ES2320470T3 - Proceso para la preparacion de materiales grafiticos magneticos y materiales obtenidos. - Google Patents
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Abstract
Proceso de preparación de materiales magnéticos grafíticos, caracterizado por comprender las etapas de: a) disponer un reactor (1) con un segundo recipiente (3) que contiene grafito y un primer recipiente (2) que contiene por lo menos un óxido de un metal de transición, estando el grafito y por lo menos un óxido, finamente divididos, estando colocados el primero y el segundo recipientes (2, 3) en una estrecha proximidad física, siendo la proporción en volumen del grafito y, por lo menos de un óxido del metal de transición, aproximadamente de 1:1, estando cerrado el sistema de reacción bajo presión, con unos valores que varían desde alto vacío (10 -7 torr) a 10 atmósferas, en presencia de un gas inerte introducido a través de una entrada (5) y realizado el vacío a través de una salida (6), manteniéndose el reactor a unas temperaturas comprendidas entre la temperatura de inicio de la reacción de aproximadamente 600ºC y la temperatura de fusión de por lo menos un metal de transición con la ayuda de unos dispositivos de calentamiento (4) durante 6 a 36 horas, por lo que: i) el óxido del metal de transición, al descomponerse por la acción de la temperatura, genera una parte de oxígeno en forma de gas suficiente para producir un ataque oxidante en el grafito y para generar poros en el mismo; y ii) se reduce el óxido del metal de transición en su mayor parte, hasta un estado de oxidación nula, mientras que el material carbonoso al final del proceso presenta dos zonas, estando constituida la zona superior por el producto pretendido de estructura porosa, con racimos, apilamientos y bordes de grafenos al descubierto; b) al final del tiempo de reacción pretendido, se recupera el material grafítico con propiedades magnéticas de larga duración.
Description
Proceso para la preparación de materiales
grafíticos magnéticos y materiales obtenidos.
La presente invención se refiere al campo de los
materiales magnéticos grafíticos, más específicamente, a procesos
de preparación de materiales nanoestructurales a partir de grafito
comercial puro y de óxidos de metales de transición en una
atmósfera inerte o al vacío, y mediante calentamiento.
Los materiales carbonosos nanoestructurales se
han convertido en un foco de atención de la investigación debido a
sus aplicaciones comerciales potenciales y a la novedad de sus
propiedades físicas. La posibilidad de conseguir unas propiedades
de interés en muestras macroscópicas de carbono, tales como
propiedades magnéticas de larga duración a temperatura ambiente,
permiten un gran número de aplicaciones.
Estos materiales se pueden utilizar en la
formación de imágenes magnéticas en medicina, o por otra parte en
aplicaciones en nanotecnología, comunicaciones, electrónica,
detectores, incluso biodetectores, catálisis, o en la separación de
materiales magnéticos. No obstante, durante muchos años fue difícil
creer en la existencia de materiales de carbono puro que pudieran
presentar este tipo de propiedades.
Los procesos actuales que permiten la obtención
de cantidades microscópicas de carbono magnético utilizan técnicas
nucleares (bombardeo de protones) o condiciones extremas de presión
y temperatura que los hacen irrealizables desde el punto de vista
económico. Además no producen unos materiales con un comportamiento
ferromagnético aplicable cuando se comparan con la señal magnética
de fondo (que en general es muy diamagnética).
A pesar de los esfuerzos para conseguir
magnetismo en materiales orgánicos, muy pocos sistemas han
demostrado tener esta propiedad. En los últimos años, con el
descubrimiento de nuevas formas alotrópicas de carbono, este campo
de investigación se ha revisado mediante el descubrimiento de
ferromagnetismo en la sal de transferencia de cargas
[TDAE]-C_{60} y en el fulereno polimerizado, tal
como lo citan P. M. Allemand y otros, Science 253,
301 (1991), T. Makarova y otros, Nature 413, 716 (2001) y R.
A. Wood y otros, J. Phys.: Condens. Matter 14, L385
(2002).
Además, algunos documentos demuestran la
existencia de bucles de magnetización de tipo ferromagnético en
grafito pirolítico altamente orientado (HOPG), tal como citan Y.
Kopelevich, J. H. S. Torres, S. Moethlecke, J. Low Temp.
Phys. 119, 691 (2000) y P. Esquinazi y otros, Phys. Rev.
B 66, 24429 (2002).
Recientemente, dos documentos importantes han
demostrado de una forma sin ambigüedades, que es posible la
existencia de ferromagnetismo en el carbono puro. Uno de estos
documentos, de P. Turek et al., Chem. Phys. Lett.
180, 327 (1991) describe la inducción de una ordenación magnética
mediante la irradiación de protones en el HOPG. Este material
presenta una ordenación magnética estable a temperatura
ambiente.
Otro documento describe la síntesis de una nueva
forma alotrópica de carbono, una nanoespuma formada totalmente por
carbono, que presenta un comportamiento de tipo ferromagnético hasta
90K, con una curva de histéresis estrecha y una saturación
magnética alta, véase A. V. Rode, E. G. Gamaly, A. G. Christy, J. G.
Fitz Gerald, S. T. Hyde, R. G. Elliman, B.
Luther-Davies, A. I. Veinger, J. Androulakis, J.
Giapintzakis, Nature (2004). Este material se preparó
mediante ablación de carbono vítreo en atmósfera de argón, con un
láser de alta repetición y de alta
potencia.
potencia.
Asimismo, la patente US 6.312.768 trata este
tema describiendo un procedimiento para depositar películas delgadas
de nanoestructuras amorfas y cristalinas basándose en la deposición
de impulsos láseres ultrarrápidos. El artículo de P. Esquinazi
et al. (Carbon, 42, 1213 (2004)), describe un
procedimiento para inducir ferromagnetismo mediante irradiación
proTon en grafito puro pirolítico.
No obstante, a pesar de los progresos actuales,
sigue existiendo la necesidad de un proceso para preparar
materiales magnéticos grafíticos en cualquier cantidad, con unas
propiedades magnéticas de larga duración a temperatura ambiente,
estando preparados dichos materiales a partir de grafito y óxidos de
metales de transición, ambos en polvo y en unas condiciones de
reacción que permiten obtener el producto pretendido. Dicho proceso
y el producto granítico asociado se describen y se reivindican en la
presente solicitud.
Hablando en un sentido amplio, la presente
invención trata de un proceso para la preparación de materiales
grafíticos magnéticos a partir de grafito puro, comprendiendo dicho
proceso:
- a)
- disponer un reactor con un primer recipiente que contiene grafito puro y un segundo recipiente que contiene uno o varios óxidos de metales de transición, estando el grafito y el(los) óxido(s) finamente divididos, estando colocados los recipientes en estrecha proximidad física, siendo la proporción en volumen del grafito con respecto al (a los) óxido(s) de metales de transición, aproximadamente de 1:1, estando el sistema de reacción cerrado bajo presión con valores comprendidos desde alto vacío (10^{-7} torr) hasta 10 atmósferas de un gas inerte, y mantenido a temperaturas comprendidas entre la temperatura de inicio de la reacción y la temperatura de fusión del (de los) óxido(s) de metales de transición, durante 6 a 36 horas, con lo que:
- i)
- el óxido del metal de transición, al descomponerse por la acción de la temperatura, genera una proporción de oxígeno en forma de gas suficiente para producir el ataque oxidante del grafito y generar poros en el mismo; y
- ii)
- se reduce el óxido del metal de transición en su mayor parte hasta el estado de oxidación nula, mientras que al final del proceso el material carbonoso presenta dos zonas, la zona superior que está constituida por el producto pretendido, con una estructura porosa con racimos, apilamientos y bordes de grafenos al descubierto;
- b)
- al final del tiempo de reacción deseado se recupera el material grafítico con propiedades magnéticas de larga duración a temperatura ambiente.
De este modo, la presente invención prevé un
proceso para la obtención de materiales magnéticos grafíticos a
temperatura ambiente, a partir de grafito puro y uno o varios óxidos
de metales de transición, estando dichos óxidos combinados en
cualquier proporción, siempre que el grafito esté en exceso
estequiométrico.
La presente invención prevé asimismo un proceso
para la obtención de materiales magnéticos grafíticos, siendo
detectable el magnetismo a temperatura ambiente, por ejemplo,
mediante atracción con un imán permanente.
La presente invención prevé asimismo un proceso
para la obtención de materiales magnéticos grafíticos a temperatura
ambiente, siendo dicho proceso accesible a la producción comercial,
sin equipos o técnicas excesivamente sofisticados, requiriendo los
objetivos de la presente invención solamente reactores normales
tales como hornos a 1.200ºC.
La presente invención prevé asimismo un material
basado únicamente en carbono, capaz de presentar dichas propiedades
magnéticas a temperatura ambiente.
La presente invención prevé además un material
grafítico magnético estable, es decir, un material que mantiene sus
propiedades durante un tiempo prolongado, por lo menos durante unas
semanas.
La presente invención prevé además un material
magnético grafítico en el que las propiedades requeridas son
consecuencia de las características topográficas introducidas en el
grafito original.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 muestra un esquema del reactor
utilizado en el proceso de la presente invención.
La Figura 2 muestra una imagen
MFM-2D y la correspondiente imagen 3D, siendo el
área total fotografiada de unas 10 \mum x 10 \mum, y en la que
la anchura de cada pista magnética es aproximadamente de 1
micrómetro.
La Figura 3 muestra una imagen al microscopio
electrónico de barrido (SEM) del material magnético grafítico
obtenido mediante el proceso de la invención.
La Figura 4 es un gráfico que muestra la curva
de magnetización con respecto a la temperatura (SQUID), comparando
el comportamiento magnético del material antes y después del
proceso, para un campo magnético exterior aplicado de 0,01 T (1.000
Oe).
La Figura 5 es un gráfico que muestra un detalle
de la curva de magnetización con respecto a la temperatura (SQUID),
para un campo magnético exterior aplicado de 0,01 T (1.000 Oe) que
muestra la calidad magnética del producto obtenido mediante el
proceso de la presente invención. El inserto muestra un detalle de
la curva del inverso de la susceptibilidad magnética en función de
la temperatura, y la determinación de la temperatura Curie (Tc)
aproximadamente en 200 K.
La Figura 6 es un gráfico que muestra la curva
de magnetización (SQUID) con respecto a un campo magnético exterior,
mostrando el comportamiento típico de un imán ferroso exhibido por
la muestra tratada en T = 200 K.
\vskip1.000000\baselineskip
Por consiguiente, el presente proceso de
obtención de un material grafítico que tiene propiedades magnéticas
de larga duración a temperatura ambiente es básicamente un ataque
oxidante del grafito puro, originado a partir de una proporción de
oxígeno procedente de la descomposición, a una temperatura
comprendida entre la del inicio de la reacción a unos 600ºC y la
temperatura de fusión del óxido o de la mezcla de óxidos de metales
de transición en un sistema cerrado y en presencia de un gas inerte
de transferencia.
Alternativamente, la proporción de oxígeno puede
estar originada a partir de oxígeno en forma de gas, en cantidades
equivalentes a las obtenidas de la descomposición del óxido o de la
mezcla de óxidos de los metales de transición.
El grafito puro es útil para el presente
proceso, y se encuentra disponible comercialmente. Con el objeto de
facilitar el contacto del grafito con el gas oxidante obtenido de la
descomposición del óxido de metal de transición, se utiliza grafito
puro en polvo que se mantiene en un recipiente en el interior de un
reactor en un sistema cerrado, tal como se detallará más adelante.
Habitualmente y, a título de ejemplo, la utilización de grafito con
una granulometría inferior a 0,1 milímetro funciona de manera
adecuada.
Todas las formas de grafito puro son útiles para
el proceso, tales como por ejemplo, grafito pirolítico, grafito
puro en polvo, o cualquier otra variedad o forma de presentación del
grafito.
Los óxidos de los metales de transición útiles
para el proceso de la presente invención son un óxido metálico del
grupo VII tal como Fe, Co y Ni; metales del grupo IB tales como Cu y
de los grupos IIB, tales como Zn; metales del grupo IIIB tales como
Sc; metales del grupo IVB tales como Ti y del grupo VB tales como V;
metales del grupo VIB tales como Cr. Un óxido de un metal de
transición preferente para los objetivos de la invención es el
óxido cúprico (CuO) tanto puro como combinado con otros óxidos en
cualquier proporción.
El óxido del metal de transición se utiliza
asimismo en forma de polvo. El óxido o las mezclas del mismo se
colocan en el recipiente sin necesidad de tomar precauciones con
respecto a su compactación. Dado que la reacción se realiza en fase
vapor, el óxido utilizado debe tener suficiente pureza para
garantizar que los componentes contaminantes no se volatilizan,
siendo éste el único requisito. Los óxidos de la pureza habitual
utilizados en los laboratorios funcionan correctamente.
Se consiguen unos buenos resultados cuando se
utiliza una mezcla de grafito con otros elementos para la reacción.
A título de ejemplo, la mezcla de grafito con hasta un 10% en peso
aproximadamente de boro produce los resultados magnéticos
pretendidos.
Según los principios de la presente invención,
la proporción de grafito debe ser estequiométricamente bastante más
elevada que la del óxido del metal de transición. No obstante, si se
considera en volumen, los volúmenes del polvo del óxido del metal
de transición y del polvo de grafito puro, pueden estar en la
proporción de 1:1 o muy próxima a la misma para obtener los mejores
resultados.
Los recipientes o el crisol de fundición
utilizados, tanto para el grafito como para el óxido de metal y el
tubo del horno, están fabricados en alúmina, sin que estén limitados
a este material. Cualquier material que soporte las temperaturas
del proceso puede resultar adecuado.
En una forma de realización preferida, los
recipientes tienen aproximadamente 8 cm de longitud y 1 cm de ancho
y alto, el tubo del horno tiene 2,5 cm de diámetro y 96 cm de
longitud. Estas dimensiones se prefieren para aplicaciones a escala
de banco de trabajo, pudiendo ser diferentes los valores y la
proporción entre ellos a escala piloto o a escala industrial.
La atmósfera del sistema cerrado puede estar
compuesta por un gas inerte utilizado como ayuda para la
transferencia, que se puede encontrar a unas presiones de hasta 10
atmósferas, o de otro modo, al vacío. Un gas inerte típico es el
nitrógeno o el argón, de un grado razonable de pureza, por ejemplo
del 99,9%. No se precisan recomendaciones especiales para este gas,
aparte de las características comerciales habituales.
Durante la reacción se realiza el vacío con el
objeto de ayudar a desplazar el equilibrio de la reacción hacia los
productos. El nivel de vacío útil para la reacción está comprendido
entre el vacío de bomba mecánica (entre 10^{-2} y 10^{-3} tor)
y el vacío elevado (10^{-7} tor).
La gama de temperaturas a las que tiene lugar la
reacción está comprendida entre 600ºC (una gama en la que se inicia
la reacción de oxidación) y, por ejemplo, la temperatura de fusión
del óxido del metal de transición escogido (o de la mezcla de
óxidos de los metales de transición), o de este metal en el estado
de oxidación nula. Típicamente, en el caso del óxido cúprico, se ha
demostrado que 1.200ºC es una temperatura muy adecuada.
La reacción entre el grafito y el óxido del
metal de transición se produce durante unas horas, entre 6 y 36
horas, con un margen preferente de entre 14 y 24 horas.
El proceso de la presente invención para la
preparación de un material grafítico magnético puede realizarse en
hornadas, tal como se ha descrito anteriormente, o alternativamente
de un modo continuo. De esta forma, puede utilizarse cualquier tipo
de reactor/horno capaz de soportar unas temperaturas elevadas.
Según el proceso propuesto, el grafito original
y los óxidos del metal de transición que están en recipientes
separados, al final de la reacción los metales de transición quedan
completamente o en gran parte reducidos a su estado de oxidación
nula. Para unos mejores resultados, los recipientes que contienen
grafito y, por lo menos un óxido del metal de transición, están muy
próximos entre sí en el interior del reactor donde tiene lugar la
reacción para formar grafito magnético. Según la presente invención,
la proximidad entre los recipientes que contienen los elementos
reactivos, varía desde 0 a 100 mm, más preferentemente de 30 a 50
mm, e incluso más preferentemente de 5 a 15 mm.
En el recipiente donde había originalmente
grafito puro, se obtiene material carbonoso y en él es posible
identificar claramente dos zonas. El material de la zona superior
tiene un aspecto amorfo, de color opaco, y el de la zona inferior
tiene un aspecto cristalino.
El material de la presente invención que tiene
propiedades magnéticas a temperatura ambiente es el de la zona
superior, que estudiado mediante con microscopio electrónico de
barrido (SEM) y mediante microscopio de fuerza magnética (MFM),
tiene una estructura compleja con poros, racimos, apilamientos y
bordes de grafenos al descubierto. Por el contrario, el material de
la zona inferior no tiene un comportamiento magnético a temperatura
ambiente. Es importante separar las fases magnética y no magnética
con el objeto de conseguir un material más puro y concentrado, que
puede realizarse con cuidado debido al aspecto físico claramente
diferenciado de ambas fases, o también con la ayuda de un imán.
Además de la simple detección del magnetismo a
temperatura ambiente mediante la utilización de un imán corriente,
el microscopio de fuerza magnética (MFM) ha demostrado asimismo que
existe un comportamiento magnético en el material de la zona
superior, mostrando de este modo el importante papel que desempeñan
las características topográficas descritas para proporcionar estas
propiedades. Las mediciones magnéticas confirman este comportamiento
magnético intenso que presenta el material obtenido mediante el
proceso de la presente invención.
Sin estar vinculado a ninguna teoría particular,
el comportamiento exhibido por el producto magnético de la reacción
puede ser atribuido a la interacción de las órbitas sp^{3} y
sp^{2} y a la posición de los haces de electrones que se
desplazaron anteriormente en las órbitas \pi de los grafenos.
Estos electrones están obligados a adoptar una posición alcanzando
el momento magnético debido a las variaciones microestructurales
introducidas mediante este procedimiento. Estos electrones pueden
formar unas órbitas situadas alrededor de los defectos creados. Si
debido a la disposición relativa en el espacio, entre el material,
muchas órbitas situadas no se anulan entre sí, sino más bien se
suman, pueden producir un momento magnético macroscópico que es
capaz de producir el efecto descrito y reivindicado en la presente
solicitud.
La fotografía realizada mediante SEM mostrada en
la Figura 3, representa claramente la propagación de los poros a
través de las diferentes láminas de grafito, lo que concuerda con
esta explicación. Dicho de otro modo, la idea es que si tenemos
poros que atraviesan varios grafenos consecutivos, el haz de los
electrones \pi que están situados en los poros, generan unos
momentos magnéticos en forma de espiras una encima de otra en forma
de un solenoide que superpone sus efectos y produce un momento
magnético macroscópico neto no nulo.
La influencia de los metales en la existencia de
este magnetismo se ha excluido mediante el análisis por fluoroscopia
de rayos X y mediante espectroscopia de energía dispersiva (EDS),
acoplada a un microscopio electrónico de barrido. Estos estudios se
realizan en el grafito original sin procesar y en el grafito
modificado, y no se ha notado ninguna diferencia entre los
resultados.
El grafito magnético a temperatura ambiente,
producido mediante el presente proceso, se caracteriza por tener
una microestructura compleja constituida por poros que pasan a
través de diversas láminas de grafito, con unos diámetros que
varían desde unos pocos nanómetros hasta más de 1 \pim y con
formas nano y microestructuradas con el aspecto de racimos o
apilamientos. La estructura del grafito obtenido puede verse en la
Figura 2.
A continuación se describirá la presente
invención haciendo referencia a las Figuras adjuntas.
La Figura 1 es un diagrama simplificado del
reactor utilizado en el proceso de la invención.
Básicamente, el reactor (1) es un sistema
cerrado, en forma de un reloj de arena, calentado mediante un
manguito (4) o mediante cualquier dispositivo capaz de suministrar
temperaturas entre 600ºC y la temperatura de fusión del óxido del
metal de transición (o de la mezcla de óxidos). En el interior del
reactor (1) se coloca un primer recipiente (2) que contiene
el(los) óxido(s) de metal de transición descritos
anteriormente y muy próximo al primer recipiente (2) se coloca un
segundo recipiente (3) que contiene grafito puro comercial en polvo,
en una proporción en volumen en los recipientes primero y segundo
(2) y (3) de 1:1. A través de una entrada (5) se inyecta un gas
inerte de transferencia, por ejemplo, nitrógeno. A través de la
salida (6) se realiza el vacío en el sistema, que puede variar
desde valores obtenidos mediante una bomba mecánica (habitualmente
10^{-2} a 10^{-3} torr) a alto vacío (10^{-7} torr).
Cuando el sistema alcanza unas temperaturas
adecuadas para generar oxígeno en forma de gas a partir del óxido u
óxidos del metal de transición, contenidos en el primer recipiente
(2), se inicia la oxidación del material grafítico contenido en el
segundo recipiente (3) y, en consecuencia, asimismo el proceso de la
formación de poros en el grafito. Dado que la reacción tiene lugar
durante 6 a 36 horas, con un periodo de tiempo preferido de 14 a 24
horas, la generación de poros en el grafito en polvo puede producir
incluso materiales esponjosos, si se pretende de este modo.
Al final de la reacción el material grafítico de
la parte superior del segundo recipiente (3) queda recubierto como
el producto de la reacción, presentando propiedades magnéticas de
larga duración a temperatura ambiente.
El rendimiento en material grafítico magnético
producido varía de 1/10 a 1/20 (en volumen) del grafito colocado
originalmente en el segundo recipiente (3); en peso, y a título de
ejemplo, una reacción iniciada con 5 gramos de grafito produce
aproximadamente 0,25 gramos de grafito magnético.
La Figura 2 muestra una imagen del microscopio
de fuerza magnética (MFM) de un grafito de la presente invención.
La anchura de cada pista magnética es de 1 micrómetro
aproximadamente. La figura permite verificar el grado de
estructuración del producto obtenido. Este grado de la estructura
permite demostrar que, a temperatura ambiente, la respuesta
magnética del material es importante y con unos dominios claramente
establecidos.
La Figura 3 es una fotografía SEM de un material
grafítico de la presente invención. En esta fotografía puede
observarse que la degradación de los grafenos que dan origen a los
poros mencionados anteriormente se produce sucesivamente en láminas
cada vez más interiores, reforzando el efecto descrito y produciendo
el efecto magnético reivindicado.
La Figura 4 es un gráfico de la curva de
magnetización (SQUID) con respecto a la temperatura, comparando el
comportamiento magnético del material antes y después del proceso.
La Figura 4 permite verificar la modificación magnética aumentada
hallada en el material grafítico mediante el tratamiento del proceso
propuesto. La modificación conseguida es muy clara y permite la
reversión total del comportamiento diamagnético original en bruto
del grafito a un comportamiento ferromagnético muy intenso. Esto
permite deducir que este tipo de respuesta importante no puede ser
atribuido a la presencia de impurezas en la muestra, dado que estas
impurezas, si estuvieran presentes, permitirían como máximo
observar un magnetismo débil e indeterminado, solamente perceptible
restando el fondo diamagnético del grafito en bruto, lo que
claramente no sucede en este caso.
La Figura 5 es un gráfico que muestra un detalle
de la curva de magnetización (SQUID) con respecto a la temperatura,
mostrando la calidad magnética del material grafítico obtenido, así
como la temperatura de unos 185 K Curie. El comportamiento
magnético del material persiste incluso a temperatura ambiente.
La Figura 6 es un gráfico que muestra la curva
de magnetización (SQUID) con respecto a un campo exterior,
mostrando cómo el producto grafítico obtenido mediante el proceso de
la presente invención presenta el comportamiento típico de un imán
ferroso a la temperatura de T = 200 K.
La descripción anterior demuestra, por
consiguiente, que es posible obtener unas cantidades macroscópicas
de un material con propiedades magnéticas de larga duración a
temperatura ambiente, a partir de grafito comercial puro y de un
óxido de un metal de transición en unas condiciones relativamente
moderadas de reacción y con un equipo fácilmente disponible, y que
el material obtenido de este modo se puede utilizar en diversas
aplicaciones, tales como en la formación de imágenes magnéticas en
la ciencia médica, u otras aplicaciones en comunicaciones,
electrónica, detectores, incluso biodetectores, catálisis o en la
separación de materiales magnéticos.
Por consiguiente, la presente invención da a
conocer un proceso altamente competitivo para la obtención de
carbono magnético que presenta unas propiedades físicas desconocidas
hasta el momento.
Claims (14)
1. Proceso de preparación de materiales
magnéticos grafíticos, caracterizado por comprender las
etapas de:
- a)
- disponer un reactor (1) con un segundo recipiente (3) que contiene grafito y un primer recipiente (2) que contiene por lo menos un óxido de un metal de transición, estando el grafito y por lo menos un óxido, finamente divididos, estando colocados el primero y el segundo recipientes (2, 3) en una estrecha proximidad física, siendo la proporción en volumen del grafito y, por lo menos de un óxido del metal de transición, aproximadamente de 1:1, estando cerrado el sistema de reacción bajo presión, con unos valores que varían desde alto vacío (10^{-7} torr) a 10 atmósferas, en presencia de un gas inerte introducido a través de una entrada (5) y realizado el vacío a través de una salida (6), manteniéndose el reactor a unas temperaturas comprendidas entre la temperatura de inicio de la reacción de aproximadamente 600ºC y la temperatura de fusión de por lo menos un metal de transición con la ayuda de unos dispositivos de calentamiento (4) durante 6 a 36 horas, por lo que:
- i)
- el óxido del metal de transición, al descomponerse por la acción de la temperatura, genera una parte de oxígeno en forma de gas suficiente para producir un ataque oxidante en el grafito y para generar poros en el mismo; y
- ii)
- se reduce el óxido del metal de transición en su mayor parte, hasta un estado de oxidación nula, mientras que el material carbonoso al final del proceso presenta dos zonas, estando constituida la zona superior por el producto pretendido de estructura porosa, con racimos, apilamientos y bordes de grafenos al descubierto;
- b)
- al final del tiempo de reacción pretendido, se recupera el material grafítico con propiedades magnéticas de larga duración.
2. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el grafito es grafito comercial puro en
polvo.
3. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el grafito es pirolítico.
4. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el grafito es cualquier variedad o forma
de presentación del grafito.
5. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque la granulometría del grafito es inferior
a 0,1 mm.
6. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el grafito contiene aproximadamente
hasta un 10% en peso de boro.
7. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque los óxidos de metales de transición
comprenden metales del grupo VIII, incluyendo Fe, Co y Ni; metales
del grupo IB incluyendo Cu y del grupo IIB, incluyendo Zn; metales
del grupo IIIB incluyendo Sc; metales del grupo IV13 incluyendo Ti y
del grupo VB incluyendo V; metales del grupo VIB incluyendo Cr,
tanto puros como combinados en cualquier proporción.
8. Proceso según la reivindicación 7,
caracterizado porque preferentemente el óxido del metal de
transición es óxido cúprico, tanto puro como en una mezcla con
otros óxidos de metales de transición en cualquier proporción.
9. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tiempo de reacción varía de 14 a 24
horas.
10. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado por presentar un rendimiento comprendido entre
1/10 y 1/20 (en volumen) del grafito originariamente colocado en el
segundo recipiente (3).
11. Proceso según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material magnético grafítico es
recuperado con la ayuda de un imán.
12. Material magnético grafítico, obtenido
mediante el proceso definido en cualquiera de las reivindicaciones
1 a 11, caracterizado por tener microestructuras complejas
constituidas por poros que pasan a través de varias láminas de
grafito, con diámetros que varían desde unos pocos nanómetros a más
de 1 \mum, y formas nanoestructuradas y microestructuradas con
aspecto de racimos o apilamientos.
13. Material magnético grafítico según la
reivindicación 12, caracterizado por presentar propiedades
magnéticas a temperatura ambiente que persisten un período de
tiempo prolongado.
14. Material magnético grafítico, según la
reivindicación 12, caracterizado por utilizarse en imágenes
magnéticas en la ciencia médica, en nanotecnología, comunicaciones,
electrónica, detectores, biodetectores, catálisis, o en la
separación de materiales magnéticos.
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