Jóvenes investigadores del grafeno en foco: Preguntas y respuestas con la Dra. Maria Giovanna Pastore Carbone

Graphene-Info se complace en ofrecer el escenario a jóvenes investigadores talentosos del grafeno, especialmente aquellos con tanto compromiso y pasión como la Dra. Maria Giovanna Pastore Carbone, quien aceptó conversar con nosotros y responder algunas preguntas sobre su experiencia, trabajo y colaboración con el buque insignia del grafeno.

Maria-Giovanna (derecha) en el laboratorio de FORTH, con el colaborador Christos Pavlou

La Dra. Maria Giovanna Pastore Carbone es una ingeniera de materiales italiana, becaria postdoctoral en el Instituto de Ciencias de la Ingeniería Química de la Fundación para la Investigación y la Tecnología Hellas (FORTH/ICEHT). Trabaja en grafeno desde 2015 y se unió a Graphene Flagship en 2017. Su investigación actual en el marco del proyecto Graphene Flagship se centra en la integración de grafeno y materiales relacionados para el desarrollo de sistemas multifuncionales (como compuestos para aplicaciones de blindaje EMI y recubrimientos para protección contra radiación UV-vis y permeación de gases/vapores), con énfasis en su relación estructura/propiedad.

q: ¡Gracias por esta entrevista, Dr. Carbone! Un placer conocerte electrónicamente. Sabemos que ha estado involucrado en la investigación del grafeno desde 2015. ¿Puede brindarnos una descripción general rápida de sus intereses y proyectos de investigación del grafeno?A: Durante mis estudios de doctorado y en mi carrera postdoctoral anterior en la Universidad de Nápoles Federico II, desarrollé un enfoque holístico de múltiples escalas para la investigación de las propiedades funcionales y estructurales de materiales multifásicos, principalmente polímeros y compuestos, que se basa sobre el uso de espectroscopia vibratoria, que permite la correlación de tales propiedades en las escalas macro, micro y nano. Estaba realmente interesado en explotar y extender este enfoque a nuevos materiales, y el "material maravilloso" representaba el caso más atractivo. Así que me mudé a Grecia para unirme al FORTH Graphene Center en 2015 para estudiar la mecánica de las láminas de grafeno utilizando herramientas nanomecánicas combinadas con espectroscopia Raman. Este primer acercamiento con el grafeno tuvo lugar en el marco de un proyecto ERC (Tailor Graphene, dirigido por el Prof. Costas Galiotis), donde pude aprovechar la oportunidad (¡y tomarme la libertad!) de ampliar mis conocimientos sobre las propiedades de las partículas bidimensionales. materiales y cómo estos pueden traducirse en aplicaciones del mundo real.

De hecho, como ingeniero, siempre me ha intrigado la idea de diseñar materiales novedosos para el desarrollo de productos inteligentes. De ahí que comencé a involucrarme en el desarrollo de compuestos poliméricos basados ​​en grafeno y en 2017 comencé mi investigación en el marco del Graphene Flagship. Por ejemplo, desarrollé sensores de tensión utilizando elastómeros comerciales recubiertos con nanoplaquetas de grafeno que tienen la capacidad de detectar movimientos corporales, espumas nanocompuestas suaves y comprimibles con conductividad eléctrica ajustable y nanolaminados de polímero de grafeno independientes para protección contra interferencias electromagnéticas (EMI).

P: Su investigación actual se centra en sistemas multifuncionales mejorados con grafeno. ¿Puedes explicar cómo se utiliza el grafeno? ¿Cuáles son sus logros y objetivos de investigación actuales?A: El grafeno posee una combinación única de propiedades físico-químicas y, por ello, representa un facilitador excepcional para tecnologías innovadoras. Las propiedades inherentes de los materiales relacionados con el grafeno pueden proporcionar funcionalidad adicional a otros materiales, agregando conductividad eléctrica o térmica, disminuyendo el peso o aumentando la resistencia mecánica. Un ejemplo muy impresionante de esto (es decir, cómo el grafeno puede proporcionar varias funcionalidades) lo representa el concepto de nanolaminado de grafeno CVD. Actualmente, en el marco de Graphene Flagship - WP14 “Composites”, estoy trabajando en el desarrollo y ampliación de nanolaminados de grafeno/polímero CVD, que consisten en láminas continuas de grafeno de gran tamaño separadas por finas capas poliméricas, que graban - en un solo material: una combinación desafiante de propiedades, a saber, alta efectividad de blindaje EMI, baja densidad, pequeño espesor e integridad mecánica. Este es todavía un esfuerzo actual en varios campos como el aeroespacial, el automotriz e, incluso, el electrónico.

De hecho, hasta ahora, el rendimiento de los compuestos de grafeno-polímero sigue estando por debajo de las expectativas debido a varias limitaciones de los rellenos discontinuos (p. ej., nanoplaquetas de grafeno, óxido de grafeno reducido, etc.), como el pequeño tamaño lateral de las escamas, el elevado número de capas , cuestiones de agregación y orientación. Por lo tanto, en general, es posible que se requieran cargas de relleno más altas para lograr propiedades eléctricas, mecánicas y de blindaje EMI decentes. Esto representa una limitación importante para la aplicación industrial eficaz de compuestos de polímeros de grafeno a base de escamas para la producción de bienes a gran escala. Una alternativa inteligente y eficaz a los compuestos reforzados con partículas discontinuas está representada por los nanolaminados de grafeno CVD; sin embargo, el diseño y la producción de dicho material compuesto no es sencillo y mis colegas y yo hemos desarrollado un proceso automático para producir nanolaminados a escala centimétrica que superan, para el mismo contenido de grafeno, la barrera mecánica, eléctrica, de blindaje EMI y de gas. Propiedades de los compuestos poliméricos de grafeno a base de escamas de última generación. Los resultados de esta actividad se han publicado en revistas de alto impacto (por ejemplo, Nature Communications). Sin embargo, aún queda un largo camino por recorrer y mi objetivo es sacar este material del laboratorio…

P: Sabemos que está interesado en la protección de obras de arte mediante grafeno (u otros 2DM). ¿Puedes contarnos más sobre eso?A: Además de investigador, amo profundamente el arte y soy pintor aficionado, por lo tanto explotar la ciencia por el arte es la realización de un sueño. Proteger las obras de arte de factores nocivos, como la luz, la humedad y otros compuestos orgánicos, es una preocupación importante en los museos, tanto para las piezas expuestas como para las almacenadas. Hay muchas referencias a obras de arte conocidas en peligro de extinción, como 'El dormitorio' de Van Gogh o 'El grito' de Munch, porque sus colores cambian y se desvanecen. Sus principales enemigos son la luz solar, la humedad y algunos compuestos orgánicos volátiles. El grafeno posee una combinación única de propiedades físicas: entre otras, es transparente, una barrera perfecta contra los gases y absorbe la radiación ultravioleta. En principio, representa la solución perfecta para proteger los colores de la fotodegradación.

El grafeno bloquea la luz ultravioleta y es una muy buena barrera contra el oxígeno y la humedad: por lo tanto, contribuye eficazmente a evitar la decoloración, reduciendo simultáneamente la radiación dañina que llega a la obra de arte y obstaculizando la difusión de agentes oxidantes. Mis colegas del FORTH Graphene Center y yo hemos desarrollado una técnica para depositar velos de grafeno en pinturas y demostramos que estos en realidad podrían proteger el color de la decoloración al exponerlo a la radiación visible y ultravioleta. También hemos desarrollado pinturas mejoradas con grafeno y otros materiales bidimensionales que poseen propiedades antidecoloración intrínsecas. Las actividades de investigación se realizaron en el marco del ERC Poc GRAPHENART, cuyos resultados son dos artículos (uno publicado sobre Nature Nanotechnology y el otro sobre Nanoscale), una patente nacional (griega) y dos solicitudes de patente presentadas en varios países del mundo. y han atraído a los medios de comunicación nacionales e internacionales.

P: ¿Qué puede decir sobre trabajar con/en el buque insignia del grafeno (desde 2017)?A: Graphene Flagship se ha estructurado a partir de esfuerzos de investigación concentrados que involucran tanto a académicos como a la industria, lo que sigue siendo un importante cambio de paradigma para futuras investigaciones. Gracias a esta concentración única de recursos, ha sido posible alcanzar el nivel de comprensión y conocimiento que tenemos ahora sobre el grafeno y otros materiales bidimensionales, lo que ha permitido tecnologías disruptivas.

En los últimos años, Graphene Flagship ha sacado con éxito el grafeno del laboratorio, creando un fructífero ecosistema industrial europeo que desarrolla aplicaciones del grafeno y otros materiales bidimensionales en varios campos. Unirme a Graphene Flagship ha sido un hito en mi carrera como investigadora, ya que me brindó grandes oportunidades para establecer contactos. De hecho, me permitió conectar con los centros de investigación del más alto nivel y entrar en contacto con grandes empresas de diversos sectores industriales como Airbus, BASF y Fiat y con productores de grafeno, como Avanzare y Graphenea. Además, mi participación en los proyectos Spearhead (como GBoard) me dio la oportunidad de observar y vivir el viaje del grafeno desde el laboratorio hasta innovaciones aptas para la comercialización.

P: ¿Tiene algún consejo o sugerencia para los investigadores jóvenes que comienzan con la investigación del grafeno?A: La investigación en torno al grafeno y otros materiales bidimensionales es intrigante y atractiva: i) te lleva del mundo tridimensional a las muestras de dimensiones atómicas; ii) es impresionante cómo algo tan fino, casi invisible, puede integrarse “mágicamente” en dispositivos y compuestos, proporcionando propiedades únicas y superlativas. Por lo tanto, es probable que los jóvenes investigadores que comienzan con el grafeno se sientan entusiasmados y bendecidos de trabajar con el "material maravilloso". Sin embargo, como en todos los campos, la investigación debe estar guiada por el amor y la curiosidad, y requiere un gran compromiso. La ética y la transparencia son fundamentales, al igual que la perseverancia y la determinación, especialmente en tiempos difíciles para la investigación. Nunca te rindas: si no puedes encontrar la escama de grafeno perfecta, no te detengas ante la primera vista del microscopio; Si tu publicación no es aceptada o recibes críticas, no te quedes estancado, sigue adelante y mejora tu investigación. Por último, pero no menos importante, los jóvenes investigadores siempre deberán tener presente que su misión es contribuir a un futuro mejor y facilitar la innovación hacia un mundo sostenible. Nunca debemos olvidar que el único límite es nuestra imaginación.

P: ¿Dónde cree que el grafeno tendrá el mayor impacto en 3 a 5 años?A: Las aplicaciones más inmediatas del grafeno, como composites, tintas y recubrimientos, ya están disponibles comercialmente (puedes echar un vistazo a la galería de productos Graphene Flagship). Por ejemplo, la encapsulación de materiales relacionados con el grafeno en masterbatches poliméricos, que es un logro significativo del buque insignia (WP14 Composites), muestra que el uso de compuestos de grafeno en la vida cotidiana está muy cerca. Un ejemplo práctico es la explotación de estos masterbatches para el desarrollo de un tablero de instrumentos inteligente para automóviles, objetivo del proyecto GBoard. La industria pronto estará lista para absorber e implementar las últimas innovaciones y comenzar a fabricar otros productos, como baterías, paneles solares, electrónica, dispositivos fotónicos y de comunicación y tecnologías médicas. En un futuro próximo, la próxima generación de tecnología será posible gracias a materiales relacionados con el grafeno: desde interconexiones para la comunicación de datos 5G hasta monitores de salud portátiles y pantallas móviles flexibles. Ver todos estos materiales totalmente integrados en los productos del día a día es nuestra misión.

¡Gracias Dra. Maria Giovanna Pastore Carbone y buena suerte con tu trabajo!