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Grafeno

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Grafeno
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Presentación

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El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero: una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan solo 0,77 miligramos. Se considera 200 veces más fuerte que el acero y su densidad es aproximadamente la misma que la de la fibra de carbono, y es aproximadamente cinco veces más ligero que el acero.

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Descubrimiento

El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un material nuevo. En realidad se conoce y se ha descrito desde hace más de medio siglo. El enlace químico y su estructura se describieron durante el decenio de 1930. Philip Russell Wallace calculó por primera vez (en 1949) la estructura electrónica de bandas. Al grafeno se le prestó poca atención durante décadas al pensarse que era un material inestable termodinámicamente ya que se pensaba que las fluctuaciones térmicas destruirían el orden del cristal dando lugar a que el cristal 2D se fundiese. Bajo este prisma se entiende la revolución que significó que Gueim y Novosiólov consiguiesen aislar el grafeno a temperatura ambiente. La palabra grafeno se adoptó oficialmente en 1994, después de haber sido designada de manera indistinta –en el campo de la ciencia de superficies– «monocapa de grafito».

Además, muchas nanoestructuras recientemente descubiertas, como los nanotubos de carbono, están relacionadas con el grafeno. Tradicionalmente, a estos nanotubos se les ha descrito como «hojas de grafeno enrolladas sobre sí mismas». De hecho las propiedades de los nanotubos de carbono se explican y entienden fácilmente a partir de las inherentes al grafeno. Se ha descrito también la preparación de nanotiras de grafeno mediante nanolitografía, haciendo uso de un microscopio de efecto túnel.

El grafeno podría hacer que internet sea cien veces más rápido

No es misterio para nadie que a través de internet se transfieren cantidades astronómicas de información a diario. Esto se hace a través de dispositivos y tecnologías optoeléctricas como lásers, fibra óptica y fotodetectores. Estos responden a una velocidad ÓPTICA de unos pocos picosegundos (una trillonésima parte de un segundo), lo cuál está bastante bien, pero con unas pequeñas capas de grafeno esta cifra podría multiplicarse por cien.

Para ponerlo en números, con este material la velocidad de respuesta sería de cien femtosegundos. Esto es lo que han descubierto los investigadores del Centro de Investigaciones de Grafeno de las Universidades de Bath y Exeter, donde están probando los beneficios de usar este material en lugar de los tradicionales.

El grafeno ha demostrado ser muy fuerte a pesar de tener el grosor de un átomo, según lo que publican en el artículo de sus investigaciones. Lo describen como un material milagroso, pues es muy fuerte, muy eficiente, pequeño y, lo más importante, no cuesta mucho. Si entra en el mercado, explican, podría llegar a revolucionar el mundo de las telecomunicaciones.

Según lo que le dijo Enrico Da Como, líder de este grupo de investigación a machineslikeus.com, “esta rápida respuesta ayuda a la parte infrarroja del espectro electromagnético. donde muchas aplicaciones de seguridad, salud y de telecomunicaciones se están desarrollando y afectando nuestra sociedad”.

Concluye diciendo que entre más exploran el grafeno, más características prometedoras le encuentran. Dicen, incluso, que tiene propiedades ópticas únicas que se prestarían para nuevos usos en la tecnología de las comunicaciones.[1]

Utilidad del Grafeno

Para poder hacernos una idea de en cuántos campos distintos puede aplicarse el grafeno, es necesario echar un vistazo a nuestro alrededor y ver todo lo que nos rodea. Ordenadores, coches, teléfonos móviles y equipos de música son, por mencionar sólo algunos de ellos, cosas que encontramos frecuentemente en nuestra vida cotidiana en las que el grafeno se podría llegar a aplicar.

Por sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la fabricación de aviones, satélites espaciales o automóviles, haciéndolos más seguros. También en la construcción de edificios, pues los convertiría en más resistentes.

Pero, sobre todo, destacan sus aplicaciones en el campo de la electrónica, donde a través de su capacidad para almacenar energía puede dotar a las baterías de una mayor duración y un menor tiempo de carga, establecer conexiones más rápidas e incluso contribuir a mejorar el medio ambiente sustituyendo a materiales contaminantes que hoy en día nos vemos obligados a utilizar.

No hay que olvidar su relevancia en el ámbito de la salud. Las prótesis de grafeno podrían sustituir a las actuales, de diversos materiales. O incluso se podría aplicar para mejorar el tratamiento de algunas enfermedades.

Por todo esto, no es de extrañar que se diga que su utilidad es prácticamente ilimitada y que las barreras a su aplicación únicamente son las de la imaginación humana.

Cómo es el material del Grafeno?

Un material revolucionario

El grafeno es un material que combina una gran cantidad de propiedades que no se dan juntas en cualquier otro compuesto. ¿Qué significa esto? Que es capaz de mejorar por completo las condiciones de cualquier superficie donde se aplique.

Y es que es un material muy duro, resistente, flexible y muy ligero; lo que permite moldearlo según las necesidades de cada caso. Conduce muy bien tanto el calor como la electricidad; y permanece en condiciones muy estables cuando se le somete a grandes presiones.

Su futuro en terrenos como la medicina se presenta realmente prometedor. ¿Un ejemplo de en qué se podría usar? En las máquinas con las que se realizan las radiografías. Éstas funcionan mediante radiaciones ionizantes, unas formas de energía que hacen que los materiales que se encuentran a su alrededor se desgasten muy pronto. Pues bien, el grafeno ofrecería una duración casi infinita, por lo que la inversión que habría que realizar en la adquisición del material sería, a la larga, mucho menor.

Pero además, el grafeno es capaz de generar electricidad a través de la energía solar, lo que le convierte en un material muy prometedor en el campo de las energías limpias. Para que te hagas una idea de su potencial, si se construyeran con grafeno las placas solares, podrían generar varias veces más energía por hora que las actuales. ¿Será este material una de las herramientas necesarias para superar la crisis energética que previsiblemente se desatará cuando se agoten las reservas de petróleo?

Cómo se obtiene el Grafeno?

Llegados a este punto, seguramente te preguntarás por qué, si el grafeno tiene tantas cualidades y ofrece tantos beneficios, no se emplea para mejorar nuestra calidad de vida.

La respuesta es sencilla. Para que conserve todas sus propiedades, el mineral ha de ser de la mayor calidad posible. Con el método tradicional de obtención a base de deshojar el grafito con cinta adhesiva, se consigue grafeno de muy alta calidad, pero la cantidad producida es mínima y resulta insuficiente para su uso industrial.

Por otro lado, el empleo de otros métodos para su obtención enfocados en aumentar la cantidad producida no consiguen un producto con la calidad suficiente.

Actualmente, se comercializa el grafeno bajo dos formas: En lámina y en polvo. ¿En qué se diferencian?

  • Grafeno en lámina: es de alta calidad y se emplea en campos como la electrónica, la informática o incluso la aeronáutica, donde se requiere un material muy resistente. Su producción es actualmente muy costosa.
  • Grafeno en polvo: se usa en aquellos ámbitos que no requieren de un material de alta calidad. Su proceso de obtención es más barato y permite una mayor producción del producto, pero renunciando a parte de sus propiedades.

El siguiente gran reto en la historia de este mineral es la búsqueda de un método de obtención que supere esta barrera. Diversos equipos de científicos en todo el mundo dedican sus esfuerzos a este fin y aunque los resultados obtenidos son prometedores, aún queda camino por recorrer

Las 10 Propiedades del Grafeno

El grafeno es un material con una enorme potencialidad. Si los científicos implicados en la investigación sobre este producto logran producirlo de una forma más eficiente y barata, en pocos años se convertirá en habitual en gran parte de los objetos de nuestra vida cotidiana.

  • 1. Dureza: Se puede definir la dureza de un material como la cantidad de energía que es capaz de absorber antes de romperse o deformarse. El en caso del grafeno su dureza se estima en aproximadamente unas 200 veces la del acero, casi similar a la del diamante. Es decir, que hablamos de un material muy resistente al desgaste y que puede soportar grandes pesos. Se estima que para atravesar una lámina de grafeno con un objeto afilado sería necesario establecer un peso sobre él de aproximadamente cuatro toneladas.
  • 2. Elasticidad: Al igual que pasa con la dureza, el grafeno presenta una elevada elasticidad. Esto hace que se pueda aplicar en muy diferentes superficies, de las cuales aumentará también la durabilidad, ya que al ser elástico tendrá menos posibilidades de quebrarse.
  • 3. Flexibilidad: Al tener una elevada elasticidad puede moldearse de diversas maneras, lo que aumenta enormemente los campos en los que se puede utilizar.
  • 4. Conduce muy bien el calor: La conductividad térmica es una propiedad física que mide la capacidad de un cuerpo de conducir el calor, es decir, de permitir el paso del calor a través de él. Es elevada en los metales, pero muy baja en el resto de los materiales, por lo general. La excepción a esto es el grafeno.
  • 5. Conduce muy bien la electricidad: Conduce mucho mejor la electricidad que el cobre, material que habitualmente se utiliza como base de los cables. Por otra parte, necesita una menor cantidad de electricidad para transportar energía que la mayoría de los materiales empleados actualmente, como es el caso del silicio. ¿Qué significa esto? Que si en el futuro se aplicara, por ejemplo, en las baterías de los móviles o de los ordenadores portátiles, ésta duraría mucho más tiempo.
  • 6. Transparente y ligero: Se trata de un material con estas características, lo que permitiría su utilización para crear pantallas mucho más ligeras. Si lo unimos a otras de sus propiedades ya mencionadas, como es el caso de la flexibilidad, una de sus aplicaciones sería la de la creación de pantallas plegables o enrollables.
  • 7. Reacciona químicamente con otras sustancias: Esto le permite servir de base para la creación de materiales nuevos o introducir impurezas dentro de su estructura para modificar las propiedades originales del grafeno, lo que abre un abanico prácticamente ilimitado de campos de aplicación.
  • 8. Soporta bien la radiación ionizante: El grafeno ofrece una gran resistencia a ser modificado por este tipo de radiación, por lo que se puede aplicar en ámbitos como el sanitario, en el que se utilizan aparatos que emiten radiaciones ionizantes, como es el caso de los sistemas de radioterapia, por ejemplo. En la actualidad, los materiales que se encuentran alrededor de los aparatos que emiten radiaciones ionizantes se desgastan muy pronto, lo que supone un coste muy elevado que se podría ahorrar con su construcción con grafeno.
  • 9. Elevada densidad: El grafeno es un material muy denso. Tanto, que ni siquiera los átomos más pequeños conocidos, los de Helio, son capaces de atravesarlo. Del mismo modo sí que permite el paso del agua, que se evapora a la misma velocidad que si estuviera en un recipiente abierto.
  • 10. Efecto antibacteriano: Al estudiar el comportamiento del grafeno con organismos vivos, se comprobó que las bacterias no crecen en él, lo que abre las posibilidades de su utilización en la industria alimentaria o en la biomedicina.

Aplicaciones más destacadas

Las propiedades del grafeno lo hacen un material idóneo para múltiples aplicaciones en tecnología, sobre todo en electrónica en la fabricación de circuitos integrados. Se supone que las características del grafeno pueden hacer posible construir procesadores mucho más rápidos que los actuales. Esta rapidez se ha puesto ya en práctica en la fabricación de transistores de efecto de campo construidos con grafeno. Estos transistores además aprovechan la alta movilidad de portadores con bajo nivel de ruido que presenta el grafeno.

Entre las aplicaciones potenciales del grafeno se pueden citar como las más interesantes:

  • Destilación de etanol a temperatura ambiente para combustible y consumo humano.
  • Detectores ultrasensibles de gas.
  • Moduladores ópticos.
  • Transistores de grafeno.
  • Circuitos integrados más rápidos y eficientes.
  • Electrodos transparentes.
  • Dispositivos electrocrómicos.
  • Células solares.
  • Desalinazación.
  • Aplicaciones antibacterianas.

El principal problema actual en la aplicación del grafeno es su producción. Actualmente las investigaciones en la producción del grafeno van por la exfoliación del grafito transfiriendo hojas de grafeno desde el grafito y por crecimiento epitaxial.

A parte del problema de la producción de grafeno en cantidades y coste asumibles para su uso, existen otros argumentos para asegurar que el grafeno no reemplazará al siliceo en los dispositivos electrónicos ni es la panacea tecnológica con la que a menudo se presenta. Por ejemplo, el grafeno no presenta resistividad (resistencia eléctrica) con la que sí cuenta el siliceo. Esta falta de resistencia eléctrica hace que el grafeno no pueda dejar de conducir electricidad, lo que puede ser un gran inconveniente.

Por qué Invertir en Grafeno?

Invertir en-grafenoEn los puntos anteriores hemos podido comprobar el impacto que el grafeno podrá tener en la sociedad dentro de unos años, estando presente en gran cantidad de sectores y posiblemente convirtiéndose en el material de referencia sobre el que se desarrollen los nuevos dispositivos electrónicos.

Hace unos cuantos años, cuando comenzó la revolución de la era informática, se confirmó que aquellas personas que confiaron en empresas como Apple o Microsoft dieron en el blanco apostando por las nuevas tecnologías. Y ahora podría ser el comienzo de un proceso de las mismas características.

Numerosas empresas como IBM o Samsung, ya trabajan en proyectos basados en el grafeno; y desde organismos oficiales se potencia los estudios que aceleren la utilización comercial del mismo, como es el caso de los 1.000 millones que la Unión Europea ha decidido destinar al desarrollo de este material como alternativa real a los ya existentes.

A pesar de que parece tenerlo todo a su favor como una buena inversión de futuro, existen determinados sectores que consideran que aún es demasiado pronto como para comenzar a apostar por él.

El silicio continúa siendo el material de referencia en el sector informático y electrónico y el hecho de que el grafeno se encuentre aún en fase experimental, con pocas empresas a nivel internacional que se dediquen a su producción. Por otra parte, la ausencia de un método de elaboración que permita obtener grandes cantidades de grafeno de alta calidad es un condicionante a tener en cuenta antes de invertir.

Actualmente, existen pocas empresas dedicadas a la producción de este material, encontrándose entre los principales productores tres empresas españolas, Avanzare, Graphnanotech y Graphenea Nanomaterials, siendo esta última una de las principales productoras de grafeno en lámina de alta calidad a nivel mundial.

Por otro lado, la demanda de grafeno va aumentando considerablemente a medida que llegan los descubrimientos sobre este material. Algunas empresas como CANON, Nokia, IBM o Samsung ya han dado los primeros pasos para el desarrollo de productos que tengan el grafeno como base.

Fuentes y Enlaces de Interés

  1. Emol/Grafeno: ¿La nueva amenaza para la industria del cobre a nivel mundial?

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