En la próxima edición de la revista Nanotechnology, considerada de alto impacto y prestigio internacional, se publicará la investigación liderada por el Centro de Excelencia en Nuevos Materiales de la Universidad del Valle y el Instituto Interdisciplinario de las Ciencias de la Universidad del Quindío, sobre la transformación de desechos de la guadua en material altamente atractivo para el desarrollo de tecnología de punta, en el área de nanoelectrónica.

El logro de la investigación es convertir a través de un novedoso método nuestros recursos naturales, de manera sostenible, en tecnología para el mundo; transformando la guadua en nanoplaquetas de óxido de grafito, compuesto base para la producción subsiguiente de material tipo grafeno. 

El grafeno, un alótropo del carbono, es actualmente considerado el material del futuro y por sus diversas posibilidades de aplicabilidad es investigado científicamente a nivel mundial. Tiene una amplia gama de aplicabilidad por ser buen conductor eléctrico, buen conductor térmico, transparente, flexible y al mismo tiempo con dureza mecánica que supera al acero. Como componente electrónico es altamente efectivo con poco consumo de energía, poca pérdida por calor y alta durabilidad.

Actualmente producir grafeno a escala industrial es aún altamente costoso, algunas de las técnicas implementadas requieren largos tiempos de producción, equipos altamente sofisticados o el uso de agentes tóxicos, lo que no ha permitido producirlo sustentablemente a grandes escalas. 

El  método novedoso de pirólisis, que se investiga en Colombia y utiliza un material muy abundante y altamente renovable como es el caso de la guadua, es un proceso de descomposición térmica del recurso natural, que tiene la ventaja de ser más simple, más económico en tiempo e inversión y se trata de un método amigable con el medio ambiente. 

De los residuos con guadua se ha logrado, hasta ahora, la conversión a nanoplaquetas de grafito oxidado.  Este compuesto más allá de ser una fuente de oxido de grafeno, el cual a diferencia del grafeno presenta comportamiento semiconductor, cuenta con importantes propiedades que lo perfilan para aplicaciones de generación y almacenamiento de energía, como lo son las celdas solares flexibles y  supercapacitores. Así mismo, es un gran candidato para el desarrollo de pantallas táctiles, flexibles y transparentes.

La ventaja y novedad de este método de pirólisis, es el uso de los acidos piroleñosos de la guadua,  con lo que el proceso se divide en dos pasos. En un primer paso se somete la guadua a altas temperaturas en un reactor con ambiente controlado de nitrógeno, obteniendo después de una hora los ácidos piroleñosos. Durante el segundo paso, que dura otra hora, se utilizan estos ácidos para convertirlos en películas delgadas o en nanoplaquetas de óxido de grafito. Estas plaquetas más adelante tienen el potencial de ser convertidas en óxido de grafeno y con otros procesos de manipulación de nanomateriales lograrán finalmente convertirse en grafeno.

En la investigación se cuenta también con colaboración del Instituto de Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza, España-. A su vez, el Proyecto “Guadua – Nanotecnología” es el eje de investigación de la tesis doctoral del estudiante Jhon Jairo Prías-Barragán, del programa de doctorado en ciencias físicas de la Universidad del Valle, dirigida por dos profesores y doctores (Ph.D) en física  Pedro Prieto y Hernando Ariza y la codirección de la también doctora (Ph.D.) en física Katherine Gross ( Beca L’Oreal –Unesco 2015, “for women in science”).

Nanotechnology es una revista de carácter científico publicada por IOP Publishing, la editorial del Instituto de Física del Reino Unido. Para que un artículo sea publicado en esta revista debe cumplir con los más altos estándares de calidad científica, contribuir a los avances de frontera de manera original y significativa y presentar avances sustanciales en el área particular en ciencia y tecnología de la nanoescala.

Arriba: Piezas de Guadua del tamaño de alrededor de 1 cm2 son convertidas en nanoplaquetas de óxido de grafito como se muestra en la imágen tomada en un microscopío electrónico de transmisión – TEM. Abajo: para la caracterización de las propiedades de transporte eléctrico nanoplaquetas individuales son contactadas con la técnica FIBID (Focused Ion Beam Induced Deposition) y medidas in-situ en un microscopío electrónico de barrido.