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El Grafeno, últimas novedades ( Parte II)

Dado el interés que ha despertado entre los lectores de nuestro blog y debido a las continuas novedades que se han ido produciendo desde entonces relacionadas con este material revolucionario, hemos elaborado una segunda parte que amplía la explicación de algunas de sus aplicaciones y recoge buena parte de las noticias más relevantes.

Hace tres meses publicamos el reportaje El grafeno, un material que cambiará nuestro mundo. Dado el interés que ha despertado entre los lectores de nuestro blog y debido a las continuas novedades que se han ido produciendo desde entonces relacionadas con este material revolucionario, hemos elaborado una segunda parte que amplía la explicación de algunas de sus aplicaciones y recoge buena parte de las noticias más relevantes.

Vídeo Grafeno, características y aplicaciones (Tecnonauta). En español.

Vídeo en inglés.

El descubrimiento del aerogel de grafeno, el material más ligero del mundo

Un equipo de investigadores de la Universidad de Zhejiang (China), dirigido por el profesor Gao Chao, ha creado el material más ligero conocido hasta la fecha (con una densidad de tan solo 0,16 mg/cm3): una gel ultraligero, basado en nanotubos de carbono congelados en seco y láminas de óxido de grafeno, al cual se le extrae el oxígeno. Las posibles aplicaciones van desde el almacenamiento de energía y su uso en microelectrónica hasta su utilización como potente absorbente en, por ejemplo, casos de vertidos de petróleo al mar.

El profesor Gao Chao explica su descubrimiento en este vídeo (en inglés).

Desalinización del agua

Los investigadores están estudiando cómo utilizar el grafeno en los procesos de desalinización del agua: para quitar la sal del agua del mar o de las aguas salobres, para hacerlas potables o útiles para otros fines.

Imagen: página web de la compañía Lockheed Martin.
Imagen: página web de la compañía Lockheed Martin.

A modo de ejemplo, la compañía Lockheed Martin, conocida tradicionalmente por el desarrollo de sistemas militares y de aviones, ha llevado a cabo un proceso para perforar el grafeno (recordemos que las láminas solo tienen un átomo de espesor) de tal manera que los agujeros sean lo suficientemente grandes como para dejar pasar el agua y lo bastante pequeños como para bloquear las moléculas de sal. La ventaja respecto al método tradicional viene dada por la extremada delgadez del grafeno: cuanto más fino es el material que actúa como filtro, menos energía se requiere para facilitar la ósmosis inversa (leer nota de prensa, en inglés).

Vídeo del Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Textiles modificados con grafeno

Otra de las propiedades resaltables del grafeno es la impermeabilidad. Investigadores de todo el mundo están trabajando en las diversas aplicaciones que abre esta característica, como la producción de prendas textiles impermeables al agua.

El catedrático de la UPV Francisco Cases explica las aplicaciones del grafeno en los textiles (en español).

Descubren una nueva propiedad del grafeno: es capaz de absorber toda la luz

Investigadores españoles del Instituto de Química-Física Rocasolano de Madrid y del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona han descubierto que el grafeno es capaz de absorber por completo la luz en su monocapa atómica, y luz en diferentes colores. Esta nueva propiedad, que se añade a las múltiples ya conocidas, permite, por ejemplo, desarrollar fotosensores de infrarrojo, biosensores, cámaras, paneles solares, etc. El trabajo se ha publicado en la revista Physical Review Letters y da lugar a aplicaciones como las dos que se explican a continuación.

Cámaras sin necesidad de flash con sensores más sensibles y baratos

Actualmente, las cámaras compactas llevan incorporado un sensor CMOS que no permite capturar imágenes con detalle en condiciones de poca luz. Únicamente las cámaras DSLR pueden realizar fotografías de alta calidad en dichas condiciones, pero son caras.

Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, liderado por el profesor Wang Qijie, ha creado un sensor hecho de grafeno puro que pronto posibilitará hacer fotografías claras y nítidas en la oscuridad sin necesidad de utilizar flash.

El profesor Wang Qijie, inventor del sensor del grafeno.
El profesor Wang Qijie, inventor del sensor del grafeno.

Este nuevo sensor es altamente sensible tanto a la luz visible como a la luz infrarroja: unas 1.000 veces más sensible que cualquier sensor de las cámaras fotográficas actuales. Es decir, es capaz de asimilar 1000 veces más luz que los que llevan incorporados las cámaras digitales. Las aplicaciones de este sensor de grafeno incluyen, al margen de las cámaras convencionales, la captación de imágenes por satélite, la industria de la comunicación y el infrarrojo medio.

La industria solo tendrá que reemplazar en el proceso de fabricación los sensores que utilizan actualmente por los de grafeno, sin tener que modificar el resto del proceso. Según el equipo de investigadores, los sensores de grafeno abaratarán el precio final de las cámaras que, además, consumirán 10 veces menos energía.

 

Pulsos de láser ultracortos en todo el espectro de luz visible

Debido a su capacidad para absorber la luz en un amplio espectro de longitudes de onda, los experimentos indican que se podrá utilizar el grafeno para crear pulsos de láser ultracortos de cualquier color emitiéndolos en fracciones de un nanosegundo (en 2009, el físico Andrea Ferrari, de la Universidad de  Cambridge, ya demostró que podía absorber la luz en el espectro infrarrojo). Este avance permitirá crear láseres más pequeños y económicos para microingeniería y aparatos médicos. (ver artículo publicado en Nature).

Patentan una tecnología que permite obtener grafeno a bajo coste a partir del coque

Como explicábamos en el reportaje anterior, el grafeno se obtiene a partir del grafito natural que se extrae de las minas de carbón. Aunque este material se encuentra en abundancia en la naturaleza,  el proceso supone elevados costes en consumo de energía porque requiere trabajar a altas temperaturas. Recientemente, sin embargo, un grupo de investigadores españoles del Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC) ha conseguido obtener grafeno a partir del coque, un producto derivado del carbón y del petróleo. La nueva tecnología, ya patentada, disminuye considerablemente los costes de obtención del grafeno respecto a la producción a partir del grafito. Esta patente española situará al país en una excelente posición en la carrera de investigación que se está llevando a cabo mundialmente.

A la izquierda, carbón; a la derecha, coque.
A la izquierda, carbón; a la derecha, coque.

El grupo de investigación -liderado por la doctora Rosa Menéndez, responsable del grupo de Materiales Compuestos del INCAR-CSIC y coordinadora del CSIC en Asturias- participará en el proyecto europeo Coalphenes, financiado por la Comisión Europea, que investigará a partir de septiembre, y por espacio de tres años, cómo obtener materiales compuestos de grafeno a partir de derivados del carbón para aplicaciones que requieran materiales con una alta capacidad de disipación de calor. (enlace al INCAR en inglés para Juan. http://www.incar.csic.es/composite).

Grafeno. La vida dentro de 50 años (Neurosol).

España ocupa una posición líder en la investigación del grafeno

Tal como hemos visto en ambos reportajes, España está participando activamente en la investigación teórica y aplicada del grafeno. Diversas universidades y empresas están colaborando en proyectos punteros europeos y convirtiéndose en referentes de este nuevo sector.

En nuestra región, la Universidad Politécnica de Cartagena ha firmado un convenio de colaboración con la empresa Graphenano, ubicada en Yecla, para desarrollar aplicaciones industriales. La empresa suministrará a la universidad grafeno en diversos soportes y nanofibras de carbono para facilitar a los investigadores de la universidad su trabajo.

Fuentes y enlaces de interés:

INCAR-CSIC:

http://www.incar.csic.es/composite_divulgacion

Nature:

http://www.nature.com/nature/index.html

Artículo:

Critical temperatures in the synthesis of graphene-like materials by thermal exfoliation–reduction of graphite oxide

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862231200807X