Grafeno; el material del futuro

Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, el material que tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.  Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.  Este versátil material permitirá fabricar desde dispositivos electrónicos con pantallas flexibles y transparentes y baterías ultrarrápidas a potentes paneles solares, sin olvidar aplicaciones en aeronáutica, medicina y otros sectores que se investigan en la actualidad. Además, supone unabase excelente para crear nuevos materiales a medida, en función de las necesidades específicas. Es decir, algo así como materiales a la carta.

Como explica uno de los científicos implicados en el descubrimiento, Francisco Guinea, perteneciente al CSIC, "nuestro método nos ha permitido conseguir todo tipo de deformaciones y campos pseudomagnéticos. Además hemos logrado un grado de control de estas propiedades que en el grafeno es muy difícil de obtener".

En la obtención de datos concluyentes, publicados recientemente en la revista Nature, han participado tanto la universidad americana de Standford, en la fabricación y caracterización del material, como el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), encargados de desarrollar modelos teóricos que sirviesen de comparación con el original.

Cada vez más investigadores dedican sus estudios a este milagroso material que, sin duda, cambiará nuestras vidas en un futuro no muy lejano.

Investigadores del Reino Unido han descubierto una característica insólita del grafeno gracias a la demostración de un método que emplea este material como pieza fundamental para la creación de nuevas estructuras tridimensionales no limitadas a lo que la naturaleza es capaz de producir.

Su método, publicado en Nature Materials, implica la inclusión de capas de grafeno entre otras de aislante para generar dispositivos electrónicos con propiedades únicas.

Se espera que este método nuevo dé paso a una dimensión completamente nueva en el campo de la investigación de la física. 

El grafeno es un material bidimensional compuesto de una única capa de átomos de carbono dispuestos en forma hexagonal o de panal de abejas.

Es el material más delgado del mundo y también uno de los más fuertes. Su eficiencia conductora de electricidad se asemeja a la del cobre y supera a la de cualquier otro material en lo referente a la conducción de calor.

Los científicos probaron que una nueva técnica de obtención de imágenes laterales puede utilizarse para observar cada una de las capas atómicas de grafeno en los dispositivos que han logrado construir.

El equipo descubrió que las estructuras eran prácticamente perfectas, incluso aunque se acumulasen más de diez capas en la construcción de la pila.

Este avance muestra aún con mayor certeza la idoneidad del grafeno como un componente de gran importancia para la nueva generación de chips informáticos.

"El grafeno que vendemos se utiliza, sobre todo, para ensayos. Se está trabajando mucho en almacenamiento de energía. En ultracondensadores (para automóviles, trenes eléctricos y para mejorar el rendimiento de las líneas de distribución eléctrica) y en baterías. Se ha demostrado que con electrodos de grafeno se consiguen baterías diez veces más duraderas".

De hecho, este material podría solucionar uno de las grandes desventajas de los teléfonos inteligentes, cuyas baterías apenas duran un día. Los prototipos de baterías fabricadas con electrodos de grafeno son diez veces más duraderas que las que llevan los teléfonos que se venden en el mercado y se cargan en mucho menos tiempo (aproximadamente media hora). El grafeno también podrá usarse en televisores OLED (Organic LED), que estarán fabricados con materiales orgánicos y más sostenibles con el medio ambiente: "Ahora se utiliza como material tierras raras, como el indio, que tienen un impacto ambiental muy grande. Además su precio se ha multiplicado por diez". La industria busca un sustituto más económico y sostenible, por lo que el grafeno se perfila como una de las alternativas.El grafeno en polvo se utiliza en aplicaciones que requieren un material más barato, como composite para construcción. Lo más frecuente es mezclarlo scon otros materiales.Sus propiedades no son tan buenas como el grafeno en lámina y conduce peor la electricidad. La demanda de este producto, cuyo precio depende de su pureza, sigue siendo pequeña. El de baja calidad cuesta menos de 10 euros el gramo mientras que el de alta calidad ronda los 100 euros.  Pese a sus extraordinarias cualidades, el grafeno no es perfecto. Sin embargo, sí parece una base muy adecuada para desarrollar nuevos materiales inspirados en él y que incorporen nuevas ventajas. Es decir, algo así como un grafeno perfeccionado. Uno de los últimos desarrollos en esta línea es el llamado grafeno artificial, una investigación publicada recientemente en la revista 'Nature' y en la que participa el español Paco Guinea, uno de los mayores expertos en grafeno del mundo.

Entre los otros materiales bidimensionales que ha inspirado el grafeno, Elsa Prada 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), eldisulfuro 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 como ventaja se podría integrar fácilmente con la electrónica actual basada en el silicio).

Fuente: El Mundo.es; Muy Interesante; Tendencias 21.net