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El grafeno, un material que cambiará nuestro mundo

La comunidad científica y la industria de todo el mundo están fascinadas por un nuevo material que, por sus extraordinarias propiedades y sus múltiples aplicaciones prácticas, va a cambiar, sin duda, muchos aspectos de nuestra vida: el grafeno.
  • Reúne una serie de propiedades que no se habían encontrado antes en ningún otro material
  • Pantallas de ordenador transparentes y flexibles, enrollables y plegables, que se convierten en teléfonos y se diversifican en varias, serán una realidad
  • La aeronáutica, la medicina, las telecomunicaciones, la producción de energía…el grafeno estará presente en todos los ámbitos de nuestra vida, mejorándola
Chip de grafeno.
Chip de grafeno.

La comunidad científica y la industria de todo el mundo están fascinadas por un nuevo material que, por sus extraordinarias propiedades y sus múltiples aplicaciones prácticas, va a cambiar, sin duda, muchos aspectos de nuestra vida: el grafeno.

¿Qué hace al grafeno tan extraordinario?

Se trata de un material transparente, extremadamente delgado (el más fino posible), muy liviano (0,77 miligramos por metro cuadrado) impermeable, elástico, flexible y, a la vez, asombrosamente resistente. El grafeno es el mejor conductor de la electricidad conocido y, además, se encuentra en abundancia en la naturaleza, por lo que es económico.

Qué es el grafeno.

Recientemente, además, investigadores de la Universidad de Manchester han comprobado que tiene la capacidad de “autorrepararse”. Es decir, si la estructura de una lámina de este material se quiebra, el grafeno atrae de su alrededor los átomos de carbono que necesita y repara los huecos cubriéndolos adecuadamente.

Composición química

El grafeno es una única capa de átomos de carbono (solamente tiene un átomo de grosor) dispuestos en forma de retícula hexagonal. Se obtiene a partir del grafito natural que se extrae de las minas de carbón y con el que se hacen, por ejemplo, los lápices o los frenos para los coches; aunque también puede sintetizarse.

Molécula de Grafeno.
Molécula de Grafeno.

Químicamente, es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano (como un panal de miel de abejas) formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se forman a partir de la superposición de los híbridos sp(2) de los carbonos enlazados.

Entrevista a K. Novoselov, uno de los descubridores del grafeno.

El grafeno fue descubierto en 2004 por los científicos de origen ruso Andre Geim y Konstantin Novoselov, pero fue en 2010, año en el que estos investigadores recibieron el Premio Nobel de Física,  cuando empezó la “fiebre del grafeno”.

Aplicaciones

La asombrosa versatilidad del grafeno permite múltiples aplicaciones comerciales. De hecho, estas son prácticamente ilimitadas. La lista no deja de aumentar. Veamos algunas:

Transistor basado en las heteroestructructuras verticales del grafeno (Universidad de Manchester).
Transistor basado en las heteroestructructuras verticales del grafeno (Universidad de Manchester).
  • Discos duros capaces de almacenar 1.000 veces más información.
  • Los semiconductores en los que se basan los ordenadores ultrarrápidos del futuro (sustituyendo al silicio).
  • Pantallas flexibles (enrollables y plegables que servirán como base de varios dispositivos) y extremadamente finas que podrán integrar sistemas como el de pago “contactless”.
  • Cámaras de visión nocturna para hacer fotografías y filmar vídeos sin luz.
  • Baterías más duraderas para teléfonos móviles, ordenadores y coches eléctricos (con electrodos de grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas que las que ahora utilizamos para cargar nuestros teléfonos móviles).
  • Nuevas redes de telecomunicaciones ultrarrápidas.
Aplicaciones del grafeno
Aplicaciones del grafeno
  • Ultracondensadores (para automóviles y trenes eléctricos, y para mejorar el rendimiento de las líneas de distribución eléctrica).
  • Aplicaciones aeronáuticas: aviones que volarán mucho más rápido y emitiendo menos gases dañinos a la atmósfera.
  • Potentes paneles solares, con un 42% de eficacia (actualmente, las células solo convierten en electricidad un 16% de la energía que reciben).
  • Televisores OLED (Organic LED) que se fabricarán con materiales orgánicos y más sostenibles con el medio ambiente.

Vídeo sobre las aplicaciones del grafeno (Fuente: neoteo.com).

  • Membranas eficaces energéticamente para producir gas natural y a su vez reducir las emisiones de dióxido de carbono de las chimeneas térmicas y de los tubos de escape de los vehículos.
  • Abaratamiento del proceso de separación del gas en la producción de plásticos y combustibles.
  • Aplicaciones médicas, como el diseño de nuevas vacunas contra el cáncer y sensores que se tatúan en los dientes para detectar patologías.

Por si todo esto fuera poco, el grafeno actúa como una excelente base para crear nuevos materiales “a medida”, en función de necesidades específicas. Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC que ha trabajado con Novoselov, destaca el fluorografeno (análogo bidimensional del teflón, con propiedades lubricantes y aislantes extraordinarias), el nitruro de boro hexagonal (aislante cristalino y transparente, de gran dureza, que combinado con el grafeno mejora sus propiedades electromecánicas), el disulfuro de molibdeno (otro cristal bidimensional con prometedoras propiedades para la construcción de una nueva clase de transistores) o el siliceno (versión del grafeno hecho de silicio. Tiene algunas propiedades en común con el grafeno, y se podría integrar fácilmente con la electrónica actual basada en el silicio).

El grafeno en España y el proyecto Flagship de la Unión Europea

España cuenta con investigadores de alto nivel que están trabajando en el estudio del grafeno. El nodo español del proyecto Flagship de la Unión Europea es, actualmente, uno de los más activos. La empresa donostiarra Graphenea, la mayor productora de grafeno de la UE, es uno de los partners del proyecto junto con empresas como Philips, Varta, Nokia, ST Microelectronics, Repsol, Alcatel-Lucent o Airbus. Asimismo, próximamente está prevista la construcción de una de las mayores plantas de producción de grafeno del mundo en el municipio de Yecla (Murcia, España).

Vídeo explicativo del proyecto Flagship de la Unión Europea

Inconvenientes en los que se está trabajando

Los procesos de obtención del grafeno a partir de grafito todavía presentan cierta complejidad, así como la consecución de la pureza requerida en cada caso en función de la aplicación para la que se va a utilizar el material. No obstante, solventar estos inconvenientes es tan solo cuestión de tiempo: los avances son constantes y publicaciones como Science o Nature se hacen eco continuamente de ellos.

+ INFORMACIÓN sobre el GRAFENO:

Fuentes:

Grafeno.com

CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas).

Graphene Flagship

Neoteo.com

Nature

Science

MIT(Massachusetts Institute of Technology).