Fabricación y caracterización de carbón activado y de nanoplaquetas de carbón a partir de Guadua angustifolia Kunth para aplicaciones en electrónica

• Autores: John Jairo Prías Barragán, Narly Andrea Echeverry Montoya, Hernando Ariza Calderón
• Localización: Revista de la Academia Colombiana de ciencias exactas, físicas y naturales, ISSN 0370-3908, Vol. 39, Nº. 153, 2015, págs. 444-449
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Fabrication and characterization of activated carbon and carbon nanoplatelets from Guadua angustifolia Kunth for their application in electronics
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    Se fabricaron y caracterizaron muestras de carbón activado y nanoplaquetas de carbón obtenidas de Guadua angustifolia Kunth empleada como precursor para aplicaciones en electrónica flexible. El carbón activado se obtuvo en un sistema de pirólisis bajo atmósfera controlada de nitrógeno a una temperatura de 573 K durante una hora y las nanoplaquetas, a una temperatura de 973 K durante una hora. El carbón se activó empleando hidróxido de sodio e hidróxido de potasio con una temperatura de activación de 973 K. Las nanoplaquetas se obtuvieron mediante procesos de molienda mecánica en mortero y procesos de cavitación durante seis horas. Las muestras de carbón activado se caracterizaron mediante isotermas de adsorción y se encontró un área superficial de 408,0 m²/g y 308,9 m²/g para el carbón activado con hidróxido de sodio e hidróxido de potasio, respectivamente. Se utilizó la difracción de rayos X para determinar la presencia de electrólitos remanentes del proceso de activación. Las imágenes obtenidas con el microscopio electrónico de barrido revelaron la estructura porosa del carbón y la presencia de las sales electrolíticas remanentes. Mediante voltametría cíclica se determinó una capacitancia específica máxima de 111 F/g. El carbón activado se empleó en la fabricación de un supercondensador flexible y se logró una capacitancia de 7,9 mF. Las nanoplaquetas se caracterizaron mediante las técnicas de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, espectrometría infrarroja con transformada de Fourier y microscopía electrónica de transmisión, con las que se corroboró la presencia de nanoplaquetas de grafito oxidado con espesores inferiores a 13 nm; las curvas de intensidad-voltaje evidenciaron un comportamiento no lineal, atribuido a efectos de percolación de los portadores de carga eléctrica. Estos resultados sugieren que el carbón activado y las nanoplaquetas de carbón son excelentes candidatos para aplicaciones electrónicas.

  • English

    We report the fabrication and characterization of activated carbon and carbon nanoplatelets obtained from Guadua angustifolia Kunth for their application in flexible electronics. The activated carbon samples were obtained in a controlled pyrolysis system under nitrogen atmosphere at a temperature of 573 K for one hour, and the nanoplatelets at 973 K for one hour. The charcoal was activated using potassium hydroxide and sodium hydroxide at an activation temperature of 973 K. The nanoplatelets samples were obtained by mechanical grinding in a mortar, and cavitation for six hours. The activated carbon samples were characterized by adsorption isotherms, and we found a surface area of 408.0 m²/g and 308.9 m²/g for the carbon activated with sodium hydroxide and potassium hydroxide, respectively. X-ray diffraction was performed and the presence of electrolytes remaining from the activation process was determined. Scanning electronic microscopy images showed the porous carbon structure and allowed to identify the presence of the remaining electrolyte salts. Cyclic voltammetry was performed and a maximum specific capacitance of 111 F/g was determined. The activated carbon was used in the manufacture of a flexible supercapacitor, achieving a capacitance of 7.9 mF. The nanoplatelets were characterized by X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, transmission electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy techniques, corroborating the presence of oxidized graphite nanoplatelets with thicknesses below 13 nm; using current-voltage curves we found a nonlinear behavior attributed to the percolation effects of the electric charge carriers. These results suggest that activated carbon and carbon nanoplatelets samples are excellent candidates for electronic applications.