Grafeno ¿El material del Futuro?

grafeno Estamos ante uno de los descubrimientos más importantes de los últimos años, de esos que pocas veces suceden en la ciencia y que esta destinado a ser el «próximo gran avance», revolucionando la tecnología en los próximos años.

Se trata de un material sintetizado a partir del grafito y está compuesto por átomos de carbono dispuestos de forma hexagonal y agrupados de forma densa en láminas de dimensiones muy finas (un átomo de espesor). Se trata de uno de los compuestos más fuertes, finos y flexibles que existen actualmente.

Pese a que el grafeno se conoce desde 1930, sus estudios fueron abandonados porque se creía que un material así no podía existir, ya que consideraban que si se conseguía aislar una sola capa de grafito, estaría tan llena de defectos que sería inestable a temperatura ambiente.
No fue hasta 2004 cuando dos científicos rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov consiguieron unos revolucionarios descubrimientos sobre este material permitiendo aislarlo de la temperatura que lo hacía inestable. Es por ello que la Real academia de las Ciencias les concedió el premio Nobel en 2010.

Como ha ocurrido muchas veces a lo largo de la historia los grandes descubrimientos surgen por error o como consecuencia de resultados inesperados y el caso del grafeno no ha sido muy diferente. Este hallazgo surge a raíz de unos estudios realizados por dichos científicos sobre el grafito. Para llevar a cabo estas investigaciones era necesario que su superficie se encontrase muy limpia y lisa y aunque los laboratorios científicos donde se realizaban los experimentos eran altamente tecnológicos se utilizaban métodos bastantes primitivos. El procedimiento consistía en pegar un trozo de cinta adhesiva sobre la muestra y extraer las capas más superficiales las cuales solían ser las dañadas o contaminadas y una vez realizado este proceso se procedía al estudio del grafito restante. Pero esta vez en lugar de centrarse en la muestra, sus estudios se centraron en las partículas de grafito presentes en la cinta adhesiva, entre las cuales se encontraban monocapas de grafito también denominadas grafeno.

Propiedades

Como se ha comentado anteriormente es un material extremadamente duro, se considera 200 veces más resistentes que una lámina de acero del mismo espesor y a la misma vez es muy flexible y elástico lo que le permite moldearlo según las necesidades de cada caso. También es un material muy ligero como la fibra de carbono pero es más flexible que ésta y a la misma vez más denso ya que no es atravesado ni por los átomos más pequeños como son los de helio (en forma gaseosa ya que si permite el paso del agua).

grafeno3Soporta bien la radiación ionizante y  es susceptible de reaccionar químicamente con otros materiales, lo que permite producir compuestos de diferentes propiedades confiriéndole gran capacidad de desarrollo.

Posee extraordinarias propiedades eléctricas, térmicas, ópticas y mecánicas, con una excelente conductividad, aún mejor que el cobre que lo convierte en un material óptimo para la fabricación de dispositivos del tipo transistores de efecto de campo.

Otra de las propiedades del grafeno es que tiene un efecto antibacteriano ya que al estudiar su comportamiento con organismos vivos se observó que las bacterias no crecen en él, lo que permite su utilización en la industria alimentaria y biomedicina.

Aplicaciones

Este material permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes, baterías de mayor duración y menor tiempo de carga a potentes paneles solares, ya que es capaz de generar electricidad a través de la energía solar.

grafeno2Permitirá desarrollar ordenadores más rápidos y con un menor consumo eléctrico que los actuales de silicio y se podrían fabricar discos duros del mismo tamaño pero con una capacidad mil veces superior. El único inconveniente es que no posee resistividad, por lo que no puede dejar de conducir electricidad y eso puede ser un inconveniente a la hora de reemplazar al silicio.

Un posible uso en el campo de la medicina sería en las máquinas de rayos x que emiten radiaciones ionizantes las cuales desgastan muy rápido los materiales que la rodean y como el grafeno es muy resistente a este tipo de radiaciones tendría una duración casi infinita. También se ha demostrado que el óxido de grafeno actúa como anti cancerígeno por lo que podría ser usado para disminuir tumores y prevenir la extensión del cáncer.

Se encuentra en investigación el uso de láminas de grafeno porosas que permitan sustituir las membranas en el proceso de ósmosis inversa para la desalinización del agua, mediante las cuales se obtendría eficiencias mayores y menores consumos de energía.

Además de todas las ya mencionadas, el grafeno también tiene aplicación en automovilística, aeronáutica, ingeniería aeroespacial, industria alimentaria, construcción y otros sectores que se investigan actualmente. Por todo esto y mucho más se considera el grafeno como el material del futuro, que puede dar origen a una nueva era tecnológica, dejando para la historia la era del silicio, ya que éste no tiene una única aplicación, ni es un solo material sino que es una familia de materiales

Producción y Comercialización

Viendo todas las aplicaciones prácticas que posee el grafeno y las extraordinarias propiedades que tiene y que lo convierten en uno de los materiales con mayor potencial de futuro, ¿como es que no se ha explotado definitivamente?. Pues bien, para que este material conserve sus propiedades intactas la muestra debe ser de la mayor calidad posible y el problema es que a día de hoy no existe un equilibrio entre calidad, coste y producción a nivel industrial.
grafeno4
Aunque existen tres formas de obtener grafeno, actualmente sólo se emplean dos métodos de manera comercial: En lámina y en polvo. Con estos métodos se obtiene una cantidad suficiente para su comercialización aunque el problema radica en que el producto no se obtiene con una calidad suficiente.

Por otro lado, el método tradicional de extracción de grafeno a partir de grafito mediante cinta adhesiva, es aquel que obtiene las muestras de mayor calidad el problema es que la cantidad producida es muy reducida y no es suficiente para su uso industrial.

Recientemente investigadores de la Universidad de Rice han conseguido sintetizar grafeno a partir de azúcar a 800º obteniéndose muestras de alta calidad. También se han usado técnicas de oxidación del grafito mediante la cual se obtiene un polvo llamado óxido de grafito y mediante un limpiador ultrasónico se obtienen las partículas suspendidas en el agua.

En la actualidad hay diversos equipos científicos que se centran en la búsqueda de métodos más eficaces y económicos de producir grafeno de calidad y aunque los resultados son prometedores hay camino por recorrer.


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