El grafeno en la protección contra la radiación electromagnética

Publicado el marzo 1, 2023 | por Energeia Graphenemex

El grafeno en la protección

contra la radiación electromagnética

El desarrollo de la tecnología en comunicación junto con los dispositivos electrónicos ha generado una gran preocupación en relación con la radiación electromagnética emitida por estas tecnologías.

La radiación electromagnética es un tipo de campo electromagnético, es decir, una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propaga a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. La radiación electromagnética puede manifestarse de diversas maneras, como ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X o rayos gamma y corresponden a diferentes longitudes de onda, que van del orden de kilómetros (ondas de radio) hasta el orden de picómetros (rayos gamma). El rango completo de longitudes de onda es lo que se denomina espectro electromagnético (Figura 1.).

Las radiaciones electromagnéticas pueden ser de alta frecuencia (radiaciones de telefonía móvil e inalámbrica, radiofrecuencias, ondas de TV, microondas, radares, señales de satélite, Wifi, Bluetooth) y de baja frecuencia (campos generados por cables o consumidores eléctricos).

El calor y la radiación electromagnética (radiación EM) son subproductos inevitables en los dispositivos electrónicos, especialmente los que funciona a altas frecuencias. A medida que los dispositivos electrónicos disminuyen de tamaño, estos funcionan a frecuencias cada vez más altas, generando incluso más calor y ondas electromagnéticas.

Las radiaciones electromagnéticas de alta frecuencias no solo degradan los dispositivos en sí mismos (produciendo calor), sino que también tienden a interferir con los aparatos electrónicos vecinos y lo más importante, es que tiene un efecto adverso sobre la salud humana ya que puede provocar muchas enfermedades, como leucemia, abortos espontáneos y cáncer cerebral.

Por lo que, el bloqueo o protección (blindaje) contra la radiación electromagnética podría ser una de las soluciones para minimizar riesgos a la salud y para la protección de equipos y/o aparatos electrónicos. Los metales son materiales de bloqueo electromagnético naturales, capaces de reflejar las ondas electromagnéticas debido a sus electrones libres, lo que explica su alta conductividad eléctrica y su escasa profundidad de penetración. Sin embargo, su elevado peso, el costo y la susceptibilidad de los metales a la corrosión, hacen que su uso sea limitado si no que imposible.

El uso de recubrimientos o pinturas conductoras para el bloqueo de radiación electromagnética es la opción más viable para dar solución a la problemática. Actualmente el grafeno es el aditivo nanotecnológico más revolucionario en la industria de recubrimientos. Debido a que el grafeno posee extraordinarias propiedades, las cuales incluyen alta conductividad eléctrica, elevada conductividad térmica y resistencia mecánica. Además, posee otras propiedades distintivas, incluida, la impermeabilidad a los gases, resistencia química, potencial antibacteriano y gran área superficial.

La capacidad de conducción eléctrica y la conductividad térmica del grafeno, puede ser aprovechada en la formulación de recubrimientos de blindaje contra la radiación EM, ya que el grafeno forma una red continua a lo largo de la superficie del recubrimiento, creando películas homogéneas que bloquean la radiación electromagnética mientras disipa el exceso de calor.

En estudios recientes, se ha reportado que la incorporación de nanoestructuras a base de carbono, como es el grafeno en recubrimientos o pinturas, permite el desarrollo de recubrimientos con alta conductividad eléctrica para el blindaje o protección contra las interferencias de electromagnéticas (EMI). La forma de actuar respecto a las ondas electromagnéticas de alta frecuencia es por refracción. Las ondas electromagnéticas rebotarán (reflexión) sobre la superficie tratada similar al efecto de un espejo respecto a la luz (Ver Fig. 2). El efecto-barrera en la propagación podría atribuirse a la contribución proveniente de la capacidad de reflexión, la absorción y múltiples reflexiones internas. La eficiencia de blindaje incrementa con la adición de mayor concentración de grafeno en la matriz polimérica del recubrimiento. Estos recubrimientos con grafeno pueden llegar a bloquear más del 99.98 % de la radiación electromagnética de alta frecuencia.

Figura 2. Porcentaje de Reflexión, absorción y transmisión de epóxico pristine (a) y epóxico con grafeno (b).
Tomado de *Adv. Electron. Mater. 2019, 5. 1800558*

Estos recubrimientos contra la radiación electromagnético pueden actuar tanto para la alta frecuencia como para baja frecuencia, con una excelente calidad de atenuación (disminución de intensidad de señales u ondas eléctricas) de hasta 38 dB, con una mano, y de 47 dB si se aplican dos manos.

Energeia – Graphenemex®, empresa mexicana lider en América Latina en investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial, a través de su línea Graphenergy, está en constante investigación y desarrollo de nuevos recubrimientos multifuncionales y actualmente tiene a la venta una amplia gama de recubrimientos nanotecnológicos con grafeno.

Actualmente se están desarrollando y evaluando recubrimientos de blindaje contra la radiación electromagnética. Recubrimientos con alta conductividad eléctrica, para reducir los campos eléctricos de alta y baja frecuencia respectivamente. Estos recubrimientos, ofrecerán también protección anticorrosiva y antimicrobiana. Además, de brindar alta resistencia al desgaste, resistencia a los rayos UV, impermeabilidad y una extraordinaria adherencia.

Referencias

Suneel Kumar Srivastava, Kunal Manna, Recent advancements in the electromagnetic interference shielding performance of nanostructured materials and their nanocomposites: a review, Journal of Materials Chemistry A, 10.1039/D1TA09522F, 10, 14, (7431-7496), (2022).
Kargar, F., Barani, Z., Balinskiy, M., Magana, A. S., Lewis, J. S., Balandin, A. A., Adv. Electron. Mater. 2019, 5, 1800558.
Seul Ki Hong et al 2012 Nanotechnology 23 455704.
Lekshmi Omana, Anoop Chandran*, Reenu Elizabeth John, Runcy Wilson. Recent Advances in Polymer Nanocomposites for Electromagnetic Interference Shielding: A Review. Omega 2022, 7, 30, 25921–25947

Pinturas a la cal reforzadas con grafeno: la revolución en la industria de la construcción

Publicado el noviembre 11, 2022 | por Energeia Graphenemex

Pinturas a la cal reforzadas con grafeno:

la revolución en la industria de la construcción

Pese a que no se conoce la fecha exacta en la que el hombre conoció la cal, existen registros que datan de hace más de 14000 años respecto a su uso. En el caso de México, se utiliza desde la época prehispánica tanto para construcción como para la nixtamalización, en la antigua Grecia se utilizó para colorear numerosos frescos (2800 A.C.- 1000 D.C.), la muralla china se construyó después de estabilizar el suelo con cal (500 D.C.) y entre muchos otros datos históricos, la cal se popularizó en Europa durante la Edad Media por sus propiedades desinfectantes, transpirables e ignífugas, usándose mayormente como recubrimiento en el exterior de las casas y cuarteles. Posteriormente su implementación en las ciudades se extendió hasta principios de 1900 y no fue hasta la mitad de ese mismo siglo que llegó a las zonas rurales, periodo en el cual las pinturas sintéticas ganaron terreno sobre la cal gracias a su facilidad de aplicación, amplia gama de colores y bajo costo.

Sin embargo, a finales de los años 70 y debido a la toma de conciencia sobre los peligros de algunas pinturas sintéticas con respecto a la salud y a la contaminación medioambiental que ocasionaban ciertos componentes (metales pesados y componentes orgánicos volátiles [COV]), las pinturas a la cal volvieron a tener auge al ser productos más seguros y con menor huella en el medio ambiente.

Entre los beneficios de las pinturas o recubrimientos base cal están que son productos 100% naturales, ecológicos y libres de COV, que durante su proceso de endurecimiento absorbe CO₂, esto quiere decir que su uso contribuye en cierta medida a la purificación del aire. También son materiales transpirables, es decir, permiten que las estructuras “respiren” y no concentren humedad. Además, son termorreguladores, esto significa que no permiten que haya cambios drásticos de temperatura en las construcciones y por el contrario contribuyen a que las construcciones se mantengan frescas.

No obstante, y pese a sus grandes ventajas, uno de los principales inconvenientes de las pinturas a la cal es su alta permeabilidad y, por lo tanto, poca resistencia a la humedad relacionada a su vez con una limitada adherencia que obliga a trabajos constantes de mantenimiento. Por otro lado, y aunque a la cal se le atribuyen propiedades antimicrobianas o biocidas, no es conveniente asegurar que todos los productos que la contienen ofrecen esta protección, ya que son materiales susceptibles de ser atacados por especies microbianas como Aspergillus spp., Cladosporium spp., Fusarium spp., Trichoderma spp., Actinobacterias y Bacteroidetes entre otras especies responsables de su biodeterioro así como de algunas infecciones.

Con el objetivo de contribuir a un presente y futuro sustentable, en 2022 la alianza estratégica entre las empresas Energeia-Graphenemex® y Oxical® después de casi 2 años de investigación, lanzaron al mercado un nuevo recubrimiento elaborado a partir de cal de alta pureza modificada con nanopartículas de Grafeno, bajo la marca Graphenecal®.

La nanoingeniería de Graphenecal llega al mercado para crear una nueva generación de recubrimientos base cal que supera las características de las pinturas base agua fabricadas a partir de resinas químicas. La red nanométrica que genera las nanopartículas de grafeno en combinación con la cal de alta pureza y otros productos naturales utilizados en su formulación, compacta y organiza toda su estructura a nivel molecular ofreciendo mayor durabilidad al recubrimiento y mejorando sus características, gracias al perfecto equilibrio que existe entre una mayor impermeabilidad (>50- 80%) con una adecuada transpirabilidad evitando la acumulación de humedad en las superficies, aunado a los excelentes beneficios que ofrece su gran capacidad antimicrobiana (>99.9%) que evita la adhesión y formación de biopelículas microbianas no solo para proteger contra el biodeterioro de las estructuras sino también como herramienta en el control de infecciones, entre otras ventajas como excelente adherencia, poder cubriente, resistencia contra los efectos de la intemperie, mayor termorregulación, captación de CO₂y menor huella de carbono en comparación con otros productos, sin necesidad de aditivos químicos, biocidas, ni contaminantes, colocando a México a la vanguardia en el desarrollo de productos amigables con el medio ambiente.

A los 4 días de aplicación, Graphenecal es 50% más impermeable que las pinturas a la cal sin grafeno. A partir del día 30 esta propiedad se eleva hasta 85% sin afectar la transpirabilidad del producto.
*Imagen representativa de la impermeabilidad de Graphenecal sobre dos sustratos distintos.*

*Sobre la pintura a la cal sin grafeno se formó una biopelícula microbiana en más del 90% de su superficie. El área recubierta con Graphenecal se mantuvo libre de contaminación durante la prueba.*

Protección contra bacterias, virus y hongos con recubrimientos grafénicos

Publicado el septiembre 19, 2022 | por Energeia Graphenemex

Recubrimientos Protección contra bacterias, virus y hongos con

recubrimientos grafénicos

En menos de 20 años el mundo ha enfrentado a una serie de fenómenos anormales causados por patógenos altamente infecciosos. La fácil y rápida transmisibilidad de las infecciones obliga a buscar estrategias cada vez más eficientes para reforzar los servicios sanitarios, además de representar un cambio radical en nuestro estilo de vida, donde las extremas técnicas de higiene se ubican en el primer lugar de importancia para evitar la propagación y contagio masivo dentro y fuera de los hospitales.

Enfermedades virales de mayor impacto.

2002-2003. Síndrome respiratorio agudo grave (SARS-Cov).
2012. Síndrome respiratorio de medio oriente (MERS- Cov).
2014- 2016. Ébola.
2019- 2022. SARS-Cov-2.

>6.5 millones de muertes.

Bacterias peligrosas para la salud humana:

Staphylococcus aureus.
Streptococcus pneumoniae.
Pseudomonas aeruginosa.
Haemophilus influenzae.
Helicobacter pylori.

Hongos frecuentes en ambiente doméstico:

Aspergillus spp.
Cladosporium spp.
Alternaria spp.
Acremonium spp.
Epiccocum spp.
Penicillium spp.
Stachybotrys spp.

El Grafeno como coadyuvante en el control de infecciones

En 2018 Energeia- Graphenemex® lanzó al mercado la línea Graphenergy antimicrobiano integrada por dos recubrimientos especializados de base vinílica y vinil acrílica con Óxido de grafeno cuyo potencial antimicrobiano es 400 veces superior a los productos comunes, ayudando a mantener las superficies libres de hongos y bacterias por tiempo prolongado.

Estudios in vitro y en ambiente relevante realizados por el Laboratorio de Patología, Bioquímica y Microbiología de la Facultad de Estomatología de la U.A.S.L.P., demostraron que las superficies protegidas con Graphenergy antimicrobiano se mantienen libres de microorganismos por más de 6 meses, sin necesidad de químicos adicionales. Figura 1.

*Fig. 1. Resultados a 2, 4 y 6 meses sobre la protección de Graphenergy antimicrobiano comparados con un grupo control (Sin Óxido de Grafeno).*
*Importante: Una superficie limpia se encuentra en un rango de 1-10 UFC/cm².*

En 2022, la alianza estratégica entre las empresas Energeia-Graphenemex® y Oxical® se prepara para lanzar al mercado un nuevo recubrimiento 100% natural, sin compuestos tóxicos (COVs), altamente impermeable, transpirable y altamente antimicrobiano elaborado a partir de Cal de alta pureza modificada con nanopartículas de Grafeno, bajo la marca Graphenecal ecológico.

Su extraordinaria capacidad antimicrobiana no solo es un gran coadyuvante para mantener los espacios libres de microorganismos, sino que también protege contra el biodeterioro de las superficies, particularmente de aquellas con alto valor histórico. Figura 2.

Fig. 2. La pintura a la cal sin grafeno presenta una biopelícula microbiana en más del 90% de su superficie. El área recubierta con Graphenecal ecológico se mantuvo libre de contaminación por más de 100 días de incubación. El efecto antimicrobiano de Graphenecal ecológico es altamente eficaz, con una reducción de microorganismos de 7 Log₁₀.

¿La nanotecnología grafénica es segura?

Sí, los recubrimientos antimicrobianos Graphenergy y Graphenecal son tan seguros como cualquier pintura o recubrimiento convencional. Las nanopartículas de Grafeno y Óxido de grafeno contenidas en sus formulaciones no se desprenden ni liberan sustancias tóxicas al medio ambiente.

“No todos los microorganismos son peligrosos, pero es mejor mantenerlos alejados”

¿Cómo actúan los materiales grafénicos?

Barrera física- Alta impermeabilidad. Los materiales grafénicos suelen presentarse en millones de bloques compuestos por 1 hasta 10 láminas nanométricas similar a un paquete de naipes, existiendo entre cada lámina múltiples caminos sinuosos que actúan como una barrera externa que suprime la entrada de nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano.

El Grafeno y sus derivados pueden actuar como donadores o aceptores de electrones alterando la cadena respiratoria del microorganismo o bien, extrayendo sus electrones. Este desequilibrio a manera de nano- circuito es tan rápido que no le da tiempo al microorganismo de recuperarse y, por lo tanto, lo inactiva antes de adherirse a la superficie.

Daño estructural. Los bordes de las láminas del nanomaterial actúan como pequeñas navajas que dañan o rompen la membrana celular del microorganismo, alterando su funcionamiento y evitando su viabilidad.

¿Los materiales grafénicos tienen actividad antiviral?

El efecto antiviral de los materiales grafénicos parece no ser muy distinto al descrito contra hongos y bacterias. Las hipótesis están dirigidas hacia un interesante efecto sinérgico entre impermeabilidad, daño estructural e interacciones electrostáticas por la polaridad positiva de algunos virus (SARS- Cov- 2) y la polaridad negativa del Óxido de grafeno, además de su gran capacidad de anclaje a proteínas.

Energeia- Graphenemex® es la empresa mexicana pionera en América Latina enfocada en la investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial. Además de agregar valor a sus productos con las propiedades multifuncionales del Grafeno y sus derivados, la compañía también tiene como objetivo crear alianzas estratégicas para apoyar desarrollos de innovación con nanotecnología grafénica.

Referencias

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Sydlik SA, Jhunjhunwala S, Webber MJ, Anderson DG, Langer R. In vivo compatibility of graphene oxide with differing oxidation states. ACS Nano. 2015. 9: 3866
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Bhattacharya K, Farcal LR, Fadeel B. Shifting identities of metal oxide nanoparticles: focus on inflammation. 2014. MRS Bull; 39: 970
Huang PJ, Pautler R, Shanmugaraj J, Labbé G, Liu J. Inhibiting the VIM-2 metallo-β-lactamase by graphene oxide and carbon nanotubes. ACS Appl Mater Interfaces 2015; 7: 9898.
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