado de plasma a escala industrial y sus formulaciones únicas pueden desempeñar un papel vital en las baterías de ánodos de Si. De hecho, suministran el material base de la batería de ánodos de Si de NanoGraf (antes SiNode).
Únase a los eventos TechBlick LIVE (en línea) para conocer las últimas novedades de Varta, Raymor y PPG Industries. También puede mezclarse con la comunidad de innovación durante todo el año. Vea cómo funciona la plataforma de eventos aquí
Escalado de grafeno CVD R2R
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LG Electronics ha ampliado la producción de R2R CVD. Comenzaron la investigación en 2012 y la lanzaron comercialmente en 2019. Pueden cultivar grafeno por CVD en películas de Cu de 400 mm a una velocidad de 60 m por hora (izquierda). También pueden procesar sustratos de obleas de Si de 4 a 6 pulgadas. En total, su capacidad es de unos 28.800 metros cuadrados al año. Para optimizar el proceso y ofrecer un excelente control de calidad, han creado una base de datos de 138 parámetros.
General Graphene Corp ha recaudado 20 millones de dólares para ampliar y comercializar grafeno CVD atmosférico. Puede alcanzar hasta 100.000 metros cuadrados/año en su producción de grafeno CVD R2R (imagen de la derecha) y tiene como objetivo, entre otros, la aplicación en el ámbito de las baterías. En este caso, sus datos demuestran que el grafeno CVD sobre electrodos recubiertos de grafito puede mejorar notablemente la longevidad de las baterías. Ahora debe demostrar que este valor añadido merece la pena por su coste y complejidad adicionales.
Para conocer las últimas novedades y reunirse con LG Electronics y General Graphene Corp, únase a la comunidad de TechBlick.
Grafeno R2R CVD en baterías de iones de litio
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La electrificación del transporte está aumentando masivamente la demanda de baterías. El ion-litio es, por supuesto, la principal tecnología de baterías. Uno de los puntos débiles de las baterías de iones de litio es la pérdida de capacidad de carga a altas velocidades de descarga o después de múltiples ciclos de carga/descarga.
El grafeno R2R CVD puede ofrecer una solución adecuada. Los resultados que se muestran a continuación proceden de General Graphene Corp. Aquí, el grafeno CVD se encuentra entre una lámina de Al y un electrodo de grafito recubierto. El papel del grafeno CVD es de protector, manteniendo la composición del electrodo compacta incluso cuando la batería pasa por muchas tasas de carga y descarga a altas tasas de C.
Los resultados son prometedores. Demuestran que la batería con un grafeno CVD de 4 capas puede retener mucho mejor su tasa de dicarga en comparación con un colector actual que sólo incluye una imprimación conductora. Se trata de una aplicación interesante. El reto, por supuesto, es ampliarla y ofrecerla a un precio adecuado para la industria de las baterías, que siempre está bajando el precio del kWh.
Recubrimientos anticorrosivos
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El recubrimiento anticorrosivo se perfila como una de las principales aplicaciones de los recubrimientos de grafeno. En TechBlick, Gerdau, el mayor productor sudamericano de acero, mostrará sus últimos resultados, desarrollados en colaboración con GEIC@Manchester, sobre recubrimientos anticorrosión basados en grafeno. No es de extrañar que Tata Steel también esté trabajando en revestimientos de grafeno para proteger el acero niquelado de la oxidación en aplicaciones de carcasas de baterías. Curiosamente, Tata Steel está empleando grafeno CVD R2R para esta aplicación. Esto es diferente, ya que la mayoría de las demás capas anticorrosivas a base de grafeno se basan en el recubrimiento en solución.
A continuación se muestran algunos resultados. Aquí, el acero virgen niquelado (imagen a) se oxida con (imagen c) y sin (imagen b) recubrimiento de grafeno CVD. El material sin protección está totalmente oxidado con claros cambios en la microestructura.
Para conocer las últimas novedades y reunirse con Tata Steel y Gerdau, únase a la comunidad TechBlick.
Biosensores y aplicaciones electrónicas del grafeno CVD
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El grafeno CVD estuvo durante mucho tiempo confinado en el laboratorio. Sin embargo, ahora está emergiendo en el mercado. Un ejemplo destacado es el de Cardea Bio (antes conocida como Nanomedical Diagnostics), que está comercializando biosensores basados en grafeno CVD FET. Cardea Bio ha dado el paso de desarrollar una solución integrada en un chip con buenas interfaces (véase la imagen de la izquierda), que conecta la biología con los FET de grafeno, con los chips electrónicos, con el software basado en ML y, finalmente, con los teléfonos móviles y las aplicaciones. Se trata de un salto adelante que actúa como tecnología de base configurable.
Del mismo modo, VTT presentará sus esfuerzos para desarrollar la integración monolítica CMOS de los sensores sensibles de grafeno para proporcionar bioanálisis cuantitativo en el chip con bioensayos multiplexados (véase la imagen de la derecha). VTT forma parte de un ecosistema europeo que ha puesto en marcha una línea piloto experimental 2D (2D-EPL) cuyo objetivo es integrar el grafeno y el material 2D en plataformas de semiconductores.
Los servicios de fabricación por contrato de VTT incluyen el procesamiento de grafeno y la integración de CMOS en plataformas de obleas de 100-200 mm, el diseño de CI para sensores de grafeno y la electrónica y los tejidos de grafeno impresos.
El instituto SIMIT de China también ha demostrado un fantástico control del proceso. Puede producir grafeno monocristalino de 2"-8" cultivado sobre una película de Cu, una película de aleación de CuNi o Ge. También puede proporcionar obleas de grafeno policristalino cultivadas directamente sobre óxido de silicio/Si sin capa metálica, lo que constituye un hito importante. Además, puede fabricar películas finas de h-BN con espesores que van desde una capa hasta multicapas de hasta 30 nm.
Grapheal (Francia) desarrolla biosensores portátiles y desechables que permiten la monitorización continua y el diagnóstico sobre el terreno (véase la imagen central). El vendaje inteligente se basa en la integración de una capa policristalina de grafeno monocapa unida por detrás a una capa de polímero biocompatible. La placa es de diagnóstico porque permite medir a distancia parámetros físicos para controlar la evolución de la herida, y es terapéutica porque el grafeno funciona como matriz de crecimiento y porque su conductividad permite aplicar pulsos eléctricos para acelerar la cicatrización.
Graphenea ha lanzado un sistema de fundición de grafeno que resuelve un importante problema de la industria. En general, ha sido difícil desarrollar dispositivos y aplicaciones de grafeno, ya que la falta de un ecosistema de fundición había hecho que los desarrolladores tuvieran que dominar todo, desde el diseño hasta el crecimiento CVD, pasando por el diseño y la fabricación del dispositivo. Ahora Graphenea puede cultivar, transferir, metalizar y encapsular dispositivos de grafeno con tamaños de 5 μm, todo bajo un mismo techo.
Como comentario final, el grafeno también puede ofrecer una hoja de ruta hacia el nodo tecnológico de 1nm. El gráfico que se muestra a continuación ha sido elaborado por ASML basándose en la investigación del imec. Muestra cómo las láminas de material 2D pueden ser esenciales para permitir el escalado del nodo tecnológico de los transistores a 1nm y más allá, sosteniendo así la tendencia tecnológica más importante que ha sustentado nuestra vida moderna.
Para escuchar lo último y conocer y mezclarse con Cardea Bio, Graphenea, VTT, Grapheal, SIMIT y ASML, únase a la comunidad de TechBlick.
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