Caracterización eléctrica de biocompuestos de celulosa bacteriana reforzada con grafeno y nanotubos de carbono

Abstract

Actualmente, los biopolímeros son alternativas atractivas para aplicaciones energéticas. Debido su fácil obtención, sus buenas propiedades físicas y químicas, su fuente renovable, su alta biodegradabilidad y su fácil reforzamiento, los biopolímeros se comportan como matrices apropiadas para generación de compuestos con una mejora en conductividad eléctrica. A partir de los biocompuestos eléctricamente conductores, y debido a su degradabilidad, se puede diseñar dispositivos sostenibles para energías renovables. En este trabajo se elaboró dos tipos de biocompuestos conductores en una matriz de celulosa bacteriana (BC) utilizando un método de filtración por vacío y un posterior tratamiento químico para elevar sus propiedades. El primer biocompuesto fue elaborado con refuerzo de óxido de grafeno reducido (RGO) y el segundo, con nanotubos de carbono multipared (MWCNT). Ambos films biocompuestos fueron sometidos a distintos tiempos de tratamiento previo con vapores de hidracina y se midió su conductividad eléctrica en el plano del film. Posteriormente, los biocompuestos con las mejores conductividades eléctricas fueron usados para acomplejarlos con una sal rédox (NH4I) y caracterizar su conductividad iónica a través del film. Las conductividades eléctricas más altas de los biocompuestos BC/RGO y BC/MWCNT fue de 0.12 S/cm y 12 S/cm respectivamente; en el caso del BC/RGO esta se alcanzó con una concentración de 30% RGO y con 15 min de tratamiento con hidracina, para el caso de los BC/MWCNT, la conductividad más alta se alcanzó con 9% de concentración MWCNT. Los análisis de espectroscopía de Raman confirmaron que los biocompuestos BC/RGO sometidos al tratamiento de hidracina contenían RGO con menor número de defectos funcionales sobre la red de grafeno. Estos defectos funcionales corresponderían a grupos carboxilo, cetona e hidroxilos. En cuanto a los biocompuestos BC/MWCNT, después del tratamiento de hidracina la conductividad se redujo a la mitad, lo que se atribuiría a el incremento de defectos del tipo amina sobre la superficie de los nanotubos. Los biocompuestos acomplejados con sal fueron caracterizados y se halló que en ambos casos la conductividad iónica aumenta con la concentración de sal. Además, los MWCNT otorgan mayor conductividad iónica que el RGO a la matriz de BC, 10-4 S/cm y 10-5 S/cm, respectivamente. Sin embargo, se halló que la estabilidad eléctrica fue mayor para los biocompuestos con RGO.