Aplicações e processamento de óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido

Descrição

O óxido de grafeno é uma forma oxidada de grafeno com grupos de oxigênio. O óxido de grafeno reduzido é produzido após um processo de redução que remove muitos grupos de oxigênio. Ambos os materiais têm propriedades exclusivas. Eles têm uma estrutura em camadas com uma alta área de superfície. O óxido de grafeno é fácil de se dispersar na água. O óxido de grafeno reduzido recupera parte da condutividade elétrica do grafeno puro. Ambos os materiais são úteis em muitos setores.

Métodos de síntese e redução

O óxido de grafeno é geralmente preparado a partir do grafite. Um método comum usa oxidantes fortes em uma solução ácida seguida de esfoliação. Uma receita típica começa com o pó de grafite e o trata com uma mistura de ácidos e oxidantes. Esses produtos químicos inserem grupos de oxigênio entre as camadas.

Depois que o óxido de grafeno é produzido, ele pode ser transformado em óxido de grafeno reduzido. A redução pode ocorrer por tratamento térmico ou por redução química. Agentes químicos como hidrazina ou vitamina C removem alguns grupos de oxigênio. O tratamento térmico pode ser feito aquecendo-se o material em um ambiente de gás inerte. O processo é simples, mas confiável. O resultado é um material com condutividade elétrica aprimorada.

Aplicações eletrônicas

O óxido de grafeno e o óxido de grafeno reduzido são muito utilizados em dispositivos eletrônicos. O óxido de grafeno reduzido é usado em eletrônicos impressos. Ele ajuda a criar circuitos flexíveis e de baixo custo. Muitos sensores usam o óxido de grafeno reduzido porque ele conduz bem os elétrons. Em alguns casos, o material é usado como um condutor transparente. Lembro-me de casos em que filmes feitos com óxido de grafeno reduzido substituíram materiais tradicionais em telas sensíveis ao toque. O óxido de grafeno, por outro lado, é útil para camadas isolantes devido ao seu conteúdo de oxigênio. Ele é frequentemente aplicado em dispositivos que exigem um equilíbrio entre condutividade e isolamento. Dispositivos de som, telas e vários sensores se beneficiam dessas aplicações. O material também é testado em transistores simples e outros dispositivos semicondutores.

Aplicações de armazenamento de energia

O armazenamento de energia é outro campo que se beneficia desses materiais. A tecnologia de baterias agora usa camadas de óxido de grafeno reduzido para criar redes condutoras. Essas redes suportam alta potência e ciclos de carregamento rápidos. Os supercapacitores também foram desenvolvidos com materiais à base de óxido de grafeno. A alta área de superfície melhora a formação da camada dupla elétrica. Circuitos simples em laboratórios testaram eletrodos feitos de compostos de óxido de grafeno. Em um caso, os pesquisadores aumentaram a densidade de energia misturando camadas reduzidas com óxidos metálicos. Os resultados são promissores para dispositivos futuros. Já vi muitos protótipos que se beneficiam da relação custo-benefício desses materiais. Eles oferecem estabilidade, alta condutividade e desempenho aprimorado.

Aplicações biomédicas

Os campos biomédicos utilizam o óxido de grafeno e o óxido de grafeno reduzido com suavidade. Os materiais são promissores em sistemas de distribuição de medicamentos, biossensores e agentes de imagem. O óxido de grafeno tem excelente dispersibilidade em meios líquidos, o que é útil na fabricação de soluções uniformes para injeção. O óxido de grafeno reduzido foi processado em filmes finos que podem interagir com as células e os pesquisadores analisaram seu uso na engenharia de tecidos. Sua forte área de superfície ajuda a hospedar moléculas biológicas. Alguns laboratórios testaram sua compatibilidade com vários tipos de células. Mencionei várias vezes a importância da purificação cuidadosa para reduzir a toxicidade. A simplicidade do processamento e a grande área de superfície tornam esses materiais atraentes para testes de diagnóstico e alguns tratamentos de câncer. Sua biocompatibilidade está sendo constantemente aprimorada com mais processamento e tratamentos químicos.

Tabela de resumo: Casos de aplicação de GO e rGO

Para mais aplicações industriais, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusão

O óxido de grafeno e o óxido de grafeno reduzido são materiais de ponta em muitas aplicações modernas. Sua estrutura exclusiva oferece benefícios que os materiais simples não conseguem igualar. Processos oxidativos fortes produzem óxido de grafeno, enquanto a redução restaura muitas propriedades do grafeno puro. Os campos da eletrônica, do armazenamento de energia e da biomedicina são todos beneficiados por esses materiais.

Perguntas frequentes

F: Como o óxido de grafeno é produzido?
P: O óxido de grafeno é produzido pela oxidação do grafite com ácidos e oxidantes e, em seguida, pela esfoliação em camadas.

F: O que melhora o Óxido de Grafeno Reduzido na eletrônica?
P: A redução melhora a condutividade elétrica, tornando-o adequado para eletrônicos e sensores impressos.

F: O óxido de grafeno é seguro para uso biomédico?
P: O óxido de grafeno purificado apresenta biocompatibilidade promissora após processamento e tratamento cuidadosos.